II. Цитоплазма нейрона

Матрикс, или основное вещество цитоплазмы нейрона, в котором расположены организованные ее структуры - ядро и различные органоиды, - представляет гиалоплазму. Последняя гомогенна и обладает относительно низкой электронной плотностью; по-видимому, она содержит большое количество ферментных систем, в частности обеспечивающих гликолиз. Несомненно, что объединение различных ультраструктур нейрона в единое целое и их химическое взаимодействие обеспечиваются наличием гиалоплазмы - непрерывной жидкой или полужидкой фазы, через которую происходит диффузия растворимых веществ.

В цитоплазме нейрона имеются известные для всех клеток, органоиды, а также структуры, специфические для нервных клеток - тельца Ниссля и нейрофибриллярный аппарат. Основной ультраструктурой цитоплазмы нейрона является пронизывающая система различных мембран (эндоплазматический ретикулюм или эргастоплазматическая сеть). Последняя имеет весьма сложную структуру и представляет собой разветвленную систему анастомозирующих, ограниченных мембраной пузырьков, трубочек и уплощенных мешочков или цистерн. Они связаны между собой в более или менее правильные параллельные ряды, образующие петли, которые распространяются по всему телу нейрона в трех измерениях в виде широких уплощенных цистерн. Расстояние между цистернами относительно постоянно - около 100 Å (Palay a. Palade, 1955).

Мембраны эргастоплазматического ретикулюма нейрона, как и других клеток, состоят из трех слоев с общей толщиной около 75 Å. Ультраструктурная организация мембран эндоплазматической сети имеет много общего с мембранами клеточной оболочки, а также митохондрий и аппарата Гольджи. В основе их строения лежат липопротеиновые комплексы с содержанием до 50% липидов. В отличие от плазматической оболочки мембраны эндоплазматической сети содержат некоторое количество РНК. В некоторых нейронах имеется относительно немного мембран, цитоплазма других же клеток густо заполнена ими, - особенно в двигательных клетках спинного мозга.

Мембраны эргастоплазматического ретикулюма иногда проникают в самые периферические слои нейрона и связаны с плазматической оболочкой, а в глубоколежащих участках цитоплазмы - с оболочкой ядра (Hartmann, 1953; Watson, 1955, 1959) и функционируют как внутренняя проводящая система. В настоящее время эндоплазматический ретикулюм рассматривается как система внутриклеточной проводимости, которая регулирует обмен веществ в клетке и с окружающей средой (Ruska, 1958; Palay, 1960; Поликар и Бо, 1962).

Пространство, заключенное внутри каналов и цистерн, отличается по электронной плотности от окружающей цитоплазмы. Эндоплазматическая сеть является очень лабильной и может изменяться при различных функциональных и патологических состояниях клетки (Porter, 1953; Sjostrand, 1955, 1956, 1963), трансформируясь в систему обособленных пузырьков.

Фаусет и Ито (Fawcett a. Ito, 1958) в опытах на морских свинках (на сперматидах) показали, что если нарушается регуляция баланса электролитов в клетке, эргастоплазматическая сеть распадется на фрагменты и отдельные пузырьки, как и в тканевых культурах. Это подтверждается и после выделения их из клетки в микросомной фракции. Таким образом, изолированные элементы эндоплазматического ретикулюма ведут себя как миниатюрные осмометры и их пограничную мембрану можно считать полупроницаемой.

Другой компонент эргастоплазматического ретикулюма представлен плотными, осмиофильными зернышками, прикрепленными к наружной поверхности сети мембран или рассеянными в цитоплазматическом матриксе тела нейрона. Диаметры этих гранул в эргастоплазматической сети различных животных и клеток довольно постоянны: 100-150 Å. Многочисленными исследованиями Палада и его сотрудников, а также многими другими авторами (Porter, 1954; De Robertis, 1954; Шабадаш и др., 1961; Шабадаш, 1964) убедительно показано, что гранулы, локализованные на мембранах эндоплазматического ретикулюма, как и свободно расположенные в цитоплазме, могут быть идентифицированы как гранулы Палада или рибосомы и являются макромолекулами РНК. Частицы прикреплены к наружной поверхности мембраны в тангенциальной плоскости, представляют повторяющиеся структуры в виде розеток, спиралей и кружков. Эти мембраны "гранулярной сети" Шостранд (Sjostrand, 1955) назвал α-мембранами, в то время как все остальные (β и γ) мембраны лишены плотных частиц - рибосом.

Натан и Априсон (Nathan a. Aprison, 1955), Гэнсон и Тоши (Hanzon a. Joschi, 1959) при электронномикроскопическом исследовании показали, что выделенная фракция микросом из гомогената головного мозга состоит из мелких осмиофильных частиц (100-175 Å) макромолекул рибонуклоеопротеинов (РНП) и мембранных структур диаметром 40-60 Å. В последних обнаружена активность ацетилхолинэстеразы, которая играет важную роль в транспорте медиаторов через клеточные мембраны при функциональной деятельности центральной нервной системы.

При дальнейшем фракционировании удалось выделить субфракцию более мелких, чем микросомы, частиц с очень высоким содержанием РНК. Они описаны как "ультрамикросомы", или макромолекулярные РНП (Barnett, 1962).

А. С. Спирин с сотр. (1963) показали, что рибосома состоит из двух нервных частей, или субединиц. В каждую из последних входит одна молекула РНК и несколько десятков молекул белка. Ультраструктура рибосомы обычно представляется в виде компактных мельчайших частиц величиной до 200 Å, однако при изменении условий методом контрастирования она выявляется в виде единого рибонуклеопротеидного тяжа.

Рибосомы, активно синтезирующие белок, обычно бывают объединены в группы (полисомы), которые особенно многочисленны в цитоплазме нейронов коры больших полушарий и свободно располагаются в виде розеток в гиалоплазме (рис. 12). В цитоплазме таких клеток, как правило, имеется большое количество гранул РНК и очень мало каналов эндоплазматической сети. При различных воздействиях ресинтез и физико-химические свойства рибосом в нейроне могут нарушаться.

Тельца Ниссля

В нервных клетках, особенно в крупных, в оптическом микроскопе отчетливо выявляются базофильные гранулы - тельца Ниссля, или тигроид (Lenhossek, 1898). Они представляют собой сконденсированный и особенно упорядоченный эргастоплазматический ретикулюм в некоторых зонах нервной клетки, которая ответственна за базофильные свойства тигроида (Palay, 1956; Palade, Siekevitz, 1956; De Robertis et al., 1961, 1962; Bodian, 1964), и характеризуют цитоплазматическую дифференцировку. Степень конденсации эргастоплазмы обусловливает объем и вид каждого тельца Ниссля.

В нейронах коры головного мозга (Schultz et al., 1957) конденсация мембранной системы телец Ниссля обычно выражена слабо, вследствие чего не имеет определенной ориентировки. В этих случаях на электроннограмме изредка отмечаются небольшие участки с параллельным расположением цистерн, а в цитоплазме разбросаны многочисленные полисомы - мелкие гранулы РНП диаметром 150-200 Å, обычно группирующиеся в виде розеток по 4-7 штук.

В крупных нейронах (Bodian, Mellors, 1945; Palay, Palade, 1955; Bodion, 1964), особенно в мотонейронах спинного мозга, ультраструктура телец Ниссля представлена высокоорганизованной и правильной гранулярной мембранной системой. Они как бы разделяют тело нейрона на отдельные участки, погруженные в основную цитоплазму относительно более низкой электронной плотности (рис. 15, а, б). В мотонейронах тельца Ниссля достигают в диаметре от 1 до 3 мк и более или менее равномерно окружают ядро клетки со всех сторон, располагаясь плотно друг к другу очень стройными лучами. Они представляют собой строго и правильно организованные ультраструктуры рибонуклеиновых агрегатов. Последние состоят из уплощенных анастомозирующих цистерн, плоских канальцев, трубочек и пузырьков, ограниченных мембранами, у наружной поверхности которых рядами расположены гранулы. Мембраны имеют вид параллельных, прямых или изогнутых линий толщиной 60 Å, пары которых расположены правильными рядами и разделены промежутками шириной 800-2000 Å. Просвет между мембранами, образующими пару, имеет ширину 300-500 Å, с расширениями до 2500 Å. В тельцах Ниссля эта система организована в виде широких полос, расположенных правильно одна над другой. Полости этой системы канальцев сообщаются с более рыхло расположенными трубочками и цистернами эндоплазматических мембран.

Рис. 15. Тельца Ниссля в мотонейроне. Электронная микрофотография. (Bodian, 1964). а - увел. 12000; б - увел. 29000 (деталь)

В тельцах Ниссля отмечается обилие плотных осмиофильных зернышек (гранул Палада, рибосом), очень богатых РНК, которая составляет 50% содержимого гранул. Гранулярные макромолекулы РНК эндоплазматической сети здесь также многочисленны, с более резко выраженной (базофилией) осмиофильностью. Они по размерам в 4-6 раз больше обычных гранул (макромолекул РНК, рибосом) - 100-300 Å в диаметре - и особенно много содержат РНК. Смит (Smith a. Smith, 1964) эту особенность телец Ниссля рассматривает как депо хранения РНП и особенно РНК.

Ряд других авторов рассматривает рибосомы нейрона и в особенности тельца Ниссля как основное место синтеза РНП (Palade, 1956а, 1959b; Siekevitz a. Palade, 1958a, 1958b). Есть все основания полагать, что тельца Ниссля представляют мощные агрегаты синтеза РНП и РНК. Автору удалось наблюдать на электроннограммах отчетливое их нарушение, вплоть до хроматолиза, при различных воздействиях, с последующей регенерацией. Однако, как будет далее сказано, значительный синтез РНК происходит в ядерном аппарате нейрона. Весьма интересными гистохимическими исследованиями (Caspersson, 1941, 1947; Кедровский, 1951, 1959; Hyden et al., 1958; Хиден, 1962; Шабадаш, 1964; Манина, 1964) доказана связь базофилии телец Ниссля с РНК, а также специфика структуры РНП в нейронах по сравнению с другими клетками организма (Bradly a. Wolf, 1959).

Многочисленными экспериментальными исследованиями установлена связь между функциональной деятельностью нейрона и состоянием нисслевского вещества. Так, при истощении нервной системы в результате длительной работы или при возбуждении происходит резкое изменение вещества Ниссля; гранулы РНП уменьшаются в количестве и объеме и могут подвергаться хроматолизу. В этих случаях ультраструктура телец Ниссля нарушается, происходит резкое уменьшение рибосомных гранул с дисперсией эндоплазматического ретикулюма. Бодиан (Bodian, 1964) наблюдал подобные изменения нисслевского вещества при вирусных поражениях центральной нервной системы.

Функциональное состояние нервной клетки находится в тесной связи со структурой телец Ниссля и количеством гликогена (Шабадаш и др., 1949, 1961, 1964).

Ультраструктура гликогена нейрона еще недостаточно исследована, по-видимому, из-за методических трудностей; имеются сведения, что его глыбки-зерна имеют более крупные размеры по сравнению с рибосомами и макромолекулами РНП. Они свободно располагаются в цитоплазме и имеют плотный слабо заметный ободок.