Алексей Москалев – Мозг долгожителя. 7 шагов к ясности ума, крепкой памяти и устойчивому вниманию (страница 3)

Сама клетка тоже может делиться – это как строительство новых городов. Перед делением клетка удваивает свою ДНК и органеллы, а затем распределяет их между двумя новыми клетками. Так организм растет и обновляется. Кстати говоря, взрослые нейроны делиться не могут, они появляются из особых стволовых клеток, количество которых закладывается еще на эмбриональной стадии развития. По мере взросления и старения организма запасы нейрональных стволовых клеток необратимо расходуются.

Но иногда клетки должны самоликвидироваться для блага организма. Это называется апоптоз – запрограммированная клеточная смерть. Во время апоптоза клетка аккуратно разбирает себя изнутри и посылает сигналы иммунным клеткам, чтобы те ее утилизировали. Так организм избавляется от старых, поврежденных или ненужных клеток, предотвращая воспаления и развитие рака. В отличие от деления, нейроны способны к апоптозу, который, по-видимому, играет важную роль в старении мозга, и не всегда желательную.

Получается, клетка – это целый микромир со своими жителями, архитектурой и правилами. Мембрана, цитоплазма, митохондрии и другие части клетки слаженно работают, чтобы поддерживать ее жизнь и функции. А процессы экспрессии генов, деления и апоптоза позволяют клетке адаптироваться, расти, размножаться и обновляться, и жертвовать собой на благо нашего тела.

Мозг представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из множества различных типов клеток, которые тесно взаимодействуют друг с другом, обеспечивая выполнение разнообразных функций мозга.

Основными клетками мозга являются нейроны и глиальные клетки.

Нейроны – это функциональные единицы нервной системы, которые генерируют и передают электрические и химические сигналы. Именно благодаря работе нейронов возможны такие сложные процессы как мышление, память, обучение, управление движениями.

Нейрон состоит из тела клетки (сомы), где находится управляющий центр – ядро с генетическим материалом, а также из многочисленных отростков, отвечающих за коммуникации нейронов. Длинный отросток называется аксоном. По нему электрический импульс передается от тела нейрона к другим клеткам (не только другим нейронам, но и мышечным, и эндокринным). Более короткие и разветвленные отростки – это дендриты. Они принимают сигналы от аксонов других нейронов. Место контакта аксона одной нейрональной клетки с дендритом другой называется синапсом. В этой точке происходит химическая передача сигнала между нейронами с помощью особых веществ – нейромедиаторов.

В мозге насчитывается около 86 миллиардов нейронов. Они образуют сложные сети, по которым распространяется нервная активность, обеспечивающая функционирование мозга. Нейроны крайне разнообразны по форме, размерам, типам нейромедиаторов, которые они используют, и функциям, которые они выполняют.

Однако нейроны не могли бы полноценно работать без поддержки глиальных клеток. Глия составляет около половины объема мозга. Долгое время ее считали просто опорной тканью для нейронов (отсюда название «глия» – в переводе с греческого «клей»). Но постепенно выяснилось, что глиальные клетки играют важнейшую роль в развитии и функционировании мозга.

Существует несколько основных типов глии:

Астроциты – самый многочисленный тип, звездообразные клетки. Они выполняют опорную и трофическую функции для нейронов – снабжают их питательными веществами и регулируют их микроокружение. Астроциты участвуют в формировании гематоэнцефалического барьера (сито, разделяющее кровоток и ткань мозга), регулируют кровоток в мозге в зависимости от нервной активности (вызывая «приливы» крови к местам наибольшей активности в данный момент). Также астроциты влияют на передачу сигналов в синапсах, участвуют в обучении и памяти.

Олигодендроциты – клетки с небольшим телом и многочисленными отростками. Они образуют миелиновую оболочку вокруг аксонов в центральной нервной системе (ЦНС). Миелин служит электрическим изолятором и значительно увеличивает скорость проведения нервных импульсов по аксонам. Благодаря миелину возможна быстрая передача сигналов между отделами ЦНС. В молодости у человека происходит активное образование миелина вокруг нейронов мозга. Однако при старении организма миелин истончается и фрагментируется, отчего скорость проведения нервного импульса падает. Это связано со старением как раз олигодендроцитов. Яркий пример быстрого разрушения миелина – рассеянный склероз, при котором иммунная система по невыясненным причинам начинает атаковать собственную миелиновую оболочку, принимая ее за чужеродный агент.

Микроглия – резидентные иммунные клетки мозга. Они возникли из предшественников-макрофагов, очутившихся за гематоэнцефалическим барьером еще на заре эмбрионального развития. Они поглощают погибшие клетки, продукты их распада и другие потенциально вредные агенты, защищая мозг от повреждений. При патологических процессах микроглия активируется первой, запуская воспалительную реакцию. Помимо иммунной защиты, микроглия участвует в развитии мозга – формировании и удалении синапсов.

Эпендимные клетки выстилают желудочки мозга и центральный канал спинного мозга. Они участвуют в продукции, циркуляции и утилизации спинномозговой жидкости, которая служит гидравлической подушкой и средой для циркуляции питательных веществ и сигнальных молекул внутри мозга.

Нейроны и глия тесно взаимодействуют, образуя функциональные нейроглиальные ансамбли. Например, астроциты оплетают своими отростками синапсы и регулируют концентрацию нейромедиаторов и ионов в синаптической щели, влияя на передачу нервного импульса. Олигодендроциты обеспечивают метаболическую поддержку и электроизоляцию для аксонов. Микроглия, реагируя на патологические стимулы, высвобождает цитокины и другие сигнальные молекулы, влияющие на функцию нейронов, способствует удалению и образованию нейронных синапсов.

Все клетки мозга погружены в особую комфортную среду, внеклеточный матрикс (ВКМ). Это сеть из структурных и сигнальных молекул, которая заполняет пространство между клетками и обеспечивает их механическую поддержку, влияет на миграцию, деление и дифференцировку (взросление, специализацию) клеток в ходе развития.

ВКМ мозга включает в себя три основных компонента:

1. Гиалуроновая кислота – длинные линейные углеводные цепочки, образующие насыщенный водой гель, который служит основой матрикса.

2. Протеогликаны – особые белки с присоединенными к ним цепочками углеводов (глюкозаминогликанами). Они обеспечивают структурную целостность, удерживают воду, служат депо для факторов роста и других биоактивных молекул. Основные протеогликаны ВКМ мозга – это хондроитинсульфаты (версикан, бревикан, нейрокан, аггрекан) и гепарансульфаты (перлекан, агрин).

3. Фибриллярные (образующие длинные вытянутые нити) белки – коллаген, фибронектин, ламинин. Они образуют сложную трехмерную сеть, молекулярный каркас матрикса. Коллаген обеспечивает прочность и упругость матрикса, фибронектин участвует в прикреплении клеток к матриксу и друг к другу, ламинин играет роль в миграции и дифференцировке клеток.

Состав и структура ВКМ мозга сильно отличается от ВКМ других тканей. Например, в мозге практически отсутствует коллаген и фибронектин, зато много гиалуроновой кислоты и специализированных протеогликанов. Это связано с уникальными требованиями, которые мозг предъявляет к своему микроокружению. Благодаря этой особенности матрикса мозг имеет мягкую, студенистую консистенцию. То, что в мозге мало волокон коллагена и фибронектина, которые играют основную роль в жесткости матрикса, способствующей старению, на мой взгляд, дает ему больший потенциал для долголетия по сравнению с другими органами и тканями.

ВКМ создает специфическую среду вокруг нейронов и глиальных клеток, регулируя их форму, подвижность и функциональное состояние. Молекулы ВКМ могут связывать и предоставлять клеткам различные факторы роста, влияя на их дифференцировку и выживание.

Например, протеогликан аггрекан связывается с рецепторами на поверхности нейронов и регулирует рост аксонов и дендритов. Фрагменты протеогликана бревикана стимулируют рост отростков олигодендроцитов и образование миелина. Ламинин и коллаген IV служат подложкой для миграции нейробластов и глиобластов (клеток-предшественников нейронов и глии) в ходе развития мозга.

ВКМ служит также молекулярным барьером, ограничивающим излишнюю подвижность клеток. В зрелом мозге это стабилизирует положение нейронов и глии, препятствуя ненаправленному росту отростков. Поэтому не удивительно, что изменение состава ВКМ при нейродегенеративных заболеваниях, психических расстройствах, черепно-мозговых травмах может способствовать патогенезу.

ВКМ влияет на распространение нейромедиаторов и других сигнальных молекул в синаптических щелях и внеклеточном пространстве, определяя направленную передачу сигналов между клетками. Например, гиалуроновая кислота может связывать глутамат, ацетилхолин, ГАМК и другие медиаторы, изменяя их концентрацию в синапсах. Хондроитинсульфатные протеогликаны могут связываться с калиевыми каналами на оболочке нейронов, регулируя концентрацию К+ во внеклеточной среде и, тем самым, возбудимость нейронов.