Node of Ranvier - Node of Ranvier
| Uzel Ranviera | |
|---|---|
 Kresba axonu periferního nervu (označeného jako „osový válec“), zobrazující Ranvierův uzel spolu s dalšími funkcemi
| |
 Nodes of Ranvier
| |
| Podrobnosti | |
| Systém | Nervový systém |
| Umístění | Myelinated axon z nervu |
| Identifikátory | |
| latinský | incisura myelini |
| Pletivo | D011901 |
| TH | H2.00.06.2.03015 |
|
Anatomické pojmy mikroanatomie | |
Uzly Ranvier ( / ˌ r ɑː n v i eɪ / RAHN -vee- AY , / r ɑː n v i eɪ / -ay ), také známý jako mezery myelin-plášť , se vyskytují podél myelinovaných axonu kde axolemma je vystaven extracelulárnímu prostoru. Uzly Ranvier jsou neizolované a vysoce obohacené iontovými kanály , což jim umožňuje účastnit se výměny iontů potřebných k regeneraci akčního potenciálu . Nervové vedení v myelinizovaných axonech se označuje jako slané vedení (z latinského saltare „přeskočit nebo vyskočit“) kvůli způsobu, jakým se zdá, že akční potenciál „přeskakuje“ z jednoho uzlu do druhého podél axonu. To má za následek rychlejší vedení akčního potenciálu.
Přehled
| Uzel Ranviera |
|---|
Mnoho axonů obratlovců je obklopeno myelinovým pláštěm, což umožňuje rychlé a efektivní slané („skákavé“) šíření akčních potenciálů. Kontakty mezi neurony a gliovými buňkami vykazují velmi vysokou úroveň prostorové a časové organizace v myelinizovaných vláknech. Myelinizační gliové buňky - oligodendrocyty v centrálním nervovém systému (CNS) a Schwannovy buňky v periferním nervovém systému (PNS) - jsou obaleny kolem axonu, takže axolemma zůstává relativně odkrytá v pravidelně rozmístěných uzlech Ranvier.
Internodální gliové membrány jsou fúzovány za vzniku kompaktního myelinu , zatímco paranodální smyčky myelinizačních buněk naplněné cytoplazmou jsou spirálovitě omotány kolem axonu na obou stranách uzlů. Tato organizace vyžaduje přísnou kontrolu vývoje a vytvoření různých specializovaných kontaktních zón mezi různými oblastmi myelinizační buněčné membrány. Každý Ranvierův uzel je lemován paranodálními oblastmi, kde jsou k axonální membráně připojeny šroubovicově zabalené gliové smyčky septátovým spojením.
Segment mezi Ranvierovými uzly se označuje jako internod a jeho nejvzdálenější část, která je v kontaktu s paranodami, se označuje jako juxtaparanodální oblast. Uzly jsou zapouzdřeny mikroklky pocházejícími z vnějšího aspektu membrány Schwannových buněk v PNS nebo perinodálním rozšířením z astrocytů v CNS.
Struktura
Internody jsou segmenty myelinu a mezery mezi nimi se označují jako uzly. Velikost a rozteč internodií se mění s průměrem vlákna v křivočarém vztahu, který je optimalizován pro maximální rychlost vedení. Velikost uzlů se pohybuje od 1 do 2 μm, zatímco internody mohou být až (a příležitostně i větší než) 1,5 milimetru dlouhé, v závislosti na průměru axonu a typu vlákna.
Struktura uzlu a lemujících paranodálních oblastí se liší od internodií pod kompaktním myelinovým pláštěm, ale jsou velmi podobné v CNS a PNS. Axon je v uzlu vystaven mimobuněčnému prostředí a je zúžen ve svém průměru. Snížená velikost axonu odráží vyšší hustotu balení neurofilament v této oblasti, které jsou méně silně fosforylovány a jsou transportovány pomaleji. V uzlech jsou také zvýšeny vezikuly a další organely, což naznačuje, že existuje úzké místo axonálního transportu v obou směrech, stejně jako lokální axonálně-gliová signalizace.
Když je podélný řez proveden myelinizační Schwannovou buňkou v uzlu, jsou zastoupeny tři charakteristické segmenty: stereotypní internode , paranodální oblast a samotný uzel. V internodální oblasti má Schwannova buňka vnější límec cytoplazmy, kompaktní myelinové pouzdro a vnitřní límec cytoplazmy a axolemma. V paranodálních oblastech se paranodální cytoplazmatické smyčky dotýkají zesílení axolemma a vytvářejí křižovatky podobné septátu. V samotném uzlu je axolemma kontaktována několika Schwannovými mikrovilkami a obsahuje hustý cytoskeletální podklad.
Rozdíly v centrálním a periferním nervovém systému
Ačkoli studie fraktur zmrazení odhalily, že nodální axolemma v CNS i PNS je ve srovnání s internodou obohacena o intra-membranózní částice (IMP), existují určité strukturální rozdíly odrážející jejich buněčné složky. V PNS se specializovaný projekt mikrovilli projektuje z vnějšího límce Schwannových buněk a velmi se blíží uzlovému axolemmu velkých vláken. Projekce Schwannových buněk jsou kolmé na uzel a vyzařují ze středních axonů. V CNS však jeden nebo více astrocytických procesů přichází v těsné blízkosti uzlů. Výzkumníci prohlašují, že tyto procesy pocházejí z multifunkčních astrocytů, na rozdíl od populace astrocytů věnovaných kontaktu s uzlem. Na druhou stranu, v PNS je bazální vrstva, která obklopuje Schwannovy buňky, spojitá přes uzel.
Složení
Uzly výměníků Ranvier Na+/Ca2+ a vysoká hustota napěťově řízených kanálů Na+, které generují akční potenciály. Sodný kanál se skládá z α podjednotky tvořící póry a dvou doplňkových β podjednotek, které ukotvují kanál k extracelulárním a intracelulárním komponentám. Ranvierovy uzly v centrálním a periferním nervovém systému většinou sestávají z podjednotek αNaV1.6 a β1. Mimobuněčná oblast p podjednotek se může spojovat se sebou samými a s dalšími proteiny, jako je tenascin R a molekuly buněčné adheze neurofascin a contactin . Contactin je také přítomen v uzlech v CNS a interakce s touto molekulou zvyšuje povrchovou expresi Na+ kanálů.
Ankyrin bylo zjištěno, že je vázána na βIV spektrinu, a spektrinu izoformy obohacené v uzlech Ranvier a axon prvních segmentů. Uzly PNS jsou obklopeny mikrovilkami Schwannových buněk , které obsahují ERM a EBP50, které mohou poskytovat spojení s aktinovými mikrofilamenty. V uzlech Ranvier je obohaceno několik extracelulárních proteinů matrice, včetně tenascin-R , Bral-1 a proteoglycan NG2, stejně jako fosfakan a versican V2. V uzlech CNS zahrnují axonální proteiny také contactin; nicméně, Schwannovy buňky mikroklky nahrazují astrocytů perinodal rozšíření.
Molekulární organizace
Molekulární organizace uzlů odpovídá jejich specializované funkci při šíření impulzů. Úroveň sodíkových kanálů v uzlu oproti internodu naznačuje, že počet IMP odpovídá sodíkovým kanálům. V uzlovém axolemmu v zásadě chybí draslíkové kanály, zatímco v uzlu jsou vysoce koncentrované v paranodálním axolemmu a membránách Schwannových buněk. Přesná funkce draslíkových kanálů nebyla zcela odhalena, ale je známo, že mohou přispět k rychlé repolarizaci akčních potenciálů nebo mohou hrát zásadní roli při ukládání iontů draslíku do uzlů. Tato vysoce asymetrická distribuce napěťově řízených sodíkových a draslíkových kanálů je v nápadném kontrastu k jejich difúzní distribuci v nemyelinizovaných vláknech.
Vláknitá síť sousedící s uzlovou membránou obsahuje cytoskeletální proteiny zvané spektrin a ankyrin . Vysoká hustota ankyrinu v uzlech může být funkčně významná, protože několik proteinů, které jsou osídleny v uzlech, sdílí schopnost vázat se na ankyrin s extrémně vysokou afinitou. Všechny tyto proteiny, včetně ankyrinu , jsou obohaceny v počátečním segmentu axonů, což naznačuje funkční vztah. Nyní vztah těchto molekulárních složek ke shlukování sodíkových kanálů v uzlech stále není znám. Ačkoli bylo hlášeno, že některé molekuly adheze buněk jsou v uzlech nekonzistentně přítomny; je však známo, že řada dalších molekul je vysoce osídlena na gliových membránách paranodálních oblastí, kde přispívají k její organizaci a strukturální integritě.
Rozvoj
Myelinizace nervových vláken
Komplexní změny, které Schwannova buňka prochází během procesu myelinizace vláken periferních nervů, byly pozorovány a studovány mnoha. Počáteční obal axonu probíhá bez přerušení v celém rozsahu Schwannovy buňky . Tento proces je sekvenován skládáním povrchu Schwannovy buňky tak, že je vytvořena dvojitá membrána protilehlých ploch skládaného povrchu Schwannovy buňky . Tato membrána se natahuje a spirálovitě se obaluje znovu a znovu, jak pokračuje skládání povrchu Schwannových buněk . Výsledkem je, že zvýšení tloušťky prodloužení myelinové pochvy v jejím průměru průřezu je snadno zjistitelné. Je také evidentní, že každá z po sobě jdoucích otáček spirály se zvětšuje po délce axonu, jak se počet závitů zvyšuje. Jak však bylo vysvětleno dříve, není jasné, zda nárůst délky myelinové pochvy může být způsoben pouze zvýšením délky axonu pokrytého každým následujícím pootočením spirály. Na křižovatce dvou Schwannových buněk podél axonu mají směry lamelárního převisu konců myelinu opačný smysl. Toto spojení, sousedící se Schwannovými buňkami, tvoří region označený jako Ranvierův uzel.
Raná stadia
Výzkumníci dokazují, že ve vyvíjející se CNS je Nav1.2 zpočátku exprimován ve všech tvořících se uzlech Ranvier. Po zrání je uzlový Nav1.3 down-regulován a nahrazen Nav1.6. Naz1.2 je také vyjádřen během tvorby uzlu PNS, což naznačuje, že přepínání podtypů Nav kanálů je obecným jevem v CNS a PNS. Ve stejném vyšetřování bylo ukázáno, že Nav1.6 a Nav1.2 kolokalizovaly v mnoha uzlech Ranvier během časné myelinizace. To také vedlo k návrhu, že rané klastry kanálů Nav1.2 a Nav1.6 jsou určeny k tomu, aby se později staly uzly Ranvier. Neurofascin je také údajně jedním z prvních proteinů, které se akumulují v nově se tvořících uzlech Ranvier. Bylo také zjištěno, že poskytují nukleační místo pro připojení ankyrinových G, Nav kanálů a dalších proteinů. Nedávná identifikace proteinu mikrovilli Schwannových buněk gliomedinu jako pravděpodobného vazebného partnera axonálního neurofascinu přináší podstatné důkazy o důležitosti tohoto proteinu při náboru kanálů Nav do uzlů Ranvier. Dále Lambert a kol. a Eshed a kol. také naznačuje, že neurofascin se hromadí před kanály Nav a pravděpodobně bude mít klíčové role v prvních událostech spojených s uzlem formace Ranvier. Může tedy existovat více mechanismů, které pracují synergicky a usnadňují shlukování kanálů Nav v uzlech Ranvier.
Tvorba uzlů
Zdá se, že první událostí je akumulace buněčných adhezních molekul, jako je NF186 nebo NrCAM. Nitrobuněčné oblasti těchto molekul adheze buněk interagují s ankyrinem G, který slouží jako kotva pro sodíkové kanály. Současně se periaxonální prodloužení gliové buňky obalí kolem axonu, což vede k paranodálním oblastem. Tento pohyb podél axonu významně přispívá k celkové tvorbě Ranvierových uzlů tím, že umožňuje heminodům vytvořeným na okrajích sousedních gliových buněk se spojit do úplných uzlů. Septické spoje se tvoří na paranodách obohacením NF155 v gliových paranodálních smyčkách. Bezprostředně po časné diferenciaci nodálních a paranodálních oblastí se v juxta-paranodálních oblastech hromadí draslíkové kanály, Caspr2 a TAG1. Tato akumulace se shoduje přímo s tvorbou kompaktního myelinu . Ve zralých uzlových oblastech se zdá, že interakce s intracelulárními proteiny jsou životně důležité pro stabilitu všech uzlových oblastí. V CNS nemají oligodendrocyty mikrovily, ale jsou schopny iniciovat shlukování některých axonálních proteinů prostřednictvím vylučovaných faktorů. Kombinované efekty těchto faktorů s následnými pohyby generovanými obalením periaxonálního prodloužení oligodendrocytů by mohly být příčinou organizace CNS uzlů Ranvier.
Funkce
Akční potenciál
Akční potenciál je hrot kladné i záporné iontové vypouštění, která se pohybuje podél membrány buňky. Vytváření a vedení akčních potenciálů představuje základní komunikační prostředek v nervovém systému. Akční potenciály představují rychlé obraty napětí na plazmatické membráně axonů. Tyto rychlé zvraty jsou zprostředkovány napěťově řízenými iontovými kanály nacházejícími se v plazmatické membráně . Akční potenciál cestuje z jednoho místa v buňce do druhého, ale iontový tok přes membránu probíhá pouze v uzlech Ranvier. Výsledkem je, že signál akčního potenciálu přeskakuje podél axonu, od uzlu k uzlu, spíše než se šíří hladce, jako tomu je u axonů, kterým chybí myelinový obal. Toto chování umožňuje shlukování napěťově řízených sodíkových a draselných iontových kanálů v uzlech.
Slané vedení
Vzhledem k tomu, že axon může být nemyelinizovaný nebo myelinizovaný, má akční potenciál dva způsoby, jak cestovat po axonu. Tyto metody se označují jako kontinuální vedení pro nemyelinizované axony a solární vedení pro myelinizované axony. Slaná vodivost je definována jako akční potenciál pohybující se diskrétními skoky po myelinizovaném axonu.
Tento proces je načrtnut jako pasivně se šířící náboj do dalšího Ranvierova uzlu, aby jej depolarizoval na práh, který pak spustí akční potenciál v této oblasti, který se pak pasivně rozšíří do dalšího uzlu a tak dále.
Slané vedení poskytuje jednu výhodu oproti vedení, ke kterému dochází podél axonu bez myelinových pochev. Je to tak, že zvýšená rychlost poskytovaná tímto způsobem vedení zajišťuje rychlejší interakci mezi neurony. Na druhou stranu, v závislosti na průměrné rychlosti vypalování neuronu, výpočty ukazují, že energetické náklady na udržení klidového potenciálu oligodendrocytů mohou převážit energetické úspory akčních potenciálů. Myelinace axonů tedy nemusí nutně šetřit energii.
Regulace formace
Regulace paranod pomocí akumulace mitochondrií
Mitochondrie a další membránové organely jsou normálně obohaceny v oblasti PNP periferních myelinizovaných axonů, zejména těch axonů velkého kalibru. Skutečná fyziologická role této akumulace a faktory, které ji regulují, nejsou pochopeny; je však známo, že mitochondrie jsou obvykle přítomny v oblastech buňky, které vyjadřují vysokou potřebu energie. Ve stejných oblastech se také rozumí, že obsahují růstové kužely, synaptické terminály a místa iniciace a regenerace akčního potenciálu, jako jsou Ranvierovy uzly. V synaptických terminálech produkují mitochondrie ATP potřebný k mobilizaci vezikul pro neurotransmisi. V uzlech Ranvier slouží mitochondrie jako důležitá role při vedení impulzů produkcí ATP, který je nezbytný pro udržení aktivity energeticky náročných iontových pump. Na podporu této skutečnosti je v axoplazmě PNP velkých periferních axonů přítomno asi pětkrát více mitochondrií než v odpovídajících internodálních oblastech těchto vláken.
Uzlová regulace
Prostřednictvím αII-Spectrin
Slané vedení v myelinizovaných axonech vyžaduje organizaci Ranvierových uzlů, zatímco napěťově řízené sodíkové kanály jsou velmi osídlené. Studie ukazují, že αII-Spectrin, součást cytoskeletu, je v počátečních fázích obohacena o uzly a paranody a jak uzly zrají, exprese této molekuly zmizí. Je také prokázáno, že αII-spektrin v axonálním cytoskeletu je naprosto zásadní pro stabilizaci shluků sodíkových kanálů a organizaci zralého Ranvierova uzlu.
Možná regulace prostřednictvím rozpoznávací molekuly OMgp
Již dříve bylo ukázáno, že OMgp (oligodendrocytový myelinový glykoprotein) se shlukuje v uzlech Ranvier a může regulovat paranodální architekturu, délku uzlu a axonální klíčení v uzlech. Navazující studie však ukázala, že protilátka použitá dříve k identifikaci OMgp v uzlech křížově reaguje s jinou komponentou obohacenou o uzel versican V2 a že OMgp není vyžadován pro integritu uzlů a paranodů, argumentuje proti dříve hlášené lokalizaci a navrhovaným funkcím OMgp v uzlech.
Klinický význam
Proteiny v těchto excitabilních doménách neuronů při poranění mohou mít za následek kognitivní poruchy a různá neuropatická onemocnění.
Dějiny
Myelinový obal dlouhých nervů byl objeven a pojmenován německým patologickým anatomem Rudolfem Virchowem v roce 1854. Francouzský patolog a anatom Anatoine Ranvier později objevil uzly neboli mezery v myelinové pochvě, která nyní nese jeho jméno. Narodil se v Lyonu a Ranvier byl jedním z nejvýznamnějších histologů konce 19. století. Ranvier opustil patologické studie v roce 1867 a stal se asistentem fyziologa Clauda Bernarda . Byl předsedou Všeobecné anatomie na Collège de France v roce 1875.
Jeho vytříbené histologické techniky a práce na zraněných i normálních nervových vláknech se staly světově proslulými. Jeho pozorování vláknových uzlů a degenerace a regenerace řezaných vláken měla velký vliv na pařížskou neurologii v Salpêtrière . Brzy poté objevil mezery v pochvách nervových vláken, kterým se později říkalo Uzly Ranviera. Tento objev později vedl Ranviera k pečlivému histologickému vyšetření myelinových pochev a Schwannových buněk.
Další obrázky
Kompletní diagram buněk neuronů
Medulovaná nervová vlákna obarvená dusičnanem stříbrným
Viz také
Reference
externí odkazy
- Cell Centered Database - Node of Ranvier
- Anatomické foto: nervový/pns/nerv2/nerv5 - Srovnávací organologie na University of California, Davis - "PNS, nerv (LM, Medium)"