Кіріспе

Нейронның басқа нейрондарға сигналдарды өткізетін ұзын проекциясы. Аксон (грекше ἄξων áxōn, ось) немесе жүйке талшығы (немесе жүйке талшығы: орфографиялық айырмашылықтарға назар аударыңыз) – омыртқалы жануарлардағы жүйке жасушасының немесе нейронның ұзын, жіңішке проекциясы, ол әдетте жүйке жасушасының денесінен алысқа қарай электр импульстарын, әрекет потенциалдарын өткізеді. Аксонның функциясы – түрлі нейрондарға, бұлшық еттерге және бездерге ақпарат жеткізу. Кейбір сезім нейрондары (псевдоуниполярлы нейрондар), мысалы, тиісу және жылу сезінуге жауапты нейрондардың аксондары афферентті жүйке талшықтары деп аталады, ал электр импульсы олар арқылы шеткі бөлімнен жасуша денесіне және жасуша денесінен жұлынға, аксонның тағы бір тармағы арқылы жүреді. Аксонның жұмыс істемеуі, орталық және шеткі нейрондарға әсер ететін көптеген туа пайда болған және кейіннен дамыған неврологиялық аурулардың себебі болуы мүмкін. Жүйке талшықтары үш топқа бөлінеді: А тобының жүйке талшықтары, В тобының жүйке талшықтары және С тобының жүйке талшықтары. А және В топтары миелинмен қапталған, ал С тобы миелинсіз. Бұл топтарға сезімтал және қозғалтқыш талшықтар кіреді. Тағы бір жіктемеде сезімтал талшықтар ғана I, II, III және IV типтерге бөлінеді. Аксон – нейронның жасушалық денесінен шығатын екі түрдің бірі, екіншісі – дендрит. Аксондар дендриттерден пішінімен (дендриттер көбінесе жіңішкерейді, ал аксондар әдетте тұрақты радиусты сақтайды), ұзындығымен (дендриттер жасуша денесінің шағын аймағымен шектеледі, ал аксондар әлдеқайда ұзын болуы мүмкін) және функциясымен (дендриттер сигналдарды қабылдайды, ал аксондар оларды жібереді) ерекшеленеді. Кейбір нейрондарда аксон болмайды және олар сигналдарды дендриттерінен өткізеді. Кейбір түрлерде аксонды тасымалдаушы дендриттер деп аталатын дендриттерден аксондар шығады. Нейронның бірден көп аксоны болмайды; алайда, жәндіктер мен қандасқалар сияқты омыртқасыз жануарларда аксон кейде бір-бірінен тәуелсіз жұмыс істейтін бірнеше аймақтардан тұрады. Аксон аксолема деп аталатын мембранамен қапталған; аксонның цитоплазмасы аксоплазма деп аталады. Көптеген аксондар тармақталады, кейде өте көп. Аксонның соңғы тармақтары телодендриялар деп аталады. Телодендрияның кеңейген ұшы аксон терминалы деп аталады, ол басқа нейронның дендритіне немесе жасушалық денесіне қосылып, синапстық байланыс құрайды. Аксондар басқа жасушалармен, әдетте басқа нейрондармен, кейде бұлшықет немесе без жасушаларымен синапстар деп аталатын қосылыстар арқылы байланысады. Кейбір жағдайларда бір нейронның аксоны сол нейронның дендриттерімен синапс құруы мүмкін, нәтижесінде автопсия пайда болады. Синапс кезінде аксонның мембранасы мақсатты жасушаның мембранасына жақын орналасады, ал арнайы молекулалық құрылымдар саңылау арқылы электрлік немесе электрохимиялық сигналдарды жеткізуге қызмет етеді. Кейбір синапстық қосылыстар аксонның бойымен созылып жатыр; олар en passant ("өткен кезде") синапстары деп аталады және бір аксон бойымен жүздеген немесе тіпті мыңдаған болуы мүмкін. Басқа синапстар аксоналдық тармақтардың ұштарында терминалдар ретінде пайда болады. Бір аксон, барлық тармақтарымен бірге, мидың бірнеше бөлігін нысанаға алады және мыңдаған синапстық терминалдарды құрайды. Аксондардың жиынтығы орталық жүйке жүйесінде жүйке жолдары, ал шеткі жүйке жүйесінде түйіндіктерді құрайды. Плаценталы сүтқоректілерде мидағы ең үлкен ақ зат жолы – корпус каллозум, ол адам миында 200 миллионға жуық аксондардан тұрады. Миелин – екі түрдегі глиальды жасушалар: Шванн жасушалары мен олигодендроциттер құрайтын майлы оқшаулағыш заттың қабаты. Шванн жасушалары шеткі жүйке жүйесінде миелинмен қапталған аксонның миелин қабығын құрайды. Олигодендроциттер орталық жүйке жүйесінде оқшаулағыш миелинді құрайды. Миелинделген жүйке талшықтары бойымен миелин қабығында Ранвье түйіндері деп аталатын саңылаулар тегіс аралықпен пайда болады. Миелинділеу сальтораттық өткізу деп аталатын электр импульстарын таратудың ерекше жылдам түрін қамтамасыз етеді. Миелинделген аксондар қабықшадағы нейрондардан шығып, мидағы ақ зат деп аталатын нейролық тіндердің негізгі бөлігін құрайды. Миелин ұлпаға ақ түс береді, бұл ми қабығының сұр затына, нейрон жасушаларының денелерін қамтитын, қарама-қарсы келеді. Мида да осыған ұқсас құрылым байқалады. Миелинделген аксондардың жиынтығы орталық жүйке жүйесінде жүйке жолдары құрайды. Бұл жолдар мидың орта сызығын кесіп өтіп, қарама-қарсы аймақтарды байланыстырады, оларды комиссуралар деп атайды. Олардың ең үлкені – екі ми шарының арасын байланыстыратын корпус каллозум, ол шамамен 20 миллион аксондардан тұрады. Аксонның бастапқы сегментінің бір функциясы – аксонның негізгі бөлігін нейронның қалған бөлігінен бөлу, екінші функциясы – әрекет потенциалын бастауға көмектесу. Бұл екі функция да нейронның жасушалық полюстігін қолдайды, онда нейронның дендриттері (және кейбір жағдайларда сомасы) базальды аймақта кіріс сигналдарын қабылдайды, ал аппикальды аймақта нейронның аксоны шығыс сигналдарын береді. Аксонның бастапқы сегменті миелинделмеген және арнайы белоктардың кешенін қамтиды. Оның ұзындығы шамамен 20-60 мкм және әрекет потенциалын бастау орны ретінде қызмет етеді. Аксонның орны және AIS-тің ұзындығы да өзгеруі мүмкін, бұл нейрондық шығысты нақты реттеуге мүмкіндік беретін пластикалық қабілетті көрсетеді. Ұзын AIS жоғарырақ қозу қабілетімен байланысты. Иондық каналдар көптеген жасушалық адгезия молекулаларымен және оларды цитоскелетке бекітетін қаңқалы белоктармен бірге жүреді. Бұл микротүтіктердің оң ұштарымен көрсетілген. Бұл қабаттасқан құрылым жасуша денесінен әртүрлі материалдарды тасымалдау үшін жолдарды қамтамасыз етеді. Сыртқа және ішке қарайтын жолдар әртүрлі моторлық белоктар жиынтығын пайдаланады. Шеткі жүйке жүйесінде аксондар Шванн жасушалары деп аталатын глиальды жасушалармен миелинделген. Орталық жүйке жүйесінде миелин қабығын басқа глиальды жасуша, олигодендроцит қамтамасыз етеді. Шванн жасушалары бір аксонды миелиндейді. Олигодендроцит 50 аксонға дейін миелиндей алады. Екі типтегі миелиннің құрамы әртүрлі. Орталық жүйке жүйесінде негізгі миелин белгісі – протеолипидтік белок, ал шеткі жүйке жүйесінде – миелин негізгі белгісі.

Ранвье тораптары

Ранвье түйіндері (миелин қабығының саңылаулары деп те аталады) – миелинмен қапталған аксонның миелинсіз қысқа бөліктері, олар миелин қабығының сегменттері арасында белгілі бір аралықпен кездеседі. Сондықтан, Ранвье түйінінің орнында аксонның диаметрі кішірейеді. Бұл түйіндер – әрекет потенциалын тудыруға қабілетті аймақтар. Салтаторлық өткізілімде Ранвье түйінінде пайда болатын электр тогы келесі түйінге аз ғана әлсіреумен жетеді, онда ол тағы бір әрекет потенциалын тудыру үшін жеткілікті күшті болып қалады. Осылайша, миелинмен қапталған аксонда әрекет потенциалы түйінден түйінге «секіріп» өтеді, арасындағы миелинмен қапталған бөліктерді айналып өтеді, нәтижесінде таралу жылдамдығы тіпті ең жылдам миелинсіз аксоннан да жоғары болады.

Аксон терминалдары

Аксон көптеген бұтақтарға – телодендрияларға (грекше "ағаш ұшы") бөлінеді. Әр телодендрияның соңында аксон терминалы (синапстық түйін немесе терминалды түйін деп те аталады) орналасады. Аксон терминалдарында синапстық кеспелер болады, олар синапста босату үшін нейротрансмиттерді сақтайды. Бұл басқа нейрондармен көптеген синапстық байланыстардың мүмкін болуын қамтамасыз етеді. Кейде нейронның аксоны сол нейронның дендриттерімен синапсқа түсуі мүмкін, мұндай жағдай аутапс деп аталады.

Аксольді тамырлар

Жұмысы дұрыс дамыған мида кейбір аксондардың бойымен пресинаптикалық бутондар орналасқан, олар аксондық варикоздар деп те аталады және олар гиппокамптың нейротрансмиттерлерді бөліп шығаруға қатысатын аймақтарында табылады. Дегенмен, аксондық варикоздар нейродегенеративті ауруларда да кездеседі, онда олар әрекет потенциалының жүргізілуіне кедергі келтіреді. Аксондық варикоздар бас миының жарақаттануының да белгісі болып табылады. Аксондардың зақымдануы көбінесе аксон цитоскелетіне байланысты болып, тасымалдауды бұзады. Соның салдарынан бета-амилоид прекурсорлық белгісі сияқты ақуыздар жинақталып, аксон бойымен варикоздардың пайда болуына себеп болатын ісіктерге әкелуі мүмкін. Шындығында, тірі организмдегі (in vivo) әрекет потенциалдарының пайда болуы кезекті түрде жүреді, ал осы кезекті импульстар нейрондардың цифрлық кодтарын құрайды. Бұрынғы зерттеулер қысқа мерзімді импульстармен шақырылған жеке тікенек аксоналдық тектен шыққандығын көрсеткенімен, тірі организмдегі (in vivo) физиологиялық сигналдар нейрондардың жасуша денелерінде кезекті тікенектердің басталуын қозғауға мүмкіндік береді. Аксон әрекет потенциалын аксондық терминалдарға таратумен қатар, аксондық терминалға қарай кезекті әрекет потенциалдарының сенімді таралуын қамтамасыз ететін әрекет потенциалын күшейте алады. Молекулалық механизмдер тұрғысынан алғанда, аксондағы вольтажға сезімтал натрий каналдары қысқа мерзімді импульстарға жауап ретінде төменгі шектік мәнге және қысқарақ рефрактерлік кезеңге ие.

Даму

Аксонның мақсатына жету үшін дамуы – жүйке жүйесінің жалпы дамуындағы алты маңызды кезеңнің бірі. Мәдени ортада өсірілген гиппокамп нейрондарына жасалған зерттеулер, нейрондардың бастапқыда бір-бірімен теңдей бірнеше нейриттерді өндіретінін, бірақ олардың тек біреуінің ғана аксонға айналатынын көрсетеді. Аксонның қалыптасуы аксонның ұзаруына дейін болады ма, әлде керісінше ме, әлі белгісіз, бірақ соңғы деректер соңғысына ишаралайды. Егер толық дамымаған аксон кесілсе, оның полярлығы өзгеруі мүмкін және басқа нейриттер аксонға айналуы мүмкін. Бұл полярлықтың өзгеруі тек аксон басқа нейриттерден кем дегенде 10 мкм қысқа кесілгенде ғана жүзеге асады. Кесілгеннен кейін ең ұзын нейрит болашақ аксонға айналады, ал қалған барлық нейриттер, бастапқы аксонды қоса, дендриттерге айналады. Нейритке сыртқы күш түсіріп, оны ұзартса, ол аксонға айналуы мүмкін. Дегенмен, аксонның дамуы клетка сырты сигналдау, клетка іші сигналдау және цитоскелет динамикасы арасындағы күрделі өзара әрекеттесу арқылы жүзеге асады.

Ұяшық сыртындағы сигнализация

Нейронды қоршаған клеткадан тыс матрица арқылы тарайтын клеткадан тыс сигналдар аксондардың дамуында маңызды рөл атқарады. Бұл сигнал беру молекулаларының қатарында ақуыздар, нейротрофтық факторлар, клеткадан тыс матрица және адгезия молекулалары бар. Нетрин (UNC 6 деп те аталады) – секрецияланатын ақуыз, ол аксон қалыптасуына қатысады. UNC 5 нетрин рецепторының мутациялануы салдарынан бірнеше нейриттер нейрондардан бұрыс бағытта өседі, соңында біреуі алға қарай аксон ретінде ұзарады. Аксон дамуына нейротрофтық факторлар да қатысады: жүйке өсу факторы (NGF), мидан алынған нейротрофтық фактор (BDNF) және нейротрофин 3 (NTF3), олар Trk рецепторларымен байланысады. Нейриттердің ұштарында TrkA-ның белсендірілуіне қатысатын ганглиозидті түрлендіретін фермент – плазма мембранасы ганглиозид сиалидазасы (PMGS) аксондардың ұзаруы үшін қажет. PMGS болашақ аксонға айналатын нейрит ұшына асимметриялық түрде таралады.

Ұяшық ішіндегі сигнал беру

Аксондардың даму кезінде PI3K белсенділігі болашақ аксон ұшында артады. PI3K белсенділігін бұзу аксон дамуын тежейді. PI3K белсенділігінің артуы фосфатидил инозитол (3,4,5) трифосфатының (PtdIns) түзілуіне алып келеді, бұл нейриттің айтарлықтай ұзаруына және оның аксонға айналуына себеп болады. Сондықтан, PtdIns-ті дефосфорилейтін фосфатазалардың артық өршуі поляризацияның қалыптаспауына әкеледі.

Өсу

Өсіп келе жатқан аксондар өсу конусы арқылы қоршаған ортада қозғалады, ол аксонның ұшында орналасқан. Өсу конусының кең, жапырақша тәрізді созылмасы – ламеллиподиум, оның құрамында филоподия деп аталатын өскіндер бар. Филоподиялар – бүкіл процестің беттерге жабысуы және айналағы ортаны зерттеу механизмі. Актин осы жүйенің жылдамдығында маңызды рөл атқарады. Клеткалық адгезия молекулаларының (КАМ) жоғары концентрациясы аксондардың өсуі үшін қолайлы орта жасайды. Бұл аксондарға өсу үшін "жабысқақ" бетті ұсынады. Нейрондық жүйеге тән КАМ мысалдары: N CAM, TAG 1 – аксоналдық гликопротеин және MAG, олардың барлығы иммуноглобулин суперавторына жатады. Аксондардың бірге өсуіне жабысқақ субстратты қамтамасыз ететін тағы бір молекулалар тобы – ұяшықтан тыс матрицаның адгезия молекулалары. Олардың мысалдары: ламинин, фибронектин, тенасцин және перлекан. Олардың кейбіреулері жасушалардың бетіне байланысқан және қысқа қашықтықта тартымды немесе тебу әсерін көрсетеді. Ал басқалары – дифузиялық лигандтар, сондықтан ұзаққа созылатын әсерге ие. Нейрон аксондарының өсуін бағыттауға көмектесетін бағдарлаушы жасушалар көмектеседі. Аксонды бағыттауға көмектесетін бұл жасушалар әдетте басқа нейрондар болып табылады, кейде олар толық жетілмеген. Аксон өзінің мақсатына жеткенде және байланысқанда, оның диаметрі өткізу жылдамдығының қажеттілігіне байланысты бес есеге дейін артуы мүмкін. Зерттеулер сондай-ақ нейронның аксондары зақымданған жағдайда, сомасы (нейронның жасушалық денесі) зақымдалмаса, аксондар жаңарып, бағдарлаушы жасушалардың көмегімен нейрондармен синаптық байланыстарды қайта жасайтынын көрсетті. Бұл нейрорегенерация деп те аталады. Nogo A – орталық нерв жүйесінің миелин қабықшаларында (аксон ішінде) кездесетін нейрит өсуін тежейтін компонент. Ол ересек сүтқоректілердің орталық нерв жүйесінде аксондардың жаңаруын шектеуде маңызды рөл атқарады. Жақындағы зерттеулерде Nogo A-ны тоқтату және бейтараптандыру аксондардың алыс қашықтықта жаңаруына мүмкіндік береді, бұл егеуқырлар мен тышқандардың жұлынның қалпына келуін жақсартады. Бұл әлі адамдарда жасалмаған. Соңғы зерттеуде Dectin 1 рецепторын белсендіретін белгілі бір қабыну жолы арқылы белсендірілген макрофагтар аксондардың жаңаруын ынталандыра алатыны анықталды, бірақ сонымен қатар нейронда нейротоксикалық әсерге де алып келеді.

Ұзындығын реттеу

Аксонның ұзындығы кейбір жануарларда бірнеше микрометрден метрге дейін өзгереді. Бұл нейрондардың аксондарының ұзындығын сезінуіне және олардың өсуін сәйкесінше бақылауына мүмкіндік беретін жасушалық ұзындықты реттеу механизмі болуы керек екенін көрсетеді. Моторлық ақуыздар аксон ұзындығын реттеуде маңызды рөл атқаратыны анықталды. Осы байқаулар негізінде зерттеушілер аксон өсуінің нақты моделін жасады, онда моторлық ақуыздар аксон ұзындығына молекулалық деңгейде қалай әсер ететінін сипаттады. Бұл зерттеулер моторлық ақуыздардың сигналдық молекулаларды сомадан өсу конусына және кері бағытта тасымалдайтынын, олардың концентрациясы ұзындыққа байланысты жиілікпен уақыт өте өзгеретінін көрсетеді.

Клиникалық маңызы

Зақымның ауырлық дәрежесі бойынша перифериялық жүйке жүйесіндегі жүйкеге келтірілетін зақымды нейрапраксия, аксонометез немесе нейротмез деп сипаттауға болады. Шаңқабаздық (конкусия) – диффузиялық аксоналдық зақымданудың жеңіл түрі саналады. Аксондардың зақымдануы орталық хроматолизге де алып келуі мүмкін. Жүйке жүйесіндегі аксондардың дисфункциясы – перифериялық және орталық нейрондарға әсер ететін көптеген тұқым қуалайтын және қабылданған неврологиялық аурулардың басты себептерінің бірі. Аксонның деградациясы (қайта өлуі) көптеген нейродегенеративті ауруларда, әсіресе аксоналдық тасымалдау бұзылған кезде кездеседі, бұл Валлерианға ұқсас дегенерация деп аталады. Зерттеулер көрсеткендей, дегенерация аксонның барлық бөлігіне жетіп тоқтауына кедеріс келтіретін аксондық NMNAT2 ақуызының нәтижесінде пайда болады. Аксонның демиелинизациясы көптеген неврологиялық симптомдарға, соның ішінде склерозға (multiple sclerosis) себеп болады. Дисмиелинизация – миелин қабығының бұрыс қалыптасуы. Бұл бірнеше лейкодистрофиялармен, сондай-ақ шизофрениямен байланысты. Ауыр ми жарақаты жүйке жолдарында кең ауқымды зақымдануларға алып келуі мүмкін, бұл аксондардың диффузиялық аксоналдық зақымдануы деп аталады. Бұл тұрақты вегетативтік күйге соқтыруы мүмкін. Егешқұйрықтарда (rat) жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, бір рет болған жеңіл ми жарақатынан туған аксоналдық зақымдану, кейіннен қайталап болатын жеңіл ми жарақатынан кейін одан әрі зақымдануға осалдықты тудыруы мүмкін. Нервті бағыттау құбыры – аксонның өсуін бағыттаудың жасанды тәсілі, ол нейрорегенерацияны қамтамасыз етеді және әртүрлі жүйке зақымдануларын емдеуге қолданылатын көптеген емдеулердің бірі болып табылады.

Терминология

Кейбір жалпы сөздіктер "нерв талшығын" аксондар мен дендриттерді қоса, кез келген нейрондық процесс ретінде анықтайды. Дегенмен, медициналық дереккөздерде "нерв талшығы" әдетте тек аксонды білдіреді.

Тарих

Неміс анатомы Отто Фридрих Карл Дайтерс аксондарды дендриттерден ажыратып, оларды жаңадан ашты. Луи Антуан Ранвье аксондардағы саңылауларды немесе түйіндерді алғаш рет сипаттады, және осы үлесі үшін бұл аксондық ерекшеліктер қазір Ранвье түйіндері деп аталады. Испан анатомы Сантьяго Рамон и Кахал аксондар нейрондардың шығыс бөліктері екенін және олардың аксондық өткізгіштік жылдамдығы, миелинділігі, талшық мөлшері сияқты функционалдығын сипаттады. Алан Ходжкин мен Эндрю Хаксли де 1939 жылы шаянның алып аксонын пайдаланды, ал 1952 жылы олар әрекеттік потенциалдың иондық негізін толық сандық түрде сипаттап шығарды, нәтижесінде Ходжкин-Хаксли моделі жасалды. Ходжкин мен Хаксли осы жұмысы үшін 1963 жылы Нобель сыйлығымен марапатталды. Аксондық өткізгіштікті анықтайтын формулалар Франкенхаузер-Хаксли теңдеулері арқылы омыртқалы жануарларға қолданылды. Әрекеттік потенциалдың таралуының биохимиялық негізін түсіну одан әрі дамыды және жеке иондық каналдар туралы көптеген мәліметтерді қамтиды.

Басқа жануарлар

Омыртқасыз жануарлардағы аксондар жан-жақты зерттелген. Үлгі организм ретінде жиі қолданылатын ұзын қанатты жағалаулық кальмарда ең ұзын аксон кездеседі. Гигант кальмарда ең ірі аксон табылған. Оның диаметрі 0,5 (көбінесе) – 1 мм аралығында болады және реактивті жылдамдату жүйесін басқару үшін пайдаланылады. Ең жоғары өткізу жылдамдығы 210 м/с, ол кейбір пелагикалық Penaeid шағалаларының қабықшамен қапталған аксондарында байқалады, ал әдеттегі диапазоны 90 мен 200 метр/с аралығында (мысалы, ең жылдам миелинді омыртқалы жануарлардың аксоны үшін 100–120 м/с). Егер аксон дендриттен пайда болса, ондай аксондардың "дендриттік тегі" бар деп айтылады, бұл егеуқыр зерттеулерінде де көрінеді. Дендриттік тегі бар кейбір аксондардың "проксималды" бастапқы сегменті аксонның басталу орнынан тікелей басталады, ал басқаларында аксонның басталу орнынан анық ажыратылған "дисталдық" бастапқы сегменті болады.