4. 4. 3. Клетки и синапсы ЦНС

1. Процеребрум. Процеребральные отделы церебральных ганглиев виноградной улитки давно привлекают внимание исследователей своей необычностью, непохожестью на другие области окологлоточного нервного кольца. Здесь имеются только очень мелкие нервные клетки, что резко отличает процеребрум от всех других ганглиев, где наряду с некоторым числом мелких нейронов представлены клетки средних размеров, крупные и гигантские. Далее, процеребрум отличается тем, что нейропиль в нём занимает боковое положение, тогда как вообще для ганглиев моллюсков характерно центральное положение нейропиля, окружённого со всех сторон телами нейронов. Необычным является также и то, что процеребрум развивается из отдельной закладки и присоединяется к остальной части церебральных ганглиев на относительно поздней стадии онтогенеза. Наконец, нужно отметить, что процеребрум имеется только у стебельчатоглазовых лёгочных улиток; во всех остальных группах класса гастропод такого образования в ЦНС нет, и попытки установить гомологии этого отдела встречаются с известными трудностями.

Как показало электронно-микроскопическое исследование, процеребрум необычен и по своей тонкой структуре, что выражается в мощном развитии системы аксо-соматических синапсов. Помимо виноградной улитки, процеребрум был нами изучен у одного из видов слизней (см. 5.3.5.). Результаты этого исследования подробно изложены в статье, хорошо иллюстрированной электронно-микроскопическими фотографиями [353]. Это позволяет нам ограничиться здесь кратким изложением главных результатов.

Процеребрум виноградной улитки, как и слизня, состоит из нескольких частей, между которыми проходят чёткие границы (см. рис. 3, Б), что хорошо видно в световой микроскоп. Периферическое положение занимает клеточная масса, состоящая из однородно мелких нейронов. Их отростки, сливаясь в пучки, покидают клеточную массу и входят в нейропиль, расположенный в медиальной части процеребрума. Часть нейропиля, примыкающая к клеточной массе, называется терминальным нейропилем. Четкая граница отделяет его от так называемого внутреннего нейропиля, который простирается медиально к мезоцеребруму.

Если в клеточную массу входить со стороны периневрия, то в первую очередь встречаются периферически расположенные в ней крупные «пограничные клетки», не имеющие нейрональных черт и, по-видимому, представляющие собой род питательных клеток. Их многочисленные отростки располагаются между нейронами наружных слоев. Пограничные клетки имеют ряд интересных черт строения (например, крупные митохондрии, содержащие многочисленные электронноплотные гранулы), но здесь нет смысла на этом задерживаться. Нейроны наружных слоев клеточной массы имеют неправильную форму и богаче цитоплазмой, чем лежащие глубже. Мелкие, не более 10 мк в диаметре, нейроны внутренних слоев имеют лишь тонкий ободок цитоплазмы вокруг ядра и упакованы исключительно плотно, так что нередко встречаются прижатые друг к другу клетки, разделённые лишь межклеточной щелью. В других случаях между наружными мембранами двух соседних нейронов приложен узкий однослойный глиальный тяж. Эти прослойки образованы отростками глиальных клеток, весьма немногочисленных в клеточной массе процеребрума и по размерам своего клеточного тела не отличающихся от нейронов.

Нейроны униполярны, единственный отросток направляется в сторону нейропиля. Иногда при прохождении отростка около сомы другого нейрона в соме наблюдается скопление пузырьков в области такого контакта. Эти прозрачные пузырьки размером 500 — 800 ?, возможно, свидетельствуют о существовании сомо-аксонных синапсов (таковые описаны у позвоночных). Скопления таких же пузырьков видны в некоторых аксонах, образующих в клеточной массе аксо-аксонные или аксо-соматические контакты. Такие аксоны, как правило, следуют в направлении, поперечном по отношению к пучкам волокон, выходящих из клеточной массы. В пресинаптическом аксоне хорошо различимы узкие участки, в которых имеются только нейротубулы, и расширения, богатые митохондриями и синаптическими пузырьками. Каждое расширение обычно образует контакты гломерулярного типа сразу с несколькими нейронами или их отростками.

В пучке тонких, диаметром около 0,5 мк, аксонов, покидающих клеточную массу, обычно можно встретить одно или несколько более толстых волокон, которые содержат везикулы с электронноплотным зерном. Размеры таких везикул — около 800 — 1200 ?. Такие волокна тоже образуют аксо-соматические контакты в клеточной массе. Поскольку в клеточной массе нет клеток, которые могли бы дать начало таким волокнам, мы предположили, что они приходят в процеребрум извне. В самом деле, люминесцентно-гистохимическое исследование показало, что этим аксонам соответствуют волокна, дающие зелёное свечение при выявлении биогенных моноаминов (см. 4.3.2). Как оказалось, небольшой пучок волокон, содержащих первичный катехоламин, вступает в процеребрум со стороны метацеребрума, тянется вдоль внутренней границы клеточной массы и отсылает в неё одиночные волокна, в которых видны варикозные расширения, расположенные между телами нейронов. Эта картина вполне соответствует той, которая наблюдается в электронный микроскоп. Редкая сеть люминесцирующих волокон, имеющих варикозные расширения, видна также в терминальной нейропиле, но во внутреннем нейропиле такие волокна отсутствуют. Соответственно, электронно-микроскопические препараты демонстрируют отсутствие волокон с упомянутыми секреторными везикулами во внутреннем нейропиле, тогда как в терминальном такие волокна встречаются. Вообще картина синаптических контактов терминального нейропиля весьма напоминает то, что было сказано в отношении клеточной массы. Напротив, внутренний нейропиль отличается совершенно иной картиной. Здесь наиболее характерным элементом являются аксоны, которые в своей расширенной части содержат не везикулы, а извитые трубочки, которые лишь немногим шире обычных нейротубул (как известно, нейротубулы извитыми не бывают). Внутренний нейропиль процеребрума отличается от терминального не только в ультраструктурном отношении, но и цитохимически: здесь наблюдается высокая активность дегидрогеназы глюкозо-6-фосфата.

2. Мезоцеребрум. Так называются парные выпуклые доли, расположенные в каждом из церебральных ганглиев впереди от церебральной комиссуры (рис. 3, А). В световой микроскоп видно, что правый мезоцеребрум несколько крупнее левого. Каждый заполнен относительно крупными клетками, лишь в латеральной части имеются нейроны меньшего размера. Ни те, ни другие не дают положительной реакции на биогенные амины, но мелкие нейроны или часть из них проявляют себя как гомори-положительные клетки (собственные данные).

Электронно-микроскопически в оболочке, окружающей мезоцеребрум, помимо элементов соединительной ткани, выявляется много мелких клеток. Каждая клетка имеет один длинный отросток, нередко с микротубулами, направленный в сторону ганглия. Они бывают тёмными или светлыми в зависимости от количества рибосом. Клетки и их отростки заполнены множеством секреторных гранул изменчивой электронной плотности. Размеры гранул 500 — 1000 ?, изредка до 1300 ?, средний размер определён как 747 ?. Эти клетки идентифицированы как клетки «дорзальных тел» — эндокринных образований, контролирующих активность гонады у гастропод [см. 200]. Ранее дорзальные тела стебельчатоглазых улиток были известны только по данным световой микроскопии. Наши ультраструктурные данные указывают на возможную нейронную природу указанных клеток.

Кроме них, в оболочке встречаются нервные волокна, контактирующие с мышечными клетками периневрия. Эти моторные окончания описаны в следующем разделе.

В нервной ткани мезоцеребрума нами отмечены три типа нейронов, различающиеся по характеру секреторных гранул. Для цитоплазмы первого из указанных типов характерно относительно небольшое число гранул, их диаметр достигает 3000 ? (средний 2172 ?), гранулы наполнены гомогенным плотным содержимым почти до своей наружной мембраны. Другой тип характеризуется гранулами диаметром до 2000 ? (среднее для 139 гранул — 1366 ?), мелкозернистое содержимое гранул отделено от мембраны светлой зоной. В третьем случае наружный вид гранул такой же, но их диаметр несколько меньше (максимальный 1700, средний для 165 гранул — 1070 ?).

3. Дорзальный метацеребрум. В оболочке этой зоны церебрального ганглия видны уже упомянутые выше мелкие клетки«дорзальных тел». Внешний вид и кривая распределения ихдиаметров такие же, как в мезоцеребруме, средний для 557 гранул диаметр определён в 710 ?. Секреторные гранулы в нервных клетках характеризуются гомогенным содержимым, заполняющим гранулы практически до самой оболочки. Гранулы в перикарионах немногочисленны. По диаметрам гранул можно различить две категории клеток: максимальные размеры гранул в них составляют 1700 и 2300 ?, средний диаметр соответственно 1058 и 1890 ?.

4. Левый париетальный ганглий. В исследованной области ганглия самой крупной является клетка ЛПа3. В её цитоплазме отсутствуют секреторные гранулы, но характерно присутствие большого числа цитосом. Гранулы, однако, в большом числесодержатся в неидентифицированных нейронах, занимающих визученном участке медиальное и вентральное положение. В небольших нейронах, которых много на вентральной стороне, не густо расположены гранулы умеренной плотности, со светлой наружной зоной. Их диаметр до 2000 ?, в среднем для 210 гранул — 977 ?. Имеется также крупный нейрон, содержащий множество гранул с ровным, не очень плотным содержимым, сплошь заполняющим всю гранулу. Диаметр достигает 3000 ?, среднее для 375 гранул 1460 ?. Ещё в одной крупной клетке также наблюдается множество гранул, они тоже лишены наружной светлой зоны, а содержимое отличается гомогенностью и малой электронной плотностью. Эти гранулы самые крупные, максимальный диаметр 3300, средний для 292 гранул — 1923 ?.

5. Правый париетальный ганглий, передняя часть. Гигантская клетка ППа3, как и ЛПа3, гранул не содержит. Небольшие нейроны содержат довольно много гранул диаметром до 2000 ?. Хотя как максимальный, так и средний размер этих гранул (991 ?) близок к величинам, указанным для мелких нейронов левого париетального ганглия, внешний вид гранул здесь совсем иной: они практически не имеют периферической светлой зоны.

6. Правый париетальный ганглий, латеральная область. Мы изучили область, в которой расположена большая группа крупных клеток, обозначаемых нами как группа D и подробно изученных электрофизиологически. Эти клетки содержат множество гранул, обладающих наиболее крупными размерами — до 4000 ?. Гранулы имеют неравномерное плотное, чётко ограниченное центральное ядро и периферическую светлую зону. Средний для 436 гранул диаметр определен в 2063 ?. Для этих нейронов характерна также концентрическая организация эргастоплазмы, образующей фигуры субстанции Ниссля. В изученной области ганглия имеются клетки с гранулами других типов. Группа довольно крупных нейронов характеризуется тем, что в их цитоплазме обширные области заполнены муциноподобным содержимым; между этими пустотами расположены участки активной цитоплазмы, содержащие митохондрии, богатый эндоплазматический ретикулум. Секреторные гранулы расположеныв этих нейронах скоплениями, обычно вблизи крупных липидных включений. Размеры гранул несколько меньше, чем в клетках групп D, — средний диаметр около 1500 ?; содержимое гранул плотное, светлая зона под ограничивающей мембраной невелика или отсутствует. Далее, имеются относительно крупные нейроны, содержащие необычные каплевидные включения сложной ультраструктуры, а также небольшое число гранул с плотным ядром (максимальный диаметр 2000, средний 1350 ?). Ещё один тип — редкие мелкие нейроны с маленькими, в среднем около 700 ?, редкими гранулами, имеющими очень плотное ядро.

7. Висцеральный ганглий. В исследованной области (верхушка ганглия) наблюдается очень разнородный состав нейронной популяции. Изучение не было исчерпывающим, и указываемые ниже три типа нейронов не выражают всего наблюдающегося здесь разнообразия. Прежде всего отметим клетки с большим числом гранул, в которых плотное содержимое не оставляет наружной светлой зоны. Максимальный диаметр 2000, средний для 560 гранул — 1100 ?. Цитоплазма этих клеток отличается богатством нейрофиламентов, имеются и нейротубулы. Эти структуры (филаменты) отсутствуют в клетках другого типа, в которых гранулы по внешнему виду похожи на описанные выше. Но диаметр гранул здесь иной: максимальный — 3000, средний для 170 гранул — 1380 ?. Гранулы здесь расположены реже. Наконец, имеются богатые рибосомами небольшие нейроны с гранулами, плотное зерно которых часто расположено эксцентрично. Диаметр до 2300 ?, средний для 217 гранул — 1293?.

8. Тентакулярный ганглий. Расположенный в концевой части омматофора (верхнего щупальца) тентакулярный ганглий состоит из двух частей: округлого проксимального основания и дистальной части, имеющей форму пальцевидных выростов. Эти выросты вытянуты в сторону чувствительного обонятельного эпителия, покрывающего концы щупалец. В каждом таком выросте имеются мелкие нейроны, пучки волокон и участки синаптического нейропиля. Проксимальная часть ганглия представляет собой как бы расширение па конце тентакулярного нерва, приходящего из церебрального ганглия. Центральную зону этой части занимают пучки волокон, продолжающиеся в тентакулярный нерв, а на периферии находятся тела нервных клеток, в основном мелких. Среди волокон бросается в глаза масса очень тонких аксонов, часто не разделённых глией, которые, по-видимому, являются нисходящими отростками клеток тентакулярного ганглия и восходящими отростками мелких нейронов процеребрума [см. об этом 176]. Кроме этих тонких аксонов, здесь, как и в самом тентакулярном нерве, виден пучок толстых нервных волокон, которые транзитом проходят через тентакулярный ганглий и, выходя из него, образуют короткий нервик, тут же входящий в ретракторную мышцу омматофора. Это — моторные волокна, об их окончаниях на мышце см. в следующем разделе (4.4.4). Клеточные тела этих мотонейронов расположены в метацеребральном отделе церебрального ганглия [176]. Наконец, в тентакулярный ганглий приходят из церебрального ганглия аксоны катехоламиновых нейронов метацеребрума. Как отмечалось в разделе 4.3.2., эти волокна в виде небольшого пучка вступают в ганглий; проходя через проксимальную часть, они дают веточки в синаптический нейропиль; особенно сильное ветвление этих волокон наблюдается в нейропиле пальцевидных выростов.

Волокна, идентифицированные в люминесцентный микроскоп как содержащие первичный катехоламин, имеют такую же ультраструктуру, как соответствующие волокна в процеребруме (см. выше). Они здесь также заполнены гранулами с электронноплотным центральным зерном. Помимо этих гранул, местами встречаются скопления мелких пустых пузырьков, что обычно рассматривается как свидетельство активной секреции. Размеры гранул, как и в процеребруме, составляют примерно 800 — 1200 ?, средний диаметр для 120 гранул определен в 971 ?.

В составе тентакулярного ганглия имеется много клеток, цитоплазма которых богата гранулами с иными ультраструктурными характеристиками. Поскольку волокна с такими гранулами не наблюдались в тентакулярном нерве, можно было думать, что эти клетки являются нейросекреторными либо принимают участие в местных нервных связях в пределах щупальца. В самом деле, нередко наблюдаются выходы волокон, богатых гранулами, под оболочку ганглия, где бывают видны картины активной секреции. Из литературы хорошо известно, что у гастропод оболочка ганглиев и нервов, имеющая хорошую связь с сосудистой системой, часто выступает в роли ней рогемального органа, т.е. места запасания и секреции нейрогормонов [например, 336]. Очевидно, это явление представлено и в тентакулярном ганглии виноградной улитки.

Мы пока не можем оценить всего разнообразия клеток тентакулярного ганглия, богатых секреторными гранулами; впечатление о гетерогенности популяции таких клеток (составляющих вместе с тем лишь небольшую часть общей клеточной популяции) можно иллюстрировать анализом, проведенным для нескольких нейронов.

Первый тип. Гранулы с плотным содержимым, иногда структурированным; содержимое заполняет большую часть объема гранулы, но под наружной её мембраной остаётся светлая зона, от которой иногда отпочковываются мелкие пузырьки. Размеры гранул 1000 — 2200 ?, в среднем 1562 ?. Наблюдаются выходы волокон с такими гранулами к оболочке ганглия и секреция в межуточное вещество.

Второй тип. Гранулы с содержимым от небольшой до умеренной плотности, заполненные им обычно до лимитирующей мембраны (периферическая светлая зона, если она есть, очень узкая). Размеры гранул сильно варьируют и достигают иногда 3000 ?, средний диаметр 1750 ?. Наблюдается выход небольших пучков таких волокон в оболочку ганглия, место дальнейшего назначения этих нервиков неизвестно. Для таких волокон характерно присутствие большого числа нейротубул. Клетка с такими гранулами, имеющая довольно крупные размеры, проявляет признаки соматической секреции: её короткие соматические отростки образуют множественные выходы к полости (сосуд?), расположенной внутри ганглия.

Третий тип. Гранулы не вполне шаровидные, иногда с неровным контуром, их плотное содержимое занимает относительно небольшую часть объема, оставляя значительную светлую зону, и нередко расположено эксцентрично. Клетки этого типа небольшие, их цитоплазма богата рибосомами и элементами аппарата Гольджи. Размеры гранул в этих клетках около 1300 ?. Мелкие нервные клетки, группы которых расположены в пальцевидных выростах ганглия в непосредственной близости от чувствительного эпителия верхушки щупальца, представляют собой биполярные сензорные нейроны [176]. Богатые митохондриями и нейротубулами дистальные отростки этих нейронов ветвятся в слое специализированных эпителиальных клеток, наружная поверхность которых представляет собой сложную сеть микроворсинок. Ни в этих чувствительных отростках, ни в перикарионах сензорных нейронов секреторных органелл я не наблюдал. Детальнее с цитологией этих биполярных клеток можно ознакомиться по работе Роджерса, изучившего их у садовой улитки [277]; по мнению Роджерса, они воспринимают тактильное раздражение, но серьёзными аргументами это мнение пока не подкреплено, и многие считают, что верхушка омматофора специализирована для хеморецепции.