Ranvierovy uzly jsou periodické zlomy v izolačních myelinových pochvách myelinizovaných axonů v místech axonálních membrán vystavených extracelulárnímu prostoru. Ranvierovy uzly nejsou izolované a jsou velmi bohaté na iontové kanály , což jim umožňuje účastnit se výměny iontů nezbytné pro obnovu akčního potenciálu. Nervové vedení v myelinizovaných axonech se nazývá saltační vedení (z latinského saltare – skákat, skákat) kvůli tomu, že akční potenciál „přeskakuje“ z jednoho uzlu do druhého po celé délce axonu.
Mnoho axonů obratlovců je obklopeno myelinovou pochvou, což usnadňuje rychlé a účinné saltatory („hopping“) šíření akčních potenciálů . Kontakty mezi neurony a neuroglií vykazují velmi vysokou úroveň prostorové a časové organizace v myelinizovaných vláknech. Myelinizační neurogliální buňky : oligodendrocyty v centrálním nervovém systému (CNS) a Schwannovy buňky v periferním nervovém systému (PNS), obalují axon a ponechávají axolemu relativně otevřenou v rovnoměrně rozmístěných Ranvierových uzlech. Tyto internodální gliové membrány se spojí a vytvoří kompaktní myelin , zatímco cytoplazmou naplněné paranodální smyčky myelinizačních buněk spirálovitě krouží kolem axonu na obou stranách uzlů. Tento způsob organizace vyžaduje přísnou kontrolu nad vývojem a tvorbou různých specializovaných kontaktních zón mezi různými oblastmi myelinizační buněčné membrány. Každý Ranvierův uzel je obklopen internodálními oblastmi, zatímco zkroucené gliové smyčky jsou připojeny k axonální membráně septátovými spoji.
Segment mezi uzly Ranviera se nazývá internoda a jeho vnější část, která je v kontaktu s paranodami, se nazývá oblast kontaktu paranod. Uzliny jsou opouzdřeny mikroklky rostoucími z vnější strany membrány Schwannových buněk v PNS nebo perinodálními extenzemi astrocytů v CNS.
Myelinovou pochvu dlouhých nervů objevil a pojmenoval německý patolog Rudolf Virchow [1] v roce 1854 [2] . Později francouzský patolog a anatom Louis Antoine Ranvier objevil v této skořápce záchyty neboli mezery, které byly po něm pojmenovány. Ranvier se narodil v Lyonu a byl jedním z nejvýznamnějších histologů konce 19. století. V roce 1867 opustil patologický výzkum a stal se asistentem fyziologa Clauda Bernarda . Byl také předsedou obecné anatomie na Collège de France v roce 1875.
Jeho dokonalé histologické techniky a studie poškozených i normálních nervových vláken se staly světově proslulými. Jeho pozorování uzlů vláken a degenerace a regenerace řezaných vláken měla velký vliv na neurology v Salpêtrière . Krátce nato objevil trhliny v pochvách nervových vláken, které byly později pojmenovány uzly Ranvier. Tento objev později přivedl Ranviera k důkladnému histologickému vyšetření myelinových pochev a Schwannových buněk. [3]
Internodia, tedy segmenty myelinu a prostory mezi nimi, se nazývají uzly. Velikost mezer a vzdálenost mezi nimi se mění v závislosti na průměru vlákna v nelineárním vztahu, optimálním pro maximální přenosovou rychlost. [4] Velikost uzlíků se pohybuje od 1 do 2 µm, zatímco internodia mohou dosáhnout (a někdy i přesáhnout) délku 1,5 mm, v závislosti na průměru axonu a typu vlákna.
Struktura uzliny a okolních paranodálních oblastí se liší od internodií pod pláštěm kompaktního myelinu , ale jsou podobné v CNS a PNS. Axon je vystaven extracelulárnímu prostředí v uzlu a jeho průměr se zmenšuje. Snížení velikosti axonu odráží vyšší hustotu shlukování neurofilament v této oblasti, která jsou méně fosforylována a transportována pomaleji. [4] Vezikuly a další organely se také zvětšují v uzlech, což naznačuje, že existuje úzké hrdlo pro axonální transport v obou směrech, stejně jako pro místní axono-gliální signalizaci.
Když je uzel podélně proříznut myelinizovanou Schwannovou buňkou , lze vidět tři odlišné segmenty: stereotypní internodium, paranodální oblast a samotný uzel. V internodální oblasti má Schwannova buňka vnější límec z cytoplazmy, plášť z kompaktního myelinu, vnitřní límec z cytoplazmy a axolemu. V paranodálních oblastech se obraty paranodulární cytoplazmy dotýkají ztluštění axolemy a vytvářejí spojení oddělená septy. Přímo v uzlu je axolema v kontaktu s několika mikroklky Schwannových buněk a obsahuje hustou cytoskeletální podvrstvu.
Ačkoli studie zmrazení ukázaly, že nodální axolema v CNS i PNS je bohatší na intramembránové částice (IMP) než internodia, existují určité strukturální rozdíly týkající se jejich buněčných složek. [4] V PNS specializované mikroklky vyčnívají z vnější manžety Schwannových buněk a přibližují se velmi blízko nodálnímu axolemu velkých vláken. Projekce Schwannových buněk jsou kolmé k uzlu a rozbíhají se od centrálních axonů. V CNS vyvěrá jeden nebo více výrůstků v astrocytech v bezprostřední blízkosti uzlin. Výzkumníci uvádějí, že tyto výrůstky pocházejí z multifunkčních astrocytů, a nikoli ze sbírky astrocytů zaměřených na kontakt s uzlem. Na druhé straně v PNS je bazální lamina, která obklopuje Schwannovy buňky, spojitá v celém uzlu.
Ranvierovy uzly obsahují iontovou Na + /K + -ATPázu, Na + /Ca2 + výměníky a velký počet napěťově řízených Na + kanálů , které generují akční potenciály. Sodíkové kanály se skládají z α-podjednotky tvořící póry a dvou doplňkových β-podjednotek, které ukotvují kanály k extracelulárním a intracelulárním složkám. Ranvierovy uzliny v centrálním a periferním nervovém systému se skládají hlavně z podjednotek αNaV1.6 a β1. [5] β-podjednotky extracelulární oblasti se mohou vázat na sebe a další proteiny, jako je tenascin R a molekuly buněčné adheze – neurofascin a kontaktin. Kontaktin je také přítomen v uzlinách v CNS a interakce s touto molekulou zvyšuje povrchovou expresi sodíkových kanálů.
Bylo zjištěno, že ankyrin je asociován s βIV -spektriny, isoformami spektrinu nacházejícími se ve velkém množství v Ranvierových uzlech a počátečních segmentech axonů.
Molekulární struktura uzlů je založena na jejich funkci při šíření hybnosti. Počet sodíkových kanálů na uzel vzhledem k internodiu naznačuje, že počet IMP odpovídá počtu sodíkových kanálů. Draslíkové kanály v podstatě chybí v nodální axolemě, zatímco jsou vysoce koncentrované v paranodulární axolemě a membránách Schwannových buněk uzlu. [4] Přesná funkce draslíkových kanálů není dobře pochopena, ale je známo, že mohou usnadňovat rychlou repolarizaci akčních potenciálů nebo hrát zásadní roli při pufrování draslíkových iontů v uzlech. Tato velmi nerovnoměrná distribuce napěťově řízených sodíkových a draslíkových kanálů nápadně kontrastuje s jejich difuzní distribucí v nemyelinizovaných vláknech. [4] [6]
Síť vláken přiléhající k nodální membráně obsahuje cytoskeletální proteiny zvané spektrin a anikrin . Vysoká hustota ankyrinu v uzlinách může být funkčně významná, protože některé proteiny nacházející se v uzlinách mají schopnost vázat se na ankyrin s extrémně vysokou afinitou. Všechny tyto proteiny, včetně ankyrinu, se nacházejí ve velkém množství v počátečním segmentu axonu, což naznačuje funkční vztah. Vztah těchto molekulárních složek ke shlukům sodíkových kanálů v uzlech není dosud znám. Uvádí se však, že některé buněčné adhezní molekuly jsou náhodně umístěny v uzlinách, zatímco mnoho jiných molekul je koncentrováno v gliových membránách paranodálních oblastí, kde přispívají k jejich organizaci a strukturální integritě.
Komplexní změny, kterými Schwannova buňka prochází během myelinizace periferních nervových vláken, byly objeveny a studovány mnoha vědci. Počáteční vývoj axonu probíhá bez přerušení po celé délce Schwannovy buňky . Tento proces je sekvenován na vířivém povrchu Schwannových buněk tak, že se z protilehlých ploch na složeném povrchu buněk vytvoří dvojitá membrána. Tato membrána se natahuje a spirálovitě znovu a znovu, jak se buněčný povrch dále navíjí. Díky tomu je snadné ověřit nárůst tloušťky expanze myelinové pochvy a jejího průřezového průměru. Je také jasné, že každý z po sobě jdoucích závitů šroubovice se zvětšuje podél délky axonu se zvyšujícím se počtem závitů. Není však jasné, zda zvýšení délky myelinové pochvy může být výsledkem pouze zvýšení délky axonu pokrytého každým následným závitem šroubovice, jak je popsáno výše. V místě spojení dvou Schwannových buněk podél axonu mají směry lamelárních převisů myelinových zakončení jiný význam. [7] Toto spojení sousedící se Schwannovými buňkami je oblast nazývaná Ranvierův uzel.
| Struktury buněčné membrány | |
|---|---|
| Membránové lipidy | |
| Membránové proteiny |
|
| jiný |
|