bélyegkép|400px|Egy sematikus rajz az idegsejt felépítéséről Az idegrendszer legkisebb egysége a neuron. Neuronnak nevezzük az idegsejt és nyúlványainak együttesét. Az idegsejtet és nyúlványait egybefüggő sejthártya (plazmamembrán) határolja. A neuronok ingerlékeny sejtek, amelyek ingerfelvételre és idegi ingerületek vezetésére specializálódtak. Méretükben és alakjukban jelentős változatosságot mutatnak, de mindegyik rendelkezik egy sejttesttel (perikaryon vagy soma), amelynek a felszínéről egy vagy több nyúlvány indul ki. Neuronok találhatók az agyban, a gerincvelőben és az idegdúcokban (ganglionokban).
A központi idegrendszer neuronjait többfajta nem ingerlékeny sejt támogatja, amelyeket együtt neurogliának (glia) nevezünk. A gliasejtek általában kisebbek a neuronoknál, számuk azonban azokét 5-10-szeresen meghaladja; az agy és a gerincvelő teljes térfogatának mintegy felét teszik ki.
Az idegsejtek szerkezete bélyegkép|400px|Egy gerincvelői mozgató neuron vázlatos képe: a. dendrit, b. sejttest, c. sejtmag, d. axondomb, e. Schwann-hüvely, f. Schwann-sejt (mag), g. Ranvier-féle befűződés, h. végfácska (telodendrion) elágazódás
A neuronok méretükben és alakjukban jelentős változatosságot mutatnak, azonban közös bennük, hogy rendelkeznek az alábbi alkotórészekkel:
sejttest (perikaryon vagy soma); dendritek (faágszerűen elágazó rövid nyúlványok); axon (hosszú nyúlvány).
A sejttest citoplazma állományt tartalmaz; ebbe ágyazódik be a sejtmag (nucleus), és itt találhatóak a fehérjeszintézisért felelős sejtalkotók. Az idegsejtet nyúlványaival együtt, egységes sejtmembrán határolja kívülről. A dendritek az információk felvételéért és a sejttest irányába történő vezetéséért felelősek. Az axon, melyből csak egy található egy neuronon, hosszú, cső alakú (tubuláris) nyúlvány, amely az ingerületeket a sejttestől távolodó irányba vezeti.
Az idegsejtet nyúlványaival együtt egységes sejtmembrán határolja, ezen belül van a citoplazma. Érdekes megemlíteni, hogy a citoplazma térfogata a perikaryonban gyakran sokkal kevesebb, mint a nyúlványaiban található citoplazma összes térfogata. A sejtplazmában nagyon sok csoportokba rendeződött, granulált felszínű endoplazmatikus retikulum található. Csoportos elrendeződésük és ribonukleinsav (RNS) tartalmuk következtében a megfelelő bázikus festékekkel megfestve fénymikroszkóposan is láthatók (Nissl-féle szemcsék vagy tigroid rögök). A jól fejlett, granulált felszínű endoplazmatikus retikulum arra utal, hogy az idegsejtek nagy mennyiségű fehérjét szintetizálnak, a perikaryon és a nyúlványrendszer fehérjéinek folyamatos pótlására és megújítására. Az axoneredési domb területéről hiányoznak a Nissl-féle szemcsék.
Az idegsejtek magjának (nucleus) laza szerkezete is a fokozott fehérjeszintézis jele. Megemlíthető, hogy a nők nagy idegsejtjeinek magjában, a magvacska (nucleolus) mellett, általában jól látható egy apró kromatin rög (Barr-test, szexkromatin), ami az egyik inaktiválódott X-kromoszómának felel meg. Az idegsejtekben csak ritkán fordulnak elő sejtközpontok, mivel a kifejlett idegsejtek nem osztódnak. Jellemző sejtszervecskék az idegsejtekben a neurotubulusok és neurofilamentumok, amelyek funkciója az ingerületvezetéssel és az axonban lejátszódó anyagtranszporttal függ össze.
Az idegsejtek mérete igen széles határok között mozog. A kisagykéregben található kisméretű szemcsesejtek átmérője mindössze mintegy 5 µm, míg a gerincvelő nagy elülső szarvi motoros sejtjei elérhetik a 135 µm-es átmérőt is.
A neuronok típusai bélyegkép|jobbra|300px|Egy ingerület továbbítódása az egyik neuron axonján, és áttevődése a következő idegsejt sejttestére és dendritjeire
Bár a perikaryon (sejttest) mérete az 5 µm-től a 135 µm-ig terjedhet, az idegsejtek nyúlványa több mint 1 m távolságra is elérhetnek. A nyúlványok száma, hossza, elágazódásuk módja, alapot ad a neuronok alak szerinti osztályozásához. Unipoláris neuronok: azok a neuronok, amelyeknek sejttestéből egy idegrost indul ki, ez röviddel kilépése után két ágra oszlik, amelyek közül az egyik valamilyen perifériás érző végződéshez fut ki, míg a másik belép a központi idegrendszerbe. (Ezt a típust pseudounipolaris neuronnak is szokás nevezni.) Ennek az egy nyúlványnak az ágai az axonra jellemző szerkezeti és működési sajátosságokkal bírnak. Bipoláris neuronok: megnyúlt sejttestük van, amelynek mindkét végéből kiindul egy-egy magányos nyúlvány. A neuronnak erre a típusára példák a recehártya retina bipolaris sejtjei. Multipoláris neuronok: számos nyúlvány ered a sejttesteikből. Egy hosszú nyúlvány, az axon kivételével a többi dendrit. A legtöbb neuron az agyban és a gerincvelőben ehhez a típushoz tartozik. A neuronokat nagyságuk alapján is osztályozhatjuk.
A központi idegrendszer és a hozzá kapcsolódó érző ganglionok idegsejtjeinek működésük szerint három fő típusa van: Az érző neuronok az ingerület felvételét és továbbítását végzik. Az interneuronok feladata az ingerület továbbadása, valamint más neuronok közötti kapcsolat fenntartása. A mozgató neuronok pedig az ingerületre adott válaszreakciót valósítják meg. Az autonóm (vegetatív) idegrendszer ganglionjaiban lévő neuronok között érző és mozgató működést ellátó neuronok is vannak.
Az idegsejtek elektromos aktivitása A sejtmembrán olyan félig áteresztő hártyát alkot, amely lehetővé teszi bizonyos ionok átdiffundálását, másokét azonban megakadályozza. Nyugalmi állapotban (nem ingerelt állapotban), a K+-ionok kidiffundálnak a sejt citoplazmájából a szövetfolyadékba. A membrán áteresztőképessége sokkal nagyobb a K+-ionokra nézve, mint a Na+-ionokra, így a K+-ionok passzív kiáramlása sokkal nagyobb, mint a Na+-ionok beáramlása. Ez egy megközelítőleg -80 mV-os állandó potenciálkülönbséget eredményez, amely a plazmamembránon keresztül mérhető, mivel a membrán belső oldala negatív a külsőhöz képest. Ez a potenciál a nyugalmi potenciál.
Az idegsejttest membránjának ingerülete
Amikor egy idegsejtet ingerlünk (stimulálunk) elektromos, mechanikai vagy kémiai úton, egy gyors változás következik be a membrán Na+ permeabilitásában, és a Na+-ionok a sejtmembránon keresztül gyorsan bediffundálnak a sejt citoplazmájába a szöveti extracellularis folyadékból. Ez a membrán fokozatos depolarizációjához vezet. A Na+-ionok hirtelen beáramlása megváltoztatja a polaritást és akciós potenciált hoz létre, ami megközelítőleg +40 mV. Ennek a potenciálnak az időtartama igen rövid, mintegy 5 msec-ig tart. A membrán fokozott Na+-permeabilitása gyorsan megszűnik, a K+ permeabilitása nő, így K+-ionok kezdenek kiáramlani a sejt citoplazmájából, és a sejt érintett területe visszajut nyugalmi állapotba.
Ha egyszer kiváltódott, az akciós potenciál szétterjed a sejtmembránon, létrejöttének helyéről kiindulva, és az idegrostok mentén mint idegi impulzus vezetődik. Ha többszörös ingerhatás éri a neuron felszínét, ezek összeadódhatnak, ez a summatio jelensége. Ha egy idegi impulzus éppen áthaladt a plazmamembrán adott szakaszán, egy másik akciós potenciál nem váltható ki azonnal. Az ingerelhetetlenségnek ezt az időtartamát refrakter periódusnak nevezzük.
Az idegrendszer igen nagyszámú neuront tartalmaz, amelyek egymással kapcsolódva funkcionális vezetőpályákat alkotnak. Ahol két neuron szoros közelségbe kerül, és közöttük funkcionális kapcsolat jelenik meg, ezt a kapcsolatot szinapszisnak nevezzük. (Az ábra egy végtalpas szinapszis vázlatos képét mutatja a kinagyított bekeretezett részen.)
A szinapszisok preszinaptikus membránján kémiai átvivő anyag (neurotranszmitter) szabadul fel, amely a szinaptikus résen keresztüljutva a postszinaptikus membrán specifikus receptoraihoz kötődik, és ingerületbe hozza (vagy gátolja) a következő neuront. Az idegrendszerben a neurotranszmitterek kémiailag nagyon sokfélék (acetilkolin, noradrenalin, gamma-aminovajsav, P-anyag stb.). A legtöbb neuron mintegy 1000 vagy még több más neuronhoz adhat szinapszist, és mintegy másik neurontól kap összeköttetést. A szinapszisokban normál körülmények között az ingerületvezetés egyirányú. A perifériás idegrendszer effektor végződéseinél az ingerületáttevődés szintén neurotranszmitterek útján történik (a motoros véglemezben például acetilkolinnal).
Gliasejtek típusai és funkciói
A központi idegrendszer neuronjait többfajta nem ingerlékeny sejt támogatja, amelyeket együtt neurogliának (glia) nevezünk. A neuroglia sejtek általában kisebbek a neuronoknál, számuk azonban azokét 5-10-szeresen meghaladja, az agy és a gerincvelő teljes térfogatának mintegy a felét teszik ki. Négy típusuk van: (1) astrocyták, (2) oligodendrocyták, (3) microglia, és (4) ependyma .
Astrocyták bélyegkép|jobbra|250px|Egy mielinhüvelyes axon transzmissziós elektronmikroszkópos képe. (A kép a Trinity College, Hartford, CT., elektronmikroszkópos laboratóriumának anyagából származik)
Kis sejttesttel és bőséges, minden irányba kiterjedő, elágazó nyúlványrendszerrel rendelkeznek. Az astrocytáknak két típusa van: a rostos és a plazmás.
A rostos astrocytákat főként a fehérállományban találjuk, ahol nyúlványaik az idegrostok között haladnak keresztül. Mindegyik nyúlvány hosszú, vékony, sima felszínű és nincs sok elágazása. A plazmás astrocytákat főként a szürkeállományban találjuk, ahol nyúlványaik az idegsejtek sejttestei (perikaryonok) között haladnak keresztül. Nyúlványaik rövidebbek, vastagabbak és több elágazásuk van, mint a rostos astrocyták nyúlványainak.
Az astrocyták sok nyúlványa tágulatban végződik az erek körül, és több astrocyta nyúlványának végződése együttesen egy lényegében zárt perivaszkuláris gyűrűt képez a hajszálerek (capillarisok) körül, amely az agykamrák rendszere, a vér–agy–gerincvelői folyadék és a vér–agy gát alkotórésze. Az astrocyták sok nyúlványa eléri a központi idegrendszer külső és belső felszíneit, ahol összefonódva alkotják a külső és a belső határhártyákat. Ilyen módon a külső határhártya a pia mater lemeze alatt, a belső határhártya pedig az agykamrákat és a gerincvelő központi csatornáját bélelő ependyma sejtek rétege alatt található.
Astrocyta nyúlványok nagy számban találhatók a legtöbb axon kezdeti szakasza körül, valamint a velőhüvelyes idegrostok velőtagjai közötti Ranvier-befűződésekben lévő axonok szakaszokon. Az axon végződéseket sok helyen más idegsejtektől és azok nyúlványaitól astrocyták nyúlványai által képzett borító réteg választja el.
Az astrocyták funkciója kulcsfontosságú a neuronok megfelelő működés szempontjából. Passzív szerepük az, hogy elágazó nyúlványaikkal egy támasztó hálózatot képeznek az idegsejtek és az idegrostok számára. Az embrionális fejlődés során az astrocyták vezető szerkezetként szolgálnak az éretlen idegsejtek vándorlásához. Emellett sok egyéb funkciójuk is van, például a neuronok közötti szinapszisok befedésével, elektromos szigetelőként megakadályozzák, hogy az axonok végződései befolyásolhassák a szomszédos, de funkcionálisan különálló neuronokat. Ugyanakkor azt is meggátolják, hogy a felszabadult neurotranszmitterek szétterjedjenek a szinapszisokból. Az astrocytákról kimutatták, hogy felveszik a gamma-aminovajsavat (GABA) és a glutaminsavat, ilyen módon korlátozzák ezeknek a neurotranszmittereknek a hatását. Úgy tűnik, hogy az astrocyták képesek felvenni a felesleges K+-ionokat az extracelluláris térből, így fontos szerepük lehet a neuronok ismétlődő ingerületeiben.
Citoplazmájukban glikogént tárolnak. A glikogénből keletkezhet glükóz, sőt tejsav is; mindkét vegyület leadódhat a környező neuronok felé noradrenalin hatására. Az astrocyták bekebelezhetik (fagocitózis) az axonok elfajult végződéseit. A betegségek miatt elpusztult neuronok helyét a felszaporodó astrocyták töltik ki, ez a folyamat a helyettesítő gliosis. Lehetséges, hogy az astrocyták szállítanak anyagcseretermékeket és tápanyagokat a hajszálerekből (kapillárisok) a neuronok felé.