Клітини Пуркіньє або Нейрони Пуркіньє названі на честь чеського фізіолога Яна Евангелісти Пуркіньє, який описав їх у 1837 роціPurkinje, J. E. (1837). Neueste Untersuchungen aus der Nerven und Hirn Anatomie. Bericht über die Versammlung deutscher Naturforscher und Aerzte in Prag im September, 1883, 177-180., є унікальним типом великих, добре виражених нейронів, розташованих у корі мозочка. Завдяки своїм грушоподібним тілам клітин, численним розгалуженим дендритам і одному довгому аксону ці клітини відіграють ключову роль у контролі рухової діяльності. Клітини Пуркіньє переважно вивільняють ГАМК (γ-аміномасляну кислоту, GABA) — нейромедіатор, який пригнічує активність інших нейронів, зменшуючи передачу нервових імпульсів. Завдяки такому гальмівному впливу клітини Пуркіньє ефективно регулюють і координують рухи тіла.

Будова Клітини Пуркіньє належать до найбільших нейронів головного мозку людини (найбільшими є клітини Беца), і характеризуються надзвичайно складною, розгалуженою дендритною структурою (так званим дендритним деревом), яка містить велику кількість дендритних шипиків. Локалізовані в шарі клітин Пуркіньє кори мозочка, вони розташовуються подібно до кісток доміно — одна перед одною, тоді як їхні розлогі дендритні дерева утворюють майже двовимірні площини, крізь які проходять паралельні волокна з глибших шарів. Ці паралельні волокна формують відносно слабкі збуджувальні синапси — зокрема глутаматергічні — з дендритними шипиками клітин Пуркіньє. Водночас лазячі (climbing) волокна, що беруть початок у нижньому оливному ядрі довгастого мозку, забезпечують надзвичайно потужний збуджувальний вплив на проксимальні дендрити та тіло клітини. Паралельні волокна проходять ортогонально крізь дендритне дерево клітини Пуркіньє, причому до 200 000 паралельних волокон можуть утворювати синапси типу «гранулярна клітина — клітина Пуркіньє» з однією клітиною Пуркіньє.

Кожна зріла клітина Пуркіньє отримує приблизно 500 синапсів від лазячих волокон, причому всі вони походять від одного-єдиного лазячого волокна з нижньої оливи. Це явище стало підставою для висновку, що «висококонсервативне співвідношення один до одного перетворює дендрити клітини Пуркіньє на єдиний обчислювальний компартмент». Водночас дослідження клітин Пуркіньє у мишей виявили множинну іннервацію в підгрупі клітин, які мають кілька первинних дендритів — дендритний морфологічний варіант, що є нетиповим для гризунів, але «переважає» у людини.

Як корзинчасті, так і зірчасті клітини (розташовані в молекулярному шарі кори мозочка) забезпечують гальмівний (ГАМК-ергічний) вплив на клітини Пуркіньє. Корзинчасті клітини утворюють синапси на початковому сегменті аксона клітини Пуркіньє, тоді як зірчасті клітини формують синаптичні контакти з її дендритами.

Клітини Пуркіньє надсилають гальмівні проєкції до глибоких ядер мозочка, формуючи єдиний вихідний шлях кори мозочка, що забезпечує моторну координацію.

Функції

Клітини Пуркіньє демонструють дві чітко відмінні форми електрофізіологічної активності. Прості спайки (потенціали дії) (simple spikes) виникають із частотою 17–150 Гц (Raman і Bean, 1999) — або спонтанно, або внаслідок синаптичної активації клітин Пуркіньє паралельними волокнами, які є аксонами гранулярних клітин. Складні спайки (complex spikes) виникають із частотою 1–3 Гц і характеризуються початковим тривалим потенціалом дії великої амплітуди, за яким слідує високочастотна серія потенціалів дії меншої амплітуди. Вони зумовлені активацією лазячих волокон і можуть супроводжуватися генерацією кальційзалежних потенціалів дії в дендритах. Після виникнення складного спайка прості спайки можуть тимчасово пригнічуватися внаслідок потужного впливу, що здійснюється лазячими волокнамиEric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell (2000). Principles of Neural Science. 4/e. McGraw-Hill. pp.837-40..

Клітини Пуркіньє проявляють спонтанну електрофізіологічну активність у вигляді серій спайків, генерація яких залежить як від натрієвих, так і від кальцієвих іонних механізмів. Вперше це було продемонстровано Родольфо Льїнасом (Llinás і Hess, 1977; Llinás і Sugimori, 1980). Кальцієві канали P-типу були названі на честь клітин Пуркіньє, оскільки саме в них їх уперше було виявлено (Llinás та співавт., 1989). Ці канали мають вирішальне значення для функціонування мозочка.

Активація клітини Пуркіньє лазячими волокнами може переводити її зі стану функціонального спокою до стану спонтанної активності й навпаки, виконуючи роль своєрідного «перемикача» (toggle switch). Проте ці висновки були поставлені під сумнів дослідженням, згідно з яким таке перемикання під впливом лазячих волокон переважно спостерігається в анестезованих тварин, тоді як у несплячих тварин, що активно поводяться, клітини Пуркіньє зазвичай майже безперервно перебувають у стані високої активності (upstate). Водночас і це дослідження було піддано критиці, а згодом явище такого перемикання було продемонстровано й у несплячих кішок. Комп'ютерна модель клітини Пуркіньє показала, що за цей механізм перемикання відповідають внутрішньоклітинні кальцієві процеси.

Результати досліджень свідчать, що дендрити клітин Пуркіньє здатні вивільняти ендоканабіноїди, які можуть тимчасово знижувати ефективність як збуджувальних, так і гальмівних синапсів. Власний режим активності клітин Пуркіньє визначається та регулюється натрій-калієвою помпою. Це свідчить про те, що ця помпа може бути не лише гомеостатичним механізмом, який підтримує іонні градієнти, а й виконувати функцію обчислювального елемента в мозочку та головному мозку загалом

Дійсно, мутація - спричиняє паркінсонізм-дистонію зі стрімким початком (rapid-onset dystonia-parkinsonism), симптоматика якої свідчить про порушення обчислювальних процесів у мозочку.

Крім того, блокування - в мозочку живої миші за допомогою токсину строфантину призводить до розвитку атаксії та дистонії. Чисельне моделювання експериментальних даних показало, що in vivo - формує тривалі (>1 с) періоди мовчання між серіями розрядів нейронів Пуркіньє, які можуть виконувати важливу обчислювальну функцію. Алкоголь пригнічує активність - в мозочку, і, ймовірно, саме цим пояснюється його негативний вплив на обчислювальні процеси мозочка та координацію рухів.

Клінічне значення У людини клітини Пуркіньє можуть ушкоджуватися під впливом різноманітних чинників: токсичних речовин (наприклад, алкоголю або літію), автоімунних захворювань, генетичних мутацій, що спричиняють спіноцеребелярні атаксії, глютенову атаксію, хворобу Унверріхта—Лундборга або розлади аутистичного спектра, а також нейродегенеративних захворювань із невстановленою генетичною основою, таких як мозочковий варіант мультисистемної атрофії або спорадичні атаксії.

Глютенова атаксія — це автоімунне захворювання, яке розвивається внаслідок вживання глютену. Загибель клітин Пуркіньє, спричинена впливом глютену, є незворотною. Рання діагностика та лікування за допомогою безглютенової дієти можуть зменшити прояви атаксії та запобігти її прогресуванню. Менше ніж у 10 % пацієнтів із глютеновою атаксією спостерігаються будь-які шлунково-кишкові симптоми, проте приблизно у 40 % виявляють ушкодження кишечника. Глютенова атаксія становить близько 40 % усіх атаксій невідомого походження та приблизно 15 % усіх випадків атаксії.

Нейродегенеративне захворювання спіноцеребелярна атаксія 1-го типу (SCA1) спричинене нестабільною експансією поліглутамінового повтору в білку атаксин-1 (Ataxin-1). Цей дефект білка атаксину-1 призводить до порушення функції мітохондрій у клітинах Пуркіньє, що зумовлює їх передчасну дегенерацію. Унаслідок цього погіршується координація рухів, а згодом захворювання завершується летальним наслідком.

У деяких свійських тварин після народження може розвиватися стан, за якого клітини Пуркіньє починають швидко атрофуватися. Це захворювання має назву абіотрофія мозочка (cerebellar abiotrophy). Воно може проявлятися такими симптомами, як атаксія, інтенційний тремор, підвищена реактивність, відсутність рефлексу загрози (menace reflex), скутість рухів або хода з надмірним підніманням кінцівок (high-stepping gait), порушення пропріоцепції (наприклад, тварина стоїть або ходить, спираючись на тильну поверхню зігнутої лапи), а також загальна нездатність правильно оцінювати просторове положення та відстаньFor references, see the extensive references and bibliography at the article on Cerebellar abiotrophy, linked at the beginning of this paragraph.. Подібний патологічний стан, відомий як гіпоплазія мозочка (cerebellar hypoplasia), виникає тоді, коли клітини Пуркіньє не розвиваються внутрішньоутробно або гинуть ще до народження.

Прогресуюча втрата клітин Пуркіньє також спостерігається при таких генетичних захворюваннях, як атаксія-телеангіектазія та хвороба Німанна—Піка типу C, а також при есенціальному треморі мозочка. При хворобі Альцгеймера інколи виявляють патологічні зміни спинного мозку, а також втрату дендритних гілок клітин Пуркіньє. Клітини Пуркіньє можуть ушкоджуватися і вірусом сказу, який поширюється від місця первинного інфікування на периферії до центральної нервової системи. Note: not peer-reviewed..

Галерея

Джерела

Зовнішні посилання Cell Image Library - Purkinje Disorders of cerebellum NIF Search - Purkinje Cell via the Neuroscience Information Framework

Примітки