Historie objevu neuronu

neděle 22. listopad 2009 04:36

Objev neuronu je pro české země památný především tím, že se na něm významně podílel známý český vědec a fyziolog, Jan Evangelista Purkyně. Po většinu devatenáctého století probíhala mezi vědci debata o povaze a organizaci nervového systému. Jedna skupina, tzv. retikularisté věřili, že se nervový systém skládá z velké souvislé sítě tkáně zvané retikulum. Druzí tzv. neuronisté tvrdili, že je tvořen z různých částí nebo buněk. V roce 1838 Theodor Schwann a Matthias Schleiden navrhli, aby za základní funkční jednotku veškerých živých organismů byla považována buňka - lidský mozek však byl považován za výjimku až do konce 19. století.

Pokroky v mikroskopii a histologických metodách umožňovaly prozkoumat nervové buňky velmi zevrubně, ale v době, kdy byla navržena buněčná teorie zůstával vztah různými částmi neuronů stále neznámý, protože nervová vlákna se nevešla pod mikroskop celá - takže části neuronů bylo možné studovat pouze samostatně. Popularita retikulární teorie vyvrcholila na přelomu poloviny 19. století. Mezi její hlavní zastánce náležel Joseph von Gerlach (1820-1896), který se zdokonalil v metodách barvení nervové tkáně. Ta obsahuje množství lipidů, proto je nutné ji barvit látkami rozpustnými v tucích, nebo sloučeninami osmia a zlata, které se fosfolipidy nervové tkáně selektivně redukují za vzniku hnědého nebo fialového zbarvení. Protože je současně velmi měkká, je nutné ji před nařezáním zpevnit působením alkoholu, což v roce 1805 objevil J. Christian Reil (1759-1813).

V roce 1820 byly vyvinuty tzv. achromatické čočky, které umožnily využít lépe využít zvětšení mikroskopů. Jedním z prvních, kdo nový mikroskop použil pro studium nervové tkáně byl Johannes (Jan) Evangelista Purkyně (1787-1869). Tento světoznámý badatel se narodil jako syn správce Libochovického zámku v severních Čechách a studoval medicínu a filozofii na Karlově univerzitě v Praze, kterou absolvoval v roce 1819. Svou doktorskou disertační práci věnoval teorii zraku a objevil tzv. Purkyňův jev (při snížení intenzity světla červené objekty tmavnou pomaleji, než modré). Pro své vlastenecké názory se ale marně ucházel v Praze o profesuru. Teprve na mocnou přímluvu Goethovu, který také studoval proces vidění, byl angažován na univerzitu v tehdy pruské Vratislavi. Tam roku 1832 získal výkonný mikroskop a jako jeden z prvních histologů také začal používat pro přípravu tenkých mikroskopických řezů mechanický přístroj, tzv. mikrotom, zdokonalený Charlesem Chevalierem kolem roku 1825.

Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) Purkyňovy buňky cerebella na obrázku z r. 1837

Ve Vratislavi Purkyně učinil většinu svých vědeckých objevů, díku kterým patří k nejfrekventovanějším eponymům české vědy: Purkyňova vlákna v srdci, které vedou elektrické impulsy, Purkyňovy obrázky (vnímání světla okem), zárodečné váčky, potní žlázy v pokožce a celou řada dalších  útvarů a jevů nesou jeho jméno. Zjistil také, že otisky prstů by mohly být použity jako prostředek pro identifikaci osob a založil tak kriminalistickou metodu daktyloskopie. Nejznámější je však za objev Purkyňových buněk v tzv. malém mozku (mozečku, lat. cerebellum). Tato část mozku je vývojově velmi stará a jeho buňky patří k největším v mozku obratlovců - tvoří tak první neurony, které byly samostatně vědecky popsány. Na Purkyňově obrázku z r. 1837 tyto buňky vidíme na rozhraní bílé a šedé kůry mozkové, obklopené červenými krvinkami o průměru sedm tisícin milimetru - ze kterých si můžeme udělat představu o tehdejším maximálním možném zvětšení mikroskopických preparátů.

O několik desetiletí později další zlepšení mikroskopie -  použití tzv. imerzní techniky - umožnila Ottovi C. F. Dietersovi (1834-1863) sestavit ještě přesnější popis v nervové buňky v její kompletní podobě axonem a dendrity (viz obr. níže) Dieters bohužel zemřel na tyfus ve věku pouhých 29 let, popis nervových buněk z míchy dokončil těsně před svou smrtí v roce 1863 a byl publikován posmrtně Maxem Schultzem v roce 1865. Z Dietersova popisu je zřejmé, že již rozlišoval mezi dendrity a axony - ale že ještě nevěděl, jestli axon vyrůstá z těla neuronů nebo stromu dendritů.

deiters.jpg

Dalším významným krokem pro vývoj neurologie bylo vedle vývoje mikroskopu využití nových metod preparace a barvení neuronové tkáně před histologickým vyšetřením. Důležitou barvící metodu objevil  Camillo Golgi (1843-1926, na obr. níže). Golgi se narodil v Cortenu, horské vesničce italské provincie Brescia a studoval medicínu na Pavijské univerzitě, kterou absolvoval v roce 1865 ve věku pouhých 22 let. V roce 1872 nastoupil na místo lékaře v nemocnici pro dlouhodobě nemocné v městečku Abbiategrasso nedaleko Milána. Golgi svou metodu objevil při svíčkách v kuchyni nemocnice, kterou přeměnil na svou večerní laboratoř.

Metoda dnes známá jako Golgiho barvení nebo Golgiho impregnace spočívá ve vytvrzení tkáně ve směsi dvojchromanu draselného a amoniaku a následném ponoření do roztoku dusičnanu stříbrného, který se tkání postupně redukuje na kovové stříbro jako fotografickou vývojkou tak dlouho, až jsou obrysy buněk, axony a dendrity jasně viditelné, jak je patrné na řezu částí mozkového hipokampu níže. V důsledku objevu této techniky, která umožnila obarvení neuronů po celé délce se však Golgi domníval, že se mu podařilo potvrdit retikulární hypotézu, podle které se nervový systém skládá ze souvislé sítě. Tím však šel proti teorii lokalizace mozkových funkcí, které postupně získávaly půdu pod nohama zejména díky experimentům prvních neurologů, jako byl Paul Broca.

Camillo Golgi (1843-1926) Řez částí mozkového hipokampu barveného Golgiho technikou

Takže to byl nakonec až španělský vědec Santiago Ramón y Cajal (1852-1934, obr. níže), který první popsal neuron jako anatomickou a funkční jednotku nervové soustavy. Narodil v malé vesnici v severním Španělsku a studoval medicínu na Lékařské fakultě v Zaragoze, kde po promoci učil histologii. Cajal zkoumal nervové tkáně z embryí a všiml si, že axony stejně jako dendrity vyrůstají z buňky těla neuronu. Zdokonalil Golgiho barvící metodu a systematicky prozkoumával nervové tkáně z většiny oblastí mozku různých druhů živočichů, čímž se stal průkopníkem tzv. srovnávací neuroanatomie. Vzhledem k absenci fotografie patřily v 19. století k důležitým podmínkám studia biologie a anatomie dobré kreslířské schopnosti. Cajal v mládí studoval na výtvarné škole, odkud však byl vyloučen za karikatury svých profesorů a vzhledem ke své umělecké průpravě vytvářel vysoce detailní a velmi přesné diagramy nervové tkáně. Založil také vlastní časopis, ve kterém publikoval své poznatky - avšak vzhledem k tomu, že publikoval ve španělštině, jeho práci byla v té době věnována menší pozornost.

Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) Část kuřecího mozečku obarvená vylepšené Golgiho metody

Na druhé straně - právě díky tomu, že byl do značné míru izolován od zbytku vědecké obce - byl Cajal zřejmě méně ovlivněn názory svých současníků ve prospěch retikulární teorie. V roce 1888 Cajal popsal část kuřecího mozečku obarvené pomocí jím vylepšené Golgiho metody (viz obr. níže). Přitom poznamenal, že axony v jeho preparátech vždy skončily v šedé hmotě a jejích zakončen bylo v souladu s umístěním dendritů. To Cajal vedlo k formulovaci neurologického principu dynamické polarizace, podle které informace teče neurony jedním  směrem z dendritů přes tělo neuronu po axon. Ještě významnější bylo, že Cajal nenalezl žádné důkazy o existenci retikula - místo toho konstatoval, že "každý nervový prvek je naprosto samostatná jednotka". Následující rok - vyzbrojen vzorky tkání a svým oblíbeným mikroskopem Zeiss - Cajal odcestoval do Berlína, aby se zúčastnil setkání německých anatomické společnosti. Na této konferenci výzkumníky natolik zaujal svou prací, že mnoho z nich opustilo své přesvědčení ohledně retikulární teorie a později Cajala navrhli na Nobelovu cenu za fyziologii, která mu byla udělena v roce 1906 společně s jeho rivalem Golgim.

Část kuřecího mozečku obarvená vylepšené Golgiho metody

Termín "neuron" byl zaveden v roce 1891 Heinrichem W. von Waldeyerem (1836-1921).  Vláknitá osa neuronu byla v roce 1896 označena jako "axon" R. von Kollickerem (z lat. axis = osa) a jeho protoplazmické výběžky byly pojmenovány "dendrity" (pro svou podobnost s větvemi stromu, v řečtině "dendros") Během 90. let 19. století Sir Charles Sherrington popsal spojky mezi nervy a svaly a  v roce 1897 je označil za synapse (z řeckého slovního kmenu "syn-" - což znamená "dohromady" a "haptein", což znamená "sepnout" nebo "uchopit"). Tímto byly do konce 19. století položeny základní principy vědecké doktríny současné neurologie.

Elektronová mikrofotografie neuromuskulární synapse

Ve dvacátém století vynález elektronového mikroskopu umožnil přezkoumat nervové tkáně v ještě mnohem větším detailu. Elektronová mikrofotografie synapse výše ukazuje shluky měchýřků zakotvené v presynaptické membráně, kde čekají, až akční potenciál dorazí na terminál motorického neuronu, aby uvolnily svůj náklad neurotransmiterů do synaptické štěrbiny. Pomocí elektronové mikroskopie lze vidět, že nervové buňky používají k přenosu signálu nejen chemické synapse, ale i elektrické můstky (tzv. gap junctions) a dokázaly existenci vzájemných synapsí mezi axony a dendrity.

Nicméně i přes tyto pokročilé techniky zůstává histologický výzkum zaměřen na jednodušší části nervového systému, které jsou snadno přístupné studiu, jako periferní neuromuskulární spojky. Neurofyziologové se dnes potýkají s jinými potížemi, než těmi, kterým čelili jejich předchůdci - ale ty problémy nejsou o nic méně matoucí. Struktura neuronů a synapsí v mozku je mnohem složitější a je nepravděpodobné, že bude v blízké budoucnosti pochopena. Mozek dosud většinu svých tajemství před lidstvem dobře střeží.

(Upraveno z materiálu na neurophilosophy.wordpress.com, cerebromente.org.br a cz.wikipedia.org)  

Creative Commons License
Blog, jehož autorem je Milan Petřík, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko.

Milan Petřík

Související články


vGgecQIOCsnGIWvokcFcefduLyKoSXZdqzKo05:0431.7.2011 5:04:53
IjSAmcgpxzxiHbfXBXteHnv03:4625.7.2011 3:46:36
hggvDHeqoqxSBQuHAKsMBKTGblBuFldWuutR01:5111.7.2011 1:51:56

Počet příspěvků: 4, poslední 31.7.2011 5:04:53 Zobrazuji posledních 4 příspěvků.

Milan Petřík

Milan Petřík

Aktuality a postřehy ze světa vědy

Astronomie, fyzika

REPUTACE AUTORA:
0,00

Seznam rubrik