УДК: 612.8.04
ТЕОРИИ ОРГАНИЗАЦИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
Переверзев В.А.1, Давыдова Л.А.1, Сотников О.С.2
1 Белорусский государственный медицинский университет,
Республика Беларусь, г. Минск
2 Институт физиологии имени И.П. Павлова РАН, Российская Федерация,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: Рассмотрены три теории организации нервной системы: ретикулярная,
нейронная и объединённая нейронно-ретикулярная; их основные положения. Приведены сведения об
основоположниках каждой из теорий с указанием их вклада в формирование научных взглядов на
организацию нервной системы.
Ключевые слова: нервная система, строение, нейроны, взаимодействие клеток, синцитий
THEORIES OF THE ORGANIZATION OF THE NERVOUS SYSTEM
Pereverzev V.A.1, Davydova L.A.1, Sotnikov O.S.2
1 Belarusian State Medical University, Republic of Belarus, Minsk
2 Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences, Russian Federation, St.
Petersburg
Abstract: Three theories of the organization of the nervous system are considered: reticular, neural
and unified neural-reticular;their main provisions. The information about the founders of each of the theories
is given, indicating their contribution to the formation of scientific views on the organization of the nervous
system.
Keywords: nervous system, structure, neurons, cell interaction, syncytium
НЕРВ СИСТЕМАСЫН УЮШТУРУУ ТЕОРИЯЛАРЫ
Переверзев В.А.1, Давыдова Л.А.1, Сотников О.С.2
1Беларус мамлекеттик медициналык университети,
Беларусь Республикасы, Минск ш.
2 РИА И. П. Павлов атындагы физиология институту, Россия Федерациясы,
Санкт-Петербург ш.
Аннотация: Нерв системасын уюштуруунун үч теориясы каралат: ретикулярдык,нейрондук
жана бириккен нейрондук-ретикулярдык; алардын негизги багыттары. Нерв системасын уюштуруу
боюнча илимий көз караштарды калыптандырууга кошкон салымын көрсөтүү менен ар бир
теориянын негиздөөчүлөрү жөнүндө маалымат берилет.
Негизги сөздөр: нерв системасы, түзүлүшү, нейрондор, клетка байланышы, синцитий
Введение
Великий русский учёный - физиолог, академик, создатель науки о высшей нервной
деятельности, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1904 года
И. П. Павлов так характеризует нервную систему: «Деятельность нервной системы
направляется, с одной стороны, на объединение, интеграцию работы всех частей организма,
с другой – на связь организма с окружающей средой, на уравновешение системы организма с
внешним миром» [1]. Нервная система построена из нервной ткани. Нервная ткань состоит из
нервных клеток (нейронов) с их отростками, (нервными волокнами) и нейроглии. Нервные
клетки выполняют специфическую функцию. Так, нейрон через свои отростки получает (через
дендриты), обрабатывает и передаёт (через аксон) информацию, закодированную в виде
электрических и химических сигналов. Нейроглия играет вспомогательную роль, осуществляя
опорную, трофическую (оставить), секреторную, разграничительную и защитную функции. В
конце 19 века существовало две гипотезы о строении нервной системы – теория сети
(ретикулярная) и нейронная теория.
В этот период наиболее распространенным взглядом на организацию нервной системы была
ретикулярная теория, разработанная и предложенная в 1871 году немецким гистологом и
анатомом Йозефом фон Герлахом (1820-1896) и поддержанная итальянским ученым К.
Гольджи (рис. 1 а). Согласно ретикулярной теории, нервная ткань представляет собой
своеобразный синцитий, в котором клетки в какой-то степени лишены индивидуальности,
так как их отростки нередко связаны между собой, непрерывно переходят один в другой, в
результате чего формируется непрерывная диффузная сеть «rete nervosa diffusa» [2].
а
б
Камилло Гольджи (1843–1926) – врач, Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1852-1934) –
профессор гистологии и общей патологии испанский врач и гистолог, один из
в Университете в Павии, изобретатель основоположников современной
метода импрегнации нейронов нейробиологии, профессор Мадридского
азотнокислым серебром, возглавил университета, ярый нейронист.
ретикулярную теорию.
Рис. 1. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1906 года за изучение
нервной системы
До исследований Гольджи очень мало было известно о микроанатомии и функционировании
нервной системы, главным образом, потому, что в то время еще не было соответствующих
гистологических методов для визуализации тела нейрона и его отростков, невозможно было
проследить ход аксона до его конечного отдела.
В 1873 году Гольджи, изучая структуру серого вещества мозга, изобрел метод
импрегнации нейронов азотнокислым серебром. Этот метод окрашивает нервные клетки в
черный цвет и делает хорошо видимыми на общем светлом фоне ткани. Поэтому Гольджи
назвал метод «черной реакцией» (reazione nera). Метод окраски получил имя исследователя -
метод Гольджи и впервые позволил изучить отдельные нейроны, их отростки и глиальные
клетки. На своих собственных препаратах Камилло Гольджи четко продемонстрировал, что
нервная система состоит из обширной сети, образованной разветвлениями свободных
окончаний дендритов и неразрывно связанных друг с другом «диффузной нервной сетью»
(рис. 2 а).
Постепенно учеными были определены основные положения теории ретикуляризма:
1) Нейроны – не одиночные самостоятельные клетки (как полагали нейронисты), нейроны
соединены в «диффузную сеть».
2) Волокна этой сети связаны между собой электрически и тинкториально
(цитоплазматически), т.е. синцитиально. Нервные импульсы способны распространятся в обе
стороны (бифуркационно).
3) Главными функциональными центрами нервной системы являются не нейроны, а
«диффузные нервные сети».
4) Нейроны функционируют не самостоятельно, а выполняют совместную деятельность.
а
б
Рис. 2 а. Клетки гиппокампа
млекопитающего. Камилло Гольджи. Golgi,
C. Sulla fina anatomia degli organi centrali del
sistema nervoso. Reggio-Emilia: S. Calderini e
Figlio; 1885
Рис. 2 б. Пирамидальные нейроны коры
головного мозга человека. Рисунок Рамон-и-
Кахаля, 1899 / Импрегнация по Гольджи.
(Credit: Courtesy Instituto Cajal Del Consjo
Superior de Investigaciones Científicas, Madrid)
Рис. 2. Нейроны головного мозга
Нейронная теория – клеточная теория строения нервной системы сформировалась в
конце XIX в. благодаря работам ряда ученых того времени - С. Рамон-и-Кахаля, В. Гиса, А.-
Г. Фореля, В. фон Вальдейера, А. Ван Гехутен. Особенно рьяно представлял нейронную
теорию испанский гистолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль. (рис. 1 б). Он доказал анатомическую
самостоятельность нейронов, выдвинул свою доктрину строения нервной системы, которая по
существу заменила ретикулярную теорию [3]. Следует отметить, что развить «нейронную
теорию» ему помог метод окраски нервной ткани, изобретенный именно его противником К.
Гольджи. Ранние исследования, проведенные Кахалем с помощью метода Гольджи, были
настолько решающими, что к концу 19-го века эта теория была наиболее принятой теорией
для объяснения организации нервной системы, в которой нейрон рассматривался как
самостоятельная анатомическая, физиологическая, генетическая и метаболическая единица
нервной системы (рис. 2 б).
Открытия ученых были первыми шагами на пути к пониманию того, чем нервная клетка
отличается от других клеток. В 1891 году Вильгельмом фон Вальдейером для обозначения
нервных клеток был введен термин «нейрон».
Согласно нейронной теории основной структурно-функциональной и генетической
единицей нервной системы является нейрон. Нейрон имеет тело и отростки: дендриты и аксон.
Таким образом, нейронная теория стала общепринятой, но с некоторыми сомнениями
вплоть до середины XX века. Убедительные факты в пользу нейронной теории были получены
Рамон-и-Кахалем, а в последующем - И.И. Заварзиным, Б.И. Лаврентьевым, Н.Г.
Колосовым и другими учеными, которые изучали строение нервной системы, ее
эмбриональное развитие, дегенеративные и регенеративные процессы в нейронах.
Рамон-и-Кахаль, в отличие от своего соперника, Камилло Гольджи, считал, что нервная
система не представляет собой сплошную сеть волокон, а состоит из отдельных нервных
клеток, образующих между собой соединения — контакты, через которые происходит
передача информации между нейронами. Нейронная теория утверждает, что нервная система
состоит из нейронов, контактирующих между собой и сохраняющих свою генетическую,
морфологическую и функциональную индивидуальность.
В 1897 году Чарльз Скотт Ше́ррингтон — британский ученый в области физиологии и
нейробиологии назвал контакты между нервными клетками в виде небольшого промежутка
между нейронами – синапсами (от греческого слова «застежка»). Это фундаментальное
понятие легло в основу представлений о строении всей нервной системы и ее
функционировании. Синапс - ϶ᴛᴏ специальное образование, обеспечивающее
межнейрональные связи и передачу возбуждения с нейрона на нейрон. Синапс состоит из
пресинаптической мембраны, через которую выделяется медиатор, синаптической щели и
постсинаптической мембраны [4]. Окончательное доказательство существования синапса
было получено в 1950-х годах, когда ученые с помощью электронного микроскопа доказали,
что такая щель величиной 10-20 нм. между пре- и постсинаптическими мембранами
несомненно имеется.
Основные положения нейронной теории, описанные Рамон-и-Кахалем:
1. Нервное раздражение способно распространяться только в одном направлении: от сенсорных
окончаний и клеток через мозг к двигательным терминалям (например, коленный рефлекс).
2. Нейроны связаны между собой химическими синапсами, способными только к
одностороннему медиаторному проведению.
3. Любые нейроплазматические (синцитиальные), связи у нейронов, в отличие от других
клеток, отсутствуют.
4. Нейроны развиваются и функционируют самостоятельно.
5.Двуядерные нейроны – результат амитоза.
Нейронная теория была принята многими учеными в связи с правильным описанием
нервной системы, тогда как ретикулярная теория была временно дискредитирована, в связи с
недостаточным количеством доказательств.
Нейронист Рамон-и-Кахаль и ретикулярист Камилла Гольджи противопоставляли свои
мысли и результаты исследования друг другу. Этой уникальной дискуссии нейронистов и
ретикуляристов, казалось, не будет конца, что несомненно является признаком научной
глубины и величия гипотезы (рис. 3). Несмотря на разные представления об организации
строения нервной ткани К. Гольджи и Рамон-и-Кахаль оба получили Нобелевскую премию
по физиологии и медицине (1906) «в знак признания их работы по структуре нервной
системы», за вклад в изучение строения нервной системы. Это была одна из самых
противоречивых глав в истории Нобелевского комитета, поскольку оба ученых по-разному
интерпретировали одно и то же гистологическое явление (рис. 3). Каждый из авторов был
полностью убежден в своей идее. Но у них не было того чувства триумфа, которое можно
испытать, получив высшую награду, о которой мечтают все ученые.
Рамон-и-Кахаль написал в своей «Автобиографии»: «Какая жестокая ирония судьбы
— соединить в пару, как сиамских близнецов, сросшихся туловищами, научных противников
с такими противоположными характерами». Тем не менее сегодня, когда речь заходит о
нервной ткани, работы этих ученых являются авторитетнейшими источниками.
Научный спор между Камилло Гольджи, который защищал ретикулярную теорию
непрерывности нервных клеток, и Рамон-и-Кахалем, защитником нейронной доктрины, лежит
в основе нейронауки.
Рамон-и-Кахаль оценил прекрасную методику Гольджи как самое значительное
открытие в нейрогистологии, показавшее возможность полноценного исследования мозга.
Удивительно, что метод импрегнации они применяли один, а видели разное (рис. 3).
Интереснее всего то, что даже присуждение общей Нобелевской премии за изучение
нервной системы Камилло Гольджи и Рамону-и-Кахалю не примирило ни теории, ни ученых
(рис. 3). В своей нобелевской лекции Камилло Гольджи активно нападал на идеи,
поддерживаемые Рамон-и-Кахалем, и приводил доводы в поддержку ретикулярной теории.
Рис. 3 Si duo faciunt idem, non est idem.
Если двое делают одно и то же, это не одно и то же.
Рамон – и – Кахаль: Каждый нейрон
представляет собой самостоятельную
сущность, изолированную от соседей
небольшими промежутками.
Камилло Гольджи: Нейроны не являются
отдельными единицами, а слиты вместе,
действуя как единое целое.
(Medicine and science in the life of Luigi Galvani (1737–1798) / MarcoBresadola / Brain Research
Bulletin Volume 46, Issue 5, 15 July 1998, Pages 367-380)
Последняя книга Рамон-и-Кахаля, вышедшая в 1933 году называлась «Neuronismo o
Reticularisvo? Нейронная теория или ретикулярная теория?». Кахаль поставил вопрос не
случайно: была ли нервная система образована структурно независимыми единицами или
представляла собой непрерывную синцитиальную сеть, как считали его современники [3]? Как
настоящий исследователь, Рамон-и-Кахаль, возглавив дискуссию века, оставил вопрос для
будущих поколений мыслителей и их теорий.
Таким образом, нейронная теория была общепринятой, но с некоторыми сомнениями
и исключениями вплоть до середины двадцатого века.
Рамон-и-Кахалю с помощью метода Гольджи удалось доказать два очень важных
момента: 1- каждая нервная клетка имеет аксон, который, как и дендриты, дает много тонких
коллатеральных ответвлений;2- дендриты не образуют сплетения, а многократно
разветвляются и свободно заканчиваются.
Рамон-и-Кахаль внес еще один фундаментальный вклад в нейронауки: передача
импульса всегда происходит в одном направлении: от дендрита к телу нейрона и от него к
аксону. Позднее Шеррингтон представил убедительные доказательства, что направленность
передачи импульса обусловлена односторонним клапаноподобным действием соединений
(синапсов) между терминалями аксонов и нейронами.
Принципиальным вопросом дискуссии нейронистов и ретикуляристов был вопрос
о способе взаимоотношения нервных клеток и волокон (контакт или континуитет). На
прекрасных препаратах Рамно-и-Кахаля с помощью световой микроскопии выявлены
синаптические бутоны нервных волокон на телах нейронов и убедительно доказывают
наличие синапсов (химических синапсов), (Рис. 4).
Рис. 4. Изолированные, одиночные аксосоматические синапсы нейронов
(рис. из монографий Рамон-и-Кахаля).
а — крупный двигательный нейрон спинного мозга взрослой кошки (1954, рис.29).
Однако на его препаратах межнейронных связей нет, на всех его препаратах
демонстрируются отдельные не контактирующие, асинаптические нейроны. Возможно, это
связано с недостатками гистологической методики окраски.
По мнению профессора О.С. Сотникова главной причиной ошибок нейроморфологов
следует признать использование ими посмертной микроскопии, при которой выявляются
только статичные препараты, которые не дают возможность обнаружить и исследовать
кинетику изменений живых, подвижных объектов и механизмов их превращений [5, 6].
Известный нейронист Рамон-и-Кахаль, и его противник ретикулярист Гольджи не
могли доказать отсутствие или наличие синцитиальных связей в нервной системе. В 1893 году
в Томске вышла замечательная книга профессора гистологии Томского университета А.С.
Догеля (рис. 5) «Гистологические исследования», в которой автор впервые на препаратах
показал «диффузные сети» Камилло Гольджи и писал «Нервные клетки при помощи своих
протоплазматических отростков соединяются в отдельные клеточные колонии». Тем самым
А. С. Догель заслужил звание великого ретикуляриста [7].
Основоположниками ретикулярной теории считают Йозефа Герлаха и Камилло
Гольджи. Но только российский ученый, профессор А.С. Догель представил неопровержимые
факты на реальных препаратах, которые свидетельствуют о возможности комиссуральной,
синцитиальной связи между телами нейронов и волокнисто-паутинной сети периферических
отростков. Он впервые описал и продемонстрировал цитоплазматический анастомоз не
только между телами клеток, но и между нервными волокнами (рис. 5). В
настоящее время нейрогистологи наблюдают такие картины гораздо чаще и в мозгу, и в
периферической нервной системе у нормальных животных и после перенесенных
заболеваний, как это происходит при жизни.
Догель Александр Станиславович (1852-1922) -
выдающийся русский гистолог и эмбриолог, великий
ретикулярист, профессор, ректор Императорского
Томского университета, член-корреспондент
Петербургской АН.
б в
Рис. 5. А.С. Догель и обнаруженные им крупные неоспоримые цитоплазматические
анастомозы между нейронами ретикулума сетчатки.
а – длинный межклеточный анастомоз с встречающимися ветвями противоположного
направления (1); б – короткая межклеточная комиссура (1); в - первое доказательство
цитоплазматической связи между нервными волокнами (2). (Dogiel, 1893, с.31,33).
Теперь нейроплазматические анастомозы (рис. 6) можно видеть с помощью
видеомикроскопов и различных микроскопических методик [6, 8-10].
Рис. 6. Ретрагирующие синцитиальные анастомозы в культуре ткани.
а - слияние двух отростков; в – утолщение нервных синцитиев. Стрелки – синцитиальные
анастомозы. Прижизненные исследования. Фазовый контраст. Об. 40 Ph., ок.10.
При любой трактовке указанных препаратов – цитоплазматические анастомозы между
нейронами (рис. 6) — это реальные структуры, а не полное отсутствие фактов. Причем эти
цитоплазматические анастомозы между нейронами могут не только образовываться, но и
исчезать.
Сотрудники Лаборатории функциональной морфологии и физиологии Института
физиологии им. И.П. Павлова РАН под руководством профессора О.С. Сотникова в ходе
проведения прижизненных исследований установили последовательность образования
комиссуральной связи нейронов: постепенное укорочение длины анастомозов в результате
ретракции слившихся отростков; их впячивание в тела соседних нейронов; сближение и
постепенное слияние контактирующих клеток в один двуядерный нейрон (дикарион).
На живых нейронах автором (Сотников О.С., 2019) экспериментально удалось показать
в нервных отростках одновременное перемещение аксоплазмы по единому аксону и
равномерное увеличение объема тел нейронов. Анализируя фундаментальные работы Рамон-
и-Кахаля, О.С. Сотников (2019) пришел к выводу, что приведенные данные свидетельствуют
о том, что синцитиальная сеть (принцип ретикуляризма), является неотделимой, скрытой
частью строения нервной системы и никак не противоречит нейронной теории. Эти две теории
вполне совместимы. Пришло время отредактировать нейронную теорию, дополнить ее
научными данными ретикуляризма и сформулировать единую нейронно-ретикулярную
концепцию организации нервной системы.
С помощью кино и видео исследований сотрудниками Лаборатории функциональной
морфологии и физиологии Института физиологии им. И.П. Павлова РАН было обнаружено и
описано шесть абсолютно убедительных признаков синцитиального слияния нейронов и
формирования структур нервной системы в форме ретикулума (рис. 7):
Рис. 7. Варианты синцитиальной связи нервных структур
а — синцитиальная комиссура между двумя нейронами; б — слияние нервного отростка с телом
своей же клетки; в — расщепление и слияние отростков псевдоуниполярного нейрона; г —
синцитиальное соединение варикозных волокон; д — соединение двух безмиелиновых волокон в
один осевой цилиндр миелинового волокна; е — слияние трех одинаковых клеток.
В отличие от других синцитиальных клеток (например, миосимпластов скелетных
мышц) многоядерные нейроны могут не только образовываться из отдельных одноядерных
нейронов, но и обратно разъединяться в одноядерные клетки для обеспечения устойчивой
работы нервной системы и пластичности нервных процессов при ряде физиологических или
патологических состояний.
Ретикулярная концепция расширяет и углубляет нейронную теорию. Поэтому две
теории не следует разделять, так как они дополняют друг друга. Целесообразно признать
объединенную нейронно-ретикулярную концепцию организации нервной системы [6].
Основные положения объединенной нейронно-ретикулярной теории:
1. Нервный импульс (потенциал действия) в рефлекторной дуге распространяется в одном
направлении: от сенсорных окончаний и клеток через вставочные нейроны (спинного и/или
головного мозга, вегетативных ганглиев) к двигательным нейронам и по их аксонам к клеткам-
мишеням (миоцитам и другим).
2. Большинство нейронов связано между собой химическими синапсами, способными только
к одностороннему быстрому проведению информации (обеспечивая скорость рефлексов).
Однако в ряде случаев между ними имеются электрические синапсы с двусторонним
проведением потенциалов действия между клетками и образованием между ними
функционального синцития и реверберации возбуждения по замкнутым
нервным путям в структурах головного мозга (участвуя в процессах научения,
памяти и др.).
3. Прижизненные кино- и видео-микроскопические исследования позволили
установить наличие нейроплазматических (истинных синцитиальных) связей
между нейронами (с образованием многоядерной клетки и общего аксона). В
отличие от других истинных синцитиальных структур (например,
миосимпластов скелетных) многоядерные нейроны могут не только
образовываться из отдельных одноядерных нейронов, но и обратно
разъединяться в одноядерные клетки.
4. Двуядерные (или более) нейроны могут быть как результатом амитоза, так
и их образования путём полного синцитиального слияния отростков
(аксонов) и/или тел двух (или более) нейронов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Быков К.М., Владимиров Г.Е., Делов В.Е. и др. Уч. физиологии. – М.: Медгиз, 1954. –
891 с.
2. Golgi C. The neuron doctrine – theory and facts. Nobel Lecture. 1906. Nobel
lectures Physiology or Medicine. 1901- 1921. Amsterdam: Elsevier Publ. Comp.,
1967. - P. 189-217.
3. Ramon y Cajal S. Neuron theory or reticular theory? Objective Evidence of the
Anatomical Unity of Nerve Cells. Madrid: Consejo Superior de Investigaciones
Científicas. Instituto. Ramon y Cajal, 1954. – 275 p.
4. Sherrington Ch. S. Double (antidrome) conduction in the central nervous system
//Proc. R. Soc. (London). 1897, Vol. 61. – P. 243-246.
5. Сотников О.С. К дискуссии о синцитиальной связи в нервной системе
//Морфология, 2010.Е.137, № 3. – С.76-83.
6. Сотников, О. С. Объединенная нейронно-ретикулярная теория / О. С.
Сотников; РАН, Ин-т физиологии им. И. П. Павлова. – СПб. Наука, 2019. – 239
с.: ил.
7. Догель А.С. К вопросу об отношении нервных клеток друг к другу
//Гистологические исследования. Вып. 1. Томск: Типолитография П.И.
Макушина, 1893б. С.31-34.
8. Сотников О.С., Марков И.И. Концепция ретикулярной организации нервной
ткани Александра Догеля. Морфологические ведомости-Morphological
Newsletter: 2018 Том 26, выпуск 1. – С.8-19.
9. Сотников, О. С. Тайны живой аксоплазмы / О. С. Сотников. – СПб: Наука, 2016. – 132
с.: ил.
– (РАН. Ин-т физиологии им. И. П. Павлова).
10. Сотников О.С., Давыдова Л.А. Удаленные синцитии анастомозов смежных
нейронов. Успехи современной биологии, 2021, том 141, № 4, – С. 382-389.