เซลล์ประสาท

Drawing by Santiago Ramón y Cajal of neurons in the pigeon cerebellum. (A) Denotes Purkinje cells, an example of a bipolar neuron. (B) Denotes granule cells which are multipolar.

เซลล์ประสาท (เยอรมัน: Neuron /ˈnjʊərɒn/ nyewr-on หรือ /ˈnʊərɒn/ newr-on; อาจเรียกว่า Neurone, Nervenzelle หรือ nerve cell) เป็นเซลล์ของระบบประสาทที่ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าได้ ซึ่งมีบทบาทในการส่งสารสื่อประสาท ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง เซลล์ประสาทเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในระบบประสาทส่วนกลาง (สมองและไขสันหลัง) ซึ่งอาจมีเซลล์ประสาทมากถึง 100 ล้านล้านเซลล์

เซลล์ประสาทเป็นหน่วยปฏิบัติการหลักของระบบประสาท สำหรับในการทำงานของเซลล์ประสาทนั้นจะมีเซลล์อีกประเภทที่คอยทำหน้าที่เป็นเซลล์พี่เลี้ยง ซึ่งก็คือ เซลล์เกลีย (เยอรมัน: Gliazellen อังกฤษ: Glial cells หรือ Support(ing) cells หรือ Neuroglia) เป็นส่วนสนับสนุนที่สำคัญ­ให้กับเซลล์ประสาท เช่น รับอาหารจากระบบหมุนเวียนเลือดแล้วส่งไปยังเซลล์ประสาท โดยทั่วไปแล้ว เซลล์ประสาทประกอบด้วยโครงสร้างที่สำคัญ 3 ส่วน ได้แก่

1. เป็นตัวเซลล์ หรือ (เยอรมัน: Zellkörper อังกฤษ: cell body) หรือ soma หรือ perikaryon มีองค์ประกอบภายในเซลล์คล้ายกับเซลล์ทั่ว ๆ ไป คือ มีนิวเคลียส ลอยอยู่ท่ามกลางไซโทพลาสซึม และมีออแกเนลล์ (organelles) ต่าง ๆ เช่น กอลจิแอพพาราตัส เอนโดพลาสมิกเรคติคิวลัม ไรโบโซม ไมโทคอนเดรีย เป็นต้น
2. เดนไดรท์ (Dendrites) เป็นระยางค์ของเซลล์ประสาท ซึ่งแตกแขนงออกมาจาก soma ทำหน้าที่รับสั­­ญญาณประสาทจากเซลล์ประสาทอื่น ๆ เข้าไปสู่ตัวเซลล์ประสาท และส่งต่อไปยังแอกซอน เพื่อถ่ายทอดกระแสประสาทต่อไป
   
3. แอกซอน (Axon) ลักษณะเป็นแขนงยาวยื่นออกจากตัวเซลล์ปรระสาท มีหน้าที่ถ่ายทอด นำส่ง และ ปลดปล่อยสั­­ญญาณประสาทไปยังเซลล์ประสาทตัวอื่น บางชนิดจะมีไมอีลินชีท (เยอรมัน: Myelinscheide อังกฤษ: Myelin Sheath) หุ้มอยู่ ซึ่งช่วยให้การส่งกระแสประสาทเป็นไปได้อย่างรวดเร็วกว่าเซลล์ที่ไม่มีไมอีลินชีทหุ้ม และเราจะเรียกช่องว่างบนแอกซอนระหว่างไมอีลินชีทนี้ว่า (เยอรมัน: Ranvier-Schnürring อังกฤษ: Node of Ranvier) สำหรับการส่งกระแสประสาทในแอกซอนนั้น จะมีโปรตีนชนิดหนึ่งซึ่งมีขนาดเล็กคอยทำหน้าที่นี้ ซึ่งก็คือคือ โปรตีนไคเนซิน (kinesin) ซึ่งคอยยึดจับและเคลื่อนที่ไปตามไมโครทิวบูลๅ (เยอรมัน: Mikrotubulus อังกฤษ: microtubule) ในแอกซอน โดยมันจะไปจับกับถุงเวสซิเคิลแล้วลำเลียงต่อ ๆ ไป ซึ่งทิศทางในการลำเลียงสารนั้น มี 2 ลักษณะด้วยกัน ได้แก่ anterograde transport คือการลำเลียงสารจากตัวเซลล์ประสาทส่งไปยังส่วนปลายประสาท และ retrograde transport คือ การลำเลียงในทิศทางย้อนจากปลายประสาทไปยังตัวเซลล์ โดยอัตราในการขนส่งจะอยู่ที่ประมาณ 500 - 400 มิลลิเมตร ต่อวัน

โดยทั่วไปแล้วบริเวณที่แอกซอนของเซลล์ประสาทตัวแรกไปบรรจบกับเดนไดรต์เซลล์ประสาทตัวที่สองเพื่อส่งสั­­ญญาณสื่อสารกัน เรียกว่า ไซแนปส์ (synapse) แต่ความเป็นจริงนั้นไซแนปส์สามารถเกิดได้ที่หลายตำแหน่งของเซลล์ประสาท

ภาพรวม

เซลล์ประสาทและส่วนประกอบ

กายวิภาคศาสตร์และจุลภาควิทยา

Complete neuron cell diagram

เซลล์ประสาทมีหลายชนิด ซึ่งมีความหลากหลายทั้งรูปร่าง ขนาด คุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมี

• โซมา คือศุนย์กลางของเซลล์ เป็นส่วนที่มีนิวเคลียส (nucleus) เป็นส่วนที่มีการสังเคราะห์โปรตีนมากที่สุด มีขนาดเส้นผ่านศุนย์กลางตั้งแต่ 3 ถึง 18 ไมครอน
• เดนไดรต์ (dendrites) เป็นแขนงของเซลล์ประสาทที่มีหลายแขนง ลักษณะคล้ายรากไม้ เป็นส่วนที่รับกระแสประสาทเข้าสู่ตัวเซลล์ประสาท เพราะมีตัวรับสารสื่อประสาท (neurotransmitter receptor) ทั้งนี้เดนไดรต์สามารถส่งกระแสไฟฟ้าไปสู่เซลล์อื่นๆได้ แต่ไม่สามารถส่งได้ในรูปของสารเคมี โดยเฉพาะการที่แอกซอนไม่มีตัวรับสารสื่อประสาท ทำให้การถ่ายทอดกระแสประสาทในสมองมนุษย์เป็นไปในทางเดียว ไม่แตกซ่านอย่างในสัตว์ที่เริ่มมีระบบประสาท (unidirectionality)
• แอกซอน (axon) เป็นแขนงประสาทที่มีแขนงเดียวที่ออกมาจากตัวเซลล์ มีความยาวตั้งแต่ 10 หรือ แสนเท่าของเส้นผ่านศุนย์กลางของตัวเซลล์ ทำหน้าที่นำกระแสประสาทออกจากตัวเซลล์ประสาท ทั้งนี้ปลายของแอกซอนมักแตกแขนงเล็กๆต่อไปได้ เพื่อไซแนปส์กับโครงสร้างอื่นๆ เช่น เซลล์ประสาท กล้ามเนื้อ เป็นต้น จุดที่เริ่มเป็นแอกซอนออกมาจากตัวเซลล์นั้นเรียกว่า แอกซอน ฮิลลอค เป็นส่วนที่มีความหนาแน่นของโซเดียมแชนแนลมาก ทำให้เป็นจุดที่สามารถถูกกระตุ้นได้ง่ายที่สุด
• แอกซอนเทอร์มินัล (axon terminal) คือ ส่วนที่มีการไซแนปส์ ซึ่งสามารถปล่อยสารสื่อประสาทออกมา เพื่อส่งสัญญาณไฟฟ้าเคมีหรือกระแสประสาทต่อไป

ทั้งแอกซอนและเดนไดรต์ในระบบประสาทส่วนกลาง มักมีความหนาเพียง 1 ไมครอน ในขณะที่ในระบบประสาทส่วนรยางค์จะมีความหนามากกว่า ตัวเซลล์ประสาทมักมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-25 ไมครอน และมักไม่ใหญ่กว่าตัวนิวเคลียสมากนัก แอกซอนของเซลล์ประสาทสั่งการ (motor neurons) ที่ยาวที่สุดของมนุษย์มีความยาวมากกว่า 1 เมตร คือ จากกระดูกสันหลังไปสู่นิ้วหัวแม่เท้า ส่วนแอกซอนของเซลล์ประสาทรับความรู้สึก (sensory neurons) มีแอกซอนยาวจากนิ้วหัวแม่เท้า ถึงดอซัล คอลัมน์ (dorsal columns)ในไขสันหลัง ที่มีความยาวถึง 1.5 เมตร การศึกษาการทำงานของแอกซอนส่วนมาก ได้ความรู้จากการศึกษาแอกซอนของปลาหมึก (squid giant axon) (หนา 0.5 - 1 มิลลิเมตร ยาวหลายเซนติเมตร)

การจำแนก

1. เซลล์ประสาทขั้วเดียว (Unipolar neuron) ตัวอย่างหน้าที่เช่น เป็นตัวรับกลิ่นในจมูก ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อกระแสประสาท จึงมีชื่อว่า Interneuron
2. เซลล์ประสาทสองขั้ว (Bipolar neuron) เช่น Sensory neuron
3. เซลล์ประสาทหลายขั้ว (Multipolar neuron) พบเห็นในระบบประสาทส่วนกลาง เช่น Motoneuron

การจัดหมวดหมู่ของเซลล์ประสาทตามขนาด

เมื่อแบ่งชนิดของเซลล์ประสาทตามขนาด จะสามารถแบ่งเซลล์ประสาทออกเป็น 3 ชนิดใหญ่ ๆ ได้แก่ A, B และ C โดยแต่ละชนิดก็จะมีการจำแนกเป็นกลุ่มย่อยลงไปอีก เช่น ชนิด A ก็จะแบ่งเป็นกลุ่ม แอลฟา เบตา แกมมา เดลตา เป็นต้น ซึ่งแต่ละชนิดจะมีลักษณะ คุณสมบัติ และหน้าที่ที่แตกต่างกันออกไป โดยชนิด A จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่สุด รองลงมาคือชนิด B และ ชนิด C จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กที่สุดคือ 0.4-1.2 ไมโครเมตรเท่านั้น และจากขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลาง เมื่อนำเส้นประสาทเหล่านี้มาทำการทดลองเรื่องการตอบสนองจะพบว่า เซลล์ประสาทที่มีขนาดใหญ่กว่าจะตอบสนองต่อการกระตุ้นได้ดีกว่า ดังนั้น เซลล์ประสาทชนิด A จึงตอบสนองต่อการกระตุ้นได้เร็วกว่าชนิด B และ C ตามลำดับ สำหรับการตอบสนองที่ภาวะต่าง ๆ กันของเซลล์ประสาทชนิด A, B และ C จะเป็นดังนี้

• ภาวะขาดออกซิเจน ผลการตอบสนองของ B > A > C
• ภาวะที่มีแรงกด A > B > C
• ภาวะที่มียาชาเฉพาะที่ C > B > A

หน้าที่และการทำงานของเซลล์ประสาท

1. เซลล์จะมีการสร้างหรือเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าบนตัวเซลล์อยู่ตลอดเวลา
2. รับกระแสประสาทจากเซลล์ประสาทเซลล์อื่นผ่านทางซินแนปส์ที่ปลายเดนไดรต์
3. integrate สัญญาณประสาทเข้า ซึ่งถ้าแอมพลิจูดของศักย์ไฟฟ้าสูงถึงจุด (เยอรมัน: Schwellenpotential อังกฤษ: threshold potential) ก็จะมีการชักนำให้เกิดกระแสประสาทขึ้น (เยอรมัน: Aktionspotential อังกฤษ: action potential)
4. แปลรหัสให้เกิดกระแสประสาทที่บริเวณ axon ซึ่งกระแสประสาทก็จะมีการเหนี่ยนำต่อไปบนเส้นใย axon โดยความถี่ของกระแสประสาทนั้นจะเกิดขึ้นเป็นขุด ๆ
5. ส่งต่อข้อมูลสัญญาณประสาทให้กับเซลล์ประสาทเซลล์อื่นต่อไป โดยผ่านกลไกที่เรียกว่า ซินแนปส์ (Synapse)

ประวัติ

มีการใช้คำว่าเซลล์ประสาท (neuron) ครั้งแรกโดย Heinrich Wilhelm Waldeyer นักชีววิทยาชาวเยอรมัน

แหล่งข้อมูลอื่น

• http://www.uppicth.com/bio.html