Komórki Purkiniego

Obok komórek Betza należą do największych neuronów występujących w mózgu człowieka. Aksony komórek Purkiniego dochodzą do istoty białej móżdżku i ulegają przełączeniu na jądra móżdżku i jądra przedsionkowe. Zostały opisane po raz pierwszy przez czeskiego anatoma Jana Evangelisté Purkyniego w 1837 roku.  

Komórki Purkinjego znajdują się w móżdżku i są jego najważniejszym komórkowym elementem. Kora móżdżku jest trzywarstwowa i składa się z warstwy drobinowej, zwojowej i ziarnistej. Najbardziej powierzchniową jest warstwa drobinowa, poniżej której położona jest wąska warstwa zwojowa komórek Purkinjego. Na drzewkowato rozgałęzionych dendrytach tych komórek kończą się włókna pnące i włókna równoległe. Od podstawy komórek Purkinjego odchodzi akson biegnący przez warstwę ziarnistą do neuronów jąder móżdżku. Najgłębiej położoną warstwą kory móżdżku jest warstwa ziarnista, w której znajdują się bardzo liczne komórki ziarniste małe i rzadziej występujące duże, ziarniste komórki Golgiego. Małe komórki ziarniste charakteryzują się obecnością silnie rozgałęzionych dendrytów (na kształt szponów). Aksony tych komórek wędrują do komórek Purkinjego.

Komórki Purkinego jako duże, wielobiegunowe neurony rozciągają się na wszystkie trzy warstwy. Ich silnie rozgałęzione w jednej płaszczyźnie dendryty znajdują się w warstwie drobinowej, perykariony tworzą warstwę zwojową, a akson biegnie do istoty białej móżdżku (do jądra zębatego, jądra czopowatego, kulkowatego i jądra wierzchu) poprzez warstwę ziarnistą.

Aksony komórek Purkinjego to jedyne włókna, jakie opuszczają korę móżdżku. Natomiast do kory móżdżku docierają dwa typy włókien – pnące (rozpoczynające się w jądrze oliwki) i kiciaste (inaczej mszyste; rozpoczynające się w rdzeniu kręgowym i neuronach jąder mostu). Włókna pnące kończą się na dendrytach komórek Purkinjego, w warstwie drobinowej. Pojedyncze włókno pnące pobudza zaledwie kilka neuronów Purkinjego, ale jest to pobudzenie o niezwykłej sile. Połączenia włókien pnących z komórkami Purkinjego to jedne z najsilniejszych synaps w układzie nerwowym, a każde wyładowanie wywołuje pobudzający potencjał postsynaptyczny. Wyładowania te są rzadkie – 1/s. Wyładowania z włókien pnących nakładają się na pobudzenia pochodzące z włókien kiciastych, modyfikując ich oddziaływanie na komórki Purkinjego. Ogólnie, włókna pnące dostarczają komórkom Purkinjego informacji dotyczących wzorca ruchowego wykonywanej czynności. Włókno kiciaste pobudza wiele komórek ziarnistych, których aksony po rozdwojeniu tworzą włókna równoległe. Włókna równoległe są niezmiernie liczne i tworzą około 200 tys. synaps na każdej komórce Purkinjego. Dzięki częstym wyładowaniom następuje sumowanie czasowe i przestrzenne, które powoduje stałe pobudzenie komórek Purkinjego. Włókna kiciaste (za pośrednictwem włókien równoległych) są dla komórek Purkinjego źródłem informacji o „poleceniach”, jakie zostały wydane motoneuronom rogów przednich rdzenia przez korę mózgu oraz o stanie realizacji tych „poleceń” przez mięśnie.

Dendryty apikalne komórek Purkinjego mają ogromną liczbę kolców dendrytycznych (ponad 80 tys. na komórkę).

Komórki Purkinjego zawierają kwas gamma-aminomasłowy (GABA) – neurotransmiter hamujący (przez co działają hamująco na swoje miejsca docelowe). Charakterystyczną cechą tych komórek jest także ekspresja białka kalbindyny. Barwienie kalbindyny z mózgu szczura po przewlekłym jednostronnym uszkodzeniu nerwu kulszowego sugeruje, że nowe neurony Purkinjego mogą być tworzone w dorosłym mózgu, inicjując organizowanie nowych płatów móżdżku.

 

Obwód nerwowy

Włókna pnące pobudzają nie tylko komórki Purkinjego, ale też jądra głębokie móżdżku. Jądra te wysyłają sygnały do neuronów rdzeniowych, kontrolujących mięśnie postawne ciała (jądro wierzchu) lub ruchy precyzyjne kończyn (jądro kulkowate i czopowate) oraz do wzgórza. Ponieważ pobudzenia z włókien pnących aktywują zarówno jądra głębokie móżdżku, jak i komórki Purkinjego, jądra móżdżkowe są najpierw pobudzane (przez włókna pnące), a sekundę później hamowane przez komórki Purkinjego. W ten sposób sygnały wychodzące z jąder móżdżku są modyfikowane w zależności od ruchu, który jest właśnie wykonywany, w związku z następnym jego etapem. Taki obwód nerwowy służy korygowaniu na bieżąco przez jądra głębokie móżdżku odchylenia wykonywanego właśnie ruchu od jego zaplanowanej wcześniej wersji.

Poziom molekularny

W warstwie zwojowej kory móżdżku, która zawiera ciała komórek Purkinjego i komórki glejowe Bergmanna, ekspresji ulega bardzo wiele unikatowych genów. Markery genetyczne komórek Purkinjego zostały także zaproponowane poprzez porównanie transkryptomu myszy pozbawionej komórek Purkinjego i myszy typu dzikiego. Dobrym przykładem jest białko PCP4 (ang. Purkinje cell protein 4). Myszy pozbawione genu kodującego to białko (knock-out) mają zaburzone zdolności nauki lokomotorycznej i nieco zmienioną plastyczność synaptyczną w neuronach Purkinjego. PCP4 przyspiesza  przyłączanie i odłączanie jonów wapnia z kalmoduliną (CaM) w cytoplazmie komórek Purkinjego, a jego brak upośledza fizjologię tych neuronów.

Ataksja rdzeniowo-móżdżkowa, ciężkie zaburzenie łączące chód ataktyczny (chód bezładny) i upośledzenie ruchów dłoni, któremu towarzyszy dyzartria i wstrząs jest bezpośrednio związane z degeneracją komórek Purkinjego.