Центральна нервова система дорослого ссавця

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Реферат

На тему

Центральна нервова система дорослого ссавця

Регенерація в ЦНС ссавців

Центральна нервова система дорослого ссавця має обмежені можливості для регенерації. Перерезка більшості провідних шляхів не супроводжується зростанням аксонів і відновленням функції. Однак, як описано раніше, в деяких ситуаціях після пошкоджень у центральній нервовій системі неушкоджені аксони можуть розгалужуватися і з високою специфічністю формувати нові синапси. Більш того, при пошкодженні навіть великих ділянок ЦНС аксони у сприятливих умовах можуть подовжуватися на кілька сантиметрів і в деяких випадках формувати синапси з відповідними мішенями.

Роль гліальних клітин в регенерації ЦНС

Найважливішу роль в обмеженні регенерації в центральній нервовій системі грають гліальні клітини. Інгібуюча активність гліальних клітин ЦНС була встановлена ​​в декількох типах експериментів. По-перше, було показано, що, хоча в ЦНС перерізані аксони, як правило, не регенерують, мотонейрони, що локалізуються в передніх рогах спинного мозку, можуть відновлювати пошкоджені периферичні аксони (рис. 1). Подібним же чином аксони чутливих нервів регенерують до їх мішенях на периферії, хоча вони і не здатні до відновлення пошкодження в межах ЦНС. Так, після перерізання заднього корінця чутливі аксони регенерують до спинного мозку, але припиняють своє зростання тоді, коли вони досягають астроцитів, що локалізуються на кордоні центральної нервової системи. Крім того, периферичні аксони в зоровій системі не здатні проникати в трансплантант зорового нерва, який має у своєму складі гліальні клітини. Ці дані дозволяють припустити, що гліальні клітини ЦНС активно інгібують ріст аксонів.

З іншого боку, відомо, що, коли нейрони спинальних гангліїв пересідають в білу речовину ЦНС з мінімальною травматизацією, вони здатні формувати протяжні аксони, проростати в сіру речовину і утворювати кінцеві синаптичні розгалуження. Таким чином, при відсутності травми, індукуючий гліальних реакцію, регенерація аксонів не залежить від контакту з гліальними клітинами ЦНС.

Якщо провідні шляхи в ЦНС пошкоджені, астроцити, мікрогліальние клітини, менінгеальні клітини і попередники олигодендроцитов акумулюються в зоні пошкодження, формуючи гліальних рубець. Ці клітини продукують різноманітні молекули, включаючи вільні радикали, окис азоту, похідні арахідонової кислоти і протеоглікани, інгібуючі аксональний зростання. Наприклад, Шваб і його колеги знайшли, що олігодендроцити у зрілій ЦНС мають на своїй поверхні білки, що позначаються N1-35 і N1-250, викликають колапс конуса зростання нейронів і інгібуючі зростання нервових клітин in virro. Аплікація моноклональних антитіл до цих білків нейтралізувала їх гальмівну активність. Більше того, у присутності антитіл аксони могли проростати через пошкоджену ділянку спинного мозку і частково відновлювати рухову функцію, хоча ступінь регенерації була явно неповною. Аплікація антитіл сприяла також спраутінгу інтактних нервових волокон і формування додаткових синапсів, що також може грати роль у відновленні втраченої функції. Механізм дії антитіл є, мабуть, досить складним. В якості додаткового механізму, який бере участь в спраутінге і нейрональних зростанні, може виступати місцеве, індуковане антитілами запалення.

Рис. 1. Аксони чутливих і рухових нейронів регенерують на периферії, але не в ЦНС (А) мотонейрони, сенсорні нейрони гангліїв дорзальних корінців (DRG) та їх аксональні відростки в нервовій системі ссавця. (В) Місця пошкоджень аксона. (С) Ступінь регенерації. Аксони нейронів DRG і мотонейрони регенерують через місця пошкодження в периферичних нервах і дореальних корінцях (затемнення на волокнах у місцях пошкодження). Тим не менш регенеруючі волокна дорзального корінця припиняють зростання, досягнувши відростків астроцитів обмежують поверхню спинного мозку. Аксони чутливих нейронів DRG не регенерують також через гліальні рубці (Glial scar), що формуються в місцях пошкодження ЦНС (затемнення з висветленний серединою).

Мости з шванівських клітин і регенерація

Шванівські клітини створюють сприятливе оточення для зростання аксонів нейронів ЦНС. Наприклад, при імплантації сегментів периферичних нервів між перерізаними ділянками спинного мозку миші чи пацюки, регенеруючі нервові волокна проростають у пошкоджену ділянку і заповнюють зону ушкодження. Імплантант складається з шванівських клітин і сполучної тканини; периферичні аксони при цьому дегенерувати. Подібним же чином сприяє зростанню нейронів культура шванівських клітин, імплантована в спинний мозок. Цей ефект може бути значно посилена модифікацією шванівських клітин методами генної інженерії, що приводять до продукції підвищеного рівня нейротрофічних факторів. Введення суспензії інкапсулюючих гліальних клітин в куксу перерізаного спинного мозку або в зону електролітичного пошкодження кортикоспінального тракту також посилює регенерацію аксонів. Наявність інкапсулюючих гліальних клітин є характерною особливістю нюхового апарата, де навіть у дорослому організмі відбувається народження нових нейронів і проростання їх аксонів в ЦНС.

Вражаючий ефект відновлення втраченої функції спостерігається при використанні містків (рис. 2.). Один кінець сідничного нерва імплантовано в спинний мозок, а інший - у вищерозміщений відділ нервової системи (спинний мозок, довгастий мозок або таламус). Містки можна навіть простягати від кори великих півкуль головного мозку до іншого ділянці ЦНС або до скелетному м'язі. Після декількох тижнів або місяців імплантант набуває схожість з нормальним нервовим провідником, наповненим міелінізірованние або неміелінізірованнимі аксонами. Ці нейрони є електрично збудливими і здатними генерувати поширюються нервові імпульси. Більше того, вони здатні інгібувати стимулами, доданими вище або нижче зони імплантації. При перерезке тканин в області містка і завантаженні обрізаних решт пероксидазою хрону (або іншими маркерами) можна встановити походження проростаючих нервових волокон (рис. 2.В). Такі експерименти показали, що аксони, які заповнили місток, відбуваються з нейронів, клітинні тіла яких лежать усередині центральної нервової системи. Зазвичай в місток проростають тільки ті нейрони, тіла яких розташовуються на відстані не більше декількох міліметрів від містка. Подібним же чином аксони, що вийшли з містка, здатні проростати в центральну нервову систему тільки на коротку дистанцію.

Рис. 2. Містки між довгастим і спинним мозком дають можливість нейронам ЦНС проростати на довгі відстані. Імплантований місток складається зі шматка сідничного нерва дорослої щури з деге нерірованнимі аксонами, зі збереженими шванівськими клітинами. Цей місток функціонує як канал, по якому можуть проростати центральні аксони. (А) Місце додатку імплантанта. (В) Нейрони мітили перерезкой імплантанта і накладенням HRP до перерізаним кінцях. семи крыс с имплантантом. Позиції 1 472 клітинних тіл нейронів були позначені ретроградним транспортом HRP y семи щурів з імплантантом. Більшість клітин, що посилають аксони в імплантант, були розташовані поблизу нього.

Не всі нейрони ЦНС навіть у сприятливому оточенні здатні подовжувати аксони. Наприклад, при перерезке аксонів клітин Пуркіньє мозочка у дорослих тварин виживають всі втратили відростки нейрони, але це не супроводжується регенерацією аксонів, навіть якщо в пошкоджену ділянку імплантуються шматочки ембріонального мозочка. Тим часом такі імплантанти ефективно стимулюють проростання аксонів інших мозочкових нейронів. Таким чином, регенерація залежить як від умов, які дозволяють або активують ріст нервових клітин, так і від внутрішніх характеристик, властивих даному нейрону. Відсутність здатності до регенерації пошкоджених відростків у клітин Пуркіньє корелює з тим, що в їх цитоплазмі при аксотоміі не відбувається підвищення синтезу білків, що забезпечують зростання аксонів.

Формування синапсів при регенерації аксонів в ЦНС ссавців

Чи можуть аксони, регенеруючі в ЦНС ссавців, правильно знаходити свої мішені і створювати функціонуючі синапси? Експерименти на регенеруючих аксонах гангліозних клітин сітківки дали позитивну відповідь на це питання. Якщо після перерізання зорового нерва в пошкоджену ділянку між оком і верхнім четверохолміе вставляли місток, що складається з периферичного нерва, аксони гангліозних клітин сітківки проростали через міст, досягали своєї мети, гілкувалися і утворювали синапси (рис. 3.). Під електронним мікроскопом регенеровані синапси, утворені в належних ділянках клітин-мішеней мали нормальну структуру, і були функціонуючими, про що свідчило те, що висвітлення очі викликало генерацію електричних сигналів в постсинаптичних клітинах.

Рис. 3. З'єднання сітківки і верхнього бугра за допомогою імплантанта периферичного нерва у дорослої щури. (А) Зорові нерви були пересічені, один з них був заміщений відрізком малогомілкового нерва довжиною 3 - 4 см (сірий колір). Регенерація тестувалася з допомогою міток, антероградної переміщуються після ін'єкцій в око або реєстрацією відповідей нейронів верхнього бугра на освітлення сітківки. (В) Електронно-мікроскопічна аут радіограма регенерованої термінали аксона гангліоеной клітини сітківки у верхньому горбику. [Н]-мічені амінокислоти були ін'єктовані в око за 2 дні до отримання зрізів мозку; срібні зерна, що показують мічені білки, транспортованих з ока, служили для розпізнавання терминален аксона гангліозних клітин. Регенеровані термінали були схожі на такі у контрольних тварин; вони були заповнені круглими синаптичними везикулами і формували асиметричні синапси.

Регенерація в незрілої ЦНС ссавців

У порівнянні з нервовою системою дорослих, незріла ЦНС ссавців забезпечує більш сприятливі умови для регенерації. Наприклад, якщо спинний мозок новонародженого опосума перетиснутий або перерізаний, аксони проростають через ділянку ушкодження. Провідність через пошкоджену ділянку відновлюється через кілька днів, навіть якщо спинний мозок вилучено і поміщений у культуральне середовище. Подібні результати отримані на ембріональному спинному мозку пацюка й миші в умовах культури. У новонародженого опосума навіть після повного перетину спинного мозку після загоєння спостерігається повна і точна регенерація і відмінне відновлення функцій. Наприклад, аксони чутливих нейронів відновлюють прямі синаптичні зв'язку з руховими нейронами і тварина може координування ходити, плавати і стрибати.

Спинний мозок 9-денного опосума регенерує добре, а 12-денного - вже немає. Вражаючим властивістю спинного мозку 9 - денного опосума є відсутність мієліну і мала кількість гліальних клітин. Дійсно, кінець критичного періоду, протягом якого може здійснюватися успішна регенерація, збігається з появою олигодендроцитов, мієлінових оболонок та інгібуючих нейрональний зростання протеїнів N1-35 і N1-250. Подібно з цим, в ембріонів курчат нейрони стовбура мозку будуть успішно регенерувати свої спинальні аксони, якщо спинний мозок був розсічений до початку мієлінізації. Пізніше регенерація стає неможливою, за винятком тих випадків, коли міелінізанія волокон з якоїсь причини запізнюється або якщо вона порушена. Ці експериментальні моделі дають можливість вивчення молекулярних механізмів, що полегшують та інгібуючих регенерацію в центральній нервовій системі

Рис. 4. Процедура трансплантації тканини ембріона в мозок дорослої щури. Тканина, багата клітинами, які містять дофамін, бралася з чорної субстанції (А) і ін'єктувати в бічний шлуночок (В) або імплантованого в простір кори, що покриває базальні ганглії (С). Як альтернативний підхід, суспензія дисоційованому клітин чорної субстанції могла бути ін'єктовані безпосередньо в базальні ганглії (D). Ці ембріональні клітини виживали, росли і секретуватися трансмітер.

Нейрональні трансплантати

Найбільш поширеними захворюваннями ЦНС людини є хвороби, зумовлені спонтанної дегенерацією нейронів, такі як хвороби Паркінсона, Альцгеймера та Хантінгтона Більшість нервових клітин у дорослих є постмітотіческімі; в даний час невідомі фізіологічні механізми відновлення загублених нейронів. Одним з підходів для заміщення загиблих нервових клітин, зроблених Бйорклунд і колегами, була трансплантація нервових клітин ембріона в мозок дорослого організму. На відміну від нейронів дорослого організму, що гинуть при трансплантації, нервові клітини ембріонів або новонароджених тварин після переміщення в сіра речовина ЦНС дорослого виживали і розвивалися (рис. 4.). Імплантовані клітини диференціювалися, пророщували аксони і звільняли нейротрансмітери з нервових терминалей.

Яскравим прикладом такого роду є експерименти, в яких після руйнування дофамін-містять нейронів чорної субстанції ембріональні нейрони були трансплантовані в базальні ганглкі щури. Загибель нейронів чорної субстанції відтворює дефіцит, що нагадує хворобу Паркінсона у людей. У нормальних тварин дофамінергічні нейрони чорної субстанції, що розташовуються в середньому мозку, іннервують клітини базальних гангліїв (частина мозку, залучена в програмування рухів, апендикс). При односторонньому пошкодженні цього дофаминового тракту результатом було порушення руху; у відповідь на стресовий сигнал тварина поверталося убік ушкодження. Ця асиметрія рухів зникала після трансплантації в базальні ганглії на стороні пошкодження дофамінсодержашіх ембріональних нейронів чорної субстанції. Ул'траструктурние дослідження показали, що трансплантовані нейрони подовжують аксони, проникаючи в навколишні ділянки мозку і формуючи синапси з нейронами реципієнта.

Ступінь функціональної компенсації в результаті операції трансплантації нейронів залежить від успішності відновлення синаптичних контактів. Дивно, що повноцінна інтеграція нейронів в складну нейрональну мережа мозку відбувається нормально у дорослого. Так само добре у дорослих відбувається відновлення після імплантації ембріональної тканини в пошкоджену кору, гіпокамп і смугасте тіло. Трансплантованих в мозок новонародженого щура ембріональна сітківка здатна до формування специфічних функціональних синапсів, відновлюючи таким чином відповідні зорові рефлекси. Трансплантація ембріональної енторінальной кори дорослим щурам з ушкодженнями енторінальной кори головного мозку може реіннервіровать деафферентірованние зони гіпокампу, формувати синаптичні контакти і частково відновлювати дефіцит просторової пам'яті.

Яскравим прикладом регенерації нервової системи є анатомічна і функціональна інтеграція трансплантованих ембріональних клітин Пуркіньє мозочка у дорослої мутантної миші з дегенерацією власних клітин Пуркіньє (рис. 5.). Сотело і його колеги трансплантували дисоційованому клітини Пуркіньє або цілі шматочки ембріональної тканини в мозочок дорослої мутантної миші. Донорські клітини Пуркіньє мігрували з трансплантанта в зони, де початково розташовувалися дегенерировавшие згодом клітини Пуркіньє. Вони просувалися вздовж гліальних клітин Бергмана, в яких була індукована експресія білків, керуючих рухом донорських клітин Пуркіньє. Через 2 тижні багато трансплантовані клітини формували дендритні дерева, схожі на розгалуження звичайних клітин Пуркіньє, ліановидні волокна утворювали синапси спочатку на клітинному тілі, потім на проксимальних дендритах, а паралельні волокна іннервірована дистальні дендрити. Характерні синаптичні потенціали були зареєстровані після стимуляції входів ліановідних і моховитих волокон. Тим не менш імплантовані клітини рідко встановлювали синаптичні зв'язку з їх звичайними мішенями у глибоких ядрах мозочка. Замість цього вони прагнули встановити зв'язки з донорськими нейронами, перенесеними і вижили в складі трансплантанта. Незважаючи на це, проведені експерименти демонструють, що трансплантовані нервові клітини можуть значною мірою інтегруватися в нейрональну мережа дорослого організму.

Рис. 5. которой клетки Пуркинье дегенерируют вскоре после рождения. Реконструкція нейрональной мережі мозочка трансплантацією мозкової тканини ембріона в доросле мутантних миша (pcd), y якій клітини Пуркіньє дегенерують незабаром після народження. (А) Цілісні ділянки мозжечковой тканини від 12-денного ембріона (Е12) були ін'єктовані в мозочок 2-4-місячних pcd мишей. (В) До 4-5 дня після трансплантації клітини Пуркіньє мігрували від трансплантанта по лінії, дотичної до мозкової поверхні. Через 6-7 днів після трансплантації клітини Пуркіньє починали мігрувати в радіальному напрямку всередину тканини мозочка по гліальних клітин Бергмана, пронизуючи молекулярний шар. (С) Донорські клітини Пуркіньє, що знаходяться на відстані не більше 600 мкм від глибинних ядер мозочка (ГЯМ) реципієнта, тягнуть аксони до ГЯМ і формують синаптичний контакт на специфічних мішенях. Ті ж донорські клітини Пуркіньє, які розташовуються на більшій відстані, контактують переважно з донорськими ж клітинами ГЯМ, що потрапили сюди разом з трансплантатом.

Ясно, що багато чого нейрони ЦНС ссавців зберігають навіть у дорослому стані дивовижну здатність до регенерації аксонів і дендритів і відновлення відповідних синаптичних зв'язків. Головною причиною неспроможності регенерації після більшості ушкоджень центральної нервової системи є інгібування вроджених регенеративних можливостей факторами, виробленими гліальними клітинами і трофічними молекулами, що впливають на зростання нейронів. Ідентифікація механізмів придушення ендогенних гальмівних факторів є областю активних наукових досліджень, так само як і вивчення нейрональних стовбурових клітин, що представляють собою потенційне джерело нових гліальних клітин і нейронів, чиї властивості можуть бути адаптовані методами генної інженерії. Успіхи в цій області у поєднанні з розвитком трансплантаційної техніки дають надію на відновлення функціонального дефіциту, що виникає в результаті пошкоджень і нейродегенеративних захворювань ЦНС.

Висновки

При перерезке аксона в нервовій системі хребетних відбувається дегенерація дистального відділу нерва. Аксотомірованная клітина або піддається хроматолізу, або гине.

Багато пресінаптіческіетерміналі, іннервують аксотомірованние нейрони, піддаються ретракції, решта закінчення звільняють понижена кількість квантів нейротрансмітера.

У денервированного скелетних м'язових волокнах у екстрасінаптіческіх ділянках відбувається синтез і експресія нових АХ рецепторів, що робить м'яз гіперчутливою до АХ. Денервированного нейрони також стають гіперчутливості до трансмітером, вивільнюваним з пошкоджених синаптичних аксонів.

М'язова активність є важливим чинником, що визначає кількість АХ рецепторів і їх розподіл. М'язова активність впливає також на швидкість деградації та відновлення АХ рецепторів.

У дорослих ссавців або жаби іннервірована м'яз не приймає іннервації додатковим нервом. На відміну від цього, нервові волокна здатні формувати нові синапси на денервированного або пошкоджених м'язових волокнах.

Частково денервированного м'язи і нейрони здатні викликати зростання нових розгалужень у непошкоджених прилеглих нервів і формування нових синапсів.

шванівські клітини периферичної нервової системи забезпечують особливе оточення нейронів, що стимулює зростання аксонів.

Синаптичні ділянку базальної мембрани, що оточує м'язові волокна, асоційований з таким чинником, як Агрін, який індукує синаптичні спеціалізації в регенеруючих закінченнях аксонів і м'язових волокнах. Агрін є протеогліканів, що синтезуються руховими нейронами і вивільнюваним з закінчень їх аксонів. Після виділення він стає асоційованим з синаптичної базальної мембраною і індукує формування пре-і постсинаптичних спеціалізацій.

Центральна нервова система дорослих ссавців має обмежені можливості для регенерації.

шванівські клітини у формі периферичного нервового трансплантанта або ін'єктовані як клітинна суспензія в зону ушкодження створюють сприятливе оточення для зростання аксонів нейронів ЦНС ссавців.

У ЦНС ембріонів і новонароджених ссавців здатна відбуватися ефективна регенерація після пошкодження Нейрони ембріонів або новонароджених тварин, так само як і нейрони і гліальні клітини, що походять від нейрональних стовбурових клітин, виживають і ростуть при трансплантації в ЦНС дорослого ссавця. Трансплантовані клітини можуть бути інтегровані в існуючі нейрональні мережі та частково відновлювати втрачену функцію.

Література

1. Adams, RD, Victor, M., and Ropper, AH 1997. Principles of Neurology, 6th Ed. McGraw-Hill, New York.

2. Harlow, JM 1868. Publ. Mass. Med. Soc. 2: 328-334.

3. Driver, J., and Halligan, PW 199). Cogn. Neuropsy-chol. 8: 475-496.

4. Raff, M. 1996. Science 274: 1063.

5. Krauthammer, C. 2000. Time Magazine February 14: 76.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
49.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Центральна нервова система
Синапси Центральна нервова система
Центральна нервова система спинний мозок
Центральна нервова система у графіках і схемах
Нервова система 3
Нервова система
Нервова система 2
Ентеральна нервова система
Переферична нервова система
© Усі права захищені
написати до нас