Ликворная и кровеносная системы развивающегося головного и спинного мозга

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 91Следующая ⇒

Как известно, на ранних этапах формирования центральной нервной системы (стадия мозговой бороздки и мозговой трубки) развитие головного и спинного мозга происходит в околоплодной жидкости. Она является питающей средой для клеток материнского слоя. В первом триместре беременности (конец 1 -го — 2-ой месяц утробной жизни) в полости передних, второго и пятого мозговых пузырей образуются так называемые сосудистыесплетения. Они начинают секретиро-ватьликвор, в составе которого большое количество белковых веществ и гликогена (33). Концентрация этих веществ в процессе внутриутробного развития в 20 раз превышает таковую у взрослых, Такое высокое содержание белка и гликогена в спинномозговой жидкости делает ее по-существу тойпитательной средой, которая так необходима для первичного синтеза белка из аминокислот для интенсивного роста мозга на ранних этапах нейроонтогенеза. Таким образом, на этом

этапе развития основная роль в снабжении развивающегося мозга пластическими материалами принадлежит не кровеносной системе, аликвору.

К концу 2-го месяца внутриутробной жизни «ликворный» периодразвитиябольших полушарий головного мозга завершается, и в питании нервных клеток все большее значение приобретает кровеносная система (34, 22). Первые сосуды на поверхности мозга появляются на 3—4 неделе внутриутробной жизни. Они располагаются в мягко-паутинной оболочке, но уже тогда в густой непрерывной сети возникают артериальная и венозная ее часть. Кровоток в сосудах очень медленный, а кровь слабо насыщена кислородом. На 2-м месяце внутриутробной жизни начинается врастание сосудов в мозговое вещество в виде простых артерио-венозных единиц, где каждая артерия непосредственно проходит ввену. В месте их перехода друг в друга (точка роста) происходит образование новых капилляров.На материнском капилляре появляется небольшое возвышение (стадия почки) — незрелая клетка, протоплазма которой увеличена в размерах. Протоплазма, окружающая ядро, образует на периферии отростки в виде тонких усиков. На следующем этапероста мозгового капилляра почка превращается в полип (вторая стадия), передний конец которого утолщен, а отростки становятся более длинными. Следующее превращение растущего капилляра состоит в увеличении его длины и приближении к другому сосуду, Отростки (усики) присасываются к стенке сосуда и сливаются с ним,

У плода на 5 месяце утробного развития (21,5—23 см длины) передняя, средняя и задняя мозговые артерии представляют собой самостоятельные сосуды с выраженными разветвлениями. Стволик передней мозговой артерии располагается на медиальной поверхности мозга над мозолистым телом- Веточки ее, достигнув внутреннего края полушария, перегибаются через него и идут в нисходящем направлении по наружной поверхности мозга. Средняя мозговая артерия, выходя из сильвиевой ямки, веерообразно расходится по наружной поверхности мозга; задняя мозговая артерия располагается в затылочной области.

От первичных крупных ветвей передней, средней и задней мозговых артерий отходящие ветви соединяются между собой и образуют крупные петли. Таким образом, на 5-м месяце внутриутробной жизни имеется двуслойная артериальная сеть, располагающаяся в субарахноидальном пространстве над поверхностью мозга. Внутримозговые артерии отходят от обращенной к мозгу поверхности сосудов. Ветви передней, средней и задней мозговойартерии соединяются между собой путем анастамозов.

Л/.В. Приэтом в зонах смежного кровоснабжения создаются наиболее благоприятныеусловия для перемещениякрови в различных на -правлениях принарушениях ее нормальной циркуляции в однойиз трех основных артериймозга. Этообъясняется тем, что всмежной области находятся болеекрупные анастомозы и здесь легче происходитпереключение на коллатеральное кровоснабжениеиз другой мозговой артерии.

Наряду с этим, в случаях нарушений кровоснабжения мозга, связанного со сдавлением сосудов шеи новорожденного (обвитие пуповиной) наихудшие условия питания мозга наступают взоне смежного кровообращения. На 6-м месяце внутриутробной жизни происходит процесс редукции артериальных петель, что ведет кобособлению отдельных артерий. В то время как в зонах коллатерального кровоснабжения артериальная сеть сохраняет свое мелкопетлистое строение.

Кровоснабжение спинного мозга отличается тем, что к нему кровь поступает не по четырем артериям, как к головному мозгу, а помногим сосудам. Две позвоночные артерии дают начало трем артериальным трактам, идущим по всей длине спинного мозга. Таким же образом вены, выходя из мозгового вещества, сливаются на его поверхности в венозные тракты. Особенность циркуляции крови в спинном мозгу состоит в том, что активно функционирующие мотонейроны передних роговинтенсивно снабжаются кровью. Строение венозной системы таково, что она обеспечиваетбыстрое отведение продуктов обмена через центральные вены на поверхность мозга и далее отток в корешковые вены и венозные сплетения позвоночника. Эта изолированная система оттока значительно снижает возможности коллатерального кровообращения, что может быть причиной гибели мозгового вещества в вентральной части мозга при нарушениях кровообращения (35).

Особого внимания заслуживают детали кровоснабжения в сосудистых сплетениях боковых, третьего и четвертого желудочках мозга. Кровоснабжение этих зон осуществляется передними и задними наружными хориоидальными артериями, венозный отток происходит во внутренние мозговые вены и в вены основания мозга. Во внутриутробном периоде развития капилляры сосудистых сплетений отличаются своим большим диаметром, вследствие чего ток крови в нихзамедленный, что создает благоприятные условия для поступления питательных веществ.

Современные концепциинейроонтогенеза

Теперь, когда нами в общих чертах прослежен процесс формирования центральной нервной системы в течение внутриутробной жизни, необходимо обсудить современные концепции о механизмах последовательного и целенаправленного хода нейроонтогенеза.

Современные концепцииразвития нервной системыв процессеэмбриогенеза

В течение многих десятилетий внимание исследователей и научных коллективов приковано к изучению процессов развития организма с момента образования зиготы в результате слияния сперматозоида с яйцом и до превращения оплодотворенного яйца во взрослую особь. Процесс образования нервной системы сопряжен с возникновением большого количества клеток и созданием сложных структур и их взаимодействия. При изучении индивидуального развития организма удалось установить, что на самых ранних стадиях эмбриогенеза клетки зародыша являются однотипными и практически ничем не отличаются друг от друга (стволовые клетки). В них содержатся лишь общие органоиды (митохонд-рии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи) и им свойственны общие для всех клеток функции (питания, размножения, роста и движения). Эта однотипность клеточных элементов на стадии раннего эмбриогенеза подтверждается тем, что при пересадке (трансплантации) отдельных клеток из одного элементарного зачатка в другой они начинают развиваться в совершенно другом направлении, Так, стволовые клетки, пересаженные в нервную систему в последующем превращаются в нейроны. Эта способность утрачивается спустя короткое время и после завершения стадии гаструляции, т.к.все клетки приобретают сугубо специфические признаки, свойственные для конкретного органа и притранс-

. д.

плантации из одной эмбриональной закладки в другую уже сохраняют направление своего развития. Это свойство стволовых клеток в последние годы пытаются использовать при нейротрансплантации.

Детальные экспериментальные исследования убеждают, насколько сложен и специфичен весь ход эмбрионального развития. Исследователи пришли к выводу, что для воспроизведения этого процесса биологического развития должна существовать конкретная и четкаягенетическая программа и способ ее реализации (36, 37, 38, 39, 40, 41, 42). Одним из главных условий функционирования считаются ееустойчивость и специфичность. При этом в основе развития лежит каскадный принцип осуществления генетической программы, суть которого состоит в том, что вещества, синтезированные на предыдущих стадиях, депрессируют гены последующих этапов. Таким образом, каждый ген вступает в действие на определенной стадии и контролирует индивидуальное развитие, начиная с самых ранних его стадий. Суть этого контроля состоит в том, что различные стадии онтогенезаконтролируются разными (!) генами, в результате чего и происходит дифференцировка клеток.

Регуляция генной активности на ранних этапах эмбриогенеза, а также а период гисто- и органогенеза осуществляется как на уровне транскрипции, так и на посттранскрипционном уровне, который может включать инактивацию и РНК, изменение скорости ее транспорта и деградации, скорости инициации и снятия полипептидных цепей с рибосом, а также ряд других, посттрансляционных процессов(43,44).

О последовательности депрессии генов в ходе органогенеза известно, что в оплодотворенной яйцеклетке — зиготе — гены не активны. На ранних стадиях (моруле, бластуле) депрессируются гены, контролирующие процессы размножения клеток и общего метаболизма. Со стадии гаструлы активируются ткане-специфические гены, определяющие синтез тканеспецифических белков и диф-ференцировкутехили иных типов клеток. По ходу последующего развития зародыша начинает функционировать все большее количество генов. Особенно большая геннаяактивность приходится напериод органогенеза.

Таким образом, генетический контрольна разных стадиях развития имеет свои особенности. Сначала в ходе эмбриогенеза депрессируются гены, контролирующие размножение и процессы общего метаболизма клеток и получившие название гены «домашнего хозяйства». На стадии гаструлы активируются гены, детерминирующие образованиестволовых клеток. В период гисто- и органогенеза депрессируют гены, которые контролируют синтез белков, специфичных для тех или иных клеточных структур.

Для понимания биологии развития нервной системы помимо генетического аспекта проблемы, огромное значение принадлежит современным проблемам нейроонтогенеза, которые включают в себя: молекулярные механизмы процессов детерминации и дифференцировки нервных клеток, рост нервных отростков и образование нервных связей и др. Многие исследователи, изучавшие нейрогенез, считали необходимым выделить главную особенность развивающейся нервной системы. Она состоит в том, что она начинает функционироватьзадолго (!) до наступления зрелости и на минимуме своих возможностей. В процессе своего развития нервная система претерпевает сложнейшие превращения, складывающихся в последовательную цепьвзаимосвязанных событий. Главными среди них можно назвать пролиферацию, миграцию, дифференциров-ку и гибель клеток, процессы роста нервных отростков, синаптогенез, формирование клеточных агрегатов и стабилизацию нервных связей. Все эти пертурба-

ции, как уже указывалось, входят в генетическую программу развития и являются проявлениемспецифического генотипа. В результате чего не только образуется огромное количество клеток, но и различных их типов. В процессе диф-ференцировки большая роль принадлежит межклеточному взаимодействию и существованию таких процессов как индукция, узнавания и адгезии, которые не только определяют детерминацию потенций нейроэпителиальных клеток, но и направленный рост аксонов и образование специфических нервных связей.

В ходе нейрогенеза, естественно, выделяют определенные этапы развития. Согласно современным представлениям формирование нервной системы начинается на очень ранних стадиях развития зародыша. Так, на стадии ранней гаст-рулы происходит образование бластопора. В процессе гаструляции наступает дифференцировка эктодермы. На следующей стадии зародышевого развития — нейруляции—как уже отмечалось ранее, образуется нервная трубка, В результате неравномерности скорости деления и миграции нейробластовиз вентрикуляр-ной зоны возникают изгибы нервной трубки и формирование в ее отделах мозговых пузырей. Интенсивная пролиферация нейроэпителиальных клеток, выстилающих стенки мозговых пузырей, и последующая иммиграция способствует образованию нервных и глиальных клеток для всех отделов головного мозга,

Доказано, что каждая клетка нервной системы являетсяносителем позиционной информации, т.е. четко знает свое место в структуре строящейся нервной системы. Это значит, что каждая нервная клетка занимает определенное положение по отношению к анимальному и вегетативному полюсам зародыша, а также по отношению к соседним с ней нейроэпителиальным клеткам. При этом на этой стадии развития очень велико значение межклеточного взаимодействия. Так, например, на стадии бластулы и ранней гаструлы каждая из клеток нейроэпителия обладает весьма большими потенциями. Однако эта потенция в присутствии других клеток подавляется, и последующий ход развития клеток нейроэпителия определяется их положением в нервной пластинке, В связи с этим известно, что раньше других процесс митоза нейронов заканчивается в спинном мозге, позже — в продолговатом мозге и стволе, позже всего заканчивается митоз нейробластов, формирующих неокортекс. Пролиферация же основной массы нервных клеток заканчивается в пренатальный период онтогенеза. Исключением являются мелкие гранулярные клетки зубчатой фасции гипокампа, мозжечка и обонятельной луковицы. Известно, что число клеток каждого типа в каждом из отделов ЦНС остается довольностабильным. Эта стабильность поддерживается за счет двух основных факторов — числа возникших клеток и гибели части нервных клеток в процессе развития.

Подавление пролиферации нервныхклеток осуществляется особыми веществами, получившими название кейлонов (видоспецифичные белки и гли-копротеиды).

Генетическая программа развитиянервной системы определяет и основные закономерности нейроонтогенеза.К ним относят:

• Каждый тип нейронов возникает встрого определенное время эмбриогенеза;

• Различные нервные центры формируются из клеток, возникающих в разное время. Это относится как к послойным структурам (кора больших полушарий, бугры четверохолмия и др.), так и к ядрам;

• Имеется четкая тенденция более раннего возникновения крупных длинно-аксонных клеток. Мелкие клетки возникают и начинают дифференцироваться позже. Более того, гранулярные клетки мозжечка, гипокампа и обонятельных луковиц продолжаютмитотическое деление и наранних этапах постнатальной жизни;

• Раньше других возникают некоторые типы клеток ствола и спинного мозга, позже — клетки неокортекса;

• Рождение нервных клеток начинается примерно с половины периода внутриутробного развития и заканчивается к моменту рождения.

Что касается процессов глиогенеза, то считается, что клетки первичного нейроэпителия, представляющие собой гомогенную популяцию, являются предшественниками для возникновения как нейронов, так и глиальных клеток. Однако глиогенез начинается несколько раньше нейрогенеза (в раннем периоде эмбрионального развития), но продолжается дольше, распространяясь на постнатальный период,

Очень ответственным моментом формирования нервной системы является процесссозревания и дифференцировал нервных клеток, Сутьдифферен-цировки состоит в том, что возникающие разнообразные типы нервных клеток отличаются друг от друга биохимическими, морфологическими и физиологическими особенностями, а также их локализацией в нервной системе. Основным механизмом клеточной дифференцировки являютсябиохимические процессы и, в частности, синтез специфических макромолекул -— белков, гликопротеинов, энзимов и медиаторов, характерных только (!) для этих клеток и способствующих установлению связей конкретного нейрона с другими нейронами.

Основным механизмом клеточной дифференцировки и интегральной деятельности нейрона являются биохимические процессы внутринейрональных преобразований химически гетерогенных возбуждений различного качества. Эта "химическая» гипотеза послужила мощным стимулом экспериментального изучения метаболических процессов, что привело к переводу всей проблемы ин-тегративной деятельности нейрона намолекулярный уровень исследования. В разработке этого направления были достигнуты определенные успехи: определены биологически активные вещества в качестве универсальных регуляторов клеточного метаболизма. Среди них были выделены:

• Циклические пуриновые нуклеотиды;

• Простагландины — соединения липидной природы;

• Ионы кальция;

• Мозгоспецифические белки и олигопептиды.

Нейротрофины:

• Фактор роста нервов обладает трофическим воздействием на нейроны паравертебральных симпатических и сенсорных ганглиев периферической нервной системы, играет исключительно важную роль в процессах созревания, дифференцировки и поддержания жизнедеятельности холинерги-ческих нейронов базальныхядер переднего мозга, включая хвостатое ядро и путамен. Его роль особенно важна на ранних этапах развития организма.

• Мозговой нейротропный фактор оказывает воздействие на ГАМКерги-ческие нейроны переднего и промежуточного мозга, дофаминергические нейроны черной субстанции, нейроны ретинального ганглия, гиппокамп, а также мотонейроны,

• Нейротрофин -3 оказывает сходное воздействие на многие группы нейронов - дофаминергические и ГАМКергические нейроны среднего мозга, нейроны гиппокампа и мотонейроны спинного мозга.

• Нейротрофин - 4/5 по своим действиям похож на мозговой нейротропный фактор.

• Цилиарный нейротрофический фактор - его трофический эффект частично распространяется и на нейроны, чувствительные к действию нейро-трофинов. Уровень его продукции значительно возрастает после повреждения, Воздействует на нейроны цилиарного ганглия, симпатические нейроны переднего мозга и мотонейроны спинного мозга.

• Глиальный нейротрофический фактор способс^е^ созреванию и диф-ференцировке культивированных эмбриональныхдофаминергических нейронов среднего мозга. Влияние его строго специфично и не затрагивает ГАМК- и серотонинергические нейроны.

Эти и другие биологически активные вещества выполняют функцииуниверсальных регуляторов клеточного метаболизма, играя исключительно важную роль в деятельности как отдельных нервных клеток, так и мозга в целом. Очень важной особенностью дифференцирующихся клеток является смена синтезируемых 8 клетке белков. Большую роль в дифференцировке нервной ткани в период эмбрионального развития отводят так называемымнейротрофинам и прежде всего нервному фактору роста (НФР) аксонов (45). Считают, что НФР имеет широкий диапазон влияния на интенсивность роста аксонов спинальных ганглиев, участвует в стабилизации и поддержании функций симпатических и сенсорных нейронов. В ранний постнатальный период НФР действует как фактор выживания аксонов, избыток же НФР предотвращает гибель нейронов. Трофическое действие НФР обусловлено тем, что он не только регулирует, но и стимулирует синтез РНК и некоторых специфических белков.

О существовании нейтрофинов стало известно более 40 лет тому назад при экспериментальных исследованиях, изучавших гибель нейронов. В настоящее время количество идентифицированных нейротрофических факторов постоянно увеличивается (см. стр. 27). Считают, что нейротрофины воздействуют на связь и активацию специфических клеток-рецепторов на поверхности. Активированные рецепторы инициируют каскад внутриклеточных реакций, в результате чего индуцируется ген-экспрессия и происходятизменения в нейронной морфологии и дифференциации. В связи с этим нейротрофины относяткрегуляго-рам нейронального развития.

N. В. Очень важной особенностью нейтрофинов, которая в последние годы привлекла к себе внимание клиницистов, является то, что нейротрофины, относящиеся к полипептидам, действуют на поврежденную нервную систему. Этот эффект отмечен как туИго, такитУ1УО, в связи с чем их пытаются применять при лечении нейрональных дисфункций при периферической нейропатии у экспериментальных животных, при болезнях двигательного нейрона и нейродегенератив-ных заболеваниях (47, 48, 49). При повреждениях нервной ткани происходит появление нейротрофических факторов вокруг очага повреждения, в спинномозговой жидкости и в крови, что способствует процессам репарации(50).

Таким образом, за относительно короткий период внутриутробного развития происходит формирование чрезвычайно сложной, многофункциональной системы — центральной нервной системы. Наилучшим объяснением этого процесса до сих пор служит теория системогенеза (51, 52), которая рассматривает «роль нейрона как узлового пункта, связывающего непрерывные превращения на молекулярном уровне с их архитектурными взаимоотношениями в целостной деятельности мозга*.

В функционировании нейронов большая роль принадлежит внутриклеточному и внеклеточному содержанию кальция. Снижение внеклеточной или повышение внутриклеточной концентрации свободных ионов кальция может приводитькдеге-нерации нейронов. В сохранении гомеостазаСа в нейронах играют значительную роль Са^-связывающие белки: Са^-зависимый белок — регулятор калмодулин и парвальбумин. Калбиндин имеет высоко избирательное распределение и обнаруживается в ряде нервных клеток (клетки Пуркинье,допамино-содержащие нейроны нигростриаторного пути, пирамидные и каемчатые клетки гиппокампа (46).

N.3. Повышение уровня свободного Са²^ в цитоплазме нейронов играет немаловажную роль в повреждениях головного мозга после ише-мических и гипогликемических эпизодов. При этом нарушается сложная система удаления Са²⁴" в нейронах за счет поглощения в мито-хондриях, в эндоплааматическую сеть, связывания белками в цитоплазме и транспорта (выноса) через поверхностную мембрану.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 312; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!