Нервова система

Перегляд лекції “Нервова система”

Тести “Нервова система”

НЕРВОВА СИСТЕМА

За класичними уявленнями, функції органів соми, нутрощів і шляхів, які проводять рідини, регулюються за допомогою систем, які проводять подразнення; останні об’єднуються в окремий відділ – нервову систему (systema nervosum).

Нервова система здійснює об’єднання частин організму в єдине ціле; забезпечує регуляцію різноманітних процесів; координацію функцій різних органів і тканин; взаємодію організму з зовнішнім середовищем.

За топографічним принципом нервову систему умовно поділяють на центральну та периферійну частини. Центральна частина (центральна нервова система), pars centralis (systema nervosum centrale), складається з головного та спинного мозку. Периферійна частина (периферійна нервова система) складається з решти нервових утворень, які розташовані поза межами головного та спинного мозку: чутливих черепно-спинномозкових вузлів (ganglia craniospinalia sensoria); автономних, або вегетативних вузлів (ganglia autonomica); черепних нервів (nn. craniales); спинномозкових нервів (nn. spinales), їх розгалужень та терміналей (останні звичайно розглядають в курсі гістології).

Беручи до уваги поділ органів на системи органів вегетативних і анімальних, нервову систему поділяють на вегетативну і анімальну. Вегетативну нервову систему1 поділяють на дві антагоністичні за функціями частини – симпатичну (pars sympathica) і  парасимпатичну (раrs parasympathica).

Анімальна (або соматична) нервова система регулює переважно функції вольових рухів, зв’язує організм із навколишнім середовищем, іннервуючи головним чином сому і органи чуття. Вегетативна (автономна) нервова система відповідає за гомеостаз, регулює обмінні процеси в органах і тканинах, іннервуючи всі нутрощі, серце, гладенькі і частково посмуговані м’язи (трофічна функція).

Для опису структур центральної нервової системи (ЦНС) користуються двома осями. Вісь Мейнерта йде майже вертикально вздовж центрального каналу спинного мозку і косо через стовбур головного мозку. Вісь Фореля йде майже горизонтально і з’єднує умовні центри потиличних і лобових полюсів півкуль великого мозку. Передні кінці цих oсей називають оральними (від лат. os, oris – pот) або ростральними (від лат. rostrum – дзьоб); задні кінці – каудальними (від лат. cauda – хвіст). Ті структури, які розташовані зверху (для спинного мозку – ззаду) від цих oсей, називають дорсальними; ті, що розташовані знизу (для спинного мозку – спереду) – вентральними. Ті структури ЦНС, які послідовно розташовані з одного боку цих осей, називають гомолатеральними або іпсилатеральними (однобічними); ті, які розміщені з різних боків, – гетеролатеральними або контрлатеральними   (протилежними).

Основним елементом нервової системи є нервова клітина – нейроцит або нейрон (neuron). Нейрон – це клітина, що має: ядро; тіло клітини – навколоядро або перикаріон (pericaryon); один чи більше відростків, які звичайно представлені аксоном і дендритами .

Аксон (центральний відросток), найчастіше довгий, має відносно невелику кількість гілок. Це єдиний еферентний відросток, за допомогою якого кожний нейрон з’єднується з іншими нейронами і ефекторами (м’язами, залозами тощо). Дендрити (периферійні відростки) коротші в порівнянні з аксоном і зазвичай широко розгалужуються. По дендритах нервовий імпульс передається від рецептора або від інших нейронів, з аксонами яких вони з’єднуються за допомогою  синапсів.

Нейрони в залежності від конфігурації їх відростків класифікують на:

1)            мультиполярні (розташовані в центральній нервовій системі та у вегетативних вузлах периферійної нервової  системи);

2)            псевдоуніполярні (розташовані в чутливих черепно-спинномозкових   вузлах);

3)            біполярні (розташовані в сітківці, в нюховій ділянці слизової оболонки носової порожнини; у внутрішньому вусі).

Мультиполярні нейрони класифікують за довжиною аксонів на:

1)            клітини  Гольджі  І  типу  (найдовші  нейрони в центральній нервовій системі людини, які йдуть від кори великого мозку до спинного мозку на відстань 50–70  см);

2)            клітини Гольджі ІІ типу (мають короткі аксони; найкоротші аксони відходять лише на декілька мікрометрів від перикаріона). Окрему групу складають амакринні нейрони – надзвичайний різновид клітин, які не мають аксонів (розміщені в сітківці).

Функція нейронів полягає у продукуванні, розповсюдженні і передачі нервового імпульсу. Спеціалізовані нервові закінчення (рецептори), трансформують енергію фізичного або хімічного подразнення в енергію нервового імпульсу. Нервовий імпульс має електричну природу і є хвилею деполяризації – реполяризації цитоплазматичної мембрани.

Залежно від подразника розрізняють механорецептори, терморецептори (теплові і холодові), барорецептори, хеморецептори, дистанторецептори (слухові, зорові, нюхові) та інші. Рецептори поділяють  на  екстерорецептори  (контакторецептори в шкірі, слизових оболонках та  дистанторецептори, які сприймають подразнення на відстані), пропріорецептори (розташовані в м’язах, зв’язках, сухожилках, суглобах, суглобових капсулах) та інтерорецептори (розташовані в нутрощах та судинах).

Залежно від місця виникнення подразнень розпізнають такі види чутливості: екстероцептивна, пропріоцептивна,  інтероцептивна.

Екстероцептивна чутливість поділяється на:

1)            поверхневу екстероцептивну чутливість (тактильна, або дотикова; больова; температурна та ін.)

2)            дистантну екстероцептивну чутливість (слух, зір, нюх).

Пропріоцептивна чутливість є глибокою і дає інформацію про розміщення або рухи тіла та його частин у просторі. До пропріоцептивної чутливості належить: суглобово-м’язове відчуття (власне пропріоцептивна чутливість); відчуття тиску (визначається здатністю відрізнити тиск від простого дотику); вібраційну чутливість; відчуття маси.

Інтероцептивна чутливість включає в себе всі відчуття, що виникають при подразненні внутрішніх органів.

Окрему групу становлять так звані складні види чутливості, не пов’язані з певними специфічними рецепторами, основані на здатності кори великого мозку виконувати складний аналіз та синтез подразнень, які сприймаються екстерота пропріорецепторами. До них належить: дискримінація (здатність розрізняти два однакових подразнення, що діють одночасно); відчуття локалізації (здатність точно встановити місце дії подразнення); стереогноз (тривимірно-просторове відчуття, яке пов’язане з суглобово-м’язовою і тактильною чутливістю і дає можливість розпізнання предметів навпомацки з заплющеними очима) та деякі інші.

Відомий невролог Г. Гед запропонував з біогенетичної точки зору розрізняти протопатичну та епікритичну чутливості; з того часу цими поняттями широко користуються в неврології.

Протопатична (підкіркова, ноцицептивна, афективна) чутливість є філогенетично більш давньою. Вона пов’язана переважно з таламусом і служить для проведення та сприймання сильних, загрозливих для організму подразнень (наприклад, різні больові та температурні  подразнення).

Епікритична (кіркова, розрізняюча) чутливість є філогенетично молодшою і досконалішою. Вона пов’язана з корою великого мозку і служить для тонкої диференціації характеру та локалізації подразнення (тактильна чутливість, суглобово-м’язове відчуття, дискримінація, сприймання індиферентних температур).

Життєдіяльність організму побудована на основі рефлексів. Термін “рефлекс” (від лат. reflexus – зворотний рух) ввів свого часу Декарт. Нині під рефлексом розуміють здійснену при участі нервової системи реакцію організму у відповідь на подразнення, що надходять із зовнішнього або внутрішнього середовища. Таким чином, рефлекс – відповідна реакція організму на подразнення рецепторів, яка здійснюється нервовою системою.

Слід зазначити, що побудова рефлекторної дуги відображає  етапи  філогенетичного  розвитку  даної реакції. Анатомічним базисом рефлекторної дуги є ланцюг нейронів. Окремий нейрон – функціонально неспроможний. Для його функціювання наступною клітиною в ланцюгу повинен бути інший нейрон або ефектор (міоцити, посмуговані м’язові волокна, кардіоміоцити, залозисті клітини).

Проста рефлекторна дуга  складається з двох нейронів: аферентного (який розташований в чутливих черепних або спинномозкових вузлах) та еферентного (який розташований в рухових ядрах або вегетативних вузлах). Досить часто між двома зазначеними ланками буває ще декілька вставних (проміжних) нейронів (у цьому випадку рефлекторну дугу називають складною). У вегетативній нервовій системі рефлекторні ефекти можуть мати місце і при наявності лише одного нейрона (так звані аксон-рефлекси).

Тіла рецепторних нейронів розташовані поза межами центральної нервової системи (ЦНС) в чутливих вузлах черепних або спинномозкових нервів (ganglia craniospinalia sensoria) (морфологічно вони є біабо псевдоуніполярними). Проміжні нейрони розташовані в межах ЦНС (морфологічно вони є мультиполярними). Тіла ефекторних нейронів знаходяться в межах ЦНС і в вегетативних вузлах периферійної нервової системи морфологічно вони є мультиполярними).

Звичайно нервовий імпульс починається зі збудження дендритів або перикаріона нейрона і потім поширюється вздовж аксона до його терміналей . Дендрити спеціалізовані для одержання нервових імпульсів. Аксони спеціалізовані для проведення нервових імпульсів від перикаріона.

Анатомічним підґрунтям міжклітинних комунікацій нейронів є синапси. Синапс – це ділянка функціонального контакту між аксональною мембраною одного нейрона і ефекторною клітиною або мембраною наступного в ланцюгу нейрона. Аксон одного нейрона може утворювати синапс на дендритах іншого нейрона, на його перикаріоні або іноді на його аксоні. У зв’язку з цим розрізняють аксо-дендритні, аксо-соматичні та аксо-аксональні синапси.

Типові синапси мають: 1) пресинаптичну мембрану, що належить аксональній терміналі; 2) синаптичну щілину; 3) постсинаптичну мембрану, що належить наступній клітині в ланцюгу. Розрізняють хімічні, електричні та мішані синапси. В хімічному синапсі надходження нервового імпульсу до синаптичної терміналі аксона звільнює запаси хімічної речовини із синаптичних пухирців у синаптичну щілину. Хімічна речовина з’єднується з хімічними рецепторами на постсинаптичній мембрані і передає ефект стимулу наступній клітині в ланцюгу. Тому ця речовина дістала назву нейротрансмітера (медіатора).

Нейротрансмітери бувають двох типів: збуджуючі та інгібуючі (гальмуючі). Збуджуючі нейротрансмітери деполяризують клітинну мембрану і збуджують відповідну клітину. Вони примушують нейрон продукувати нервовий імпульс або змушують діяти ефектор. Більшість синапсів в ПНС є збуджуючими. За рахунок цього вони примушують м’язову клітину скорочуватися або залозисту клітину секретувати. Інгібуючі нейротрансмітери гіперполяризують  наступну  клітину в ланцюгу. Вони інгібують продукцію нових імпульсів, роблячи деполяризацію мембрани утрудненою. Ці нейротрансмітери викликають гальмівні рефлекси, такі як уповільнення ритму серця або гальмування нейронів  у  ЦНС,  які  викликають  скорочення  м’язів.

Кожен нейрон ЦНС звичайно приймає біля сотні синапсів, як збуджуючих, так і гальмуючих. Оскільки дендрити одержують імпульси, а аксони посилають їх, нервові імпульси в нормі ідуть в одному напрямку (тобто до аксонального кінця). На кінці імпульс проходить через синапс в одному напрямку, так як би система мала одноходовий клапан. Цей однонаправлений пристрій дістав назву нейрональної поляризації.

В залежності від нейротрансмітера, який забезпечує передачу нервового імпульсу, хімічні синапси поділяють на холінергічні (нейротрансмітер – ацетилхолін), адренергічні (нейротрансмітер – норадреналін), серотонінергічні (нейротрансмітер – серотонін), дофамінергічні (нейротрансмітер – дофамін), ГАМКергічні (нейротрансмітер – гамма-аміномасляна кислота), пуринергічні (нейротрансмітер-АТФ і його похідні), пептидергічні (нейротрансмітери-енкефаліни, ендорфіни, бомбезин та інші нейропептиди). Відповідно до цього на такі ж групи поділяють нейрони, які формують скупчення хемергічних клітин (aggregationes cellularum chemergicum).

Норадренергічні, дофамінергічні та серотонінергічні нейрони локалізовані головним чином у стовбурі головного мозку. Норадренергічні нейрони формують блакитне місце (locus caeruleus) та групу ядер бічної частини сітчастої формації довгастого мозку і мосту (волокна від них ідуть до гіпоталамуса, до структур лімбічної системи, до передніх та бічних рогів сірої речовини спинного мозку, дифузно поширюються в новій корі півкуль великого мозку). Серотонінергічні нейрони розташовані в ядрах шва (nuclei raphes) і середнього мозку. Зокрема вони приймають участь в формуванні розташованого в мосту заднього ядра шва (nucleus raphes posterior) (волокна від нього йдуть до гіпоталамуса, кори нюхового мозку, до структур лімбічної системи). Щільна частина чорної речовини (pars compacta substantia nigra), середнього мозку, від якої йдуть fibrae nigrostriates до смугастого тіла (corpus striatum), утворена дофамінергічними нейронами.

Пептидергічні нейрони було знайдено у найбільш філогенетично  старих  відділах  головного  мозку: в сірій речовині навколо водопроводу середнього мозку, в сітчастій формації, в гіпоталамусі, в нюхових цибулинах та в структурах лімбічної системи (мигдалеподібному тілі, в присередніх та бічних повідцевих ядрах, у поясній звивині). Пептидергічні нейротрансмітери продукують також інтернейрони кори великого мозку, таламуса, смугастого тіла, спинного мозку. Багато пептидергічних нейронів розташовано в корі півкуль мозочка, в черв’яку мозочка, в блакитному місці, в ядрах шва, в ядрі одиночного шляху, в деяких інших  структурах  . Із пептидергічних нейротрансмітерів найбільшу увагу викликають енкефаліни та ендорфіни – речовини, які зустрічаються в головному мозку в нормі і надзвичайно схожі з морфієм (наркотиком, який одержують із снодійного маку). З відкриттям цих нейропептидів відразу з’явилося розуміння того, чому деякі ділянки головного мозку (головним чином структури лімбічної системи) відрізняються великою спорідненістю до препаратів групи опію. Це, у свою чергу, дало пояснення факту виникнення наркозалежності у деяких осіб.

Ушкодження або подразнення певних груп нейронів призводить до дефіциту або збільшення кількості відповідних нейротрансмітерів; при цьому розвивається певна клінічна симптоматика. Ушкодження дофамінергічних нейронів чорної речовини середнього мозку та деяких інших структур ЦНС відбувається при хворобі Паркінсона. Ця хвороба супроводжується дефіцитом дофаміну. Збільшення кількості дофаміну відмічено при шизофренії та хореї. Фармацевтична корекція рівня дофаміну при цих хворобах має виразний лікувальний ефект. Відмічено, що зниження кількості норадреналіну і серотоніну призводить до депресії, а збільшення рівня норадреналіну на тлі зменшення кількості серотоніну – до розвитку маніакального синдрому. З’ясування відмічених аспектів розвитку психопатичних реакцій має велике значення в їх новітній терапії.

З’єднуючись за допомогою синапсів, нейрони утворюють рефлекторні дуги, за допомогою яких здійснюються рефлекси. У зв’язку з цим розрізняють моносинаптичні та полісинаптичні рефлекси. В моносинаптичних спинальних рефлексах аксони псевдоуніполярних чутливих нейронів утворюють синапс безпосередньо на ефекторному нейроні (мотонейроні). Збудження останнього призводить до скорочення скелетного м’язового волокна. В полісинаптичних рефлексах один або більше проміжних нейронів (інтернейронів), збуджуючих або інгібуючих, знаходяться між рецепторними і ефекторними нейронами (мотонейронами).

В ЦНС розрізняють сіру речовину (substantia grisea) і білу речовину (substantia alba). Сіра речовина виглядає сірою, бо вона в основному складається з тіл нейронів, які містять пігмент і органели. На поверхні великого мозку і мозочка тіла нейронів утворюють безперервний шар, що одержав назву кори (cortex). Глибоко в спинному і головному мозку тіла нейронів об’єднуються в клітинні групи, діставши назву ядер (nuclei). Ядро є доволі компактною групою тіл нейронів, які більш або менш схожі за будовою та функцією і розташовані в межах ЦНС. Вузол (ganglion) є подібною групою тіл нейронів, які розташовані за межами ЦНС.

Біла речовина складається з відростків нейронів, оточених нейроглією та мієліном. Мієлін (від грецьк. myelos – мозок) – це жирова субстанція, яка дає білий опалесціюючий колір, так само як жир надає молоку ссавців його білий колір. Мієлін виконує по відношенню до відростків нейронів захисну (електроізолюючу) функцію.

Мієлінова оболонка є подовженою, зміненою плазматичною мембраною, яка обернута в спіральному режимі навколо частини аксона. Кожна мієлінова оболонка складається з кратних сегментів мієліну, які є в ЦНС модифікованими подовженими відростками олігодендроцитів, а в ПНС – модифікованими відростками шваннівських клітин.

Кожний олігодендроцит може передавати мієлін аж до 50 різних аксонів. Сегменти мієліну відокремлені один від одного малими сегментами, в яких оголений аксон оточений інтерстиціальним простором. Ці сегменти, які називаються вузлами (перехватами) Ранв’є, є місцезнаходженням множинних натрієвих каналів. Коли мембрана аксона збуджена, згенерований електричний імпульс не може проходити через високорезистентну оболонку мієліну і, отже, виходить назовні і деполяризує аксональну мембрану на наступному вузлі, який може мати протяжність 1 мм і більше (при цьому швидкість імпульсу помітно збільшується). Функціональні переваги мієлінізації ілюструються шляхом порівняння двох волокон нерва, що проводять імпульс зі швидкістю 25 м/с при 20 °C; немієлінізований гігантський аксон (500 мкм у діаметрі) потребує в 5000 разів більшої кількості енергії і займає у 1500 разів більший простір, ніж 12 мкм мієлінізований аксон. У доповнення до його значення в переносі імпульсу, мієлін може мати симбіотичний зв’язок з аксоном. Було доведено, що мієлін знаходиться у синергічній взаємодії з аксоном, який розвивається, і, що аксональний цитоскелет не формується, відповідно, за відсутності мієліну.

Відростки нейронів об’єднуються в нервові волокна. Нервові волокна в ЦНС утворюють шляхи або пучки; в ПНС – нерви. Залежно від того, чи містять нервові волокна в собі шар мієліну, вони поділяються на мієлінові і безмієлінові . Перші переважають у соматичній, а другі – в вегетативній частині нервової системи. Слід зазначити, що термінальні розгалуження мієлінових нервових волокон поблизу утворених ними синапсів також втрачають мієлінову оболонку. Є пряма залежність між товщиною мієлінової оболонки і швидкістю розповсюдження імпульсу (чим товща мієлінова оболонка – тим швидкість більша), а також між товщиною мієлінової оболонки і рецептором, від якого волокно починається.

Сіра і біла речовини головного і спинного мозку розвиваються з ектодерми і не містять іншої сполучної тканини, крім тієї, що входить до складу стінки кровоносних судин. Незважаючи на це, нейрони ЦНС мають опору, яку забезпечують клітини нейроглії (neuroglia), або просто гліальні клітини.

Термін глія (від грецьк. glia – клей) був введений в 1848 році визначним німецьким патологом Рудольфом Вірховом, який запропонував його для опису проміжних між нейронами ділянок, вважаючи їх аналогічними сполучній тканині, яка “цементує” або “склеює” клітини в інших органах. У подальшому дослідженнями відомого італійського цитолога Каміло Гольджі в середині 1870-х років було доведено, що ці ділянки мозку складаються з особливого класу клітин, які відрізняються від нейронів. Відомий іспанський нейроморфолог Сантьяго Рамон-і-Кахаль і його учень Піо дель-Ріо-Ортега запропонували систему класифікації гліальних клітин, якою майже без змін користуються і зараз.

У сучасній нейроморфології серед гліальних клітин мозку виділяють епендимну глію, макроглію і мікроглію; з клітин епендимної глії – таніцити (радіальна глія) і епітеліоїдну епендимну глію. Макроглія складається з астроцитів і олігодендроцитів. В ПНС присутні шваннівські клітини (нейролемоцити) і група допоміжних гліоцитів, які оточують нейрони у вузлах.

Клітини глії відрізняються одна від одної за локалізацією, формою, розмірами і функцією. Епендимна глія вкриває центральний канал і шлуночки мозку. Головною її функцією є утворення бар’єра проникності. Багатошарова епендима є у плода і в ранньому постнатальному періоді, а у дорослої людини зберігається в ІІІ шлуночку над nucleus tuberis infundibularis, у деяких відділах водопроводу мозку і бічних заглибинах ІV шлуночка. Модифіковані епендимні клітини утворюють судинний прошарок (tela choroidea) та покривають судинне сплетення шлуночків (plexus choroideus) і приймають участь у продукуванні спинномозкової  рідини.

Астроцити, які одержали свою назву за зірчасту форму (від лат. astrum – зірка), довгий час розглядалися у неврології як клітини, що забезпечують пасивну фізичну опору для нейронів. В останні десятиріччя з’ясовано, що залежно від стану ЦНС астроцити виконують різні метаболічні та структурні функції. Класична роль, описана для клітини цього типу, – участь в регуляції метаболізму в нейронах і відповідна модуляція останніх. Астроцити асоційовані з синаптичними структурами і мають рецептори, які реагують на нейротрансмітерну стимуляцію. Гліальний фібрилярний кислий білок, що є маркером астроцитів, безпосередньо бере участь у нейрон-астроцитарних взаємодіях. Є припущення щодо участі гліального фібрилярного кислого білка у таких клітинних процесах, як організація цитоскелета нейронів, мієлінізація та клітинна адгезія.

Мікроглія є особливим типом гліальних клітин, походження яких залишається предметом дискусії. Запропоновано гіпотези її мезодермального, нейроектодермального, а також подвійного походження. Мікроглія виконує фагоцитарну, трофічну і секреторну функції, поглинає деякі токсичні речовини та іони, відповідає за гомеостаз у ЦНС. Відомо, що при різних за природою ураженнях тканини мозку спостерігається істотна реакція гліальних клітин: мікроглія та астроцити мігрують і секретують різні біологічно активні речовини. Доведено, що за таких умов гліальні клітини здатні поглинати залишок нейротрансмітерів і токсичні речовини.

Так, зокрема, клітини мікроглії виявлені в складі так званих “зрілих сенільних бляшок” головного мозку при прогресуючій деменції за типом хвороби Альцгеймера. При деменції синаптична передача, особливо холінергічна, порушена. При цьому в мозку знайдені характерні внутрішньоклітинні нейрофібрилярні клубки та дифузні позаклітинні відкладення амілоїдного бета-білка, що продукується нейронами та гліальними клітинами. Ці відкладення утворюють сенільні бляшки, які по мірі визрівання викликають дегенерацію нейронів і їх відростків. Мікрогліальні клітини, які містяться в центрі бляшки, реагують на запалення або руйнування нервової тканини активацією. У зовнішній частині бляшки розташовані також реактивні астроцити.

Інша функція астроцитів полягає в утворенні гематоенцефалічного бар’єру 7). Кровоносні капіляри в мозку майже повністю вкриті кінцевими розширеннями відростків астроцитів – астроцитарними ніжками, які формують ажурну обгортку зовнішньої поверхні судини. У більшості органів клітини ендотелію, які утворюють стінку капілярів, з’єднані нещільно, що дозволяє водорозчинним речовинам доволі вільно потрапляти в тканини. У мозку ендотеліальні клітини утворюють одна з одною так звані щільні контакти, внаслідок чого стінка капілярів практично непроникна для багатьох речовин. Утворений астроцитами, ендотеліоцитами та базальною мембраною гематоенцефалічний бар’єр має велике значення для підтримки гомеостазу в мозку, але в той же час ускладнює лікування захворювань мозку лікарськими  препаратами.

Порівняльна анатомія нервової системи

Розглядаючи порівняльну анатомію нервової системи, слід зазначити, що у нижчих форм багатоклітинних (у губок) досі не знайдений спеціальний апарат сприймання подразнень. Більш чи менш складно збудовані апарати, що сприймають подразнення, з’являються тільки у тварин на пізніших стадіях розвитку (саме у кишковопорожнинних – поліпів та медуз) і, розвиваючись у високоорганізованих, досягають високої складності у ссавців і особливо у людини. Апарати ці одержали назву нервових і разом утворюють нервову систему.

Вперше нервова система з’являється у поліпів, які як кишковопорожнинні мають тіло у вигляді циліндричного мішка, що складається з зовнішнього (ектодермального) і внутрішнього (ентодермального) шарів. Частина ектодермальних клітин заглиблюється в товщу організму і перетворюється на спеціалізовані нервові клітини, які утворюють сітку (синцитій) у проміжній зоні між зовнішнім і внутрішнім шарами. Водночас у зовнішньому шарі з’являються епітеліальні клітини з двома відростками (aрхетип чутливої клітини), які контактують з клітинами нервової сітки.

На сітчастій стадії розвитку нервової системи нервові клітини розкидані по всьому тілу і своїми відростками неперервно сполучаються одна з одною. Така система є ацентричною (тому що в ній не відбувається скопичення клітин у центрі) і асинапсальною (тому що нервові клітини не мають синапсів і неперервно з’єднані одна з одною у межах синцитію). За системою синцитіїв подразнення може йти по нервовій системі в будь-якому напрямку; при цьому тварина реагує на зовнішні подразнення усім тілом.

У міру диференціації нервові клітини втрачають неперервний зв’язок одна з одною, і у більш високорозвинутих Metazoa має місце нова форма зв’язків – за допомогою синапсів. Синапси не тільки обумовлюють динамічну поляризацію нервової клітини, передаючи нервові імпульси у певному напрямку, але й забезпечують диференційовані реакції на місцеві подразнення.

Складнішою формою нервової системи є вузлова стадія розвитку, у якій нервові клітини переважно розміщені у вигляді тяжів і вузлів. У системах, побудованих за типом тяжів, нервові клітини розміщуються поздовжньо, причому відростки, які відходять від них, також проходять уздовж тяжа, віддаючи на периферію цілі пучки волокон. Цей тип трапляється у деяких кишковопорожнинних, у плоских червів і більш високоорганізованих голошкірих.

Тип вузлів становить вищу форму нервової системи у безхребетних, яка є у вториннопорожнинних червів, молюсків, членистоногих.

У кільчастих червів виявляється симетрична будова тіла і нервової системи. Вузли розміщуються за ходом нервових стовбурів у послідовному порядку, утворюючи так звану драбинчасту нервову систему. Парний надглотковий вузол, з’єднаний з черевними вузлами, створює черевний мозок.

З розвитком голови у безхребетних у передньому кінці тіла вузли черевного ланцюжка зближуються, переміщуються в напрямку до голови (раки і павуки) і в деяких з них зливаються в один великий вузол (павуки, мухи). Потужний надглотковий вузол є прототипом головного мозку, і з розвитком органів чуття (око) досягає великих розмірів.

Наведені дані дозволяють зробити висновок, що закономірності еволюції нервової системи безхребетних зводяться головним чином до переходу від розсіяної форми організації нервових елементів до концентраційної, до утворення згущень нервових елементів навколо ротових органів і органів чуття, до появи в головному кінці тіла великих розвинених вузлів і до їх диференціації. Головні вузли є більш складним компонентом нервової системи, який здійснює регулюючий вплив на рухові функції організму. Таким чином, нервова система у безхребетних вже здатна забезпечити різної складності безумовнорефлекторні рухові акти.

У нижчих хордових тварин (наприклад, ланцетника) вже спостерігається розвиток нервової системи у вигляді жолобка ектобласта, який пізніше від нього відшнуровується і перетворюється в типову для всіх хребетних нервову трубку (стадія трубчастої нервової системи). З наведеного виходить, що нервова система хордових за своїм походженням не гомологічна нервовій системі безхребетних, хіба що за винятком її походження з ектобласта. Тому її слід розглядати як нову, складнішу форму організації і розвитку нервової системи, яка утворилась на певному етапі розвитку тварин.

У примітивних безчерепних форм хордових ЦНС представлена на певній стадії розвитку трубкою з отвором на передньому і задньому її кінцях. Трубка ця розвивається завдяки поглибленню ектобласта, причому краї борозни, що заглибилась, утворюють нервові складки, а потім зближаються і зливаються разом. Нервові складки сполучаються над трубкою, що виникла, і утворюють гангліозну пластинку, яка лежить спочатку над трубкою і вкрита епітелієм ектобласта, який сходиться над нею. Гангліозна пластинка росте на боки і утворює виступи, відповідно сегментам, які позначаються спочатку у задніх ділянках мозкової трубки; далі вони розвиваються у спинномозкові вузли.

Через те що в передньому відділі тулуба жолобок, який поглиблюється, був ширший, то й трубка в цьому відділі ширша і становить зачаток головного мозку. У ланцетника головний мозок є порівняно невеликим округленим закінченням переднього відділу спинного мозку, яке лежить епіхордально (тобто на передньому відділі хорди) і має всередині розширення – шлуночок. Каудальніше залягає невеликий відрізок спинного мозку, який характеризується наявністю великих гангліозних клітин, відмінних від клітин спинного мозку. Передній відділ цього утворення одержав назву archencephalon, задній – dentencephalon.

У черепних відбувається розвиток нової, третьої частини головного мозку, яка розвивається на межі двох попередніх і перетворюється на відокремлений відділ – третій мозковий міхур. Таким чином виникають три мозкові міхури:

–             первинний передній мозок (prosencephalon);

–             середній мозок (mesencephalon);

–             первинний задній мозок (rhombencephalon). Пізніше відбувається новий поділ міхурів, причому поділяються перший і третій міхури, завдяки чому виникають п’ять міхурів, які лежать у круглоротих в одній площині:

–             передній (або кінцевий) мозок (telencephalon);

–             проміжний мозок (diencephalon);

–             середній мозок (mesencephalon);

–             задній мозок (metencephalon);

–             довгастий мозок (myelencephalon).

Внаслідок нерівномірного росту стінок міхурів у мозку черепних з’являються згини; у нижчих вони зникають, у ссавців залишаються.

Таким чином, головний мозок розвивається з передніх відділів нервової трубки і проходить, як указано, складніший шлях розвитку, ніж спинний мозок. У міру сходження по зоологічних сходинках значимість і спинного, і особливо головного мозку досягає все вищих ступенів. Зупиняючись на причинних моментах, що обумовлюють процеси формування головного мозку, слід зазначити, що головними з них треба вважати: розвиток біля головного кінця тварин органів чуття і ряду допоміжних щодо них елементів; еволюцію органів чуття і зв’язану з ними і з жувальним апаратом прогресивну еволюцію черепа; закладання і складний шлях еволюції зябрового апарату; а потім – розвиток лицевого черепа, закладання язика, постійних зубів, мімічних м’язів.

Описані вище зміни перебувають у нерозривному зв’язку зі зміною функцій окремих міхурів та їхніх частин. Давні функції не відмирають з появою нових, а виробляється їх певна субординація, підпорядкованість. У нижчих (наприклад, риб) telencephalon i diencephalon становлять центри нюху, mesencephalon – зору, myelencephalon – центри органів статики та органів бічної лінії, в той час як у амфібій, рептилій і ссавців з розвитком міхурів основні функції їх частин змінюються. З погляду на функціональну еволюцію слід констатувати, що стародавні апарати нервової системи не зникають, а тільки видозмінюються, пристосовуються до нових зовнішніх умов.

Важливим причинним моментом розвитку нервової системи є виникнення асоціативних центрів. У нижчих хребетних головним асоціативним центром є передній відділ rhombencephalon; у більш високоорганізованих розвивається інший важливий асоціативний центр – плащоподібна частина головного мозку (півкулі).

У подальшому відбувається швидкий розвиток кінцевого мозку, на зовнішній поверхні якого з’являються борозни, які визначають майбутні частки та звивини. Проста порожнина мозкових міхурів через нерівномірний ріст оточуючих стінок диференціюється на частини – окремі шлуночки головного мозку.

Форма звивин і борозен, а також їх розташування, загалом є типовими для окремих рядів і підрядів, хоч і тут спостерігаються варіації. Є ряд груп ссавців, у яких цих утворень немає (багато представників сумчастих, гризунів, рукокрилих, а також деякі мавпи). Високого розвитку борозни і звивини досягають у людини, хоча їх варіація виявлена у неї більше, ніж у інших тварин.

Онтогенез нервової системи

Нервова система проходить дуже довгий шлях розвитку, перетворюючись з первинної закладки в ряд найскладніших за будовою утворень, якими є ЦНС – головний і спинний мозок – і вся периферійна нервова система, причому всі ці утворення виникли з однієї частини зародкової пластинки шляхом поступової диференціації її клітин. Ця остання утворює нейральний зачаток, який називається нервовою пластинкою. У 16-денного зародка людини вона має вигляд подовженого дорсального потовщення ектодерми, яке міститься над хордою. На 18–21-й дні розвитку ембріона людини нервова пластинка прогинається, перетворюючись спочатку на нервову борозну (з припіднятими краями – нервовими складками), яка на 22-й день розвитку замикається в нервову трубку і відокремлюється від ектодерми.  Похідними  нервової  трубки  є  нейрони і нейроглія ЦНС (головного і спинного мозку), а також  ряд  структур  ПНС.

Нині у зв’язку з реалізацією міжнародної програми “Геном людини” розшифровані молекулярні механізми нейральної індукції. Відомо, що блокування активності гена ВМР-4, який належить до сімейства генів TGF-b, відповідає за вентралізацію ектодерми і мезодерми і викликає індукцію нервової пластинки. Якщо ВМР-4 відсутній або інактивований, відбувається нейралізація ектодерми. Секреція трьох інших молекул – ногіну, хордину і фолістатину – інактивує ВМР-4. Ці три протеїни забезпечують нейралізацію ектодерми і викликають утворення з мезодерми нотохорди та приосьової мезодерми (дорсалізація мезодерми). Однак ці нейральні індуктори здатні викликати відокремлення лише ділянок переднього і середнього мозку. Індукція структур каудальної частини нервової пластинки залежить від секреції двох протеїнів – Wnt-3a та FGF (фактор росту фібробластів). Окрім того, ретиноєва кислота відіграє певну роль у становлені краніокаудальної осі нервової пластинки і потім – нервової трубки за рахунок регуляції експресії генів гомеобоксу (гени гомеобоксу – це консервативні послідовності ДНК, які відповідають за просторову організацію частин тіла на ранніх стадіях ембріогенезу). Гени гомеобласта кодують транскрипційні фактори, що активують каскади генетичних регуляторних феноменів, таких як сегментація і формування осей тіла.

При змиканні нервової трубки в ділянці нервових валиків між нею і ектодермою з обох боків виділяються накопичення клітин, які утворюють нервовий гребінь, який також називають гангліозною пластинкою. Обидва нервових гребеня перешнуровуються по сегментах дорсальної сторонизародка, внаслідок чого на кожному боці утворюється ряд сегментів нервового гребеня – зачатків чутливих вузлів спинномозкових нервів. У головній частині нервової трубки вони доходять тільки до ділянки заднього мозкового міхура, де утворюють зачатки чутливих вузлів черепних нервів.

Розташовані в зачатках чутливих вузлів нейробласти спочатку не мають відростків (аполярні нейробласти), потім на протилежних кінцях їхніх тіл формуються відростки і клітини перетворюються на біполярні нейробласти. Один з відростків біполярного нейробласта вростає в нервову трубку, інший іде на периферію, утворюючи чутливий нерв. На певній відстані від початку обидва відростки біполярної нервової клітини зростаються, утворюючи такі характерні для чутливих вузлів спинномозкових нервів дорослої людини псевдоуніполярні нейрони. Аксони цих клітин складають задні корінці спинномозкових нервів, а дендрити, розростаючись вертикально, зливаються з еферентними волокнами, які вийшли зі спинного мозку і утворили передній корінець. Так утворюється мішаний спинномозковий нерв.

Клітини нервового гребеня мігрують у вентральному та бічних напрямках, утворюючи численні похідні. Похідними нервового  гребеня  є  нейрони та глія вегетативних вузлів, шваннівські клітини, клітини   мозкової   речовини   надниркових   залоз і парагангліїв, дифузної ендокринної системи, павутинної та м’якої мозкових оболон, пігментні клітини. В ростральній частині нервовий гребінь слугує також джерелом ектомезенхіми, яка дає початок частині скелетних і волокнистих сполучних тканин ділянки голови та шиї, а також сполучній тканині стінок аорти і серця.

Стінка нервової трубки спочатку складається з одного шару клітин призматичної форми. Потім кількість клітин у ній збільшується, внаслідок чого на 3–4 тижні розвитку виникають три шари:

1)            внутрішній, обернений у порожнину трубки, епендимний або матричний шар, складається з камбіальних елементів та клітин, що мітотично діляться. Матричні клітини епендимного шару є джерелом майже всіх клітин ЦНС. З частини клітин епендимного шару походить епітеліальне вистелення мозкових міхурів (епендима шлуночків головного мозку та центрального каналу спинного мозку);

2)            середній, мантійний або плащовий шар поповнюється за рахунок міграції клітин з епендимного шару, які диференціюються в нейробласти (дають початок нейронам) і в спонгіобласти або гліобласти (дають початок астроцитам і олігодендроцитам);

3)            зовнішній шар, або крайова вуаль, вміщує відростки клітин, розташованих у двох глибших шарах.

Нейробласти нервової трубки спочатку мають вигляд аполярних нейробластів, потім перетворюються на біполярні нейробласти. Один з відростків біполярного нейробласта зазнає зворотного розвитку, і клітина перетворюється на уніполярний нейробласт. На місці втраченого відростка в подальшому з’являються декілька нових дендритів і нейробласт стає мультиполярним нейроном. Пучки аксонів нейробластів розповсюджуються в товщі нервової трубки, утворюючи білу речовину мозку, або ж виходять у мезодерму (і потім з’єднуються з міобластами). Таким чином виникають рухові нерви.

Потовщені ділянки ектодерми в краніальній частині зародка по краях від нервової трубки утворюють так звані невральні плакоди, які є джерелом клітин органів чуття – слуху, рівноваги, смаку (рецепторні, підтримуючі і ті, що вистеляють канальці) та зору (епітелій кришталика).

Замикання нервової трубки починається в шийному відділі в ділянці появи перших сомітів і розповсюджується в краніальному та каудальному напрямках. Відкриті кінці нервової трубки (краніальний та каудальний нейропори) замикаються на 24-й та 26-й день внутрішньоутробного розвитку відповідно. З розширеного краніального відділу нервової трубки формується три первинних мозкових міхури, які дають початок головному мозку; з решти її частини утворюється спинний мозок.

У розвитку спинного та головного мозку можна виділити вісім основних стадій:

1)            індукція нервової пластинки;

2)            локалізована проліферація клітин в різних ділянках;

3)            міграція клітин із зони, в якій вони виникли, до місць, де вони залишаються остаточно;

4)            агрегація клітин, яка призводить до формування окремих ділянок мозку, що можуть бути ідентифіковані;

5)            диференціація  незрілих  нейронів;

6)            формування зв’язків з іншими нейронами;

7)            вибіркова загибель деяких клітин;

8)            ліквідація одних раніш утворених зв’язків і стабілізація інших.

Найсуттєвішими моментами в  розвитку ЦНС з клінічної точки зору (маючи на увазі можливі вади розвитку) є міграція нейробластів, формування міжнейронних зв’язків і пов’язані з ними вибіркова загибель нейронів, а також елімінація їхніх відростків (і синапсів). Важливе значення в спрямованій міграції клітин у межах нервової трубки мають спеціальні підтримуючі клітини радіальної глії, які утворюються з гліобластів і в подальшому диференціюються в астроцити. Їх тіла розташовані в епендимному шарі, а довгі відростки прямують крізь усі шари нервової трубки до її зовнішньої поверхні. По відростках радіальної глії переміщуються нейробласти з епендимного шару в зовнішні шари нервової трубки. Нині встановлено, що в основі старіння ЦНС та розвитку церебральних дегенерацій (хвороба Паркінсона, хвороба Альцгеймера, хорея Геттінгтона, бічний аміотрофічний склероз) лежать подібні механізми. І в тому, і в іншому випадку має місце апоптоз (запрограмована загибель) нейронів; втім, в умовах нормального старіння ці процеси реалізуються значно повільніше. Результатом досліджень процесів, що реалізуються при старінні ЦНС, стала можливість функціонального розподілу патологічного та фізіологічного апоптозу з урахуванням швидкості і виразності морфологічних змін. Виходячи з цих особливостей, апоптозуючі нейрони ЦНС поділяють на:

1)            нейрони, що повільно втрачають частину своїх функцій, але залишаються живими і не підлягають апоптозу до кінця;

2)            нейрони, що відносно швидко втрачають свої функції впродовж нормального старіння та підлягають дегенерації;

3)            нейрони, що швидко підлягають апоптозу в процесі різних патологічних станів.

Вивчення і розшифрування механізмів апоптозу є одним з найбільш актуальних напрямів сучасної медичної науки. Поряд з дослідженням фізіологічних та морфологічних особливостей розвитку та старіння ЦНС можна очікувати прогресу у безпосередньому пошуку речовин, які тим чи іншим чином впливають на гени-регулятори апоптозу. Лікарям і особливо неврологам важливо знати патофізіологічні особливості апоптозу при різноманітних дегенеративних захворюваннях і мати уяву про можливі шляхи терапії.

Останнє особливо актуально, оскільки деякі лікарські речовини можуть пригнічувати або посилювати апоптоз і тим самим прискорювати чи уповільнювати прогресування  хвороби.

Виходячи з викладеного, варто зазначити, що головними етапами безперервного процесу нейроонтогенезу на нейрональному рівні в ембріональному та перинатальному періодах є:

1)            мітоз декількох десятків материнських клітин у “перивентрикулярній” зоні мозкових міхурів з наступною міграцією молодих нейронів, які спрямовані по відростках радіальної глії до місця їх призначення в майбутньому мозку; при цьому стовбурові клітини впливають і на формування функціональних систем мозку, забезпечуючи цілеспрямовану міграцію нейронів і об’єднання їх у так звані колонки, які є одиницями майбутніх функціональних систем мозку;

2)            спрямований ріст аксона до клітини-мішені і утворення контакту між ними, що визначається градієнтом концентрації розчинних молекул (хемотаксичні фактори) або шляхом “впізнання” специфічних молекул, пов’язаних з мембраною (хапотаксичні фактори), а також фактором росту нервів;

3)            інтенсивна арборизація (утворення “бруньок росту”) і розгалуження аксональних і головним чином дендритних колатералей;

4)            завершальне формування функціонально диференційованих аксодендритних з’єднань у межах центрів чи систем мозку, які новоутворюються.

Спрямований ріст аксонів, як і адресну міграцію клітин, сучасна нейроморфологія пояснює в рамках концепції “сигнал – відповідь”. Ріст аксона нейрона здійснює конус росту, який просувається в тканинах амебоподібними рухами до клітини-мішені, напевно внаслідок тропізму до речовин, що виділяються цією клітиною (органом). Ріст аксона нейрона відбувається зі швидкістю близько 1 мм на добу і прискорюється під дією фактора росту нерва та деяких інших нейропептидів. Конус росту забезпечує адресний ріст аксона завдяки впізнаванню контактних (адгезивних) і дистантних (гуморальних) хімічних сигналів. Молекули адгезії вбудовані у плазмолему (наприклад, нейромодулін) і розташовані в позаклітинному матриксі (наприклад, ламінін, колаген). Ріст аксона завершується його прикріпленням до органа-мішені. За першим аксоном, що вступив у зв’язок з органоммішенню, тягнуться інші, формуючи в подальшому шляхи та пучки в головному та спинному мозку і нерви в периферійній нервовій системі.

У більшості випадків рух нейронів при міграції має амебоїдний характер. Мігруюча клітина спочатку викидає ведучий відросток, який прикріплюється до відростка радіальної гліальної клітини; ядро перетікає або втягується у відросток, після чого підтягується хвостовий відросток нейрона.

Якщо врахувати відстань, на яку більшість нейронів переміщується за період розвитку, то не дивно, що під час своєї міграції деякі клітини відхиляються від вірного шляху і в підсумку опиняються не на своєму місці (ектопія нейронів). Викривлення міграції нейробластів в ембріогенезі призводить, зокрема, до мікроагірії (зменшення звивин великого мозку), агірії (відсутність звивин) та деяких інших вад розвитку.

На даний момент встановлено, що навіть під час нормального розвитку частина мігруючих нейронів може неадекватно реагувати на звичайний направляючий стимул і опинитися у хибному положенні. При цьому більшість подібних зміщень нейронів не вдається виявити на пізніших стадіях розвитку. Так, зокрема, вивчення однієї з популяцій нейронів у нейроонтогенезі показало, що хибно мігрує близько 3 % клітин, і за рідкісним винятком усі зміщені нейрони гинуть.

Отримані свідчення про те, що розвиток багатьох структур і тканин супроводжується жорстко запрограмованими фазами загибелі клітин. Це стосується і мозку, що розвивається. В багатьох його ділянках утворюється значно більше нейронів, ніж виживає в подальших періодах розвитку. Фізіологічна (запрограмована) загибель клітин дістала назву апоптоз (від грец. аpoptosis – листопад). Апоптоз – це активний, генетично контрольований процес клітинної загибелі, що регулюється внутрішньою програмою, яка запускається зовнішніми факторами. Шляхом апоптозу в ембріогенезі (більшою мірою тоді, коли нейрони формують синаптичні зв’язки) гине 25–75 % клітин у різних ділянках ЦНС. Зокрема, гине більше половини мотонейронів; гинуть усі нейрони, які несли мітку для направленого росту аксонів. Перевагу у виживанні мають ті нейрони, які активніше беруть участь у міжклітинних взаємодіях. Звичайно гинуть ті нейрони, які хибно сформували синапси або взагалі не встановили зв’язок з клітиною-мішенню. Головною причиною їх загибелі є те, що вони не одержують необхідні для підтримки життєдіяльності трофічні фактори (концепція нейротрофічних взаємодій), які поглинаються аксонами під час ретроградного аксонного транспорту.

В онтогенезі регуляції піддається не тільки кількість популяції нейронів у цілому, але й кількість збережених клітинами відростків. Феномен елімінації відростків (і синапсів) вперше спостерігали у м’язах кінцівок, які іннервувалися, у щурят. Виявилося, що в той час, коли у дорослих тварин більшість м’язових волокон іннервується поодиноким аксоном, на першому тижні постнатального періоду з кожним м’язовим волокном утворюють синапси 5–6 аксонів. На протязі наступних 2–3 тижнів розвитку зайві аксони послідовно зникають і в результаті залишається тільки один. Аналогічний процес елімінації має місце при утворенні міжнейронних зв’язків і в головному мозку. Так, у дорослих на кожну клітину Пуркіньє в мозочку припадає по одному нервовому волокну, яке відоме під назвою висхідного або ліаноподібного; в ранньому ж постнатальному періоді з кожною клітиною Пуркіньє можуть контактувати декілька таких волокон. За винятком випадків окремих генетичних мутацій, які стосуються мозочка, всі, крім одного з цих волокон, згодом  елімінуються.

За класичними уявленнями нейрони відносять до статичної клітинної популяції. Це означає, що в постнатальному онтогенезі не відбувається утворення нових нейронів (поновлюються тільки нейрони нюхової частини слизової оболонки носа та, за останніми даними, нейрони морського коника).  З  огляду на те, що головний мозок дорослої людини вміщує біля 100 мільярдів нейронів, можна підрахувати, що в період пренатального розвитку нейрони повинні утворюватися зі швидкістю понад 250 000 за хвилину. В постнатальному онтогенезі частина нейронів гине за рахунок апоптозу. В середньому у людини за рік гине біля 10 млн клітин, а протягом життя головний мозок втрачає біля 0,1 % всіх нейронів. При цьому слід зважити на те, що в старості апоптоз нейронів прискорюється, призводячи до загибелі 20–40 % клітин у деяких ділянках головного мозку.

Нездатність до  утворення  нових  нейронів  могла б свідчити, що зріла нервова система являє собою статичне утворення з жорстко фіксованими зв’язками. Однак це не відповідає дійсності. Хоча нові нейрони в постнатальному онтогенезі не утворюються, у кожного нейрона зберігається здатність до формування нових відростків та нових синаптичних контактів. Таким чином, незважаючи на те, що в кожному центрі  зрілої  нервової  системи  тіло  нервової  клітини є порівняно незмінним компонентом, синаптичні мережі, утворені між різними нейронами, піддаються неперервній модифікації. Був отриманий ряд вагомих доказів того, що нейронні мережі ЦНС людини здатні змінюватись, що забезпечує можливість оволодіння новими навичками, пізнання нових фактів, запам’ятовування їх, а потім використання різними способами. Дослідження, проведені на клітинному рівні, дозволили пересвідчитися у тому, що властивості нейрона залежать від його діяльності, і зв’язати цю залежність з молекулярними механізмами, які лежать в основі пам’яті, навчання та інших функцій головного мозку.

Окрім вродженої тенденції до утворення нових зв’язків при пошкодженні старих, нейрони можуть встановлювати нові зв’язки за умов втрати попередніх постсинаптичних мішеней. У цьому розумінні головним можна вважати експериментальне дослідження, проведене у 1958 році У. Гамберсом та Дж. Лью з Пенсильванського університету. Вони перерізали у спинному мозку один пірамідний шлях і декілька років потому досліджували на обох боках спинного мозку області закінчення задньокорінцевих волокон. Дослідники виявили, що зона закінчення волокон була більшою на тому боці, де проводилася перерізка. Це дозволило припустити, що у волокон дорсального корінця виростають колатералі, які займають “вакантні” синаптичні ділянки.

За останній час подібні експерименти проведені на ряді відділів ЦНС. Вони показують, що якщо перерізати один вхід, то інший вхід розширює своє термінальне поле,  займаючи  вільні  ділянки на тілах клітин або їх дендритах. Це перевірено на морському конику, червоному ядрі, нюховій корі та верхніх горбках пластинки покрівлі середнього мозку. Окрім специфічних шляхів, такі ж властивості виявлені і в неспецифічних шляхах. Це дозволяє припустити, що будь-який нейрон запрограмований на утворення певної кількості синапсів і реагує на пошкодження нервової  тканини  таким  чином,  щоб скомпенсувати втрати та спробувати відновити необхідну кількість з’єднань, незважаючи навіть на те, що ці з’єднання можуть утворюватися у невідповідних місцях.

Отримані в експериментах дані свідчать на користь постійної конкуренції за синаптичні контакти, причому кожний нейрон втягнутий у цей процес як на стадії розвитку, так і на протязі всього життя особини. Така конкуренція у значному ступені слугує основою пластичності нейронних мереж. Нейробіологи починають наближатися до розуміння ролі цієї пластичності, а клініцисти використовують її у практиці (наприклад, у випадках пересадки ембріональної мозкової тканини). Перші операції з вживлення ембріональної мозкової тканини у хворих на дитячий церебральний параліч, ішемічний інсульт, а також епілепсію з апалічним синдромом, наслідками черепно-мозкової травми було виконане академіком В.І. Цимбалюком в Українському науково-дослідному інституті нейрохірургії у 1989 році. Було встановлено, що пересаджена тканина в мозку хворого диференціюється, розростається і створює тісні морфофункціональні зв’язки з прилеглою мозковою тканиною; це супроводжується поліпшенням стану хворих, відновленням рухових функцій, зменшенням дискоординації, а у деяких пацієнтів навіть поліпшуються інтелектуальномнестичні функції. Ці та багато інших спостережень приводять до висновку, що мозок, який розвивається, є винятково пластичною структурою. Здатність мозку до реорганізації у відповідь на зовнішні впливи або на локальне ушкодження в даний момент є найбільш активно досліджуваним явищем нейробіології – міждисциплінарної області науки, яка вивчає нервові клітини та способи їх організації у нервову систему, що керує поведінкою тварин. Причому пластичність структур мозку викликає інтерес не тільки тому, що очевидний її зв’язок з такими феноменами, як навчання та пам’ять, та її відношення до можливості мозку відновлюватися після пошкодження, але й тому, що вона пов’язана з секретами нормального розвитку мозку.

Аномалії розвитку нервової системи

Нейроонтогенез людини є результатом реалізації певних морфогенетичних процесів. Ці процеси контролюються взаємодією генетичних, епігеномних і зовнішніх факторів, які визначають у кінцевому підсумку часову і просторову послідовність експресії генів і тим самим цитодиференціацію і морфогенез. Помилки програми нейроонтогенезу (дефектні гени) чи її реалізації або елімінують зародок, що розвивається (за різними оцінками, летальність за цього типу досягає 25 %), або призводять до появи вад розвитку (на частку порушення розвитку ЦНС припадає більше 30 % всіх вад, виявлених у дітей).

Прогресивну роль у розумінні патогенезу і встановленні причин природжених аномалій розвитку відіграло вчення К. Стокарда (1907, 1921) і П. Г. Свєтлова (1937, 1960) про критичні періоди, а також вчення Є. Швальбе (1906) про тератогенетичні термінаційні періоди. Під терміном “критичні періоди” розуміють періоди в ембріогенезі, які відрізняються підвищеною чутливістю зародка до пошкоджуючої дії факторів зовнішнього середовища. У ссавців критичні періоди співпадають з періодами імплантації та плацентації. Перший критичний період у людини припадає на кінець першого – початок другого тижня вагітності. Дія пошкоджуючого фактора в цей час звичайно призводить до загибелі зародка. Другий період охоплює третій-шостий тижні, коли аналогічний фактор частіше індукує ваду розвитку.

Під терміном “тератогенетичний термінаційний період” розуміють граничний строк (від лат. terminus – межа, границя), протягом якого пошкоджуючі фактори здатні викликати ваду розвитку. Оскільки тератогенний фактор (від грецьк. teratos – виродок, потвора) може призвести до розвитку вади лише в тому випадку, коли він діяв до закінчення формування органа, а формування органів (і тим більше різноманітних вад) не співпадає за часом, кожна вада має свій термінаційний період. Наприклад, цей період для аненцефалії триває до 8 тижня внутрішньоутробного розвитку, а для черепно-мозкових гриж – до 4 місяця внутрішньоутробного  розвитку.

Дефекти формування нервової трубки, а також дефекти виселення клітин з нервового гребеня і їх подальшої міграції (нейрокристопатії) трапляються в 1–2 на 1000 новонароджених.

Дефекти нервової трубки виникають внаслідок порушення її формування, яке відбувається протягом перших 28 днів вагітності. При запізнілому змиканні зародкових листків під час утворення нервової трубки і неправильному формуванні шва (дизрафія) вади розвитку організму проявляються дизрафічним станом (status dysraphicus). Дефект змикання краніального відділу нервової трубки призводить найчастіше до аненцефалії (відсутність великого мозку, кісток склепіння черепа та м’яких тканин), а каудального відділу – до spina bifida (розщеплення хребта) і до менінгомієлоцеле (грижа спинного мозку з оболонами, яка виникає через дефект у хребтовому каналі). Обидві вади (які, як правило, мають багатофакторний тип спадковості) виникають при неповному злитті нервової борозни, що згортається в трубку. У 85 % випадків вагітностей, які закінчуються народженням дитини з цими відкритими вадами розвитку нервової трубки, відмічений високий рівень альфафетопротеїну в сироватці крові матері внаслідок аномального сполучення між лікворною системою зародка та амніотичною рідиною через дефект трубки.

Рівень альфа-фетопротеїну можна використовувати для виявлення вроджених дефектів нервової трубки, які потім верифікують шляхом амніоцентезу (пункції порожнини амніона для добування амніотичної рідини). Для підтвердження діагнозу застосовують ще й ультразвукові дослідження. Оскільки більше ніж 50 % вагітностей є непланованими, усім жінкам репродуктивного віку останнім часом рекомендують вживати 400 мг фолієвої кислоти (фоліатів) щоденно як харчовий додаток для профілактики дефектів нервової трубки. Якщо жінка не приймала фоліату і планує вагітність, їй треба починати вживання цього додатка за два місяці до зачаття і продовжувати протягом усієї вагітності. Фолієва кислота нетоксична навіть у високих дозах і здатна запобігати до 70 % дефектів нервової трубки, а також конотрункальним вадам серця і щілинам обличчя.

Аненцефалія) часто поєднується з амієлією (відсутність спинного мозку зі збереженням твердої мозкової оболони і чутливих вузлів спинномозкових нервів).

Менінгомієлоцеле іноді супроводжується протрузією структур стовбура головного мозку і мозочка через великий потиличний отвір у шийний відділ спинного мозку (синдром Арнольда – Кіарі). До інших дизрафічних проявів належать: дипломієлія – подвоєння спинного мозку; шистомієлія – розщеплення спинного мозку; сирингомієлія – розростання глії в сірій речовині спинного мозку і наступне утворення на її місці порожнин, заповнених рідиною (від грецьк. syrings – порожнина, очерет); аплазія крижів – трапляється у 1 % дітей, матері яких хворіли на цукровий діабет; нейродермальні  нориці  тощо.

Порушення міграції і проліферації клітин нервової трубки, обумовлені прийомом токсичних речовин (наприклад, алкоголю, фенітоїну) під час вагітності, а також з хромосомними та іншими генетичними аномаліями, призводять до аплазії мозолистого тіла, макренцефалії (збільшення головного мозку), мікренцефалії (зменшення головного мозку), агірії (відсутність звивин), мікрогірії (зменшення звивин), полігірії (збільшення кількості звивин), гіпоплазії та аплазії мозочка і таке інше.

Нейрокристопатії – результат порушення міграції, диференціації і міжклітинних взаємодій похідних нервового гребеня. Вони часто поєднуються і проявляються у вигляді щілини (колобоми) повік і райдужки, дефектів кришталика, аномалій серця, затримки фізичного та розумового розвитку, гіпоплазії геніталій в чоловічому організмі, аномалій органа слуху.

Прикладом порушення розвитку похідних нервового гребеня є хвороба Гіршпрунга (природжений мегаколон) – природжене набухання та гіпертрофія стінки товстої кишки, викликане відсутністю (агангліоз) або значним зменшенням (гіпогангліоз) кількості холінергічних гангліозних нейронів інтрамуральних нервових сплетень прямої кишки і вищерозташованих відділів ободової кишки. З’ясовано, що у більшості випадків хвороба Гіршпрунга спричиняється мутацією в RET-гені, який кодує тирозинкіназні рецептори клітинної мембрани. Цей ген, що міститься в хромосомі 10q 11, регулює процес міграції клітин нервового гребеня. Лігандом цього рецептора є гліальний нейротропний фактор росту, що утворюється клітинами мезенхіми, крізь яку мігрують клітини нервового гребеня. Тому аномальна структура рецепторів зумовлює порушення процесу міграції, внаслідок чого в стінці вищезазначених ділянок товстої кишки не утворюються парасимпатичні вузли.

 

Перегляд лекції “Нервова система”

Тести “Нервова система”