Нейрогуморальные механизмы компенсации функций нервной системы
Наиболее ранней формой регуляции деятельности систем организма была химическая форма регуляции.
В последние годы активно изучаются пептиды мозга как регуляторы деятельности ЦНС. Большинство монопептидов, участвующих в регуляции деятельности нервной системы, образуются в ней самой и выделяются в нервных окончаниях.
Часть пептидов, влияющих на ЦНС, вырабатывается вне ее пределов. Виды деятельности ЦНС связаны с активностью определенной группы пептидов, в то же время отдельные пептиды могут регулировать несколько функций разных структур мозга.
Нейрогуморальная регуляция центральной нервной системы обеспечивается биогенными аминами мозга, нейропептидами в простагландидами.
Система биогенных аминов мозга играет одну из ключевых ролей в организации компенсаторных процессов при дисфункциях отдельных его структур. Нарушения в системе биогенных аминов приводят к снижению устойчивости к стрессорным воздействиям, эндогенным депрессиям, маниакально-депрессивным психозам и др. Основной структурой, продуцирующей биогенные моноамины — норадреналин, дофамин, серотонин, — являются нейроны ядра голубого пятна на дне IV желудочка и клетки, диффузно разбросанные в латеральном ретикулярном ядре руброспиналь-ного тракта на уровне верхней оливы и ретикулярной формации и вентрально от нижних ножек мозжечка на уровне дорзального латерального ядра вагуса.
Из голубого пятна идут два восходящих пучка. Первый — дорсальный, достигает гипоталамуса, суб-таламуса и оканчивается на нейронах гиппокампа и
коры большого мозга. Второй — вентральный — начинается от диффузно расположенных вокруг моста клеток и заканчивается в гипоталамусе, лимбической системе, таламусе. Поступающий по этим путям норадреналин вызывает у нейронов разную реакцию. Это зависит от того, какой тип рецепторов в синапсе воспринимает норадреналин. Действие норадренали-на на альфа-адренорецепторы повышает частоту разрядов нейрона, активация бета-адренорецепторов снижает частоту импульсации нейрона. Нейроны могут иметь смешанные рецепторы или только один вид рецепторов. Норадреналиновые нейроны участвуют в поддержании бодрствования, активируют центр удовольствия, регулируют настроение человека.
Активация голубого пятна усиливает в гиппокам-пе тета-ритм, а во фронтальных зонах коры — выраженность высокочастотных колебаний ЭЭГ. Повышение уровня норадреналина в структурах мозга увеличивает синхронизацию в них активности, например, при аппликации норадреналина на сенсомоторную и зрительную кору.
Нейроны, содержащие моноамин дофамин, локализованы в черном веществе и покрышке среднего мозга. Они посылают аксоны в передний мозг и участвуют в регуляции эмоций. Часть дофаминовых волокон заканчивается в полосатых телах базальных ганглиев головного мозга и регулирует сложные двигательные реакции.
Серотонинергические нейроны сосредоточены в ядрах шва ствола мозга, они посылают волокна к гипоталамусу, таламусу и др. структурам, регулируя сон, температуру тела, сенсорное восприятие и проч.
К другим медиаторам, способствующим компенсаторным процессам в нервной системе, относят глута-миновую и аспарагиновую аминокислоты, увеличе-
ние которых в центральной нервной системе ведет к ее активации.
Другая аминокислота — глицин — служит тормозным медиатором нейронов спинного мозга. К тормозным медиаторам относится и широко распространенная в центральной нервной системе гамма-аминомас-ляная кислота (ГАМК). Она вырабатывается в головном и спинном мозгу. При гибели тормозных клеток хвостатого ядра, которые в норме содержат ГАМК, развивается болезнь — хорея Гентингтона, для которой характерны непроизвольные, насильственные движения конечностей, снижение интеллекта.
Все медиаторы синтезируются из своих предшественников в синадтических окончаниях.
Большое значение в компенсаторных процессах ЦНС имеют нейропептиды. Нейропептиды представляют собой цепочки из аминокислотных остатков. Они обладают свойствами высокой селективности, специфичности. Нейропептиды образуются в самом веществе мозга и являются естественными регуляторами физиологических и биохимических процессов нервной системы.
Значительная часть нейропептидов имеет отношение к процессам обучения и памяти. Среди эндогенных пептидов, участвующих в процессах запоминания, наиболее важную роль играют гормоны нейроги-пофиза (вазопрессин, окситоцин, АКТГ, эндорфины, пептиды-коннекторы).
Известные в настоящее время нейропептиды имеют общие и специфические свойства влияния на центральную нервную систему или отдельные ее образования.
14.14. Трансплантация нервной ткани при нарушениях функций мозга
Исследования механизмов нервной деятельности и компенсаторных возможностей нервной системы, изу-
чение нейрофизиологии переживающей нервной ткани, культуры нервной ткани стали для физиологов и клиницистов основой формирования нового направления в биологии и медицине: трансплантация эмбриональной нервной ткани и изолированных незрелых нейронов в структуры мозга развивающихся и взрослых организмов.
Одним из первых исследователей возможности трансплантации нервной ткани был Дель Конте (1907). Проводя аллотрансплантацию эмбриональной ткани взрослым животным, он пришел к выводу, что такая трансплантация невозможна. Пересадка нервной ткани взрослых животных таким же взрослым животным также оказалась безуспешной. Трансплантат полностью резорбировался, однако в ткани реципиента отмечались усиленная регенерация, митотические явления.
В последующих работах (1940-1950) была показана принципиальная возможность и успешность восстановления функций при трансплантации ткани головного мозга от эмбрионов или ранненеонатальных животных молодым млекопитающим того же вида. Трансплантация коры мозга 6-недельных крысиных эмбрионов приводила к росту этих нейронов в месте вживления и дифференцировке клеток. Пересадка эмбриональной ткани мозга на мягкую оболочку коры мозга кроликов также приводила к развитию трансплантата и его дифференцировке. Дифференцированные нервные клетки устанавливали синаптические контакты с нервными клетками реципиентов. с*
При пересадке в структуру мозга аналогичной этой структуре нервной ткани, например в мозжечок, предшественников наружной зоны коры мозжечка формируется соответствующая пересаженной нервная ткань. При пересадке неокортикальной эмбриональ-
ной ткани в мозжечок трансплантат дифференцируется как ткань коры больших полушарий головного мозга, в нем формируется слоистость и выявляется цитоархитектоническая принадлежность. Развивающийся в мозжечке трансплантат не только растет, дифференцируется, но и устанавливает связи с нервной тканью мозжечка.
Пересаженные трансплантаты не смешиваются с тканями реципиента, сохраняют свою собственную архитектонику. Срок сохранения трансплантата в ткани хозяина равен сроку жизни хозяина.
Таким образом, в настоящее время признана благодаря множеству экспериментов возможность алло-трансплантации нервной ткани мозга млекопитающих. Трансплантируемая нервная ткань должна быть взята у эмбриона, реципиентами могут быть как молодые, так и взрослые животные. Возможна пересадка нервной ткани в идентичные и разноименные нервные структуры. Например, структуры мозжечка в кору мозга и т.д. Нервные ткани мозжечка, пересаженные в мозжечок, приживаются, мигрируют, формируют специфические структуры и связи. Животные с пересаженной нервной тканью по своему поведению не отличаются от контрольных животных.
Успешность компенсаторной трансплантации зависит от методики. Трансплантат должен быть взят у эмбриона или животного раннего возраста. Объем пересаживаемого участка должен быть в пределах до 3-3,5 мм. Трансплантат может быть пересажен немедленно в течение первых десяти минут после взятия или после специальной консервации. Пересаживаемый трансплантат должен быть освобожден от элементов соединительной ткани оболочек мозга. Трансплантация наиболее успешна при помещении трансплантата в участок мозга с активным кровоснабжением.
Пересадка осуществляется стереотаксически в определенные участки мозга по соответствующим координатам специальных атласов мозга. Трансплантат вводится в мозг в виде кусочков эмбриональной ткани либо после культивирования нейронов. Возможна трансплантация в виде суспензий нейронов, в свежем виде или после глубокого замораживания.
На ранних этапах эмбрионального развития нервная ткань мозга лишена видовой специфичности, что позволяет использовать ее для разных видов животных: от мышей к крысам, от крыс к кроликам, от крыс к обезьянам и т.д.
14.14.1. Функциональные и морфологические изменения, трансплантата 6 мозгу реципиента
Основная особенность, позволяющая трансплантату сохраняться и развиваться в мозгу реципиента, заключается в способности его тканей к регенерации и дифференциации.
После пересадки трансплантат увеличивает свои размеры, этот рост происходит активно в первые два месяца, затем размеры относительно стабилизируются. Чем моложе ткань трансплантата, тем больших размеров она достигает по мере развития в ткани реципиента. Пересаженная нервная ткань приживляется, растет, дифференцируется и сохраняется в течение всей жизни реципиента.
Нейроны трансплантата устанавливают эфферентные и афферентные связи с нейронами реципиента, эти связи могут быть специфическими и неспецифическими.
Наиболее оптимально производить пересадку тогда, когда развитие эмбриона достигает уровня детерминированности тканей. В этом случае развитие трансплан-
тата идет по пути формирования структуры, соответствующей ее происхождению, а не месту пересадки.
Следовательно, из эмбриональной ткани коры, пересаженной в мозжечок, растет ткань коры, а не мозжечка. Точно так же из ткани мозжечка, пересаженной в кору, возникают структуры мозжечка и специфичная для него морфология.
Трансплантат дифференцируется, сохраняет свои функции и биохимические свойства. Так, после пересадки эмбриональная закладка септума, как и в нормально развивающемся организме, синтезирует аце-тилхолин, а закладка ядер шва серотонин. В трансплантатах выявляются специфические для них медиаторы, белки, ферменты. В то же время известно, что ткани реципиента могут оказывать влияние на химизм прорастающих к ним нейронов.
Зачатки мозжечка, пересаженные в мозжечок другого животного, развиваются в нормальный, но малых размеров:второй мозжечок.
Пересаженная структура, независимо от метода пересадки, даже в случае ее дезагригирования, воссоздает свою типовую архитектонику независимо от места трансплантации. Имеются структуры, которые нормально развиваются при пересадке их эмбриональной ткани в любую структуру мозга, например, черная субстанция. Моноаминергические и холинерги-ческие клетки трансплантатов устанавливают контакты с нейронами независимо от области трансплантации. В то же время неостриатум развивается только при пересадке его в неостриатум.
Пересаженная ткань сохраняет типичную для себя ультраструктуру, форму синаптических контактов, позволяющую устанавливать нормальные связи.
Таким образом, трансплантированная нервная ткань, независимо от специфической для нее сенсор-
ной и другой информации, способна дифференцироваться и воссоздавать структуру, присущую первоначально эмбриональной ткани, из которой она была взята.
Между трансплантированной тканью и тканями мозга реципиента устанавливаются морфологические связи. Связи характеризуются тем, что они могут быть специфическими, неспецифическими, афферентными или эфферентными. Эти связи резко усиливаются при частичной денервации или повреждении окружающих трансплантат структур.
При пересадке септума от эмбрионов крыс в гиппо-камп, лишенный холинергической иннервации, эта иннервация восстанавливается за счет трансплантата.
Трансплантат не только восстанавливает нарушенную иннервацию зоны своей проекции, но и сам получает иннервацию от окружающей ткани. Так, при пересадке покрышки мозга в верхние или нижние холмы среднего мозга, в трансплантат прорастали нервные волокна от холмов и распределялись здесь по типичному для холмов рисунку.
14.14.2. Функциональные связи между трансплантатом и тканями мозга реципиента
Нейроны трансплантата реагируют на антидромное раздражение аксонов в месте их проекции в тканях реципиента. Нейроны пересаженной эмбриональной ткани имеют фоновую спонтанную активность с теми же характеристиками, что и нейроны этой же, но нетрансплантированной ткани. Нейроны трансплантата коры в одноименную кору отвечают на стимуляцию ядер таламуса точно так же, как и соседние с трансплантатом нейроны. Если стимулировать нейроны трансплантата в коре, то нейроны других областей мозга и симметричных пунктов коры реагируют
на эту стимуляцию так же, как они реагируют на стимуляцию интактных областей коры.
Важно то, что все трансплантаты сохраняют свои свойства независимо от места трансплантации. Так, стимуляция септального трансплантата вызывает в гиппокампе реципиента холинергический эффект, как это имеет место в норме. Даже если участок эмбриональной нервной ткани, принадлежащий сетчатке глаза, пересажен в мозжечок, то его стимуляция вызывает реакцию нейронов двухолмия с ЛП 8-12 мс. В то же время сам пересаженный участок сетчатки при ее освещении реагировал на раздражение подобно ин-тактной сетчатке.
14.14.3. Совместимость тканей трансплантата и реципиента
Нервная ткань обладает свойствами сильного антигена. В то же время нервная ткань головного мозга, передняя камера глаза, семенники, костный мозг в определенной степени защищены от иммунной системы организма. Иммунная защищенность головного мозга обусловлена тем, что гематоэнцефалический барьер препятствует клеточной иммунной реакции.
Возможно, что отсутствие иммунной реакции мозга при трансплантации обусловлено тем, что эмбриональная ткань еще не сформировала антигены гистосовме-стимости, т.е. отсутствие иммунной реакции реципиента обусловлено отсутствием антигенов в трансплантате. Нужно отметить также, что эмбриональная ткань имеет высокую резистентность к различного рода воздействиям, в частности к лишению кислорода.
Сразу после пересадки эмбриональной ткани нарушается гематоэнцефалический барьер, что может привести к разрушению трансплантата. Однако в это вре-
мя еще действует его собственная резистентность к вредящим воздействиям.
По мере снижения резистентности пересаженного трансплантата восстанавливается гематоэнцефаличес-кий барьер реципиента, что, естественно, дает возможность пересаженной ткани приживляться в новой структуре.
- Следовательно, успешная трансплантация обеспечивается двумя механизмами. Первый заключается в том, что головной мозг является иммунологически привилегированной структурой (как и семенники, костный мозг). Иммунологическая привилегированность означает, что мозг защищен гематоэнцефалическим барьером от иммунных сил организма.
Второй механизм обусловлен тем, что для пересадки берется эмбриональная ткань, не обладающая еще антигенными свойствами взрослого мозга. Она состоит из незрелых клеток и их предшественников. Эти клетки обладают гликолизом, т.е. не требуют аэробного дыхания. Последнее обеспечивает пересаживаемую нервную ткань более устойчивой к лишению кислорода при пересадке на время прорастания в нее сосудов и обеспечения ее кислородом.
Следовательно, повреждение гематоэнцефалическо-го барьера, неизбежное при пересадке, мало сказывается на трансплантате, так как он состоит из еще незрелой ткани и не проявляет антигенных свойств. Когда же трансплантат полностью дифференцируется, то к этому времени гематоэнцефалический барьер уже оказывается восстановленным.
Иммунологическая привилегированность головного мозга, лежит в основе возможности не только алло-, но и ксенотрансплантации. Вследствие этого возможна трансплантация от животных разного вида.
14.14.4. Трофические факторы сохранения трансплантата
Центральной нервной системе присуща нейротро-фическая функция. Каждый из отделов мозга выделяет свои нейротрофические вещества, которые представляют собой белки или различные пептиды.
Эти трофические вещества регулируют синтез ДНК, РНК, белка, митотическое деление клеток разных тканей, процессы роста и дифференцировки, жизнедеятельности тканей. Наличие нейротрофических веществ вокруг трансплантата облегчает процесс его приживления.
Вживление трансплантата провоцирует активацию нейротрофических факторов, которые стимулируют рост и дифференцировку трансплантированной ткани.
Трофическая реакция нервной ткани не является специфичной и возникает независимо от места вживления. По-видимому, для переживания пересаженной эмбриональной ткани требуется нейротрофический фактор, который представлен химическими веществами, синтезирующимися в клетках места вживления трансплантата. По химической природе это пептиды, возникающие после повреждения нервной ткани, накапливающиеся в области повреждения, в спинномозговой жидкости, в крови объекта и синтезирующиеся в клетках глии.
Нейроны головного мозга усиливают активность роста своего аксона, если в мозг при пересадке попадают швановские клетки, глия трансплантата.
14.14.5. Восстановление функций структур мозга при трансплантации
Наиболее разработан и известен опыт использования метода трансплантации для восстановления функции черного вещества мозга.
Стриопаллидарная система мозга имеет ряд функций, среди которых — регуляция тонуса мускулатуры для обеспечения произвольных движений. Нарушения регуляции тонуса мускулатуры происходят в результате недостаточности дофамина, образующегося в черной субстанции и транспортируемого отсюда в стриопаллидарную систему.
В результате недостаточности секреции дофамина нейронами черной субстанции и транспорта его в полосатые тела возникает синдром паркинсонизма: тремор, ригидность, затруднения начала движений и т.д. Трансплантация эмбрионального участка черной субстанции по месту ее локализации или на дорсальную поверхность полосатого тела приводит к восстановлению связей черной субстанции с полосатым телом.
Пересаженная черная субстанция продуцирует дофамин, который подается в неостриатум, что приводит к восстановлению нарушенных двигательных функций.
У крыс при пересадке им эмбриональной нервной ткани закладки черной субстанции в область хвостатого ядра, после повреждения нигро-стриарных путей, наблюдали врастание в хвостатое ядро катехола-миновых волокон, восстановление двигательных нарушений, нормализацию поведения изменившихся в результате повреждения нигро-стриарных путей.
Пересадка эмбриональной ткани черной субстанции приводит к восстановлению концентрации дофамина в хвостатом ядре до 13-14% нормы, что вполне достаточно, так как уже 3% концентрации дофамина обеспечивает нормальную двигательную функцию неостриа-тума.
Трансплантация крысам с поврежденными и стрио-нигральными связями эмбриональной ткани черной субстанции в дорсальную область хвостатого ядра ус-
траняла двигательные нарушения, а трансплантация в вентральную область восстанавливала соматосенсор-ную функцию.
Компенсация нарушений двигательных функций при паркинсонизме у человека возможна не только в результате трансплантации черной субстанции, но и при аутотрансплантации хроматиновых клеток надпочечников в хвостатое ядро.
14.14.6. Восстановление функций спинного мозга
Повреждения и нарастающие сдавления спинного мозга, в зависимости от уровня локализации патологии, вызывают парезы и параличи движений, нарушения функций органов таза, регуляции дыхания.
Естественной регенерации поврежденного спинного мозга у высших млекопитающих не происходит, хотя некоторые клиницисты считают, что регенерация могла бы развиться, но ей мешают рубцовые изменения в месте травмы.
Оказалось, что трансплантация в место повреждения спинного мозга эмбриональной нервной ткани препятствует образованию рубца.
Пересадка в место повреждения спинного мозга симпатического ганглия с сохранением его межганглио-нарных связей показала, что вокруг трансплантата усиливается регенерация интраспинальных волокон, возрастает дифференцировка синапсов, улучшается васкуляризация поврежденного сегмента, ограничивается образование рубцовой ткани. Однако полного восстановления нарушенных функций не происходит.
Исследования возможности восстановления спинного мозга методом трансплантации эмбриональной ткани свидетельствуют, что наиболее успешно восстановление функции поврежденного спинного мозга происходит при пересадке в него эмбриональной тка-
ни голубого пятна или других холинергических структур. Как правило, такие трансплантаты без рубцов сливались с тканью реципиента, аксоны их нейронов внедрялись в ткани хозяина, нейроны спинного мозга прорастали в трансплантат своими аксонами.
Трансплантаты самых различных участков головного мозга эмбрионов на спинной мозг крыс или в область рассеченного спинного мозга хорошо приживаются, аксоны их клеток прорастают в спинной мозг. Трансплантат заполняет область дефекта спинного мозга и служит местом для роста через него перерезанных проводников спинного мозга. Такой подход лечения повреждений спинного мозга в настоящее время является единственно обнадеживающим.
14.14.7. Восстановление способности к обучению
Повреждение гиппокампа у животных вызывает нарушения краткосрочной памяти, двигательную гиперактивность.
В гиппокампе заканчиваются холинергические волокна из септума, голубого пятна, шва моста. Повреждение этих входов в гиппокамп нарушает поступление в него ацетилхолина, серотонина, это приводит к ослаблению или полной утрате способности к обучению ориентировочному поведению в лабиринте.
Пересадка эмбриональной ткани септума в гиппокамп с поврежденными холинергическими входами приводила к тому, что способность к обучению восстанавливалась, двигательная гиперактивность уменьшалась.
Особенно хорошо восстанавливалась двигательная активность после пересадки в гиппокамп эмбрионального голубого пятна. Вживление эмбрионального септума старым животным с затруднениями условнорефлектор-ного обучения улучшало у них способность к обучению.
В экспериментах с введением нейротоксина в нео-кортекс, снижающего уровень норадреналина и исследовательской активности животных, трансплантация таким животным эмбриональной ткани голубого пятна повышала уровень норадреналина и восстанавливала поведенческие реакции.
Вживление эмбриональной ткани лобно-теменной области животным с поврежденными затылочными областями мозга компенсировало у них зрительную функцию, однако трансплантация таким животным эмбриональной затылочной коры не восстанавливала зрения. В случаях повреждения лобной коры возникают грубые изменения познавательной способности. Пересадка таким животным эмбриональной ткани лобной области мозга восстанавливала познавательную способность. При этом между тканями трансплантата и мозгом реципиента устанавливались прямые связи.
14.14.8. Восстановление генных нарушений функций
нервной системы при трансплантации
Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 1162 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 |
|