Миелинизация нервных волокон пирамидного пути заканчивается. Миелинизация нервных волокон. Системы дыхания и пищеварения

Миелиновая оболочка нервных волокон в центральной нервной системе образуется отростками олигодендроцитов. Как правило, миелиновыми оболочками покрыты аксоны, иногда обнаруживаются миелинизированные дендриты и, как редкое исключение – клеточные тела. Отростки олигодендроцитов, окружая нервные волокна, образуют мезаксон, который вращается вокруг них, образуя ламеллы. Мезаксон имеет пятислойную структуру: белок-липид-белок-липид-белок. Эта структура,многократно закручиваясь вокруг аксона, конденсируется в компактную миелиновую оболочку. На электронных микрофотографиях миелин представляет собой серию чередующихся липидных и белковых слоёв, число которых может достигать у крупных аксонов 100 и более. Сплав цитоплазматических поверхностей мембраны олигодендроцита образует темную линию (главный период), а сплав экстраклеточных поверхностей – половинный или промежуточный период (более светлая линия). Повторяющийся период миелина определяется толщиной составляющего его липидного бислоя, расположенного между двумя белковыми слоями. Из всех биологических мембран миелин имеет самое низкое содержание воды и самое высокое отношение липидов к белку. Здесь белки составляют 15-30 %, а липиды – 70-85 % сухой массы. Липиды и белки миелина обладают высокой гидрофобностью, что определяет свойство миелина как электроизолятора.
В отличие от периферических нервных волокон, где один сегмент миелиновой оболочки представлен одной шванновской клеткой (см. выше), миелиновая оболочка одного сегмента нервных волокон в центральной нервной системе образуется, как правило, отростками нескольких близлежащих олигодендроцитов. С другой стороны, показано, что отростки одного олигодендроцита могут участвовать в образовании миелинового футляра для нескольких волокон. Толщина миелиновой оболочки в волокнах центральной нервной системы обычно невелика и количество ламелл редко достигает нескольких десятков и сотен. Миелинизируются даже очень тонкие волокна – от 0,3 мкм в диаметре. В целом, при одинаковом диаметре аксона, миелиновые оболочки в центральной нервной системе тоньше, чем в периферической, при этом сохраняется правило – чем тоньше волокно, там короче миелиновые сегменты.
Миелинизация нервных волокон у человека начинается на 5-6 месяце пренатального развития в спинном мозге. В дальнейшем число миелинизированных волокон нарастает, при этом процесс развивается неравномерно в разных структурах центральной нервной системы, по мере формирования их функций. К моменту рождения миелинизировано значительное количество волокон спинного мозга, стволовых ядер. Большинство проводящих путей миелинизируется в начальные годы постнатального периода. Процесс миелинизации проводящих путей завершается, в основном к 7-9 летнему возрасту. Позже других миелинизируются волокна ассоциативных путей переднего мозга. В коре больших полушарий миелинизированные волокна появляются после рождения, у новорожденных в коре встречаются лишь одиночные миелизированные волокна. Процесс миелинизации в ограниченных масштабах продолжается в течение всей жизни.

3.5. Нервные волокна. Возрастные особенности нервных волокон

Нервные волокна – это отростки нервных клеток, покрытые оболочками. По морфологическому признаку нервные волокна подразделяются на 2 группы:

 мякотные или миелинизированные

 безмякотные, не имеющие миелиновой оболочки.

Основу волокна составляет осевой цилиндр – отросток нейрона, который состоит из тончайших нейрофибрилл. Они участвуют
в процессах роста волокна, выполняют опорную функцию, а также обеспечивают перенос активных веществ, синтезирующихся в теле,
к отросткам. В безмякотных нервных волокнах осевой цилиндр покрыт щванновской оболочкой. К этой группе волокон относятся тонкие постганглионарные волокна вегетативной нервной системы.

В мякотных нервных волокнах осевой цилиндр покрыт миелиновой и шванновской оболочками (рис. 3.3.1). К этой группе волокон относятся чувствительные, двигательные волокна, а также тонкие преганглионарные волокна вегетативной нервной системы.

Миелиновая оболочка покрывает осевой цилиндр не «сплошным футляром», а только определенные его участки. Участки волокна, лишенные миелиновой оболочки, называются перехватами Ранвье . Длина участков, покрытых миелиновой оболочкой, равна 1-2 мм, длина перехватов 1-2 микронам (мкм). Миелиновая оболочка выполняет трофическую и изолирующую функции (обладает высоким сопротивлением по отношению к биоэлектрическому току, пробегающему по волокну). Длина межперехватных участков – «изоляторов» относительно пропорциональна диаметру волокна (в толстых чувствительных и двигательных волокнах она больше, чем в тонких волокнах). Перехваты Ранвье выполняют функцию ретрансляторов (генерируют, проводят и усиливают возбуждение).

По функциональному признаку нервные волокна подразделяются на: афферентные (чувствительные) и эфферентные (двигательные). Скопление нервных волокон, покрытых общей соединительнотканной оболочкой называется нервом. Различают чувствительные, двигательные и смешанные нервы, последние в своем составе содержат чувствительные и двигательные волокна.

Функцией нервных волокон является проведение нервных импульсов от рецепторов в ЦНС и из ЦНС – к рабочим органам.
Распространение импульсов по нервным волокнам осуществляется благодаря электрическим токам (потенциалам действия), которые возникают между возбужденным и невозбужденным участками нервного волокна. В безмякотных нервных волокнах шванновская оболочка электрически активна на всем протяжении волокна и электрический ток пробегает через каждый ее участок (имеет вид непрерывно бегущей волны), поэтому скорость распространения возбуждения
невелика (0,5–2,0 м/сек). В мякотных нервных волокнах электрически активны только перехваты, поэтому электрический ток «перепрыгивает» от одного перехвата к другому, минуя миелиновую оболочку. Такое распространение возбуждения называется сальтаторным (скачкообразным), что увеличивает скорость проведения (3–120 м/сек.) и уменьшает энергетические затраты.

Для проведения возбуждения по нервным волокнам характерны определенные закономерности:

 двустороннее проведение нервных импульсов – возбуждение по волокну проводится в обоих направлениях от места раздражения;

 изолированное проведение возбуждения – нервные импульсы, пробегающие по одному нервному волокну, на соседние волокна, проходящие в составе нерва, не распространяются благодаря миелиновой оболочке;

 нервные волокна относительно неутомляемы , так как при проведении возбуждения волокно расходует сравнительно мало энергии и ресинтез энергетических веществ компенсирует их расходы. Но при длительном проведении возбуждения происходит снижение физиологических свойств волокна (возбудимости, проводимости);

 для проведения возбуждения необходимо анатомическая
и функциональная целостность нервного волокна.

Возрастные особенности нервных волокон. Миелинизация аксонов начинается на 4-м месяце эмбрионального развития. Аксон погружается в шванновскую клетку, которая несколько раз обкручивается вокруг него, а слои мембраны, сливаясь друг с другом, образуют компактную миелиновую оболочку (рис. 3.5.1).

Рис. 3.5.1

К моменту рождения миелиновой оболочкой покрыты спинномозговые двигательные волокна, почти все проводящие пути спинного мозга, за исключением пирамидных путей, частично черепно-мозговые нервы. Наиболее интенсивно, но неравномерно миелинизация нервных волокон происходит в течение первых 3-6 месяцев жизни, вначале миелинизируются периферические афферентные и смешанные нервы, затем – проводящие пути ствола головного мозга, позднее – нервные волокна коры головного мозга. Плохая «изоляция» нервных волокон в первые месяцы жизни является причиной несовершенства координации функций. В последующие годы у детей продолжается рост осевого цилиндра, увеличение толщины и длины миелиновой оболочки. При неблагоприятных условиях окружающей среды миелинизация замедляется до 5-10 лет, что затрудняет регуляцию и координацию функций организма. Гипофункция щитовидной железы, дефицит ионов меди в пище, различные отравления (алкоголь, никотин) угнетают и даже могут полностью подавить миелинизацию, что приводит к появлению у детей умственной отсталости различной степени.

Анатомо-физиологические особенности нервной системы у детей

Головной мозг ребенка

Развитие головного мозга ребенка

У новорождённых относительная величина головного мозга больше, чем у взрослых: его масса составляет около 1/8 массы тела (в среднем 400 г), в то время как у взрослых - 1/40 массы тела.

Крупные извилины и борозды уже хорошо выражены, хотя и имеют меньшую глубину и высоту. Мелких борозд и извилин (третичных) мало, они постепенно формируются в течение первых лет жизни. Клетки серого вещества, проводящие системы (пирамидный путь и др.) полностью не сформированы, дендриты короткие, малоразветвлённые. По мере развития борозд и извилин (увеличивается их количество, изменяется форма и топография) происходит и становление миело и цитоархитектоники разных отделов головного мозга. Особенно интенсивно этот процесс происходит в первые 6 лет жизни. Анатомически мозговые структуры созревают до уровня взрослых лишь к 20 годам.

Считают, что количество нервных клеток больших полушарий после рождения не увеличивается, а идут лишь их дифференцировка и увеличение размеров и объёма. Созревание клеток продолговатого мозга заканчивается в основном к 7 годам. Позднее всего, в период полового созревания, заканчивается дифференцировка клеточных элементов серого вещества гипоталамической области.

Подкорковые образования двигательного анализатора, интегрирующие деятельность экстрапирамидной системы, формируются уже к рождению. Однако движения новорождённого хаотичны, не целенаправленны, имеют атетозоподобный характер, преобладает тонус мышц сгибателей. Этот уровень организации движений называют пирамидностриарным. Мозжечок и неостриатум ещё недостаточно развиты. Координация движений начинает постепенно развиваться уже после рождения. Вначале это касается глазных мышц, что проявляется у ребёнка на 2-3й неделе жизни фиксацией взора на ярком предмете. Затем ребёнок начинает следить за движущейся игрушкой, поворачивая голову, что свидетельствует о начальной координации движений шейных мышц.

Твёрдая мозговая оболочка у новорождённых относительно тонкая, сращена с костями основания черепа на значительном протяжении. Мягкая, богатая сосудами и клетками, и паутинная оболочки мозга очень тонкие. Субарахноидальное пространство, образованное этими листками, имеет незначительный объём.

Спинной мозг ребенка

Особенности спинного мозга у детей

Спинной мозг у новорождённых по сравнению с головным морфологически представляет собой более зрелое образование. Это определяет его более совершенные функции и наличие спинальных автоматизмов к моменту рождения. К 2-3 годам заканчивается миелинизация спинного мозга и корешков спинного мозга, образующих "конский хвост". Спинной мозг растёт в длину медленнее позвоночника. У новорождённого он оканчивается на уровне L m , в то время как у взрослого - у верхнего края L". Окончательное соотношение спинного мозга и позвоночника устанавливается к 5-6 годам.

Миелинизация нервных волокон

Процесс миелинизации нервных волокон

Важный показатель созревания нервных структур - миелинизация нервных волокон. Она развивается в центробежном направлении от клетки к периферии. Фило и онтогенетически более старые системы миелинизируются раньше. Так, миелинизация в спинном мозге начинается на 4-м месяце внутриутробного развития, и у новорождённого она практически заканчивается. При этом вначале миелинизируются двигательные волокна, а затем - чувствительные. В разных отделах нервной системы миелинизация происходит неодновременно. Сначала миелинизируются волокна, осуществляющие жизненно важные функции (сосания, глотания, дыхания и т.д.). Черепные нервы миелинизируются более активно в течение первых 3-4 мес жизни. Их миелинизация завершается приблизительно к году жизни, за исключением блуждающего нерва. Аксоны пирамидного пути покрываются миелином в основном к 5-6 мес жизни, окончательно - к 4 годам, что приводит к постепенному увеличению объёма движений и их точности.

Развитие условно-рефлекторной деятельности у детей

Один из основных критериев нормального развития мозга новорождённого - состояние основных безусловных рефлексов, так как на их базе формируются условные рефлексы. Кора головного мозга даже у новорождённого подготовлена для формирования условных рефлексов. Вначале они формируются медленно. На 23-й неделе жизни вырабатывается условный вестибулярный рефлекс на положение для кормления грудью и покачивание в люльке. Затем идёт быстрое накопление условных рефлексов, образующихся со всех анализаторов и подкрепляющихся пищевой доминантой. Условный рефлекс на звуковой раздражитель в виде защитного (мигательного) движения век образуется к концу 1го месяца жизни, а пищевой рефлекс на звуковой раздражитель - на 2м. В это же время формируется и условный рефлекс на свет.

В целом уже на самых ранних этапах развития созревание нервной системы осуществляется по принципу системогенеза с формированием в первую очередь отделов, обеспечивающих жизненно необходимые реакции, отвечающие за первичную адаптацию ребёнка после рождения (пищевые, дыхательные, выделительные, защитные).

Исследование нервной системы у детей

Методика исследования нервной системы у детей

При оценке развития и состояния нервной системы учитывают жалобы, результаты расспроса матери, а в старшем возрасте - и ребёнка. Обращают внимание также на крик, двигательную активность, мышечный тонус, безусловные рефлексы, патологические неврологические знаки, психомоторное развитие.

Медицинский осмотр ребенка

При осмотре новорождённого обращают внимание на стигмы дизэмбриогенеза (малые аномалии развития), окружность и форму головы, состояние черепных швов и родничков, наличие кефалогематом, родовой опухоли, кровоизлияний в склеры глаз. У более старших детей оценивают поведение и реакцию на окружающее (безразличие, сонливость, апатия, страх, возбуждение, эйфория), а также настроение, выражение лица, мимику, жесты и т.д.

Крик новорождённого ребенка

Начало осмотра нередко сопровождается громким криком. Длительность крика здорового ребёнка адекватна действию раздражителя (голод, тактильные или болевые воздействия, мокрые пелёнки и др.). Вскоре после устранения дискомфорта крик прекращается.

Нервная система и нервнопсихическое развитие

Нервная система у детей участвует во взаимодействии организма с окружающей средой, регулирует все его внутренние процессы и их постоянство [температуру тела, биохимические реакции, артериальное давление (АД), питание тканей, обеспечение их кислородом и т.д.], т.е. гомеостаз.

Онтогенез нервной системы или нейроонтогенез - это генетически детерминированные структурные и функциональные преобразования нервной ткани с момента рождения до момента смерти организма. Этапы нейроонтогенеза соответствуют этапам общего онтогенеза и также представляют собой два параллельно идущих процесса: прогресс и регресс (см. предыдущую главу).

Нейроонтогенез начинается и продолжается антенатально, затем прерывается в перинатальном периоде на период родов, восстанавливается в раннем постнатальном этапе (после неонатального периода), продолжается и наиболее интенсивно протекает в первое десятилетие жизни. В это время нервная система проходит основной адаптационный период с момента начала структурного, а затем функционального созревания нервной ткани под действием факторов окружающей среды.

Созревание нервной ткани продолжается в течение длительного времени, хотя условно можно считать, что оно идет до тех пор, пока в нервной системе не начнутся сначала медленные, но постепенно

ускоряющиеся и, наконец, преобладающие инволюционные процессы. Например, известно, что желтый пигмент нейронов - липофусцин впервые появляется у ребенка 7-10 лет, и его нормальное содержание (типичное для взрослого организма) сохраняется до 30-летнего возраста, и только потом оно превышает нормативные значения.

Основные события антенатального этапа

Для антенатального этапа нейроонтогенеза характерны:

Миграция нейронов ПВО к местам своего назначения;

Начало роста аксонов к клеткам-мишеням и образование синапсов;

Начало роста дендритов и их ветвление. Эти процессы наблюдаются за несколько недель до начала родов и останавливаются в случае патологического действия факторов среды (см. гомеорез в главе 12);

Начало миелинизации нервных волокон и окончаний;

Глиальная дифференцировка, трофическое и иммунное обеспечение сформировавшихся структур нервной системы.

Формирование основных структур

Нервная ткань зародыша развивается на антенатальном этапе из дорсального утолщения эктодермы - нервной пластинки, которая прогибается и превращается в желобок, а затем замыкается в нервную трубку, обособляющуюся от кожной части эктодермы. Нервная трубка является эмбриональным зачатком всей нервной системы - это стадия нейруляции.

Начиная с 25-го дня беременности, головной конец нервной трубки последовательно проходит стадии трех и пяти мозговых пузырей.

На 3-м месяце беременности из мозговых пузырей образуются основные структуры головного мозга.

Первоначально головной мозг - это утолщенные стенки мозговых пузырей. Из них развиваются продолговатый, задний (мост и мозжечок), промежуточный (диэнцефальная область) и конечный мозг (ствол головного мозга и кора больших полушарий), а полости мозговых пузырей становятся полостями мозговых желудочков. Обращенная к полости внутренняя зона мозговых пузырей вместе с околожелудочковой зоной (стенки полости) называется перивентрикулярной областью мозга.

Утолщение стенок мозговых пузырей обусловлено форсированным размножением нейронов ПВО, их радиальной миграцией и размещением в краевой (наружной) зоне стенок мозговых желудочков - будущей коре больших полушарий. При этом краевая зона как бы отодвигается молодыми нейронами кнаружи, образуя слои субвентрикулярной зоны, в которой начинается и интенсивно протекает размножение глиальных клеток. В это время в краевой зоне уже прекращен митоз нейронов, она постепенно сужается и в ней формируется корковая пластинка, состоящая из нейронов определенной степени зрелости.

Краевая зона мозга вместе с корковой пластинкой образуют серое (корковое) вещество мозга - это поверхностные слои коры больших полушарий и коры мозжечка, а также центральные ядра мозжечка и ядра ствола головного мозга в составе чувствительных, ассоциативных и двигательных нейронов. Одновременно с формированием серого вещества между корковой пластинкой с наружной стороны и субвентрикулярной зоной с внутренней стороны мозговых желудочков образуется промежуточная зона, в которой постепенно уменьшается количество нейронов и их место занимают нервные волокна, формирующие белое вещество головного мозга.

Нейроны серого вещества спинного мозга развиваются из нейробластов. На поперечном срезе спинного мозга - это внутренняя (центральная) часть, содержащая ядра передних и задних рогов в составе афферентных нейронов и пучковых клеток. Компоненты белого вещества спинного мозга - это его периферическая часть (на поперечном разрезе выделяется в виде буквы Н или «бабочки»).

Периферическая часть включает продольно ориентированные миелиновые волокна - это проводящие пути (передние, боковые и задние), связывающие между собой различные отделы нервной системы.

На 3-м месяце беременности из средних отделов нервной трубки формируются ствол мозга и ганглиозная пластинка. Нервная трубка дает начало трем слоям клеток: внутреннему (эпендима), среднему (мантия или плащ) и наружному (краевая вуаль).

Краевая вуаль - это отростки клеток, расположенных во внутреннем и среднем слоях.

В дальнейшем из эпендимы образуются глиальные клетки, а из мантии - нейробласты (предшественники нейронов) и спонгиобласты (астроциты и олигодендроглиоциты).

Ствол мозга объединяет продолговатый, средний и промежуточный мозг, а также базальную часть конечного мозга.

В центре продолговатого мозга расположена ретикулярная субстанция (формация), распространяющаяся до промежуточного мозга и состоящая из мелких мультиполярных нейронов. Как макросистема ретикулярная формация связана с корой больших полушарий, корой мозжечка, гипоталамической областью мозга и спинным мозгом (см. выше).

Нейробласты передних столбов спинного мозга дифференцируются в моторные нейроны передних рогов, их аксоны выходят из спинного мозга и образуют его передние корешки.

В задних столбах и промежуточной зоне развиваются вставочные (ассоциативные) нейроны, и их аксоны вступают в белое вещество спинного мозга, образуя проводящие пути. В задние рога входят аксоны клеток спинальных ганглиев.

Ганглиозная пластинка развивается из средних отделов нервной трубки, ее основу составляют две группы клеток, расположенных по краям нервных валиков перед их окончательным смыканием в нервную трубку. Клетки ганглиозной пластинки служат исходным материалом для чувствительных краниальных нервных узлов (многочисленные ядра мультиполярных нейронов ствола мозга, предназначенные для переключения нервных импульсов, восходящих к коре и нисходящих от нее на ствол и спинной мозг), а также спинальных нервных узлов вегетативной нервной системы, иннервирующей внутренние органы, сосуды и железы.

Миграция и размещение нейронов

Уникальной особенностью нервной системы является высокая точность формирования общей сети межнейронных связей. Эта особенность обеспечивается генетическим предназначением каждого нейрона, который «знает» то конкретное место, куда растет его аксон (только к своей клетке-мишени), игнорируя другие клетки и создавая синапсы не в любом, а «заранее определенном» месте и при этом проходя путь, нередко равный 50 см.

В основе столь точного пути лежит химическое сродство, выражающееся в наличии на поверхности клеток-мишеней своеобразных химических меток (хапотаксических ориентиров), позволяющих аксонам их узнавать. Полагают, что в этом процессе важная роль принадлежит топографическим взаимоотношениям нейронов и хро-

нологической последовательности созревания их функциональных связей.

Миграция молодых нейронов в кору головного мозга осуществляется центробежно к краевой (наружной) зоне по глиальным волокнам, располагающимся в толще стенки мозгового желудочка, - это основной путь миграции. Молодые нейроны не имеют аксона и дендритов, но у них на месте будущего аксона есть конус роста, находящийся в постоянном «ощупывающем пространство» движении и определяющий направление миграции. Конус роста аксона имеет аппарат узнавания химических ориентиров, находящихся в стенке мозгового желудочка - это гликопротеидные (хапотаксические) факторы.

Мигрируя по стволу радиальной глии, молодые нейроны один за другим отправляются к будущей коре больших полушарий, собираясь в конце пути в нейронные модули или колонки. Чем позже добрался до своей колонки нейрон, тем более поверхностное место на ней он занимает над ранее пришедшими нейронами, пробираясь сквозь их слои вверх.

В соответствии с послойным размещением нейронов в коре больших полушарий в дальнейшем будут различаться функции ее «этажей». Для других отделов нервной трубки, из которых формируются структуры ствола головного и спинного мозга, характерны миграция и размещение нейронов с их концентрацией не в колонках, а пластах, например, располагающихся в краниальных и спинальных ганглиях.

Таким образом, размещение нейронов в строго определенных местах не является случайным - оно генетически детерминировано. В связи с этим возникает возможность создания аксонами нейронов ложных межнейронных связей, и тогда появляются неполноценные нейроны, занимающие не «свои места». Такие нейроны утрачиваются. Механизмы их гибели различны - это либо некроз, либо апоптоз нейрона (см. главу 10).

Рост аксонов и дендритный спраунинг

Рост аксона нейрона начинается с движения конуса роста к клеткемишени. Скорость этого роста определяется скоростью роста (перемещения) цитоскелета аксона, которая не превышает 2 мм в сутки. Одновременно к встрече с конусом роста готовится клетка-мишень, формирующая на своей поверхности рецепторное поле для образования точечного контакта при этой встрече.

Время роста аксона к клетке-мишени соответствует времени созревания на ее поверхности рецепторного поля, т.е. это генетически контролируемый синхронный процесс. В случае образования точечного контакта одного из щупальцев конуса роста с клеткой-мишенью в этом месте формируется терминальное утолщение, участвующее в образовании полноценного синапса.

Дендритный спраунинг - это арборизация (ветвление) дендритов нейронов и образование дендритного дерева (сети). Первые дендритные отростки появляются в начале перинатального периода вскоре после завершения миграции и размещения нейронов в коре и подкорковых структурах мозга. Затем рост дендритов прерывается на период родов и восстанавливается в раннем постнатальном нейроонтогенезе (после неонатального периода). В это время расширение дендритной сети идет в основном за счет процесса ветвления, а не увеличения количества дендритов, так как один нейрон имеет 1-3 таких отростка.

Наиболее интенсивный дендритный спраунинг происходит в постнатальном нейроонтогенезе, когда постепенно увеличивается действие факторов окружающей среды на мозг ребенка. Подтверждением этому служит рост массы головного мозга. Если мозг новорожденного весит 350-400 г, то в 9 мес его масса удваивается, в 3-5 лет утраивается, 18-20 лет мозг весит 1500-1600 г., а у взрослого человека его масса даже достигает 2000 г.

Следует отметить, что именно возобновлением строительства дендритного дерева, формированием нервных окончаний и следующим за ними синаптогенезом головной мозг начинает последовательно отражать нарастающее действие на него факторов окружающей среды и таким образом адаптироваться к ним. Иными словами, это отражение перенесено из антенатального в постнатальный нейроонтогенез, т.е. отсрочено во времени.

Миелинизация нервных волокон

Миелинизация нервных волокон - это их обволакивание (одевание) в миелиновые оболочки, состоящие из особых глиальных (шванновских) клеток, содержащих миелин - жироподобный пигмент из липидов и пептидов. Как сказано выше, начало миелинизации нервных волокон и окончаний приходится на антенатальный этап. Миелинизация значительной части нервных волокон и окончаний завершается в первом десятилетии жизни.

Среди причин, нарушающих миелинизацию, следует привести перивентрикулярную энцефалопатию и лейкомаляцию, в ходе которой активируются факторы некроза опухолей (ФНО), инициирующие аутоиммунный процесс в белом веществе с дисмиелинизацией и атрофией нервной ткани.

Переход к постнатальному этапу

Мозг плода перед родами значительно увеличивается в объеме, достигая 350-400 г. Это происходит благодаря росту аксонов. Параллельно увеличению массы мозга растет масса тела, достигающая у новорожденного 3,0-3,5 кг. Соответственно растет потребность мозга в кислороде, и плацента постепенно начинает не справляться с ее удовлетворением, что приводит к усилению физиологической гипоксии плода, которая служит сигналом к завершению внутриутробного этапа развития и вызывает роды.

Непосредственно перед родами в материнском организме повышается концентрация биологически активных веществ гормональной, пептидной и липидной природы. Этот «материнский коктейль» проникает через плаценту в организм плода и вызывает в нем состояние готовности к рождению: снижение температуры тела, трофики и обмена веществ, замедление нервной, эндокринной и иммунной активности, уменьшение частоты сердечных сокращений, ослабление дыхания и активных движений. В результате действия «материнского коктейля» снижается потребность плода в кислороде и повышается его устойчивость к гипоксии во время родов.

Постнатальный этап

В сравнении с другими органами и системами организма, мозг новорожденного считается наиболее подготовленным к условиям существования в постнатальной жизни. Однако это относится не столько к непосредственному функционированию мозговых структур, сколько к их дальнейшему развитию и обучению навыкам работы в окружающей среде, т.е. речь идет об адаптации мозга к абсолютно новым для него условиям внешней среды. Такая адаптация возникает не сразу: сначала ей предшествует первая «стрессовая» неделя, или неонатальный период жизни. Адаптация начинается с периода первичной настройки жизненно важных функций (дыхание, кровообращение, пищеварение).

Период первичной настройки жизненно важных функций

Сразу после рождения на мозг новорожденного обрушивается мощный поток воздействия факторов окружающей среды. В первые секунды и минуты жизни выключаются старые механизмы дыхания и кровообращения через плаценту и включаются новые механизмы дыхания и кровообращения через легкие. Резко изменяются условия гравитации (после нахождения организма в околоплодных водах). Появляются и быстро нарастают потоки афферентной (сенсорной) информации в виде зрительных, слуховых и тактильных раздражителей. При этом в течение 1-2 ч жизни у новорожденного нейтрализуется действие «материнского коктейля» (см. главу 12).

В первые 12 ч жизни (или к концу первых суток) начинают подавляться, а затем постепенно утрачиваются (как правило, в течение первой недели жизни) базовые врожденные автоматизмы (кроме автоматизмов сосания и шагового), а также исчезают врожденные способности удерживать голову, имитировать движения матери или врача (например, показывать язык), т.е. развивается «феномен обнуления». Вместе с тем частично сохраняются остаточные функциональные возможности «уходящего» этапа онтогенеза, и на их фоне формируются новые (или обновленные) функции. Например, при сохранении автоматизма сосания развиваются и закрепляются функции захвата материнского соска, активного сосания, жевания и проглатывания. Таким образом, начало постнатального этапа нейроонтогенеза связано с первичной настройкой жизненно важных функций организма и «прощанием» с внутриутробными функциями.

Долговременный адаптационный период

После первичной настройки жизненно важных функций следует долговременный адаптационный период, в ходе которого мозг ребенка медленно приспосабливается к новым условиям окружающей среды и постепенно увеличивается в объеме. Начиная со второй недели жизни возобновляется (после «консервации» на период родов) рост аксонов и дендритов. Их рост служит базой для последующего развития межнейронных сетей (спраунинга), в ходе которого будут совершенствоваться («повышать функциональное мастерство») нервная система и смежные с ней другие системы организма. При этом продолжается миелинизация аксонов и дендритов, идет глиальная дифференцировка, трофическое и иммунное обеспечение нервной ткани.

В первые 2 мес жизни в ходе аксоно-дендритного спраунинга первыми начинают ветвиться отростки пространственно отдаленных нейронов. За ними постепенно объединяются в общую межнейронную сеть нервные окончания ранее разветвившихся раздельно отростков нейронов, в которых в дальнейшем происходит синаптогенез.

В течение 3-18 мес жизни происходит интенсивное развитие связей сенсорной системы и двигательных навыков ребенка, необходимых для активных контактов с внешней средой, т.е. начинается процесс «обучения». В это время ребенок последовательно осваивает активное видение и слух, навыки держания головы, ползания, сидения, стояния, хождения, понимание обращенной речи, произношение отдельных слов и т.д. (см. главу 12). Благодаря отсроченному и последовательному спраунингу, масса каждого нейрона возрастает в 3-5 раз, что является причиной увеличения массы мозга. Ощутимый вклад в это увеличение вносит миелинизация нейронов, нервных стволов и волокон, а также пролиферация глиальных клеток. Далее постепенно формируются центральные отделы зрительного, слухового, двигательного, вкусового и тактильного анализаторов, и на их основе начинаются длительный период обучения и приобретения мозгом ребенка персонального опыта общения с окружающей средой, включающий первые 1,5-3 года жизни, дошкольный и школьный возрастные периоды. Окончательное формирование нервной системы завершается в 18-20 лет.

Апоптоз неполноценных нейронов

Апоптоз неполноценного нейрона - это его программированная гибель или «альтруистическое самоубийство». Как сказано выше, путем апоптоза уничтожаются около 5 млрд (3%) нейронов.

В апоптозе участвуют особые информационные молекулы - ФНО и интерлейкины, относящиеся к классу цитокинов, выполняющих роль переносчиков информации (нейротрансмиттеров). С их помощью регулируются метаболические, трофические, иммунные и другие процессы в нейронах (см. главу 8). ФНО продуцируются в ПВО и гипоталамусе при участии микроглии и астроцитов. Эти цитокины обладают крайне важными для клеток свойствами, выступая как факторы роста, факторы отторжения и как нейроиммуномодуляторы. Во многих случаях их влияние становится пусковым механизмом развития патологии ПВО мозга.

В частности, их высокое содержание вызывает тяжелые нарушения трофики нервной ткани (вплоть до необратимого повреждения, проявляющегося некрозом, некротическим шоком и кахексией), приводит к угнетению (и реже к усилению) пролиферации нейронов, но при этом не влияет на деление трансформированных клеток.

Нередко посредниками действия ФНО могут быть интерфероны. Кроме того, в конце внутриутробного периода ФНО стимулируют синтез простагландинов и могут вызвать преждевременные роды.

Цепочка молекулярных событий, происходящих при апоптозе, до конца не ясна, но, по-видимому, в их основе лежит механизм получения нейроном информации о несоответствии генетической программе.

Молекулярные механизмы формирования межнейронных связей

Известно, что генная сеть, участвующая в формировании и функционировании нервной системы человека, включает около 20 тыс. генов.

В нейронах одновременно экспрессируется не менее 2500 генов (среди них охарактеризовано всего 125 генов или около 5%). Причем эта часть генов резко превышает часть генов, работающих в клетках других органов. Например, из всех молекул мРНК, выделенных из клеток печени или почек, только 4-6% клеток вступают в ДНК-РНКгибридизацию, что крайне мало, так как их должно быть не менее

Кроме того, высказано предположение, что в нейронах филогенетически молодых отделов головного мозга (у человека они обеспечивают функции, отсутствующие у других биологических видов) экспрессируется больше генов, чем в старых отделах могза. Например, в пользу этого свидетельствуют данные, что в нейронах ассоциированных зон коры больших полушарий экспрессировались 35,6% генов, а в нейронах проекционных зон - 30,8%.

Эти различия, по-видимому, лежат в основе специализации разных отделов мозга при развитии разных функций. Иными словами, благодаря такой специализации в ходе нейроонтогенеза растет объем активной генетической информации.

В свою очередь, об этом свидетельствуют данные о ДНК-РНКгибридизации, согласно которым по мере увеличения интенсивно-

сти функционирования ПВО усиливаются активность и сложность генетических эффектов в нервной ткани: у 22-недельного эмбриона в нейронах мозга активны только 8% генов, тогда как у взрослых людей их более 25%.

Реализация экспрессии генов в различных областях мозга обусловливает развитие широкой сети межнейронных связей (см. ниже). Основными механизмами развития таких связей являются генерация и проведение нервного импульса и внутриклеточный транспорт структурных элементов цитоплазмы.

Генерация и проведение нервного импульса

Механизм генерации (возбуждения) и проведения нервного импульса в системе межнейронных связей заключается в появлении и быстром распространении (перемещении) реакции локальной деполяризации мембраны осевого цилиндра по длине нервного волокна.

В ходе деполяризации участка мембраны (условно назовем его первым участком) ионы Na+ меняют отрицательный заряд на положительный путем повышения проводимости этих ионов в смежном участке мембраны (второй участок), что обеспечивает выход ионов К+ на поверхность мембраны первого участка, в котором восстанавливается исходный уровень разности потенциалов, и так далее по всей мембране осевого цилиндра нервного волокна.

Нервный импульс - это быстрая реакция. Скорость деполяризации мембраны осевого цилиндра определяет скорость передачи нервного импульса, и она тем выше, чем толще осевой цилиндр. В среднем для толстых волокон она составляет 5-120 м/с, а для тонких - 1-2 м/с. При передаче нервного импульса через миелиновые волокна скорость выше, чем при передаче через безмиелиновые волокна.

Локальная деполяризация мембраны также происходит при мышечном сокращении. В этом случае прохождение нервного импульса открывает каналы, обычно закрытые для пассивного транспорта ионов Са2+, и впускает эти ионы в миофибриллы. В результате в нервно-мышечном синапсе освобождается ацетилхолин, что вызывает локальную деполяризацию мембраны. Выход ионов Са2+ из сократившихся миофибрилл происходит путем их обмена на ионы Na+ и зависит от натриевого градиента, поскольку существует другая система, обеспечивающая транспорт ионов натрия внутрь, а ионов кальция наружу мембраны (см. главу 6).

Молекулярная организация работы синаптического аппарата сложна. Нейроны, способные выделять в синаптическую щель один и тот же медиатор, объединяются в эргические системы, которые связаны между собой особыми путями - трактами, соединяющими специфические синапсы. С молекулярных позиций хорошо изучена схема работы норадреналинергического синапса (см. главу 8). В этом случае пусковым фактором служит импульс, пришедший из пресинаптической мембраны аксона в постсинаптическую мембрану клетки-мишени, в которой в ответ на импульс возбуждается сигнал, распространяющийся по аксону в пресинаптическую мембрану и в виде пузырьков с медиатором поступающий в синаптическую щель, а потом в постсинаптическую мембрану другой клеткимишени, - это прерывистый межклеточный аксоно-аксональный контакт. Прерывистость контактов необходима для поддержания быстрой скорости распространения импульса, так как возбуждение может распространяться по мембране нейрона от тела клетки и обратно.

Аксональный транспорт

Наряду с проведением нервного импульса через систему прерывистых межнейронных связей (синапсов) существует второй механизм прохождения молекулярной информации - внутриклеточный транспорт. Для нейрона, основная цитоплазма которого сконцентрирована в аксонах и дендритах, простирающихся на значительные расстояния от ядра клетки, внутриклеточный транспорт или движение элементов цитоплазмы имеет большое значение.

Аксональный транспорт в целом хорошо изучен. Среди транспортируемых элементов:

Лизосомы и пероксисомы - большие, средние и мелкие вакуоли с гидролитическими и окислительными ферментами, представляющие собой емкости для переработки отходов, или своеобразные «очистные сооружения»;

Митохондрии, производящие энергию в виде АТР, - своеобразные «электростанции»;

Микротрубочки, представленные нестабильным белком определенной полярности - тубулином, выполняющим роль транспортных путей;

Синаптические пузырьки с различными медиаторами и регуляторными ферментами;

«строительные материалы» - белковые, липидные и другие молекулы;

Продукты распада молекул и др.

В отличие от нервного импульса, аксональный транспорт - это медленные реакции. Их средняя скорость не превышает 2 мм в сутки. Вместе с тем, у разных органелл и элементов цитоплазмы скорости транспорта разные. Так, синаптические пузырьки могут перемещаться со скоростью свыше 400 мм в сутки.

С одинаковой скоростью антеградно (к терминальной части) перемещаются «строительные материалы», а ретроградно (к ядру) - продукты их распада. При этом поддерживается баланс их перемещения: поступает ровно столько, сколько расходуется.

Митохондрии совершают маятниковые движения, двигаясь то антеградно, то ретроградно. Благодаря такому движению обеспечивается энергетическое снабжение по всей длине аксона (дендрита) нейрона.

В аксональном транспорте также принимают участие активированные нервными импульсами сократительные единицы - белки (актин, миозин, тубулин, некоторые ферменты), микротрубочки и другие элементы.

Закономерности информационного обеспечения и основное свойство коры больших полушарий мозга

Информационное обеспечение коры больших полушарий мозга базируется на следующих закономерностях:

Многоуровневое (многоэтажное) прохождение информации; основано на особенностях миграции и размещения нервных клеток при формировании нейронных модулей (колонок), являющихся структурными единицами коры больших полушарий;

Прерывистость прохождения информации в синапсах между этажами, характерная для всей сети межнейронных связей;

Постоянство активности коры мозга; обеспечивается ретикулярной субстанцией, контролирующей прохождение информации между этажами и ее прерывистость в синапсах; при избытке информации эта субстанция ее аккумулирует, создавая резервы, а при недостатке - добавляет из резервов, поддерживая равномерную интенсивность потоков и, следовательно, постоянную активность коры;

Дублирование информационных каналов; основанное на межнейронных связях, формирующих единую сеть рецепторных оконча-

ний, расположенных во всех частях организма; рецепторы этой сети воспринимают разную по содержанию и назначению информацию, в том числе одной направленности; например, положение тела в пространстве контролируется с помощью потоков информации, поступающей в кору головного мозга одновременно от зрительного, вестибулярного и слухового анализаторов, а также рецепторов мышц, кровеносных сосудов, рук, ног, туловища и головы; поэтому в случае ошибок приема и переключения информации кора мозга все-таки получает необходимую информацию и дает правильный ответ. Указанные закономерности позволяют коре больших полушарий анализировать восходящие к ней потоки информации, переключать их в синапсах, изменять скорости проведения, фильтровать (отсеивать) наименее значимую, пропускать и доставлять по месту назначения наиболее значимую информацию, увеличивать или уменьшать ее объемы, поддерживать равномерную интенсивность потоков, адаптироваться к окружающей среде, принимать своевременные и адекватные решения, реализуемые в разнообразных функциях, и, следовательно, поддерживать постоянную активность коры.

Вместе с тем, эти закономерности обеспечивают развитие основного свойства коры больших полушарий - способность отражать (запечатлять) результаты действия факторов окружающей среды.

В случае нормального нейроонтогенеза это свойство проявляется на морфологическом уровне как специфическая картина зрелой межнейронной сети с особенностями цитоархитектоники и миелоархитектоники (при УЗИ, КТ- и ЯМР-томографии). На физиологическом уровне это свойство выражается как проявление обычного сознания и реализация основных нервных и высших психических функций.

Признаками отражения и адаптации коры к окружающей среде являются:

Готовность к функциональным переменам и последовательной смене старых функций на новые функции и навыки в критические периоды развития;

Полноценное развитие функций и навыков при минимальных энергетических затратах (см. предыдущую главу);

Восполнение утрачиваемых элементов нервной ткани и выбор наиболее эффективных межнейронных сетей при их интенсивной работе;

Пластичность (компенсаторность) функционирования структур мозга в изменяющихся условиях среды при одновременном сохранении их автономности. Важно подчеркнуть особое значение этих признаков при проведении терапии заболеваний, проявляющихся патологией ПВО мозга.

Нарушения нейроонтогенеза как результат первичного поражения перивентрикулярной области мозга

Нарушения нейроонтогенеза относятся к одной из нерешенных проблем нейрогенетики. Их систематизация представляет значительные трудности, объясняемые участием нервной системы практически во всех патологических процессах. Это относится как к наследственной, так и к ненаследственной патологии.

Нервная система поражается не только первично, но и вторично, на фоне поражения других систем организма, либо одновременно с ними в результате общих механизмов.

На ранних этапах нейроонтогенеза мозг эмбриона почти исключительно представлен ПВО, к сфере деятельности которой относятся: миграция и размещение нейронов, образование нейронных колонок, рост аксонов и дендритов, формирование синапсов. ПВО регулирует эти процессы на основе химического узнавания своих нейронов среди множества чужих, что сближает ее с иммунной системой.

Находясь на границах капиллярного кровотока и цереброспинальной жидкости, ПВО выполняет защитные (барьерные) функции, что также сближает ее с иммунной системой. В качестве барьеров выступают астроцитарные клетки, играющие роль рецепторов, воспринимающих молекулярную информацию из капиллярного кровотока и при циркуляции ликвора.

Таким образом, ПВО является особой системой мозга. Она обеспечивает медленные процессы его развития, выполняя формообразующую (ростовую) функцию, сохраняя трофический и иммунный гомеостаз нервной ткани и выступая в роли «стража» (гематоэнцефалический и ликвороэнцефалический барьеры) на границах между капиллярным кровотоком или ликвором с одной стороны и мозгом, с другой стороны.

При патологии ПВО все эти медленные процессы тормозятся и останавливаются, приводя к неврологической патологии. На рис. 51 показана роль ПВО мозга в развитии такой патологии.

Рис. 51. Роль ПВО мозга в нарушении матричной, формообразующей, трофической и иммунной функций (по Скворцову И.А., 2000)

ПВО поражается при морфогенетических нарушениях и нарушениях метаболизма мозговых структур, нейроинфекции, гипоксии мозга и родовой травме. Поражение ПВО, возникшее в результате этих причин, ведет к нарушениям формообразования структур мозга, гипоплазии и другим его аномалиям, нарушениям трофического и иммунного обеспечения критических периодов нейроонтогенеза и как следствие - к функциональному дефициту мозга. На рис. 52 представлена схема взаимосвязи основных причин и результатов поражения ПВО мозга.

Функционирование ПВО зависит от гестационной незрелости (влияние эндотоксинов, ФНО и других цитокинов), а также от перинатального неблагополучия (гипоксия и родовая травма). Наряду с этими причинами в перечне причин такой зависимости

Рис. 52. Примерная схема взаимосвязи основных причин и результатов поражения ПВО мозга (по Скворцову И.Α., 2001)

значатся недоношенная беременность, фетоплацентарная недостаточность в результате инфицирования матери во время беременности, инфаркты плаценты, внутриутробное инфицирование плода, повышенное давление ликвора в желудочках мозга, малый вес и артериальная гипертензия на фоне дыхательных расстройств у новорожденного, НБО, хромосомные синдромы, первичные нейрогенетические заболевания нейрона и глиальных элементов, болезни рецепторов, трансмембранного транспорта разных ионов и нейромедиаторов.

Все перечисленные причины нарушают формообразование, трофику и иммунную защиту мозга и даже при слабо выраженных изменениях ведут к гипоплазии и/или незначительному функциональному дефициту, а при изменениях средней и тяжелой степени - к перивентрикулярной энцефалопатии (ПВЭ) и лейкомаляции соответственно.

В ряде случаев изменения ПВО имеют общие механизмы. Например, внутриутробная нейроинфекция и/или гипоксия плода могут вызвать паралич ресничек эпендимы, выстилающей стенки желудочков мозга и спинномозгового канала, что обусловит развитие врожденной (вентрикулярной) гидроцефалии, повышение внутричерепного давления, нарушение циркуляции ликвора и таким образом приведет к задержке аксонального и дендритного спраунинга, синаптогенеза, дистрофическим или деструктивным изменениям в коре и подкорковых образованиях.

Среди тяжелых перинатальных поражений ПВО следует отметить действие эндотоксинов кишечника, стимулирующих у плода и новорожденного продукцию ФНО, интерлейкинов и других цитокинов, приводящих к расстройствам микроциркуляции, апоптозу и аутоиммунным нарушениям в тканях мозга. При этом аутоиммунные механизмы реализуются путем возникновения ишемических и геморрагических очагов в бассейнах каротидной и вертебробазилярной сосудистых систем ПВО, коре больших полушарий, подкорковых и стволово-мозжечковых структурах с последующими дистрофическими или деструктивными изменениями в них в виде дисмиелинизации и атрофии, что может привести к смерти. Однако значительно чаще в ПВО развиваются не грубые деструктивные процессы (лейкомаляция), а дистрофия, в основе которой лежат долговременные метаболические, трофические и иммунные нарушения (энцефалопатия).

Вместе с тем, если основные формообразующие процессы в мозге уже завершились, то эти изменения ограничиваются незначительными нарушениями трофики и иммунного обеспечения нервной ткани.