Регенерация периферических аксонов Богачева Полина Олеговна

Регенерация периферических аксонов
Богачева Полина Олеговна
Доцент кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ
Спинномозговые
ганглии
Органы-мишени
Периферические нервы человека представляют собой продолжение спинномозговых
корешков и состоят из длинных отростков нервных клеток - аксонов.
Сами нервные клетки - не способны к регенерации, но могут восстанавливать свои
утраченные отростки или периферические окончания, если тело клетки сохраняет свою
жизнеспособность, а на пути прорастания поврежденного нерва нет препятствий для
роста регенерирующего аксона.
Сосуды
Эпиневрий
Периневрий
Эндоневрий
Фасцикула
Снаружи нерв покрыт эпиневрием. В просвете нерва проходят волокна, покрытые
эндоневрием. Эти волокна могут соединяться в пучки (фасцикулы). С помощью эндоневрия
волокна и их пучки отделяются друг от друга. Третьей оболочкой, участвующей в строении
нерва, является периневрий. Это соединительная ткань, которая окружает пучки нервных
волокон, сосуды и выполняет фиксирующую функцию.
Уоллеровская дегенерация
жировая
дистрофия
поврежденного
нервного
волокна,
развивающаяся
внутри
оболочки
нерва,
дистальнее
зоны
повреждения.
Шванновские клетки начинают
быстро делиться, увеличивается
их количество, они захватывают
осколки миелина и рассасывают
их.
Им помогают макрофаги – клетки иммунной системы,
способные к поглощению чужеродных частиц (фагоцитозу)
Спрутинг (ветвление) аксонов после перерезки.
Каждый аксон формирует множественные отростки, оканчивающиеся конусом
роста. В область травмы рекрутируются макрофаги, которые вырабатывают
факторы роста, стимулирующие развитие шванновских клеток и фибробластов
(играют важную роль в заживлении ран, синтезируют коллаген и эластин).
Теперь периферический отрезок нерва представляет собой туннель из шванновских клеток, который
носит название бюнгнеровской ленты. Поврежденные аксоны проксимального отрезка
периферического нерва утолщаются, появляются выросты аксоплазмы, имеющие различное
направление. Те из них, которые проникают в просвет периферического конца поврежденного нерва
(в бюнгнеровскую ленту), остаются жизнеспособными и прорастают дальше на периферию. Те,
которые не смогли попасть в периферический конец поврежденного нерва, рассасываются.
Если аксону не удается достичь трубки эндоневрия,
он может начать беспорядочное ветвление и
разрастание, врасти в соединительную ткань и
образовать
опухоль
–
неврому,
клинически
проявляющуюся как болезненное уплотнение,
припухлость. Поколачивание по ней часто очень
болезненно. Боль обычно иррадиирует в зону
иннервации поврежденного нерва.
Чем тяжелее была травма, тем сложнее будет проходить регенерация.
Полная перерезка нерва
4 дня
спустя
Передавливание нерва
6 день после полной перерезки
2 недели после полной перерезки
Рисунки из работы Рамон-иКахаля, 1928 г.
А. Общий вид травмированного
участка нерва
В. Чем больше разрыв между концами
нерва – тем тяжелее пройдет
реиннервация; аксоны блуждают в
соединительной ткани.
С. Проксимальный участок нерва
загнули назад, аксоны с трудом
находят верное направление.
Д. дистальный участок нерва
обработали хлороформом; растущие
аксоны не чувствуют его.
Эксперимент с ростом нерва в Y-образной трубке:
Проксимальная
часть нерва
Дистальная
часть нерва
Проксимальная
часть нерва
Кусочек
жировой ткани
Дистальная
часть нерва 1
Дистальная
часть нерва 2
К 6 неделе после травмы 52% аксонов
направлялись к дистальной части нерва 1,
а 48% - к дистальной части нерва 2.
Предположение: из-за большего диаметра,
нерв 1 производил больше
нейротрофических веществ, чем нерв 2!
Предположение: нервная ткань выделяет
некие вещества, стимулирующие рост
аксонов в их направлении!
Скорость прорастания аксонов низка, 1-2 мм в сутки, и на данный момент не
разработано никаких способов ускорения этого процесса.
Цитоскелет нейрона состоит главным образом из микротрубочек и нитей актина. Разное
расположение этих элементов позволяет поделить конус роста на 3 зоны: C – центральную,
P – периферическую и Т – транзитную (переходную).
На «+» концах актиновых нитей
преобладают
процессы
полимеризации, на «–» концах
преобладает разборка субъединиц
актина.
«+»
концы
микротрубочек
характеризуются
динамической
нестабильностью: полимеризация
может крайне быстро смениться
деполимеризацией!
Короткие, ветвящиеся нити актина служат опорой для вытягивающейся части конуса роста
(ламеллиподий). Микротрубочки же сосредоточены в центральной зоне. Положительные
сигналы вызывают прорастание отдельных микротрубочек в филоподии, что необходимо
для поворота в нужную сторону. Отталкивающие сигналы, напротив, стабилизируют
микротрубочки и вызывают их петлеобразное загибание.
Увеличение площади поверхности мембраны растущего аксона: синтез крупных
пузырьков в соме, транспортировка их по микротрубочкам, встраивание в плазмалемму
путем экзоцитоза.
При этом может также происходить встраивание в мембрану молекул клеточной адгезии
и сигнальных белков.
Эндоцитоз
запускается
повышением
концентрации
кальция;
происходит
с
участием белка клатрина.
a) A single clathrin triskelion is bound to an adaptor protein on the cell
membrane. (b) Additional triskelions and adaptor proteins are recruited, and the
membrane begins to deform. Soon after assembly of the clathrin cage is complete (c),
the clathrin disassembly factors HSC70 and auxilin are recruited to the newly formed
vesicle (d), causing clathrin triskelions to untwist (e) and leave the vesicle (f).
Перемещение конуса роста включает 3
основные стадии: набухание, выпячивание
(протрузия), закрепление.
Эндоцитоз, интернализация
рецепторов
Экзоцитоз, наращивание
мембраны
Подсказки о правильном направлении встречаются в виде положительных (на которые конус
роста отвечает вытягиванием в их направлении) и отрицательных (подавляют вытягивание и
обычно расположены в стороне, противоположной правильному направлению) сигналов.
Идеальная
С
у
р
о
в
а
я
ситуация
р
е
а
л
ь
н
о
с
т
ь
Основные компоненты клея – фибриноген, фактор
свертывания XIII и тромбин выделяются из донорской
плазмы.
При нанесении на раневую поверхность фибриновый
клей полимеризуется с образованием эластичной
фибриновой пленки белого цвета.
Клей
позволяет
останавливать
диффузные
кровотечения, склеивать и фиксировать ткани, а
также ускорять заживление ран. В ходе заживления
раны образовавшийся сгусток фибринового клея
полностью рассасывается.
Использование клея на основе
фибрина весьма удобно, сокращает
операционное
время,
меньше
травмирует ткани!
Трансплантация участка собственного нерва.
+ собственная ткань пациента
- 2 шва, вместо 1; рубец в месте забора
материала; возможно несовпадение диаметра
Аллотрансплантация.
+ можно выбрать любую длину и диаметр
- возможно отторжение
Инъекции лентивирусного вектора, кодирующего факторы роста нервов, в
область регенерирующей веточки нерва. Возможно, такая терапия поможет
аксонам эффективнее реиннервировать именно свои органы-мишени (кожу
или мышцы).
Спасение?
Тренировки и
электростимуляция!
Длина аксонов спустя 2 недели после перерезки бедренного нерва мыши: в
контроле, после ежедневных упражнений (по 1 часу в день), после ежедневной
электростимуляции нерва (по 1 часу в день).
Модель формирования синапса
Электрические потенциалы
новообразованных синапсов отличаются
от зрелых: амплитуда снижена,
длительность увеличена. Эти синапсы
работают слабо и ненадежно. Но они
соревнуются между собой.
Процесс формирования новых
синапсов очень сложен и требует
участия различных сигнальных
молекул (кадгерины, агрин, мышечноспецифичная киназа), молекул-сцепок
(нейрексин-нейролигин), синтеза
новых рецепторов, перестройки
мембран клеток и своевременного
начала электрической активности.
реиннервация
Когда растущий аксон достигает
мышцы, он ветвится и делает много
синапсов на одном мышечном волокне.
Но у здоровой мышцы должен быть
только один синапс на одном волокне!
элиминация
Идет борьба между лишними
синапсами – элиминация.
норма
(Elimination – устранение, выбывание)
Остаться должен только один!!!
Механизмы элиминации излишних синапсов до сих пор не выяснены! Существуют
много различных факторов: конкуренция за питательные вещества, за лучшее
место на мышечном волокне, подавление «соседей» своей электрической
активностью и т.д. Однако, в течение недели эта борьба завершается.
Проигравшие аксоны отступают и разрушаются, выигравшие укрепляют свои
позиции и параметры их электрических потенциалов становятся такими же, как в
зрелых синапсах.
Спасибо за внимание!
ФИО: _______________________________
Факультет: ______________ Курс: _____
Дата: 23.09.2015, лекция 1.
1. Периферические нервы состоят из:
А. дендритов Б. олигодендроцитов В. аксонов Г. нефронов
2. Процесс разрушения нерва после травмы называется:
А. Уоллеровская дегенерация
Б. аутотрансплантация
В. реиннервация
Г. биодеградация