Денервації і регенерація синаптичних зв'язків
Денервації і регенерація синаптичних зв'язків
У нервовій системі хребетних при порушенні цілісності аксона відбувається дегенерація дистальної частини цього відростка. Крім того, розвивається комплекс дегенеративних явищ в самому пошкодженому нейроні, в иннервируемой їм клітці, а також в нейроні, що є пресинаптическим по відношенню до ушкодженого. Зміни відбуваються внаслідок порушення аксонального транспорту трофічних факторів, які контролюють нейрональну диференціювання і виживання нейронів, а також як результат перебудови патерну електричної активності.
Волокна скелетного м'яза хребетних після денервації стають більш чутливими до ацетилхоліну і починають експресувати ацетилхолінові рецептори по всій своїй поверхні. Пряма електрична стимуляція денервірованних гіперчутливих м'язів призводить до звуження ділянки, чутливого до ацетилхоліну, до розмірів вихідної кінцевий платівки. Активність м'язи впливає також на швидкість обороту ацетилхолінових рецепторів. Ефекти активності опосередковуються входом іонів кальцію в клітку і активацією внутрішньоклітинних вторинних посередників. На відміну від иннервирована м'язових волокон, денервированной м'язи допускають іннервацію в будь-якому місці своєї поверхні. Денервированной м'язові волокна не тільки володіють підвищеною схильністю до реиннервации, але навіть стимулюють неушкоджені нервові закінчення до розростання і формуванню нових відростків (спраутінг). Подібним же чином нейрони, позбавлені іннервації, стають гіперчутливими до Трансмітери і стимулюють розвиток прилеглих нервових закінчень.
Здатність пошкоджених аксонів до регенерації і реиннервации вихідних мішеней коливається в широких межах від виду до виду. У безхребетних і нижчих хребетних, таких як жаби та тритони, пошкоджені аксони успішно регенерують і з високою точністю відновлюють вихідні синаптичні контакти. До цього здатні і аксони у ембріонів і новонароджених вищих хребетних, включаючи ссавців. У вищих хребетних аксони периферичної нервової системи дорослих тварин також відростають після їх ушкодження. Якщо периферичний нерв був перетиснутий, регенеруючі аксони направляються до їх вихідним периферичним мішенях за допомогою ендоневрію і базальної мембрани шваннівською клітин. У результаті цього можливе повне відновлення втраченої функції. Якщо ж периферичний нерв був перерізаний, реіннервація мішеней буває часто неповна і неточна. Аргин та інші фактори, асоційовані з синаптичної частиною базальної мембрани м'язового волокна, ініціюють освіта спеціалізованих пре - і постсинаптичної структур у регенеруючому нерві і м'язових клітинах.
Для центральної нервової системи дорослих ссавців здатність до регенерації дуже обмежена. Нейрони ЦНС дорослих ссавців мають здатність до спраутінг і формуванню нових синапсів тільки на коротких дистанціях. Зростання аксонів на великі відстані може відбуватися або через трансплантати, отримані з периферичних нервів, або через неушкоджені ділянки ЦНС. Крім того, ембріональні нейрони і стовбурові клітини, імплантовані в ЦНС дорослих тварин, здатні до диференціювання, подовженню відростків і можуть адекватно інтегруватися в збереглися нейрональні мережі. Техніка трансплантації дозволяє сподіватися на подолання функціонального дефіциту, що виникає в результаті пошкоджень ЦНС і нейродегенеративних захворювань.
Нервова система багатьох видів має разючу здатність успішно відновлювати специфічні синаптичні з'єднання, які були порушені в результаті травми. Регенеративні здібності нейронів ЦНС вперше були продемонстровані Матті, який в 1920-х роках розсік оптичний нерв тритона і виявив, що зір у цієї тварини було відновлено протягом декількох тижнів після операціі1). На початку 1940-х років Сперрі, Стоун і їх колеги, використовуючи ці регенеративні можливості, досліджували, за яким механізмом формуються специфічні сполуки в нервовій системі. Їх експерименти по регенерації зорової системи жаб і риб підтвердили ідею, згідно з якою нейрони селективно іннервують свої мішені вже під час регенерації, а не створюють первинні випадкові контакти, реорганізованих позднее2). Пізніше детальні дослідження, проведені на повіках, цвіркуна і річкових раках, переконливо продемонстрували, що аксони ідентифікованих нейронів безхребетних після перерізання здатні знайти і точно з'єднатися з вихідними синаптическими партнерами, ігноруючи безліч інших потенційних мішеней. На противагу цьому, регенерація пошкоджених нервових з'єднань в нервовій системі дорослого ссавця або є лише частковою, або відсутній зовсім.
У цьому розділі ми опишемо зміни, які відбуваються в нейроні і оточуючих гліальних клітинах після перетину аксона, а також ефекти денервації, що розвиваються в постсинаптичних клітинах-мішенях. Потім ми розглянемо здатність нейронів розвивати нові а...
