| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
онтогенез - процес індивідуального розвитку особини. У людини і багатьох тварин його ділять на пренатальний онтогенез (ембріогенез), що починається з моменту запліднення і триває до народження, і постнатальний онтогенез, який починається після народження і триває до смерті організму.
Формування НС починається у людини на другому тижні ембріогенезу.
Розглянемо початкові етапи онтогенезу (рис. 4.1).
В результаті злиття двох статевих клітин утворюється зигота. Її перші розподілу призводять до утворення клітин, які називають бластомерами. Бластомери швидко діляться, практично не збільшуючись в розмірах, тому цей процес називають дробленням. Надалі всередині зародка утворюється порожнина, яка обмежена одним шаром клітин. Такий одношаровий зародок носить назву бластули. Потім в результаті переміщення клітин бластули (наприклад, часткового впячивания їх всередину) вона перетворюється в двошаровий зародок - гаструлу. Виникаючі при цьому шари називаються зародковими листками. Зовнішній з них отримав назву ектодерми, внутрішній - ентодерми. Надалі між екто- і ентодерми утворюється третій (середній) зародковий листок - мезодерма. Принципово важливим є те, що з кожного зародкового листка в процесі подальшого розвитку формуються певні тканини і органи. Вся нервова тканина утворюється з ектодерми, за винятком клітин мікроглії, що має мезодермальне походження.
Мал. 4.1. Початкові етапи ембріогенезу:
а - зигота; б - ж - послідовні етапи дроблення; з - бластула; і - початок гасгруляціі; до - гаструла; л - початок нейруляции; м - нейрули
Нейруляція (нейтральні індукція) - процес, за допомогою якого частина клітин ектодерми перетворюється в спеціалізовану нервову тканину, з якої пізніше розвиваються СМ і ГМ.
Вона починається в кінці другого тижня зародкового розвитку, коли ділянку ектодерми на дорсальній стороні зародка потовщується, утворюючи
нервову пластинку. Клітини її інтенсивно розмножуються і приймають вузьку циліндричну форму. В результаті такого поділу і нерівномірного зростання краю нервової пластинки піднімаються, утворюючи нервові валики, між якими лежить нервова борозенка (нервовий жолобок) (рис. 4.2.).
Мал. 4.2. Початковий період розвитку нервової системи (поперечний розріз через зародка):
а - е - послідовні етапи розвитку нервової системи
Потім краю нервової борозенки змикаються, утворюючи нервову трубку - ембріональний зачаток всієї НС. В цей же час під нервовою трубкою відокремлюється тяж клітин зі сполучної тканини - хорда (Див. Рис. 4.1, л, м). Це осьової скелет зародка, який в подальшому заміщується хребтом. Нервова трубка поступово занурюється в мезодерму і замикається - спочатку посередині, пізніше (до кінця четвертого тижня розвитку) на передньому і задньому кінцях (рис. 4.3.).
При змиканні нервової борозенки від нервової трубки але обидва її боки відділяється тяж клітин - ганглиозная пластинка, або нервовий гребінь. Клітини цього утворення згодом дають елементи периферичної ПС (нейрони сенсорний і вегетативних гангліїв, шванновские клітини), павутинної і м'якої мозкових оболонок, клітини мозкової речовини надниркових залоз, пігментні клітини та ін.
Частина, що залишилася нервова трубка спочатку складається з одного шару клітин - нейроепітелія. Ці клітини інтенсивно діляться, і на третьому-четвертому тижні розвитку утворюють три шари:
Мал. 4.3. Етапи освіти нервової трубки.
Дні розвитку: а - 18-й; 6 - 20-й; в - 22-й
Мал. 4.4. Шари нервової трубки (четвертий тиждень розвитку)
Зачатковость клітини внутрішнього шару діляться, одна з дочірніх клітин мігрує в мантійний шар, з іншого формується епендімоціт. Таким чином внутрішній шар клітин перетворюється в епендіму. Клітини, які опинилися в мантійному шарі, перетворюються в нейробласти, з яких формуються нейрони і спонгіобласти, що дають початок астроцитам, олигодендроцитов і радіальним гліоціти. Нейробласти припиняють ділитися і починають утворювати відростки, т. Е. Поступово набирають вигляду зрілого нейрона. Зовнішній шар клітин утворюють відростки клітин внутрішніх шарів.
В цей же час, т. Е. На третьому-четвертому тижні розвитку, в нервової трубки виділяються дві області: на дорсальній стороні крилоподібна платівка і на вентральній - базальна пластинка (Див. Рис. 4.4). В ході подальшого розвитку з крилоподібні пластинки формуються сенсорні і асоціативні частини НС, а з базальної - рухові і вегетативні освіти. Така закономірність характерна для спинного мозку і довгастого мозку. У більш ростральних відділах з крилоподібні пластинки формується безліч не тільки сенсорних структур, а й виконують всі інші функції. Ті ж структури переднього мозку цілком розвиваються з крилоподібні пластинки.
Що достигають нейрони не залишаються на тому місці, де вони утворилися, а мігрують до місця своєї постійної локалізації в сформованому мозку. У більшості випадків їх рух носить амебоидние характер, причому як направляючі і опорні елементи вони використовують відростки клітин радіальної глії, тіла яких лежать в вентрикулярной зоні, а довгі відростки витягнуті радіально до поверхні нервової трубки (рис. 4.5).
Мал. 4.6. Мігруючі нейрони:
а - в - послідовні етапи міграції
У самій нервової трубки також відбуваються зміни. В кінці третього тижня розвитку її ростральними кінець перетворюється в мешковидное розширення, що дає початок ГМ, а каудальний відділ дає початок СМ. На головному кінці нервової трубки формуються три розширення - три первинних мозкових міхура (стадія гріх мозкових міхурів). Порожнини цих бульбашок, кілька змінюючи форму, зберігаються в дорослому мозку у вигляді мозкових шлуночків і мозкового водопроводу. Самим ростральними міхуром є prosencephalon, або первинний передній мозок, за ним слід mesencephalon - первинний середній мозок, останній міхур, за яким уже починається СМ, це rhombencephalon - первинний задній мозок (рис. 4.6).
Мал. 4.6. стадії трьох (А) і п'яти (Б) мозкових міхурів
На другому місяці розвитку перший і третій первинні мозкові міхури з допомогою борозен поділяються, утворюючи кожен по два вторинних мозкових міхура (стадія п'яти мозкових міхурів). Prosencephalon ділиться на telencephalon - кінцевий мозок (півкулі великого мозку і базальні ядра) і diencephalon - проміжний мозок. З кожного боку проміжного мозку виростає очної міхур, який формує нервові елементи сітківки ока. Очний келих, утворений цим виростом, викликає зміни в лежить безпосередньо над ним ектодермі, що призводить до відокремлення від неї клітин, що утворюють кришталик. Rhombencephalon розділяється на metencephalon - власне задній мозок, що включає мозочок і варолиев міст, і myelencephalon - продовгуватий мозок. Середній мозок зберігається як єдине ціле.
Окремі частини нервової трубки ростуть з різною швидкістю. В результаті цього одночасно з формуванням п'яти мозкових міхурів утворюються вигини зачатка головного мозку: спочатку - среднемозговой (основний) вигин в області середнього мозкового міхура, звернений опуклістю дорсально; потім шийний вигин на кордоні головного і спинного мозку, також опуклістю дорсально; останній - мостовий вигин в області заднього мозкового міхура опуклістю вентрально (рис. 4.7).
Після формування мозкових міхурів в структурах ЦНС відбуваються складні процеси внутрішньої диференціювання і зростання.
Мал. 4.7. Вигини зачатка головного мозку (п'ятий тиждень розвитку)
У віці 10-20 тижнів утворюються всі основні відділи НС. До цього моменту закінчується міграційний період її розвитку, т. Е. Все нейрони переміщаються туди, де вони будуть перебувати в дорослому мозку. Півкулі поступово стають найбільшою частиною НС, відбувається виділення основних частин (освіта борозен і звивин відбувається в другій половині ембріогенезу). З оболонок в тканину мозку вростають кровоносні судини. У спинному мозку формуються шийному і поперековому потовщення. Остаточний вигляд набуває мозочок.
В останні місяці ембріонального розвитку в НС закінчується формування внутрішньої структури мозку (його ядер і трактів). Активно йдуть процеси сінаптогенеза (освіти синапсів), завдяки чому формуються рефлекторні дуги багатьох безумовних рефлексів. Розпочинається активна миелинизация спочатку спинного (у віці 20 тижнів), а потім (у віці 36-40 тижнів) головного мозку, яка в основному закінчується тільки до 10-12 років. Відзначимо, що миелинизация починається пізніше в філогенетично молодших структурах. Кора великих півкуль до моменту народження більш-менш розвинена і вже має характерну складчастої поверхнею.
Треба відзначити, що спочатку в НС утворюється надмірна кількість нейронів. Остаточне число нейронів визначається запрограмованої загибеллю клітин як до, так і після народження. У різних областях мозку кількість загиблих нейронів може коливатися від 15 до 85%. За наявними даними, загибель пов'язана з конкуренцією між нейронами, і їх виживання прямо залежить від функціональної активності кожної конкретної клітини.
Мозок новонародженого важить приблизно 350 г, т. Е. 10% всієї маси тіла. Вага мозку дорослої людини дорівнює в середньому 1300 г (2% маси тіла). Так як розподіл більшості нервових клітин припиняється ще до народження, збільшення маси мозку відбувається за рахунок зростання тел нейронів і їх відростків, утворення нових синапсів, мієлінізації нервових волокон, ділення і зростання клітин нейроглії. Мозок росте головним чином протягом першого року життя, коли його вага збільшується приблизно до 1000 г. Дуже показово, що сінаптогенез найбільш активно йде саме в перші роки життя. Дендритне дерево у дворічної дитини набагато більше відрізняється від новонародженого, ніж від дорослого (рис. 4.8).
Мал. 4.8. Розвиток дендритного дерева після народження
Після 50-60 років починаються структурні і хімічні зміни мозку. Загальна кількість нейронів знижується, але в різних областях мозку цей процес проходить нерівномірно. Наприклад, в гіпоталамусі, який регулює життєво важливі функції, зникає дуже мало нейронів. Навіть коли нейрони зберігаються життєздатними, їх тіла і відростки можуть атрофуватися. Найчастіше це відбувається в структурах мозку, що беруть участь в складних психічних процесах (запам'ятовуванні, навчанні, плануванні дій). Однак, по-видимому, мозок має значний фізіологічним резервом, що дозволяє компенсувати втрати і пошкодження нейронів. Показано, що мозок 80-річних здорових людей майже так само активний, як і мозок 30-річних.
Таким чином, процес формування макроструктур НС досить добре вивчений. В даний час вивчення онтогенезу НС в першу чергу пов'язано із з'ясуванням механізмів пейрогеіеза, т. е. утворення нових клітин нервової тканини, їх диференціювання і формування зв'язків між ними. Увага дослідників привертають три принципових питання, що вимагають глибокого вивчення, так як розуміння механізмів нейрогенезу може мати дуже велике практичне значення для медицини.
Питання перше: за рахунок яких механізмів відбувається нейруляція? Чому різні структури НС формуються в певних ділянках організму?
Уже в 1920-х рр. було з'ясовано, що индуцирующее вплив на формування нервової трубки надає лежить під нею хорда. В даний час завдяки успіхам молекулярної нейрогенетики стало зрозуміло, що розвиток НС визначається групою білків, які синтезуються в клітинах хорди в певні періоди розвитку, виділяються в навколишнє середовище і дифундують в ній. На просторове детерминирование головних частин НС впливає розподіл цих білків в ростри-каудальному напрямку. Різна концентрація специфічних білків в Вентра-дорсальном напрямку призводить до утворення різних типів нейронів (в вентральних областях - мотонейронів, в дорсальних - интернейронов, ще дорсальнее - клітин нервового гребеня).
питання друге: Як нервові волокна «дізнаються», куди вони повинні проростати? Наприклад, чому аксон мотонейрона проростає саме до м'язової клітині, а сенсорні волокна - до рецептора?
У 1950-х рр. був відкритий білок, названий ФРН (фактор росту нервів). З'ясувалося, що цей білок виділяється тканинами, до яких має проростати нервове волокно. Конус зростання аксона зростає в напрямку найбільшої концентрації ФРН, досягає потрібної клітини і встановлює з нею синаптичний контакт. Крім того виявилося, що ФРН необхідний для виживання нейрона, який здатний поглинати його шляхом фагоцитозу, і позбавлений ФРН нейрон гине. ФРН забезпечує також відновлення нервових волокон при їх пошкодженні і у дорослого організму. В подальшому не тільки на периферії, а й у центральній нервовій системі було виявлено ціле сімейство білків, що отримало назву нейротрофіни, виконує подібні функції. Нейротрофіни активно індукують зростання аксонів в напрямку клітин-мішеней, а також сприяють відновленню волокон при пошкодженні нервової тканини.
У той же час в ЦНС виявлені білки, які, навпаки, надають відразливе дію на проростають аксони. Велике значення для роботи мозку має також той факт, що між терміналами аксонів існує конкуренція за нейротрофіни, і одного разу утворилися синаптичні контакти можуть в подальшому змінюватися в залежності від активності терміналі.
Питання третє: нейрогенез у дорослих.
Протягом тривалого часу одним з основних постулатів нейронауки був той, що зміна нейронного складу дорослого організму може бути пов'язано тільки з загибеллю нервових клітин. Відкриття ФРН призвело до усвідомлення того, що, по крайней мере, пошкоджені нервові волокна можуть відновлюватися. В кінці XX в. спочатку на птахах, а потім і на ссавців були отримані дані, що утворення нових нейронів може тривати протягом усього життя організму.
В даний час в ЦНС відомі дві області, де зберігаються стовбурові клітини, з яких утворюються нові клітини нервової тканини. По-перше, субвентрікулярной зона, розташована на латеральної поверхні бічних шлуночків, і, по-друге, субгранулярная зона, що лежить в гіпокампі під шаром зернистих клітин зубчастої звивини. У цих зонах у вищих приматів щодня з'являється кілька тисяч нових нейронів. Але виживають в подальшому тільки ті з них, які формують зв'язки з іншими нейронами. На тваринах показано, що якщо перед мозком не варті завдання, що вимагають навчання, то більшість новонароджених нейронів гинуть, причому чим пізнавальна задача складніше, тим більше нових нейронів в мозку виживе. Є дані, що при збільшенні навантаження на мозок, а також при різних мозкових патологіях утворення нових нейронів посилюється.
В останні роки з'являються все нові дані про молекулярні механізми нейрогенезу і про речовини, що регулюють його. Це відкриває величезні перспективи використання цих речовин для терапії різних захворювань НС (хвороба Паркінсона, хвороба Альцгеймера і т. П.).