Этапов формирования нервной системы

ЛЕКЦИЯ 2

Клеточная теория и эмбриогенез нервной системы.

 

1590 –Янсен – Нидерланды – первый микроскоп

1665 – Роберт Гук – сконструировал более совершенный микроскоп и увидел в кожице лука ячейки – клетки.

1719 – Антон Левенгук – усовершенствовал микроскоп Гука и рассмотрел эритроциты, мышечные волокна, сперматозоиды.

1838-1838 -Шлейден и Шванн – создают клеточную теорию и Вирхов дополняет данными – «клетка из клетки»

НО – весь 19 век ушел на доказательство клеточного строения мозга, хотя Дейтерс (1834-1863) нарисовал мотонейрон – сома-короткие отростки протоплазматические дендриты и один длинный отросток аксон (ось). Опубликова статья в 1885 г.И все-таки нервная клетка не рассматривалась как единое целое. Позиции непоколебимые занимала РЕТИКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ – аксон одного нейрона соединяется с дендритами других нейронов и образуется единая СЕТЬ.

П О Ч Е М У???

В ткани мозга много воды – желеобразная масса. Надо воду убирать: формалин обезвоживают теперь можно делать тонкий срезы. НО- так много нейронов на срезе – что ничего не видно.

Надо красить. НО- так много нейронов и отростков – ничего не видно.

Значит надо найти такой способ окрашивания, что окрашивались не все нейроны. И это удалось КАМИЛЛО ГОЛЬДЖИ (1843-1926). Бедный врач из Павии (Италия) увлекался цитологией и на кухне при свете свечи КРАСИЛ и РЕЗАЛ, КРАСИЛ И РЕЗАЛ. Нашел способ окраски с применением

импрегнации серебром, и из сотен нейронов окрашивался десяток, так что каждый был виден. Но Гольджи – сторонник ретикулярной теории и на св

оих срезах видит ее подтверждение. Статья (1885) никого не заинтересовала, кроме Рамон-и-Кахаля из Барселоны. Он был сторонником клеточного строения мозга, взял метод Гольджи и сделав тонкие срезы получил прекрасную картину нейронов: рисунок пером черной тушью на прекрасной рисовой бумаге: «Ошеломленный, я не мог оторваться от окуляра микроскопа». Мало, кто с восторгом принял утверждение Кахаля об отдельных нервных клетках, ему много раз на различных съездах приходилось это доказывать и окончательные доказательства он продемонстрировал в работах по эмбриогенезу нервных клеток – с самого начала отчетливо видны возникающие индивидуальные клетки, каждая из которых постепенно развивается и только после этого устанавливает контакты с другими клетками.

К 1892 году у Рамон-и-Кахаля порявилось много сторонников, но самым упрямым оказался Гольджи, Даже на вручении Нобелевской премии он выступил против работ Кахаля. Но формулировка премии была достойной работе Кахаля: «Метод импрегнации серебром, разработанный Гольджи и блестяще примененный Рамон-и-Кахал, стал фундаментальным открытием в области нейроанатомии, он полностью перевернул существовавшие представления о строении нервной системы и сделал возможным дальнейшие исследования анатомов, физиологов и неврологов».

Общий план строения нервной системы –центральная (головной и спинной мозг со спинномозговым каналом и желудочками мозга и оболочками мозга) и периферическая (соматическая, иннервирующая скелетную мускулатуру и обеспечивающая движение, и вегетативная, регулирующая работу внутренних органов)

У всех ли животных есть нервная система? У одноклеточных есть рецепторы в окружающей клетку мембрану, они улавливают изменения, значимые для животных и с помощью ядра строится ответная программа поведения. У губок нет нервных клеток, появляются нервные клетки у кишечнополостных и образуют диффузную нервную систему. Совершенствование и усложнение нервной системы происходит за счет концентрации нервных элементов – образования сначала ганглиев (скопление тел нервных клеток на периферии, за пределами ЦНС), затем образование у хордовых трубчатой нервной системы, наиболее сложно устроенной у хордовых животных.

Что обеспечивает прогрессивное развитие нервной системы? Причин много, но есть основные:

1. Возникновение и развитие рецепторного аппарата, развитие дистантных рецепторов для улавливания сигналов не при непосредственном соприкосновении, а возможность реагировать на далеко отставленные раздражители, что позволяет заранее принимать решение.

2. Концентрация рецепторов на головном отделе тела – цефализация. Это приводит к доминированию головных ганглиев, к их усложнению, возможности воспринимать все больше и больше информации, что приводит к еще большему развитию ганглиев и рецепторных образований. Таким образом очень существенную роль для развития мозга играет все увеличивающийся поток афферентации – т.е. сигналов из внешней среды по от рецепторов по афферентным нейронам. Яркий пример – кольчатые черви малощетинковые без органов зрения и каких бы то ни было придатков _одна головная лопасть _ и многощетинковые – у которых есть глазки, сложно устроенные глаза, щупальца и щетинки на головном отделе и как результат прогрессивного развития нервной системы и рецепторов – появление выростов тела в виде псевдоподий.

3. Усложнение двигательной активности за счет формирования псевдоподий способствует развитию мускулатуры, что приводит к усложнению рецепторного аппарата, а это приводит к расширению диапазона поступающей в мозг информации (афферентации) об окружающей среде.

Зачаток нервной системы образуется из эктодермы – наружного зародышевого листка. Часть клеток эктодермы дорзальной стороны подвергается паракринному влиянию клеток мезодермы: из них выделяется ФАКТОР РОСТА НЕЙРОНОВ, под влиянием которого включаются новые гены в клетках эктодермы и они становятся мультипотентными НЕЙРОЭПИТЕЛИАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ (СТВОЛОВЫМИ). Этот процесс называется НЕЙРОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ. Клетки, исключенные из процесса нейрональной индукции, становятся эпителиальными.

Если срезать часть зародыша, который подвергается нейрональной индукции, то зародыш погибнет, так как у него не сформируется нервная система. В 1921 году аспирантка знаменитого эмбриолога Шпеемана Мангольд пересадила зачаток нервной системы дополнительно другому зародышу личинки аксолотля и начала развиваться особь с двумя нервными трубками.

В процессе эмбриогенеза сначала появляется НЕРВНАЯ ПЛАСТИНКА, у зародыша в 2,5 недели (1,5 мм) появляются НЕРВНЫЙ ЖЕЛОБОК и НЕРВНЫЕ ВАЛИКИ. На 3-4-ой неделе (5мм зародыш) появляется нервная трубка, она обособляется от эктодермы и погружается внутрь зародыша – образуется НЕРВНАЯ ТРУБКА. Сначала все нейроэпителиальные клетки равноценны, одинаковы. Они многократно делятся со скоростью 250 000 в минуту и если часть из них удалить, их число восстановится.

Затем происходит ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ нейроэпителиальных клеток на нейробласты и нейроглиобласты. Нейробласты становятся нейронами в тот момент, когда теряют способность к делению. Глиобласты становятся сначала астробластами, олигодендробластами, микроглиобластами, затем становятся клетками глии – астроцитами, олигодендроцитами, микроглией и эпендимными клетками (функции в следующей лекции). Глиальные клетки сохраняют способность к делению, что может стать причиной опухоли мозга.

Функции Глиальных клеток

Открыты и описаны Вирховым.

 

+

Астроциты.

1. К этим клеткам относится радиальная глия. Отростки этих клеток первыми формируются в процессе образования нервной системы и обеспечивают миграцию нейронов (еще не вполне сформировавшихся) по отросткам глиальных клеток к месту своего функционирования (в область таламуса, мозжечка, гиппокампа и др.).

2. Метаболическая функция, так как обеспечивают поступление глюкозы (единственный энергетический субстрат для нейронов) в нейроны из кровеносных капилляров.

3. Запасы глюкозы образуются в печени и немного в скелетных мышцах в виде гликогена, что в какой-то степени препятствует гипогликемии например при кровотечении. Нейроны не запасают гликоген, эту функцию выполняют астроциты.

4. Обеспечивают процесс регенерации после дегенерации отсеченных отростков нервных клеток, обеспечивая подрастание к той же клетке, с какой отросток контактировал до повреждения.

5. Создают гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) между кровью и нейронами, защищая их в какой-то степени от проникновения токсичных высокомолекулярных веществ. ПРОБЛЕМА – высокомолекулярные лекарственные препараты также не могут проникнуть в мозг, а в этом бывает необходимость.

 

Олигодендроциты.

Формируют миелиновую оболочку вокруг длинных отростков нейронов. Это обеспечивает:

1. во-первых – изолированное проведение нервных импульсов по аксонам;

2.-во-вторых – ускорение проведения нервных импульсов по аксонам

 

Микроглия – выполняет функцию фагоцитоза, удаляя из мозга погибшие, поврежденные нейроны, эритроциты, попавшие в мозг из поврежденных капилляров, другие чужеродные частицы.

 

Эпендимные клетки – выстилают изнутри желудочки и спинномозговой канал. Обеспечивают перенос веществ из ликвора в мозг и из мозга в ликвор.

 

Первоначально нейробласты идентичны, и если часть из них удалить, то они замещаются новыми. Но если произошла дифференцировка, после рождения выявится недостаточность определенного отдела мозга. Нейроны дифференцируются по химическому составу и наличию специальных ПОВЕРХНОСТНЫХ ЛИГАНДОВ. Форма нервных клеток первоначально грушевидная с небольшим конусом роста, который в дальнейшем превратится в длинный отросток - аксон. С помощью амебоидного движения нейроны МИГРИРУЮТ в разные участки нервной системы и организма, образуя различные отделы центральной нервной системы и периферические нервы и ганглии.

Возникает три вопроса:

1.Откуда клетка знает, куда она должна мигрировать?

2. Где она должна остановится?

3. С какими клетками она должна установить контакты?

Установлено, что направление указывают отростки специальных направляющих глиальных клеток, по которым и передвигаются грушевидные нейроны. Глиальные клетки формируются первыми и как бы распределяют нейроны по их местам. Часть нейронов выбирает неправильное направление (до 8 %) и погибают.

Достигнув своего «места» нейроны АГРЕГИРУЮТ – слипаются с аналогичными нейронами. Если в культуру клеток поместить нейроны из разных отделов, диспергировать их– механически разделить, а затем объединить, однотипные клетки соберутся вместе. (Рисунок). Такое узнавание обеспечивается высоко специфичными для каждого типа клеток поверхностными лигандами, фиксированными на гликокаликсе мембран нейронов.

Помимо агрегации, нейроны достигнув «своего места» приобретают предпочтительную ОРИЕНТАЦИЮ: в неокортексе пирамидные нейроны имеют аксоны, отрастающие вниз и дендриты, направленные вверх, в гиппокампе сходные пирамидные нейроны направляют аксоны вверх, а дендриты вниз.

Затем начинается формирование, созревание нейронов. Дендриты разрастаются, разветвляются и становятся многочисленными. На них образуются ШИПИКИ. Начинает отрастать аксон, находя с помощью поверхностных лигандов нужное направление. Расти приходится в ряде случаев через многие структуры мозга на расстояние до метра. Аксоны растут не диффузна, а объединяются в нервы – т.е. происходит их ФАСЦИКУЛЯЦИЯ. Нервы подрастают к мышцам, внутренним органам, железистым клеткам. Узнавание аксона и иннервируемой клетки друг друга также происходит с помощью поверхностных лигандов. Если аксон подрастает не к «своей» клетке, то нейрон погибает. Таким образом, возникает запрограммированная гибель нейронов, или АПОПТОЗ. Нервная клетка распадается на апоптатические глыбки, которые поглощаются макрофагами.

Таким образом, можно выделить 6 этапов формирования нервной системы:

ЛЕКЦИЯ 2

Клеточная теория и эмбриогенез нервной системы.

 

1590 –Янсен – Нидерланды – первый микроскоп

1665 – Роберт Гук – сконструировал более совершенный микроскоп и увидел в кожице лука ячейки – клетки.

1719 – Антон Левенгук – усовершенствовал микроскоп Гука и рассмотрел эритроциты, мышечные волокна, сперматозоиды.

1838-1838 -Шлейден и Шванн – создают клеточную теорию и Вирхов дополняет данными – «клетка из клетки»

НО – весь 19 век ушел на доказательство клеточного строения мозга, хотя Дейтерс (1834-1863) нарисовал мотонейрон – сома-короткие отростки протоплазматические дендриты и один длинный отросток аксон (ось). Опубликова статья в 1885 г.И все-таки нервная клетка не рассматривалась как единое целое. Позиции непоколебимые занимала РЕТИКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ – аксон одного нейрона соединяется с дендритами других нейронов и образуется единая СЕТЬ.

П О Ч Е М У???

В ткани мозга много воды – желеобразная масса. Надо воду убирать: формалин обезвоживают теперь можно делать тонкий срезы. НО- так много нейронов на срезе – что ничего не видно.

Надо красить. НО- так много нейронов и отростков – ничего не видно.

Значит надо найти такой способ окрашивания, что окрашивались не все нейроны. И это удалось КАМИЛЛО ГОЛЬДЖИ (1843-1926). Бедный врач из Павии (Италия) увлекался цитологией и на кухне при свете свечи КРАСИЛ и РЕЗАЛ, КРАСИЛ И РЕЗАЛ. Нашел способ окраски с применением

импрегнации серебром, и из сотен нейронов окрашивался десяток, так что каждый был виден. Но Гольджи – сторонник ретикулярной теории и на св

оих срезах видит ее подтверждение. Статья (1885) никого не заинтересовала, кроме Рамон-и-Кахаля из Барселоны. Он был сторонником клеточного строения мозга, взял метод Гольджи и сделав тонкие срезы получил прекрасную картину нейронов: рисунок пером черной тушью на прекрасной рисовой бумаге: «Ошеломленный, я не мог оторваться от окуляра микроскопа». Мало, кто с восторгом принял утверждение Кахаля об отдельных нервных клетках, ему много раз на различных съездах приходилось это доказывать и окончательные доказательства он продемонстрировал в работах по эмбриогенезу нервных клеток – с самого начала отчетливо видны возникающие индивидуальные клетки, каждая из которых постепенно развивается и только после этого устанавливает контакты с другими клетками.

К 1892 году у Рамон-и-Кахаля порявилось много сторонников, но самым упрямым оказался Гольджи, Даже на вручении Нобелевской премии он выступил против работ Кахаля. Но формулировка премии была достойной работе Кахаля: «Метод импрегнации серебром, разработанный Гольджи и блестяще примененный Рамон-и-Кахал, стал фундаментальным открытием в области нейроанатомии, он полностью перевернул существовавшие представления о строении нервной системы и сделал возможным дальнейшие исследования анатомов, физиологов и неврологов».

Общий план строения нервной системы –центральная (головной и спинной мозг со спинномозговым каналом и желудочками мозга и оболочками мозга) и периферическая (соматическая, иннервирующая скелетную мускулатуру и обеспечивающая движение, и вегетативная, регулирующая работу внутренних органов)

У всех ли животных есть нервная система? У одноклеточных есть рецепторы в окружающей клетку мембрану, они улавливают изменения, значимые для животных и с помощью ядра строится ответная программа поведения. У губок нет нервных клеток, появляются нервные клетки у кишечнополостных и образуют диффузную нервную систему. Совершенствование и усложнение нервной системы происходит за счет концентрации нервных элементов – образования сначала ганглиев (скопление тел нервных клеток на периферии, за пределами ЦНС), затем образование у хордовых трубчатой нервной системы, наиболее сложно устроенной у хордовых животных.

Что обеспечивает прогрессивное развитие нервной системы? Причин много, но есть основные:

1. Возникновение и развитие рецепторного аппарата, развитие дистантных рецепторов для улавливания сигналов не при непосредственном соприкосновении, а возможность реагировать на далеко отставленные раздражители, что позволяет заранее принимать решение.

2. Концентрация рецепторов на головном отделе тела – цефализация. Это приводит к доминированию головных ганглиев, к их усложнению, возможности воспринимать все больше и больше информации, что приводит к еще большему развитию ганглиев и рецепторных образований. Таким образом очень существенную роль для развития мозга играет все увеличивающийся поток афферентации – т.е. сигналов из внешней среды по от рецепторов по афферентным нейронам. Яркий пример – кольчатые черви малощетинковые без органов зрения и каких бы то ни было придатков _одна головная лопасть _ и многощетинковые – у которых есть глазки, сложно устроенные глаза, щупальца и щетинки на головном отделе и как результат прогрессивного развития нервной системы и рецепторов – появление выростов тела в виде псевдоподий.

3. Усложнение двигательной активности за счет формирования псевдоподий способствует развитию мускулатуры, что приводит к усложнению рецепторного аппарата, а это приводит к расширению диапазона поступающей в мозг информации (афферентации) об окружающей среде.

Зачаток нервной системы образуется из эктодермы – наружного зародышевого листка. Часть клеток эктодермы дорзальной стороны подвергается паракринному влиянию клеток мезодермы: из них выделяется ФАКТОР РОСТА НЕЙРОНОВ, под влиянием которого включаются новые гены в клетках эктодермы и они становятся мультипотентными НЕЙРОЭПИТЕЛИАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ (СТВОЛОВЫМИ). Этот процесс называется НЕЙРОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ. Клетки, исключенные из процесса нейрональной индукции, становятся эпителиальными.

Если срезать часть зародыша, который подвергается нейрональной индукции, то зародыш погибнет, так как у него не сформируется нервная система. В 1921 году аспирантка знаменитого эмбриолога Шпеемана Мангольд пересадила зачаток нервной системы дополнительно другому зародышу личинки аксолотля и начала развиваться особь с двумя нервными трубками.

В процессе эмбриогенеза сначала появляется НЕРВНАЯ ПЛАСТИНКА, у зародыша в 2,5 недели (1,5 мм) появляются НЕРВНЫЙ ЖЕЛОБОК и НЕРВНЫЕ ВАЛИКИ. На 3-4-ой неделе (5мм зародыш) появляется нервная трубка, она обособляется от эктодермы и погружается внутрь зародыша – образуется НЕРВНАЯ ТРУБКА. Сначала все нейроэпителиальные клетки равноценны, одинаковы. Они многократно делятся со скоростью 250 000 в минуту и если часть из них удалить, их число восстановится.

Затем происходит ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ нейроэпителиальных клеток на нейробласты и нейроглиобласты. Нейробласты становятся нейронами в тот момент, когда теряют способность к делению. Глиобласты становятся сначала астробластами, олигодендробластами, микроглиобластами, затем становятся клетками глии – астроцитами, олигодендроцитами, микроглией и эпендимными клетками (функции в следующей лекции). Глиальные клетки сохраняют способность к делению, что может стать причиной опухоли мозга.

Функции Глиальных клеток

Открыты и описаны Вирховым.

 

+

Астроциты.

1. К этим клеткам относится радиальная глия. Отростки этих клеток первыми формируются в процессе образования нервной системы и обеспечивают миграцию нейронов (еще не вполне сформировавшихся) по отросткам глиальных клеток к месту своего функционирования (в область таламуса, мозжечка, гиппокампа и др.).

2. Метаболическая функция, так как обеспечивают поступление глюкозы (единственный энергетический субстрат для нейронов) в нейроны из кровеносных капилляров.

3. Запасы глюкозы образуются в печени и немного в скелетных мышцах в виде гликогена, что в какой-то степени препятствует гипогликемии например при кровотечении. Нейроны не запасают гликоген, эту функцию выполняют астроциты.

4. Обеспечивают процесс регенерации после дегенерации отсеченных отростков нервных клеток, обеспечивая подрастание к той же клетке, с какой отросток контактировал до повреждения.

5. Создают гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) между кровью и нейронами, защищая их в какой-то степени от проникновения токсичных высокомолекулярных веществ. ПРОБЛЕМА – высокомолекулярные лекарственные препараты также не могут проникнуть в мозг, а в этом бывает необходимость.

 

Олигодендроциты.

Формируют миелиновую оболочку вокруг длинных отростков нейронов. Это обеспечивает:

1. во-первых – изолированное проведение нервных импульсов по аксонам;

2.-во-вторых – ускорение проведения нервных импульсов по аксонам

 

Микроглия – выполняет функцию фагоцитоза, удаляя из мозга погибшие, поврежденные нейроны, эритроциты, попавшие в мозг из поврежденных капилляров, другие чужеродные частицы.

 

Эпендимные клетки – выстилают изнутри желудочки и спинномозговой канал. Обеспечивают перенос веществ из ликвора в мозг и из мозга в ликвор.

 

Первоначально нейробласты идентичны, и если часть из них удалить, то они замещаются новыми. Но если произошла дифференцировка, после рождения выявится недостаточность определенного отдела мозга. Нейроны дифференцируются по химическому составу и наличию специальных ПОВЕРХНОСТНЫХ ЛИГАНДОВ. Форма нервных клеток первоначально грушевидная с небольшим конусом роста, который в дальнейшем превратится в длинный отросток - аксон. С помощью амебоидного движения нейроны МИГРИРУЮТ в разные участки нервной системы и организма, образуя различные отделы центральной нервной системы и периферические нервы и ганглии.

Возникает три вопроса:

1.Откуда клетка знает, куда она должна мигрировать?

2. Где она должна остановится?

3. С какими клетками она должна установить контакты?

Установлено, что направление указывают отростки специальных направляющих глиальных клеток, по которым и передвигаются грушевидные нейроны. Глиальные клетки формируются первыми и как бы распределяют нейроны по их местам. Часть нейронов выбирает неправильное направление (до 8 %) и погибают.

Достигнув своего «места» нейроны АГРЕГИРУЮТ – слипаются с аналогичными нейронами. Если в культуру клеток поместить нейроны из разных отделов, диспергировать их– механически разделить, а затем объединить, однотипные клетки соберутся вместе. (Рисунок). Такое узнавание обеспечивается высоко специфичными для каждого типа клеток поверхностными лигандами, фиксированными на гликокаликсе мембран нейронов.

Помимо агрегации, нейроны достигнув «своего места» приобретают предпочтительную ОРИЕНТАЦИЮ: в неокортексе пирамидные нейроны имеют аксоны, отрастающие вниз и дендриты, направленные вверх, в гиппокампе сходные пирамидные нейроны направляют аксоны вверх, а дендриты вниз.

Затем начинается формирование, созревание нейронов. Дендриты разрастаются, разветвляются и становятся многочисленными. На них образуются ШИПИКИ. Начинает отрастать аксон, находя с помощью поверхностных лигандов нужное направление. Расти приходится в ряде случаев через многие структуры мозга на расстояние до метра. Аксоны растут не диффузна, а объединяются в нервы – т.е. происходит их ФАСЦИКУЛЯЦИЯ. Нервы подрастают к мышцам, внутренним органам, железистым клеткам. Узнавание аксона и иннервируемой клетки друг друга также происходит с помощью поверхностных лигандов. Если аксон подрастает не к «своей» клетке, то нейрон погибает. Таким образом, возникает запрограммированная гибель нейронов, или АПОПТОЗ. Нервная клетка распадается на апоптатические глыбки, которые поглощаются макрофагами.

Таким образом, можно выделить 6 этапов формирования нервной системы:

ЭТАПОВ ФОРМИРОВАНИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ