Пластичний мозок

"Нервові клітини не відновлюються" - цю фразу знають усі. Але не всі знають, що насправді це неправда. Природа дала мозку всі можливості для репарації. Проект Fleming розповідає, як нервові клітини змінюють своє призначення, навіщо людині друга півкуля і як найближчим часом лікуватимуть інсульт.

Шлях до зміни

Нейрон під електронним мікроскопом

На запитання «Чи можливе відновлення нервової тканини?» лікарі та вчені з усього світу протягом тривалого часу в один голос твердо відповідали «Ні». Проте деякі ентузіасти не залишали надій довести протилежне. У 1962 р. американський професор Джозеф Альтман поставив експеримент із відновлення нервової тканини у щура. У 1980 р. радянський фізіолог, нейроендокринолог Андрій Поленов виявив у земноводних нейрональні стовбурові клітини в стінках мозкових шлуночків, які починають ділитись при пошкодженні нервової тканини. У 1990-х роках професор Фред Гейдж при лікуванні пухлин мозку використовував бромдіоксіурідін, який накопичувався в клітинах тканин, що діляться. Згодом сліди цього препарату були виявлені по всій корі головного мозку, що дозволило зробити висновок про наявність у мозку людини нейрогенезу. Сьогодні наука має достатньо даних, що дозволяють їй стверджувати, що зростання та відновлення функцій нервових клітин можливе.

Нервова система призначена для забезпечення зв'язку між організмом та навколишнім світом. З точки зору будови нервову тканину ділять на власне нервову та нейроглію – сукупність клітин, що забезпечують відокремлення відділів нервової системи, їх харчування та захист. Нейроглія також грає роль освіти гематоэнцефалического бар'єру. Гематоенцефалічний бар'єр захищає нервові клітини від зовнішнього впливу, зокрема, перешкоджає виникненнюаутоімунних, спрямованих проти власних клітин, реакцій У свою чергу, власне нервова тканина представлена нейронами, що мають два види відростків: численні дендрити та єдиний аксон. Зближуючись, ці відростки формують синапси – місця переходу сигналу від однієї клітини на іншу, причому сигнал завжди передається з аксона однієї клітини на дендрит інший. Нервова тканина дуже чутлива до впливу зовнішнього середовища, запас поживних речовин у самих нейронах наближений до нуля, тому необхідний постійний приплив глюкози та кисню для забезпечення клітин енергією, інакше відбувається дегенерація та загибель нейронів.

Підгострий інфаркт головного мозку

Ще 1850 р. англійський лікар Август Валлер вивчив дегенеративні процеси у травмованих периферичних нервах і виявив можливість відновлення функції нерва зі зіставленням кінців нерва. Валлер зауважив, що пошкоджені клітини поглинаються макрофагами, а аксони з одного боку пошкодженого нерва починають рости у бік другого кінця. Якщо аксони зіштовхуються з перешкодою, їх зростання припиняється і утворюється неврома – пухлина з нервових клітин, що завдає нестерпний біль. Однак, якщо дуже точно зіставити кінці нерва, можливе повне відновлення його функції, наприклад при травматичній ампутації кінцівок. Завдяки цьому зараз мікрохірурги пришивають відрізані ноги та руки, які у разі успішного лікування повністю відновлюють свою функцію.

Складніша справа з нашим мозком. Якщо в периферичних нервах передача імпульсу йде в одному напрямку, то в центральних органах нервової системи нейрони утворюють нервові центри, кожен із яких відповідає за конкретну, унікальну для нього функцію організму. У головному та спинному мозку ці центрипов'язані між собою та об'єднані у провідні шляхи. Ця особливість дозволяє людині виконувати складні дії і навіть об'єднувати їх у комплекси, забезпечувати їхню синхронність і точність.

Ключова відмінність центральної нервової системи від периферичної – у стабільності внутрішнього середовища, що забезпечується глією. Глія перешкоджає проникненню факторів росту і макрофагів, а речовини, що виділяються їй, інгібують (гальмують) клітинне зростання. Таким чином, аксони не можуть вільно рости, оскільки нервові клітини просто не мають умов для зростання та поділу, які навіть у нормі можуть призвести до серйозних розладів. Крім того, клітини нейроглії утворюють гліальний шрам, що перешкоджає проростанню аксонів як у випадку з периферичними нервами.

Інсульт, гостра стадія

Ушкодження нервової тканини відбувається як на периферії. За даними центру контролю за захворюваністю США, понад 800 тисяч американців госпіталізується з діагнозом «інсульт», кожні 4 хвилини від цієї хвороби гине один пацієнт. За даними Росстату, в 2014 році в Україні інсульт став безпосередньою причиною смерті більш ніж у 107 тисяч людей.

Інсульт – це гостре порушення мозкового кровообігу, що виникає внаслідок крововиливу з подальшим стисненням мозкової речовини (геморагічний інсульт) або слабкого кровопостачання ділянок мозку, що виникло внаслідок закупорки або звуження судини (інфаркт мозку, ішемічний інсульт). Незалежно від природи інсульту, він призводить до порушення різних чутливих та рухових функцій. По тому, які функції порушені, лікар може визначити локалізацію вогнища інсульту та найближчим часом розпочати лікування та подальше відновлення. Лікар, орієнтуючись на природу інсульту, призначає терапію,забезпечує нормалізацію кровообігу і, тим самим, мінімізує наслідки захворювання, але навіть за адекватної та своєчасної терапії відновлюються менше 1/3 пацієнтів.

Перекваліфіковані нейрони

У головному мозку відновлення нервової тканини може відбуватися різними шляхами. Перший – формування нових зв'язків у зоні головного мозку поруч із ушкодженням. Насамперед відновлюється зона біля безпосередньо пошкодженої тканини – вона називається зоною діашизу. При постійному надходженні зовнішніх сигналів, які в нормі обробляються ураженою зоною, сусідні клітини починають формувати нові синапси і брати функції пошкодженої зони на себе. Наприклад, у досвіді у мавп при пошкодженні моторної кори її роль брала премоторна зона.

У перші місяці після інсульту особливу роль відіграє і наявність у людини другої півкулі. Виявилося, що на ранніх стадіях після ураження мозку частина функцій пошкодженої півкулі бере на себе протилежний бік. Наприклад, при спробі руху кінцівкою на ураженому боці, активується та півкуля, яка в нормі не відповідає за цю половину тіла. У корі спостерігається перебудова пірамідальних клітин – вони утворюють зв'язки з аксонами рухових нейронів із пошкодженого боку. Цей процес активний у гострій фазі інсульту, надалі цей механізм компенсації сходить нанівець і частина зв'язків розривається.

У головному мозку дорослої людини також є зони, де активні стовбурові клітини. Це т.зв. зубчаста звивина гіпокапма та субвентрикулярна зона. Активність стовбурових клітин у дорослих, звичайно, не така, як в ембріональному періоді, проте клітини з цих зон мігрують в нюхові цибулини і там стають новими нейронами або клітинами нейроглії. В експерименті натварин деякі клітини залишали звичний маршрут міграції та досягали пошкодженої зони кори головного мозку. Достовірних даних про подібну міграцію у людей немає через те, що цей процес може бути прихований іншими явищами відновлення мозку.

Трансплантація «мозку»

Інсульт, гостра фаза

У відсутності природної міграції клітин нейрофізіологи запропонували штучно заміщати уражені ділянки мозку ембріональними стовбуровими клітинами. При цьому клітини повинні диференціюватися в нейрони, а імунна система не зможе їх знищити через гематоенцефалічний бар'єр. За однією з гіпотез, нейрони зливаються зі стовбуровими клітинами, утворюючи двоядерні синкаріони; «старе» ядро згодом гине, а нове продовжує контролювати клітину, продовжуючи їй життя рахунок віддалення межі клітинних поділів.

Експериментальні операції, що проводяться міжнародною групою вчених під керівництвом французького нейрохірурга Анни-Катерини Башу-Леві зі шпиталю Генрі Мондора, вже показали дієвість цього методу при лікуванні хореї Хантінгтона (генетичного захворювання, що викликає дегенеративні зміни в головному мозку). На жаль, у ситуації з хореєю Хантінгтона функціонуючий трансплантат, внесений із замісною метою, не може протистояти прогресу нейродегенерації загалом, оскільки причиною хвороби є спадковий генетичний дефект. Тим не менш, на матеріалі розтину було показано, що пересаджені нервові клітини тривалий час виживають і не зазнають змін, характерних для хвороб Хантінгтона. Таким чином, внутрішньомозкова трансплантація ембріональної нервової тканини пацієнтам з хворобою Хантінгтона, за попередніми даними, може забезпечити період поліпшення та тривалої стабілізації протягомзахворювання. Позитивний ефект може бути отриманий лише у низки пацієнтів, тому необхідний ретельний відбір та відпрацювання критеріїв щодо трансплантації. Як і в онкології, неврологам та їх пацієнтам у майбутньому доведеться обирати між ступенем та тривалістю очікуваного терапевтичного ефекту та ризиками, пов'язаними з хірургічним втручанням, використанням імунодепресантів тощо. Подібні операції проводять і в США, але американські хірурги використовують очищені ксенотрансплантати (взяті в організмів іншого виду) і поки що стикаються з проблемою виникнення злоякісних пухлин (30-40% від усіх операцій подібного плану, що проводяться).

Виходить, що майбутнє нейротрансплантології не за горами: хоча існуючі методи не забезпечують повного одужання і носять лише експериментальний характер, вони істотно покращують якість життя, але це все ще тільки майбутнє.

Мозок – неймовірно пластична структура, яка адаптується навіть до таких ушкоджень, як інсульт. У найближчому майбутньому ми перестанемо чекати, поки тканина перебудується сама, і почнемо допомагати їй, що зробить реабілітацію хворих на ще швидший процес.