Страница:
Валерий Дементьевич Рыжков
Позитивная неврология
Введение
Неврология – это группа медико-биологических дисциплин, изучающих структуру и функцию нервной системы в норме и патологии и закономерности филогенеза и онтогенеза.
В узком смысле неврология – наука о болезнях центральной и периферической нервной системы.
В практическом отношении в настоящее время клиническая неврология занимается диагностикой и лечением заболеваний нервной системы.
В настоящее время специалист невролог пришел на смену невропатологу, и в связи с этим в понимании профессиональной ответственности значительно расширился круг научно-практического и социально-экспертного отношения в оценке как диагностики и клинических проявлений болезни нервной системы, так и качества жизни после проведенных лечебных и реабилитационных мероприятий.
Теоретической основой неврологии являются морфологические дисциплины: анатомия, гистология, эмбриология, сравнительная анатомия нервной системы, нейрофизиология. За последние десятилетия неврология стала составляющей ряда специальных самостоятельных дисциплин, а именно: нейропсихологии и нейрохирургии.
Клиническая психиатрия занимается особой группой заболеваний нервной системы – психическими болезнями.
Ряд дисциплин являются смежными в особенности подхода коррекции нервной системы, такие, как например, психотерапия, иглорефлексотерапия, мануальная терапия.
Изучение нервной системы проходит как по вертикали возраста (детская, подростковая, взрослая, геронтологическая неврология), так и по горизонтали по гендерному варианту (женская и мужская неврология).
Перечень обращений к практическому неврологу на приеме охватывает широкий круг вопросов, начиная от головной боли, головокружения, повышения артериального давления, пережитых состояний стресса, усталости, нарушения сна, снижение внимания, памяти, обмороки и так далее до выявления заболеваний нервной системы со стойкими нарушенными функциями нервно-психической деятельности, и это в дальнейшем требуется учитывать при вынесении экспертного решения в определении ограничений жизнедеятельности пациента.
За последние сто лет в нашей истории, которые протекали в период острой научной дискуссии двадцатого века, произошло становление научной, практической и социальной дисциплины – неврологии.
В узком смысле неврология – наука о болезнях центральной и периферической нервной системы.
В практическом отношении в настоящее время клиническая неврология занимается диагностикой и лечением заболеваний нервной системы.
В настоящее время специалист невролог пришел на смену невропатологу, и в связи с этим в понимании профессиональной ответственности значительно расширился круг научно-практического и социально-экспертного отношения в оценке как диагностики и клинических проявлений болезни нервной системы, так и качества жизни после проведенных лечебных и реабилитационных мероприятий.
Теоретической основой неврологии являются морфологические дисциплины: анатомия, гистология, эмбриология, сравнительная анатомия нервной системы, нейрофизиология. За последние десятилетия неврология стала составляющей ряда специальных самостоятельных дисциплин, а именно: нейропсихологии и нейрохирургии.
Клиническая психиатрия занимается особой группой заболеваний нервной системы – психическими болезнями.
Ряд дисциплин являются смежными в особенности подхода коррекции нервной системы, такие, как например, психотерапия, иглорефлексотерапия, мануальная терапия.
Изучение нервной системы проходит как по вертикали возраста (детская, подростковая, взрослая, геронтологическая неврология), так и по горизонтали по гендерному варианту (женская и мужская неврология).
Перечень обращений к практическому неврологу на приеме охватывает широкий круг вопросов, начиная от головной боли, головокружения, повышения артериального давления, пережитых состояний стресса, усталости, нарушения сна, снижение внимания, памяти, обмороки и так далее до выявления заболеваний нервной системы со стойкими нарушенными функциями нервно-психической деятельности, и это в дальнейшем требуется учитывать при вынесении экспертного решения в определении ограничений жизнедеятельности пациента.
За последние сто лет в нашей истории, которые протекали в период острой научной дискуссии двадцатого века, произошло становление научной, практической и социальной дисциплины – неврологии.
Глава первая
Общебиологические теории и феномены в неврологии
В настоящий период в сложившейся общепринятой системе научной адаптационной парадигмы ведущим направлением явилось развитие клинической неврологии. В связи с определяющей сущностью человеческого организма принято считать не сердцецентрическую, а мозгоцентрическую адаптивную систему в окружающем мире. И это сложилось при определенной философской системе взглядов на весь мир, в котором живет человек. Поэтому понимание некоторых феноменов следует рассматривать через систему принятия научного интуитивного осмысления фактов, потому что некоторые открытия носили эвристический и экспериментальный характер, которые потом вошли в анналы научных монографий, и этими методическими разработками пользуются в настоящей клинической практике. На обсуждение представляются некоторые значимые феномены клинической неврологии: нейрон, рецепция, рефлексы, проводящие пути нервной системы, черепные нервы, подкорковые образования, кора головного мозга.
Каждый нейрон в процессе онтогенеза трансформируется из одного нейробласта и является генетической и трофической единицей.
В настоящее время не существует единой классификации нейронов, поэтому в методическом изложении сути предмета болезни, синдрома или феномена встречаются затруднения понимания как в узком, так и в широком подходе специалистов. Нейроны дифференцируют по форме: пирамидные, грушевидные, корзинчатые; по количеству отростков: безаксонные, униполярные, биполярные, мультиполярные, псевдоуниполярные; длине: клетки Гольджи 1 и 11 типа; по функции: чувствительные, двигательные, вставочные, по характеру вырабатываемых в них медиаторов: холинергические, серотонинергические, допаминергические, ГАМКергические, глицинергические и другие.
Классифицировать нейроны по количеству отростков не нашло приверженцев, но тем не менее выделяют, к примеру, безаксонные нейроны, которые находятся вблизи спинного мозга в межпозвонковых ганглиях; униполярные нейроны – это нейроны с одним отростком в сенсорном ядре тройничного нерва в среднем мозге; биполярные – это один аксон и один дендрит, расположенный в специализированных сенсорных органах, в сетчатке глаза, обонятельном эпителии и луковице, слуховых и вестибулярных ганглиях; мультиполярные нейроны имеют один аксон и несколько дендритов; отличительную особенность имеют псевдоуниполярные нейроны, когда от тела отходит один отросток, который Т-образно делится и покрыт миелиновой оболочкой и представляет собой аксон, где по одной ветви проходит возбуждение, а по другой – от тела, где дендриты являются началом этого разветвления, и находится вне клетки, и эти нейроны встречаются в спинальных ганглиях.
Нейроны соединяются между собой следующими способами: при протоплазматическом способе отросток одной нервной клетки переходит в отросток другой клетки, при эфаптическом имеется электротоническое взаимодействие, при синаптическом способе происходит связь между нейронами и клетками, не принадлежащая нервной системе, а именно мышечные, желудочные, сосудистые ткани. Рассматривают также и по месту положения, и по знаку их действия (возбуждение или торможение) сигналы, зачастую смешанные электро-химические.
При клиническом обосновании симптома, синдрома специалистами по неврологии используется тот или иной методологический прием. При клиническом исследовании рефлексов, определении расстройств чувствительности или по результатам лабораторных исследований нейромедиаторов, при анализе которых судят о целости и функциональности прежде всего нейрона как целостной морфофункциональной системы единой нервной клетки. Исследователь при изучении нормы и патологии нервной системы вынужден взять за основу, прежде всего в неврологии, именно саму сущность функционирования нейрона.
Открытие природы нейрона определило дальнейшее развитие неврологии как динамической естественно-научной дисциплины. Первое признание открытия нейрона связано с именами, которые заслуженно стали лауреатами Нобелевской премии в 1906 году: испанский врач Сантьяго Рамон-и-Кахаль и гистолог и итальянский исследователь Камилло Гольджи, который впервые освоил метод окрашивания нервных клеток, используя слабый раствор нитрата серебра.
Одаренность Рамон-и-Кахаля состояла в том, что он обладал талантом художника, который первый оценил его отец, профессор прикладной анатомии университета в Сарагосе, приобщив к медицине в подготовке анатомического атласа. В дальнейшем Рамон-и-Кахаль сам стал профессором гистологии и патологической анатомии в Барселоне и подготовил к печати «Руководство по гистологии и микрографии» (1889 г.), а также самостоятельно изучал строение тканей с помощью обычного микроскопа.
Следует отметить, что изучение нервной системы не носило изолированный характер одиночек: в разных уголках научного мира приходили к единому мнению о целостности мира, что свидетельствует о наступлении эры познания природы нервной организации человека. И в эту эпоху закладывается главный камень в научный фундамент, который определил нейрон как основное звено нервной системы.
Генрих Вальдейер (1836–1921), профессор анатомии в университете Страсбурга, в 1881 году ввел понятие «нейрон», обозначая нервную клетку как функциональную единицу нервной системы, а еще в 1888 году предложил понятие «хромосома» для описания клеточного ядра, что получило потом продолжение в учении о генетике.
Рамон-и-Кахаль в 1886 году использовал метод окрашивания по Гольджи нитратом серебра и в дальнейшем сам усовершенствовал этот метод, который привел к открытию нейрона и радикально изменил «нейронную доктрину», которая утверждала, что нервная система, состоящая из многочисленных клеток, представляет собой единую сеть. Утверждение, что нейрон – это целостная генетическая и трофическая система оппонируется оспариванием данного подхода и в наше время, да и сам Гольжди являлся прежде всего защитником «ретикулярной теории», но на тот период времени принятие факта о нейроне стало эпохальным открытием в науке нейробиологии. Рамон-и-Кахаль явился основоположником нейробиологии.
Другой исследователь, Чарлз Шеррингтон, который встретился в 1886 году с Рамон-и-Кахалем и ознакомился с его работами, пришел к разрешению другой важной проблемы неврологии. Он дал объяснение, что в природе существуют двигательные и чувствительные нейроны с различными функциями, взаимодействующие в синапсах, и через эти структуры обеспечивается передача сигнала между отростками соседних нейронов.
Шеррингтон и Рамон-и-Кахаль ввели в научный оборот понятие принципа динамической поляризации, согласно которому нервные импульсы поступают в клетку по дендритам к телу и выходят из нейрона только по аксону.
Рамон-и Кахалем были опубликованы более 100 статей только на испанском языке, что и послужило малоизвестности научного открытия.
В 1900–1901 годах его работы были переведены на немецкий язык и после этого пришла научная известность автора, что привело к новому витку изучения церебральной локализации определенных специализированных функций различных областей головного мозга.
Закономерной последовательности в изучении нервной системы не отмечалось, что было связано, прежде всего, с возможностями научно-технического потенциала общества.
После предположенной нейронной теории научному сообществу многие исследователи устремили свои изыскания в поисках способа передачи информации по нейронам. Ответ на вопрос, что приводит к временным изменениям свойств клеточных мембран, если в биологической ткани, вызванные раздражителем, не ограничиваются местом его воздействия, а возникнув, быстро передвигаются на соседние участки мембраны, по которым нервный импульс перемещается по нервной клетке в направлении от дендрита в тело клетки и далее в аксон.
Было выяснено, что мембранный потенциал вследствие эффекта ионного насоса в зависимости от происходящих в ней активных химических процессов обеспечивает передвижение ионов через мембрану в направлении, противоположном градиентам их концентрации.
И тут назрела другая проблема: а что означает потенциал действия и потенциал покоя.
Исследователи пришли к мнению, что сигналы – это биоэлектрические токи, генерируемые поверхностной мембраной нейрона, которые перемещают заряд, обусловленный создаваемой в них концентрацией ионов натрия, калия, кальция и хлора. Изменение мембранного потенциала зависит от уровня потенциала покоя (—70 мВ) до (—55 мВ), который приводит к перемещению через мембрану положительно заряженных ионов. При этом возникает деполяризация мембранного потенциала по феномену «все или ничего» и достигает величины потенциально + 40 мВ. Вследствие этого положительно заряженные ионы, составляющие потенциал действия, перемещаются вдоль аксона, вызывая дополнительный эффект проникновения ионов (атомов) и деполяризацию мембраны в зоне каждого перехвата Ранвье. В итоге потенциал действия не истощается, а перемещается от одного перехвата Ранвье к другому сальтаторно (скачкообразно), без потери энергии, не затухая и сохраняя постоянство амплитуды.
Вслед за объяснением потенциала действия (спайк-потенциала) стало понятно значение потенциала покоя, который с эффектом ионного насоса составляет около —70 мВ.
Существуют местные потенциалы, которые распространяются на 1–2 мм и появляются в местах возникновения или торможения сигналов, обычно в дендритах.
Синаптический потенциал возникает под воздействием медиаторов в постсинаптической мембране.
В настоящее время этот феномен объясняет взаимодействие натрий-калиевой АТФазы как пример антипорта и активного транспорта. Натрий-калиевая АТФаза переносит в клетку ионы калия, а из клетки – ионы натрия, и где АТФаза выполняет роль транспорта, которая изнутри клетки «забирает» три иона натрия и затем расщепляет молекулу АТФ, присоединяя к себе фосфат, «выбрасывает» ионы натрия, в то же время отсоединяя фосфат, входят два иона калия внутрь клетки.
В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов натрия, а внутри клетки – высокая концентрация калия. Работа натрия-калия-АТФазы создает не только разность концентраций, но и разность зарядов. На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней – отрицательный.
Обоснованию теории происхождения потенциалов способствовали исследования Дюбуа-Раймона Эмиля Генриха (1818–1896), Юлиуса Бернштейна (1839–1817), Чарлза Скотта Шеррингтона (1857–1852), Ходжкина Алана Алойда (1914–1998), Хаксли Андрю Бредфорда, Джона Эклсона (1903–1997), и все эти изыскания в этом направлении проходили в течение полувека двадцатого столетия.
Немаловажным фактором в науке является приоритет открытия. Требование времени заключалось в том, что изобретение должно быть своевременно опубликовано, особенно, если в дальнейшем оспаривается авторство настоящего открытия. Ученые ведущих экономических стран XX века вышли на стартовую площадку, чтобы понять материалистическую природу нервной организации живого мира.
Материалисты и идеалисты еще продолжали оспаривать первичность мироздания, а требование времени, как ветер, уносило в неизвестность ненужные споры. Были компромиссы, но они чаще носили философский характер.
Так, например, Чарлз Шеррингтон о своей позиции, как философ, выразил свое кредо в тезисе дуалистического видения мира, что это две замкнутые и несообщающиеся между собой системы действительности, и таким образом обосновывал свободу научного эксперимента в религиозном мире.
В двадцатом веке начался научный поиск универсальности нервной деятельности человека с позиции гуманистической философии.
У Сантьяго Рамон-и-Кахаля и Чарльза Скотта Шеррингтона появились продолжатели их изысканий Джон Эклсон, Андрю Хаксли, Алан Ходжкин.
Джон Эклсон, австралийский физиолог, работал у Шеррингтона в 1927 году и в течение десяти лет с участием Катца и Каффлера разработал методику раздражения и регистрации активности нейронов спинного мозга у кошек. Исследования показали, что для работы нервно-мышечного синапса является не чисто электрическое проведение импульса, а именно разность потенциалов, которое было открыто и объяснено только в 40-50-х годах Аланом Ходжкином и Андрю Хаксли, достигается ионами, которые сами по себе являются атомами или группой атомов, несущие положительный либо отрицательный электрический заряд.
Это ознаменовало открытие, касающееся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток, тем самым установив единую природу электрических процессов, протекающих в периферической и центральной нервной системе.
Хаксли в 1902 году, продолжая работы Джулиуса Бернштейна, высказал предположение о происхождении потенциала покоя, что «поры» в мембране клетки пропускают через нее ионы калия, а ионы натрия, которые значительно крупнее, не могут проходить через мембрану клетки. Им были проведены исследования по измерению относительной величины потенциалов покоя и действия, и результаты, появившиеся в 1954 году, опровергли теорию Бернштейна, показав, что потенциал действия не может быть вызван только перемещением ионов калия, так как в этот процесс вовлечены также ионы натрия.
Для ионной теории Алан Ходжкин использовал аксоны кальмара, погружая микроэлектроды в их мембраны, и отметил, что меняется потенциал действия, но не потенциал покоя, который изменяется в зависимости от концентрации ионов натрия во внеклеточном пространстве. Пример с кальмаром, у которого средой является солевой раствор морской воды, мог быть не так убедителен. Но в 1952 году Ходжкин, Хаксли и Кац представили данное открытие уже в математической концепции, используя диалектический подход от анализа к синтезу, и подвели итог о существовании универсальности биоэлектрогенеза нервной клетки.
Следующее открытие связано с поиском химической передачи нервного импульса.
Нейротрансмиттеры – это химические соединения, относящиеся к лигандам, которые синтензируются в теле нейрона. Следует отметить, что кванты медиаторов в процессе аксонального тока попадают в окончания аксона, и в результате, когда окончаний аксона достигает нервный импульс, то в этот момент кванты медиатора попадают в синаптическую щель, обеспечивая формирование нервного импульса в последующем нейроне, вследствие взаимодействия с постсинаптическими рецепторами, при котором изменяется проницаемость постсинаптической мембраны.
Классическими медиаторами являются ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин, глицин, гамма-амино-маслянная кислота. Эту химическую передачу нервного импульса первым установил австрийский физиолог Отто Леви (1873–1961).
Физиолог и фармаколог Отто Леви открыл роль нейротрансмиттера ацетилхолина в передаче нервных импульсов. В 1903 году он проходил стажировку в лаборатории Эрнеста Старлинга в Лондоне, где Дж. Лангли и Х.К. Андерсон познакомили его с методикой исследования вегетативной нервной системы.
Он и сам был новатором во многих исследованиях. Один опыт, он поставил ночью, охваченный мыслью во время сна «что если», и это «если» привело к оригинальному решению, которое он провел в эту ночь на сердце лягушки. Он установил, что при раздражении симпатического нерва изолированного сердца лягушки выделяется вещество, которое способно стимулировать сердечную деятельность у другой лягушки. При раздражении сердечной ветви блуждающего нерва образуется вещество, тормозящее деятельность сердца. Обнаруженные факты фермента ацетилхолинэстеразы по ряду свойств идентичны ацетилхолину, которые послужили основой для создания теории химической передачи нервного возбуждения.
Несмотря на достоверность эксперимента, Отто Леви пришлось публично его доказывать в демонстрационном зале усомнившимся в факте, восемнадцать раз на одном и том же сердце лягушки.
В этот период времени сам Отто Леви сомневался о существовании химических медиаторов в автономной нервной системе. Генрих X. Дейл убедил Отто Леви провести эксперимент в этом направлении в 1936 году, который подтвердил, что основным медиатором симпатической нервной системы является норадреналин (норэпинефрин).
Г.Х. Дейл (1845–1968), физиолог и фармаколог, описал сходство между биологическими эффектами ацетилхолина и электрической стимуляцией парасимпатических нервных волокон. Он выделил в эксперименте нейротрансмиттер ацетилхолин, который был обнаружен им в нервных ганглиях вегетативной нервной системы, а не только в терминальных нервных окончаниях произвольной нервной системы.
Г. X. Дейл и О. Леви стали Нобелевскими лауреатами, и в скором времени на основе их исследований было найдено эффективное лечение препаратом ацетилхолином тяжелой болезни миастении.
Еще раз подчеркнем, что, говоря о нейромедиаторах, мы имеем в виду, что это неотъемлемые компоненты нейрона. Была обозначена роль лиганд биологических активных веществ как носителей регулирующей информации, мишенью которых служат специализированные рецепторы органов и тканей. Это стало новым направлением в нейрофармакологии. Так было установлено, что лиганды связываются только с определенными рецепторами, и от активности этого взаимодействия зависит степень родства лиганда и рецептора, а также объем связывания нейротрасмиттера от насыщаемости рецепторов.
Таким образом, фармакологическое действие лекарственных средств оказывается возможным благодаря активным центрам молекул, которые обладают свойствами, подобными лигандам природных регуляторов. На этом принципе основаны разработки, препаратов обладающих не столько антидепрессивным, сколько модулирующим действием на нейрон. Общие закономерности лигандорецепторного действия лежат в основе фармакологического эффекта, когда молекулы препарата могут вступать в контакт с нейроном, рецепторами органов и тканей.
Понимание о нейронах и его свойствах шло в духе перемен научных воззрений в обществе. Противоречия теоретических представлений с практическими возможностями использования результатов исследований привели к возникновению новой необходимости пересмотра научных позиций. Новой научной эпохе понадобилась универсальная гипотетическая теория, которая объединяет физико-математические познания всех известных фундаментальных исследований. На основе уравнений Максвелла нашло продолжение декартовское близкодействие взаимодействия и ньютоновское дальнодействие, которые были преобразованы в единую теоретическую схему, а именно, явления электричества, магнетизма и оптики в единую составляющую теорию электромагнетизма.
Далее было оценено явление гравитации Давидом Гильбертом, Германом Вейлем и Альбертом Эйнштейном, которые объединили теорию относительности и электромагнетизма в квантовую механику.
Вследствие фундаментальных взаимодействий гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного, слабого ядерного взаимодействия квантовых частиц явления интерференции и резонанса должны найти отражение в живой материи, которые поддерживают феномен нервной системы – сознание, что дает предпосылки для развития новых положений о функции нейрона, и одна парадигма сменит другую, придя на смену теории ионного взаимодействия, и будут рассматриваться другие нейронные связи на основе нанотехнологии.
Второй тезис Рамона-и-Кахаля в 1982 году был о нейротрофической регуляции. Сущность этой концепции – в диалектической связи формы и содержания. Структура нейрона включает в себя мембрану, протоплазму, аппарат Гольджи, спонгиоплазму и нейрофибриллы. Эти нейрофибриллярные нити рассматривались как независимые единицы, названные нейробионами; в этих структурах «адсорбируется возбудительная энергия», а миофибриллы участвуют в процессе нейропластичности и нейротрофичности в шванновских клетках.
Рита Леви-Монтальчини (1909–2012) подтвердила в своих работах о нейротрофических ростовых факторах, что позволило внести новое содержание в современное представление о компенсаторных функциях мозга и его пластичности.
Нейротрофилы участвуют в регуляции нейротрансмиссии в зрелых и развивающихся синапсах, которые участвуют в организации пластичности нейрональной сети. В условиях патологии нейропластичность обеспечивает восстановительную функцию мозга.
Формы пластичности многообразны: синаптические, мембранные, молекулярные и морфологические. В настоящее время отмечены некоторые компоненты нейропластичности, а это изменение порога возбудимости потенциал-связанных мембранных каналов клеток, и медиаторная реорганизация, и изменение аффинности рецепторов, структуры и активности синапсов, и формирование новых синапсов, и реконструкция конфигурации дендритов.
Во многих модельных исследованиях задокументирована регенерация нервных структур вследствие воздействия нейротрофилов.
Это поддерживающее действие легло в основу нейропротекции, которое направлено на предотвращение дегенерации нейронов, стимуляции синаптической пластичности, защиты клеток мозга от окислительного стресса и апоптоза, ослабления депозиции амилоидных образований, стимуляции нейрогенеза и предотвращения медиаторного дефицита.
Важным звеном в деструкции и нарушении митохондрий является окислительный стресс. Оксидантный стресс это процесс образования супероксидов и перекиси водорода, окислителей разрушающих клеточное содержимое, включая ДНК. Активные формы кислорода атакуют глию и нейроны, которые являются постмитотическими клетками и уязвимы к действию свободных радикалов.
В свою очередь окислительный стресс, приводящий к нарушению окислительного метаболизма, участвует в природном биологическом процессе уничтожения определенных популяций клеток – апоптозе. Отмечено, что в результате ишемии или травмы мозга, нейродегенерация отмечается избирательным поражением отдельных популяций нейронов и биохимической селективностью.
Нейротрофины играют особую роль в нейрогенезе в регулируемой трансформации нейральных стволовых клеток в нейроны, астроциты и олигодендроциты.
В 1960-е годы с помощью зН-тимидиновой радиоавтографии было установленно, что наличие недифференцированных структур в неокортесе, гиппокампе и обонятельной луковице, в дальнейшем которые потом становились зрелыми нервными клетками. Нейральные стволовые клетки рассматриваются как мультипотентные стволовые клетки, которые при определенных условиях трансформироваться в специализированные нейроны, астроциты, олигодендроциты. Нейрогенез происходит в основном в субвентральной зоне бокового желудочка и субангулярной зоне зубчатой извилины.
Нейрон
Нейрон – особая нервная клетка со всеми ее отростками – аксонами и дендритами, которая обладает высокой степенью раздражимости, способностью реагировать на сигналы определенной формы и интенсивности, с переменным биоэлектрическим потенциалом через нервные импульсы, обеспечивая передачу их с другими нейронами и структурами органов и тканей.Каждый нейрон в процессе онтогенеза трансформируется из одного нейробласта и является генетической и трофической единицей.
В настоящее время не существует единой классификации нейронов, поэтому в методическом изложении сути предмета болезни, синдрома или феномена встречаются затруднения понимания как в узком, так и в широком подходе специалистов. Нейроны дифференцируют по форме: пирамидные, грушевидные, корзинчатые; по количеству отростков: безаксонные, униполярные, биполярные, мультиполярные, псевдоуниполярные; длине: клетки Гольджи 1 и 11 типа; по функции: чувствительные, двигательные, вставочные, по характеру вырабатываемых в них медиаторов: холинергические, серотонинергические, допаминергические, ГАМКергические, глицинергические и другие.
Классифицировать нейроны по количеству отростков не нашло приверженцев, но тем не менее выделяют, к примеру, безаксонные нейроны, которые находятся вблизи спинного мозга в межпозвонковых ганглиях; униполярные нейроны – это нейроны с одним отростком в сенсорном ядре тройничного нерва в среднем мозге; биполярные – это один аксон и один дендрит, расположенный в специализированных сенсорных органах, в сетчатке глаза, обонятельном эпителии и луковице, слуховых и вестибулярных ганглиях; мультиполярные нейроны имеют один аксон и несколько дендритов; отличительную особенность имеют псевдоуниполярные нейроны, когда от тела отходит один отросток, который Т-образно делится и покрыт миелиновой оболочкой и представляет собой аксон, где по одной ветви проходит возбуждение, а по другой – от тела, где дендриты являются началом этого разветвления, и находится вне клетки, и эти нейроны встречаются в спинальных ганглиях.
Нейроны соединяются между собой следующими способами: при протоплазматическом способе отросток одной нервной клетки переходит в отросток другой клетки, при эфаптическом имеется электротоническое взаимодействие, при синаптическом способе происходит связь между нейронами и клетками, не принадлежащая нервной системе, а именно мышечные, желудочные, сосудистые ткани. Рассматривают также и по месту положения, и по знаку их действия (возбуждение или торможение) сигналы, зачастую смешанные электро-химические.
При клиническом обосновании симптома, синдрома специалистами по неврологии используется тот или иной методологический прием. При клиническом исследовании рефлексов, определении расстройств чувствительности или по результатам лабораторных исследований нейромедиаторов, при анализе которых судят о целости и функциональности прежде всего нейрона как целостной морфофункциональной системы единой нервной клетки. Исследователь при изучении нормы и патологии нервной системы вынужден взять за основу, прежде всего в неврологии, именно саму сущность функционирования нейрона.
Открытие природы нейрона определило дальнейшее развитие неврологии как динамической естественно-научной дисциплины. Первое признание открытия нейрона связано с именами, которые заслуженно стали лауреатами Нобелевской премии в 1906 году: испанский врач Сантьяго Рамон-и-Кахаль и гистолог и итальянский исследователь Камилло Гольджи, который впервые освоил метод окрашивания нервных клеток, используя слабый раствор нитрата серебра.
Одаренность Рамон-и-Кахаля состояла в том, что он обладал талантом художника, который первый оценил его отец, профессор прикладной анатомии университета в Сарагосе, приобщив к медицине в подготовке анатомического атласа. В дальнейшем Рамон-и-Кахаль сам стал профессором гистологии и патологической анатомии в Барселоне и подготовил к печати «Руководство по гистологии и микрографии» (1889 г.), а также самостоятельно изучал строение тканей с помощью обычного микроскопа.
Следует отметить, что изучение нервной системы не носило изолированный характер одиночек: в разных уголках научного мира приходили к единому мнению о целостности мира, что свидетельствует о наступлении эры познания природы нервной организации человека. И в эту эпоху закладывается главный камень в научный фундамент, который определил нейрон как основное звено нервной системы.
Генрих Вальдейер (1836–1921), профессор анатомии в университете Страсбурга, в 1881 году ввел понятие «нейрон», обозначая нервную клетку как функциональную единицу нервной системы, а еще в 1888 году предложил понятие «хромосома» для описания клеточного ядра, что получило потом продолжение в учении о генетике.
Рамон-и-Кахаль в 1886 году использовал метод окрашивания по Гольджи нитратом серебра и в дальнейшем сам усовершенствовал этот метод, который привел к открытию нейрона и радикально изменил «нейронную доктрину», которая утверждала, что нервная система, состоящая из многочисленных клеток, представляет собой единую сеть. Утверждение, что нейрон – это целостная генетическая и трофическая система оппонируется оспариванием данного подхода и в наше время, да и сам Гольжди являлся прежде всего защитником «ретикулярной теории», но на тот период времени принятие факта о нейроне стало эпохальным открытием в науке нейробиологии. Рамон-и-Кахаль явился основоположником нейробиологии.
Другой исследователь, Чарлз Шеррингтон, который встретился в 1886 году с Рамон-и-Кахалем и ознакомился с его работами, пришел к разрешению другой важной проблемы неврологии. Он дал объяснение, что в природе существуют двигательные и чувствительные нейроны с различными функциями, взаимодействующие в синапсах, и через эти структуры обеспечивается передача сигнала между отростками соседних нейронов.
Шеррингтон и Рамон-и-Кахаль ввели в научный оборот понятие принципа динамической поляризации, согласно которому нервные импульсы поступают в клетку по дендритам к телу и выходят из нейрона только по аксону.
Рамон-и Кахалем были опубликованы более 100 статей только на испанском языке, что и послужило малоизвестности научного открытия.
В 1900–1901 годах его работы были переведены на немецкий язык и после этого пришла научная известность автора, что привело к новому витку изучения церебральной локализации определенных специализированных функций различных областей головного мозга.
Закономерной последовательности в изучении нервной системы не отмечалось, что было связано, прежде всего, с возможностями научно-технического потенциала общества.
После предположенной нейронной теории научному сообществу многие исследователи устремили свои изыскания в поисках способа передачи информации по нейронам. Ответ на вопрос, что приводит к временным изменениям свойств клеточных мембран, если в биологической ткани, вызванные раздражителем, не ограничиваются местом его воздействия, а возникнув, быстро передвигаются на соседние участки мембраны, по которым нервный импульс перемещается по нервной клетке в направлении от дендрита в тело клетки и далее в аксон.
Было выяснено, что мембранный потенциал вследствие эффекта ионного насоса в зависимости от происходящих в ней активных химических процессов обеспечивает передвижение ионов через мембрану в направлении, противоположном градиентам их концентрации.
И тут назрела другая проблема: а что означает потенциал действия и потенциал покоя.
Исследователи пришли к мнению, что сигналы – это биоэлектрические токи, генерируемые поверхностной мембраной нейрона, которые перемещают заряд, обусловленный создаваемой в них концентрацией ионов натрия, калия, кальция и хлора. Изменение мембранного потенциала зависит от уровня потенциала покоя (—70 мВ) до (—55 мВ), который приводит к перемещению через мембрану положительно заряженных ионов. При этом возникает деполяризация мембранного потенциала по феномену «все или ничего» и достигает величины потенциально + 40 мВ. Вследствие этого положительно заряженные ионы, составляющие потенциал действия, перемещаются вдоль аксона, вызывая дополнительный эффект проникновения ионов (атомов) и деполяризацию мембраны в зоне каждого перехвата Ранвье. В итоге потенциал действия не истощается, а перемещается от одного перехвата Ранвье к другому сальтаторно (скачкообразно), без потери энергии, не затухая и сохраняя постоянство амплитуды.
Вслед за объяснением потенциала действия (спайк-потенциала) стало понятно значение потенциала покоя, который с эффектом ионного насоса составляет около —70 мВ.
Существуют местные потенциалы, которые распространяются на 1–2 мм и появляются в местах возникновения или торможения сигналов, обычно в дендритах.
Синаптический потенциал возникает под воздействием медиаторов в постсинаптической мембране.
В настоящее время этот феномен объясняет взаимодействие натрий-калиевой АТФазы как пример антипорта и активного транспорта. Натрий-калиевая АТФаза переносит в клетку ионы калия, а из клетки – ионы натрия, и где АТФаза выполняет роль транспорта, которая изнутри клетки «забирает» три иона натрия и затем расщепляет молекулу АТФ, присоединяя к себе фосфат, «выбрасывает» ионы натрия, в то же время отсоединяя фосфат, входят два иона калия внутрь клетки.
В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов натрия, а внутри клетки – высокая концентрация калия. Работа натрия-калия-АТФазы создает не только разность концентраций, но и разность зарядов. На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней – отрицательный.
Обоснованию теории происхождения потенциалов способствовали исследования Дюбуа-Раймона Эмиля Генриха (1818–1896), Юлиуса Бернштейна (1839–1817), Чарлза Скотта Шеррингтона (1857–1852), Ходжкина Алана Алойда (1914–1998), Хаксли Андрю Бредфорда, Джона Эклсона (1903–1997), и все эти изыскания в этом направлении проходили в течение полувека двадцатого столетия.
Немаловажным фактором в науке является приоритет открытия. Требование времени заключалось в том, что изобретение должно быть своевременно опубликовано, особенно, если в дальнейшем оспаривается авторство настоящего открытия. Ученые ведущих экономических стран XX века вышли на стартовую площадку, чтобы понять материалистическую природу нервной организации живого мира.
Материалисты и идеалисты еще продолжали оспаривать первичность мироздания, а требование времени, как ветер, уносило в неизвестность ненужные споры. Были компромиссы, но они чаще носили философский характер.
Так, например, Чарлз Шеррингтон о своей позиции, как философ, выразил свое кредо в тезисе дуалистического видения мира, что это две замкнутые и несообщающиеся между собой системы действительности, и таким образом обосновывал свободу научного эксперимента в религиозном мире.
В двадцатом веке начался научный поиск универсальности нервной деятельности человека с позиции гуманистической философии.
У Сантьяго Рамон-и-Кахаля и Чарльза Скотта Шеррингтона появились продолжатели их изысканий Джон Эклсон, Андрю Хаксли, Алан Ходжкин.
Джон Эклсон, австралийский физиолог, работал у Шеррингтона в 1927 году и в течение десяти лет с участием Катца и Каффлера разработал методику раздражения и регистрации активности нейронов спинного мозга у кошек. Исследования показали, что для работы нервно-мышечного синапса является не чисто электрическое проведение импульса, а именно разность потенциалов, которое было открыто и объяснено только в 40-50-х годах Аланом Ходжкином и Андрю Хаксли, достигается ионами, которые сами по себе являются атомами или группой атомов, несущие положительный либо отрицательный электрический заряд.
Это ознаменовало открытие, касающееся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток, тем самым установив единую природу электрических процессов, протекающих в периферической и центральной нервной системе.
Хаксли в 1902 году, продолжая работы Джулиуса Бернштейна, высказал предположение о происхождении потенциала покоя, что «поры» в мембране клетки пропускают через нее ионы калия, а ионы натрия, которые значительно крупнее, не могут проходить через мембрану клетки. Им были проведены исследования по измерению относительной величины потенциалов покоя и действия, и результаты, появившиеся в 1954 году, опровергли теорию Бернштейна, показав, что потенциал действия не может быть вызван только перемещением ионов калия, так как в этот процесс вовлечены также ионы натрия.
Для ионной теории Алан Ходжкин использовал аксоны кальмара, погружая микроэлектроды в их мембраны, и отметил, что меняется потенциал действия, но не потенциал покоя, который изменяется в зависимости от концентрации ионов натрия во внеклеточном пространстве. Пример с кальмаром, у которого средой является солевой раствор морской воды, мог быть не так убедителен. Но в 1952 году Ходжкин, Хаксли и Кац представили данное открытие уже в математической концепции, используя диалектический подход от анализа к синтезу, и подвели итог о существовании универсальности биоэлектрогенеза нервной клетки.
Следующее открытие связано с поиском химической передачи нервного импульса.
Нейротрансмиттеры – это химические соединения, относящиеся к лигандам, которые синтензируются в теле нейрона. Следует отметить, что кванты медиаторов в процессе аксонального тока попадают в окончания аксона, и в результате, когда окончаний аксона достигает нервный импульс, то в этот момент кванты медиатора попадают в синаптическую щель, обеспечивая формирование нервного импульса в последующем нейроне, вследствие взаимодействия с постсинаптическими рецепторами, при котором изменяется проницаемость постсинаптической мембраны.
Классическими медиаторами являются ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин, глицин, гамма-амино-маслянная кислота. Эту химическую передачу нервного импульса первым установил австрийский физиолог Отто Леви (1873–1961).
Физиолог и фармаколог Отто Леви открыл роль нейротрансмиттера ацетилхолина в передаче нервных импульсов. В 1903 году он проходил стажировку в лаборатории Эрнеста Старлинга в Лондоне, где Дж. Лангли и Х.К. Андерсон познакомили его с методикой исследования вегетативной нервной системы.
Он и сам был новатором во многих исследованиях. Один опыт, он поставил ночью, охваченный мыслью во время сна «что если», и это «если» привело к оригинальному решению, которое он провел в эту ночь на сердце лягушки. Он установил, что при раздражении симпатического нерва изолированного сердца лягушки выделяется вещество, которое способно стимулировать сердечную деятельность у другой лягушки. При раздражении сердечной ветви блуждающего нерва образуется вещество, тормозящее деятельность сердца. Обнаруженные факты фермента ацетилхолинэстеразы по ряду свойств идентичны ацетилхолину, которые послужили основой для создания теории химической передачи нервного возбуждения.
Несмотря на достоверность эксперимента, Отто Леви пришлось публично его доказывать в демонстрационном зале усомнившимся в факте, восемнадцать раз на одном и том же сердце лягушки.
В этот период времени сам Отто Леви сомневался о существовании химических медиаторов в автономной нервной системе. Генрих X. Дейл убедил Отто Леви провести эксперимент в этом направлении в 1936 году, который подтвердил, что основным медиатором симпатической нервной системы является норадреналин (норэпинефрин).
Г.Х. Дейл (1845–1968), физиолог и фармаколог, описал сходство между биологическими эффектами ацетилхолина и электрической стимуляцией парасимпатических нервных волокон. Он выделил в эксперименте нейротрансмиттер ацетилхолин, который был обнаружен им в нервных ганглиях вегетативной нервной системы, а не только в терминальных нервных окончаниях произвольной нервной системы.
Г. X. Дейл и О. Леви стали Нобелевскими лауреатами, и в скором времени на основе их исследований было найдено эффективное лечение препаратом ацетилхолином тяжелой болезни миастении.
Еще раз подчеркнем, что, говоря о нейромедиаторах, мы имеем в виду, что это неотъемлемые компоненты нейрона. Была обозначена роль лиганд биологических активных веществ как носителей регулирующей информации, мишенью которых служат специализированные рецепторы органов и тканей. Это стало новым направлением в нейрофармакологии. Так было установлено, что лиганды связываются только с определенными рецепторами, и от активности этого взаимодействия зависит степень родства лиганда и рецептора, а также объем связывания нейротрасмиттера от насыщаемости рецепторов.
Таким образом, фармакологическое действие лекарственных средств оказывается возможным благодаря активным центрам молекул, которые обладают свойствами, подобными лигандам природных регуляторов. На этом принципе основаны разработки, препаратов обладающих не столько антидепрессивным, сколько модулирующим действием на нейрон. Общие закономерности лигандорецепторного действия лежат в основе фармакологического эффекта, когда молекулы препарата могут вступать в контакт с нейроном, рецепторами органов и тканей.
Понимание о нейронах и его свойствах шло в духе перемен научных воззрений в обществе. Противоречия теоретических представлений с практическими возможностями использования результатов исследований привели к возникновению новой необходимости пересмотра научных позиций. Новой научной эпохе понадобилась универсальная гипотетическая теория, которая объединяет физико-математические познания всех известных фундаментальных исследований. На основе уравнений Максвелла нашло продолжение декартовское близкодействие взаимодействия и ньютоновское дальнодействие, которые были преобразованы в единую теоретическую схему, а именно, явления электричества, магнетизма и оптики в единую составляющую теорию электромагнетизма.
Далее было оценено явление гравитации Давидом Гильбертом, Германом Вейлем и Альбертом Эйнштейном, которые объединили теорию относительности и электромагнетизма в квантовую механику.
Вследствие фундаментальных взаимодействий гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного, слабого ядерного взаимодействия квантовых частиц явления интерференции и резонанса должны найти отражение в живой материи, которые поддерживают феномен нервной системы – сознание, что дает предпосылки для развития новых положений о функции нейрона, и одна парадигма сменит другую, придя на смену теории ионного взаимодействия, и будут рассматриваться другие нейронные связи на основе нанотехнологии.
Второй тезис Рамона-и-Кахаля в 1982 году был о нейротрофической регуляции. Сущность этой концепции – в диалектической связи формы и содержания. Структура нейрона включает в себя мембрану, протоплазму, аппарат Гольджи, спонгиоплазму и нейрофибриллы. Эти нейрофибриллярные нити рассматривались как независимые единицы, названные нейробионами; в этих структурах «адсорбируется возбудительная энергия», а миофибриллы участвуют в процессе нейропластичности и нейротрофичности в шванновских клетках.
Рита Леви-Монтальчини (1909–2012) подтвердила в своих работах о нейротрофических ростовых факторах, что позволило внести новое содержание в современное представление о компенсаторных функциях мозга и его пластичности.
Нейротрофилы участвуют в регуляции нейротрансмиссии в зрелых и развивающихся синапсах, которые участвуют в организации пластичности нейрональной сети. В условиях патологии нейропластичность обеспечивает восстановительную функцию мозга.
Формы пластичности многообразны: синаптические, мембранные, молекулярные и морфологические. В настоящее время отмечены некоторые компоненты нейропластичности, а это изменение порога возбудимости потенциал-связанных мембранных каналов клеток, и медиаторная реорганизация, и изменение аффинности рецепторов, структуры и активности синапсов, и формирование новых синапсов, и реконструкция конфигурации дендритов.
Во многих модельных исследованиях задокументирована регенерация нервных структур вследствие воздействия нейротрофилов.
Это поддерживающее действие легло в основу нейропротекции, которое направлено на предотвращение дегенерации нейронов, стимуляции синаптической пластичности, защиты клеток мозга от окислительного стресса и апоптоза, ослабления депозиции амилоидных образований, стимуляции нейрогенеза и предотвращения медиаторного дефицита.
Важным звеном в деструкции и нарушении митохондрий является окислительный стресс. Оксидантный стресс это процесс образования супероксидов и перекиси водорода, окислителей разрушающих клеточное содержимое, включая ДНК. Активные формы кислорода атакуют глию и нейроны, которые являются постмитотическими клетками и уязвимы к действию свободных радикалов.
В свою очередь окислительный стресс, приводящий к нарушению окислительного метаболизма, участвует в природном биологическом процессе уничтожения определенных популяций клеток – апоптозе. Отмечено, что в результате ишемии или травмы мозга, нейродегенерация отмечается избирательным поражением отдельных популяций нейронов и биохимической селективностью.
Нейротрофины играют особую роль в нейрогенезе в регулируемой трансформации нейральных стволовых клеток в нейроны, астроциты и олигодендроциты.
В 1960-е годы с помощью зН-тимидиновой радиоавтографии было установленно, что наличие недифференцированных структур в неокортесе, гиппокампе и обонятельной луковице, в дальнейшем которые потом становились зрелыми нервными клетками. Нейральные стволовые клетки рассматриваются как мультипотентные стволовые клетки, которые при определенных условиях трансформироваться в специализированные нейроны, астроциты, олигодендроциты. Нейрогенез происходит в основном в субвентральной зоне бокового желудочка и субангулярной зоне зубчатой извилины.