26.1: Анатомія нервової системи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4037

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть основні анатомічні особливості нервової системи
Поясніть, чому немає нормальної мікробіоти нервової системи
Поясніть, як мікроорганізми долають захисні сили нервової системи, щоб викликати інфекцію
Виявити і описати загальні симптоми, пов'язані з різними інфекціями нервової системи

Клінічна спрямованість: Частина 1

Девід - 35-річний тесляр з Нью-Джерсі. Рік тому йому діагностували хворобу Крона, хронічне запальне захворювання кишечника, яке не має відомої причини. Він приймав кортикостероїд за рецептом для управління станом, і препарат був високоефективним у збереженні його симптомів в страху. Однак Девід недавно захворів і вирішив відвідати свого лікаря первинної ланки. Його симптоми включали лихоманку, постійний кашель і задишку. Його лікар призначив рентген грудної клітини, який виявив ущільнення правої легені. Лікар призначив курс левофлоксацину і сказав Давиду повернутися через тиждень, якщо йому не стало краще.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Який тип препарату є левофлоксацин?
Який тип мікробів був би ефективний проти цього препарату?
Який тип інфекції відповідає симптомам Девіда?

Нервову систему людини можна розділити на дві взаємодіючі підсистеми: периферичну нервову систему (ПНС) і центральну нервову систему (ЦНС). ЦНС складається з головного і спинного мозку. Периферична нервова система являє собою розгалужену мережу нервів, що з'єднують ЦНС з м'язами і сенсорними структурами. Взаємозв'язок цих систем проілюстровано на малюнку\(\PageIndex{1}\).

Центральна нервова система

Мозок - найскладніший і чутливий орган в організмі. Він відповідає за всі функції організму, в тому числі служить координаційним центром всіх відчуттів, рухливості, емоцій, інтелекту. Захист для мозку забезпечують кістки черепа, які в свою чергу покриваються волосистою частиною голови, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Шкіра голови складається з зовнішнього шару шкіри, який вільно прикріплений до апоневрозу, плоского широкого сухожильного шару, який закріплює поверхневі шари шкіри. Окістя, нижче апоневроза, міцно охоплює кістки черепа і забезпечує захист, живлення кістки та здатність до відновлення кісток. Нижче кісткового шару черепа розташовані три шари оболонок, званих мозковими оболонками, які оточують мозок. Відносні положення цих мозкових оболонок наведено на малюнку\(\PageIndex{2}\). Менінгеальний шар, найближчий до кісток черепа, називається твердою мозковою оболонкою (буквально означає жорстку матір). Нижче твердої мозкової оболонки лежить павутинна матер (буквально павукоподібна мати). Самий внутрішній менінгеальний шар - це ніжна мембрана під назвою pia mater (буквально ніжна мати). На відміну від інших менінгеальних шарів, піа матер міцно прилягає до звивистій поверхні мозку. Між павутинної матер і піа матер знаходиться субарахноїдальний простір. Субарахноїдальний простір в межах цієї області заповнено спинномозковою рідиною (спинномозковою рідиною). Ця водяниста рідина виробляється клітинами судинного сплетення - ділянками в кожному шлуночку мозку, які складаються з кубоїдальних епітеліальних клітин, що оточують щільні капілярні русла. СМР служить для доставки поживних речовин і видалення відходів з нервових тканин.

Діаграма шарів навколо мозку. Піа матер - це тонке покриття, яке знаходиться на поверхні мозку. Навколо цього знаходиться спинномозкова рідина (спинномозкова рідина), область, яка містить кровоносні судини. Павутинний підтримує цей простір. Тверда мозкова оболонка є наступним шаром і товста. Ці три шари (тверда мозкова оболонка, павутинна і піа матер) складають мозкові оболонки. Наступний шар назовні - кістка. Наступний шар - тонкий окістя, потім тонкий апоневроз, і, нарешті, шкіра. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Шари тканини, що оточують людський мозок, включають три менінгеальні оболонки: тверду мозкову оболонку, павутинну матер та піа матер. (кредит: модифікація роботи Національними інститутами охорони здоров'я)

Гематоенцефалічний бар'єр

Тканини ЦНС мають додатковий захист в тому, що вони не піддаються впливу крові або імунної системи так само, як інші тканини. Кровоносні судини, які постачають мозок поживними речовинами та іншими хімічними речовинами, лежать на вершині pia mater. Капіляри, пов'язані з цими кровоносними судинами в мозку, менш проникні, ніж ті, що знаходяться в інших місцях тіла. Клітини ендотелію капілярів утворюють щільні з'єднання, які контролюють перенесення компонентів крові в мозок. Крім того, черепні капіляри мають набагато менше фенестр (пореподібних структур, які ущільнені мембраною) і піноцитотичних бульбашок, ніж інші капіляри. В результаті матеріали в кровоносній системі мають дуже обмежену здатність безпосередньо взаємодіяти з ЦНС. Це явище називають гематоенцефалічним бар'єром.

Гематоенцефалічний бар'єр захищає спинномозкову рідину від забруднення і може бути досить ефективним для виключення потенційних мікробних збудників. Як наслідок цих захисних сил, нормальної мікробіоти в спинномозковій рідині немає. Гематоенцефалічний бар'єр також гальмує рух багатьох ліків у мозок, особливо сполук, які не розчинні в ліпіді. Це має глибокі наслідки для лікування інфекцій ЦНС, оскільки препаратам важко перетнути гематоенцефалічний бар'єр для взаємодії з патогенами, які викликають інфекції.

Спинний мозок також має захисні структури, схожі на ті, що оточують головний мозок. Всередині кісток хребців знаходяться мозкові оболонки твердої мозкової оболонки (іноді називають дуральної оболонкою), павутинної матер, піа матер, і кров'яно-спинномозковий бар'єр, який контролює передачу компонентів крові з кровоносних судин, пов'язаних зі спинним мозком.

Щоб викликати інфекцію в ЦНС, збудники повинні успішно порушити гематоенцефалічний бар'єр або гематоенцефалічний бар'єр. Різні збудники використовують різні фактори вірулентності та механізми для досягнення цього, але їх, як правило, можна згрупувати в чотири категорії: міжклітинні (також звані парацелюлярними), трансклітинні, полегшені лейкоцитами та негематогенні. Міжклітинний вхід передбачає використання мікробних факторів вірулентності, токсинів або процесів, опосередкованих запаленням, для проходження між клітинами гематоенцефалічного бар'єру. При трансклітинному введенні збудник проходить через клітини гематоенцефалічного бар'єру за допомогою факторів вірулентності, які дозволяють йому дотримуватися і запускати поглинання вакуоль- або рецепторно-опосередкованими механізмами. Лейкоцитарно-полегшений вхід - це троянсько-кінський механізм, який виникає, коли збудник заражає лейкоцити периферичної крові для безпосереднього потрапляння в ЦНС. Негематогенне потрапляння дозволяє збудникам проникати в мозок, не стикаючись з гематоенцефалічним бар'єром; це відбувається, коли збудники подорожують або по нюховому, або трійчастого черепно-мозкових нервів, які ведуть безпосередньо в ЦНС.

Посилання на навчання

Подивіться це відео про гематоенцефалічний бар'єр

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Яка первинна функція гематоенцефалічного бар'єру?

Периферична нервова система

ПНС формується з нервів, які з'єднують органи, кінцівки та інші анатомічні структури тіла з головним і спинним мозком. На відміну від головного і спинного мозку ПНС не захищена ні кісткою, ні мозковими оболонками, ні кров'яним бар'єром, і, як наслідок, нерви ПНС набагато більше схильні до травм і інфекції. Мікробне пошкодження периферичних нервів може призвести до поколювання або оніміння, відомого як нейропатія. Ці симптоми також можуть бути викликані травмою та неінфекційними причинами, такими як наркотики або хронічні захворювання, такі як діабет.

Клітини нервової системи

Тканини ПНС і ЦНС утворюються з клітин, званих гліальними клітинами (нейрогліальними клітинами) і нейронами (нервовими клітинами). Гліальні клітини допомагають в організації нейронів, забезпечують ешафот для деяких аспектів функції нейронів та допомагають у відновленні після нервової травми.

Нейрони - це спеціалізовані клітини, знайдені по всій нервовій системі, які передають сигнали через нервову систему за допомогою електрохімічних процесів. Базова будова нейрона показана на малюнку\(\PageIndex{3}\). Клітинне тіло (або сома) є метаболічним центром нейрона і містить ядро і більшу частину органел клітини. Багато тонко розгалужених розширень від соми називаються дендритами. Сома також виробляє подовжене розширення, яке називається аксоном, який відповідає за передачу електрохімічних сигналів через складні процеси транспортування іонів. Аксони деяких типів нейронів можуть простягатися в організмі людини до одного метра в довжину. Для полегшення передачі електрохімічного сигналу деякі нейрони мають мієлінову оболонку, що оточує аксон. Мієлін, утворений з клітинних мембран гліальних клітин на зразок клітин Шванна в ПНС і олігодендроцитів в ЦНС, оточує і ізолює аксон, значно збільшуючи швидкість передачі електрохімічного сигналу по аксону. Кінець аксона утворює численні гілки, які закінчуються цибулинами, званими синаптичними терміналами. Нейрони утворюють з'єднання з іншими клітинами, такими як інший нейрон, з яким вони обмінюються сигналами. Зв'язки, які насправді є проміжками між нейронами, називаються синапсами. На кожному синапсі є пресинаптичний нейрон і постсинаптичний нейрон (або інша клітина). Синаптичні термінали аксона пресинаптичного терміналу утворюють синапс з дендритами, сомою або іноді аксоном постсинаптичного нейрона, або частиною іншого типу клітин, таких як м'язова клітина. Синаптичні термінали містять везикули, наповнені хімічними речовинами, званими нейромедіаторами. Коли електрохімічний сигнал, що рухається вниз по аксону, досягає синапсу, везикули зливаються з мембраною, і виділяються нейромедіатори, які дифузно через синапс і зв'язуються з рецепторами на мембрані постсинаптичної клітини, потенційно ініціюючи відповідь в цій клітині. Ця реакція в постсинаптичній клітині може включати подальше поширення електрохімічного сигналу для передачі інформації або скорочення м'язового волокна.

а) Малюнок нейрона. Тіло клітини містить ядро і має короткі проекції, звані дендритом. Клітина також має довгу проекцію, звану аксоном, загорнутим у шар, який називається мієліновою оболонкою. Шар мієлінової оболонки охоплює більшу частину аксона, але також створює непокриті простори через встановлені проміжки часу; кожен простір називається вузлом Ранв'є. Мієлінова оболонка виготовлена з олігодендроцитів. В кінці аксона знаходиться синапс. Б) Діаграма синапсу. Це область, де два нейрони об'єднуються (але вони не торкаються). Пресинаптичний нейрон вивільняє нейромедіатори в простір синапсу. Постсинаптичний нейрон має рецептори, на яких кріпляться нейромедіатори. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): (а) Мієлінований нейрон пов'язаний з олігодендроцитами. Олігодендроцити - це тип гліальної клітини, яка утворює мієлінову оболонку в ЦНС, яка ізолює аксон, щоб електрохімічні нервові імпульси передавалися ефективніше. (б) Синапс складається з аксонального кінця пресинаптичного нейрона (зверху), який вивільняє нейромедіатори, які перетинають синаптичний простір (або розщеплення) і зв'язуються з рецепторами на дендритах постсинаптичного нейрона (знизу).

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Які клітини пов'язані з нейронами, і яка їх функція?
Яка будова і функції синапсу?

Менінгіт і енцефаліт

Хоча череп забезпечує мозок відмінним захистом, він також може стати проблематичним під час інфекцій. Будь-який набряк мозку або мозкових оболонок, що виникає внаслідок запалення, може спричинити внутрішньочерепний тиск, що призводить до серйозного пошкодження тканин мозку, які мають обмежений простір для розширення всередині негнучких кісток черепа. Термін менінгіт використовується для опису запалення мозкових оболонок. Типові симптоми можуть включати сильний головний біль, лихоманку, світлобоязнь (підвищена чутливість до світла), ригідність шиї, судоми та сплутаність свідомості. Запалення мозкової тканини називається енцефалітом, і пацієнти виявляють ознаки та симптоми, подібні до менінгіту, крім млявості, судом та змін особистості. Коли запалення зачіпає як мозкові оболонки, так і мозкову тканину, стан називається менінгоенцефалітом. Всі три форми запалення серйозні і можуть призвести до сліпоти, глухоти, коми та смерті.

Менінгіт і енцефаліт можуть бути викликані багатьма різними типами мікробних збудників. Однак ці стани також можуть виникнути внаслідок неінфекційних причин, таких як травма голови, деякі види раку та певні препарати, які викликають запалення. Щоб визначити, чи викликано запалення збудником, проводиться люмбальна пункція для отримання зразка ліквору. Якщо в лікворі міститься підвищений рівень лейкоцитів і аномальний рівень глюкози і білка, це свідчить про те, що запалення є відповіддю на інфекціюінфлінін.

Вправа\(\PageIndex{4}\)

Які два типи запалення можуть впливати на ЦНС?
Чому обидві форми запалення мають такі серйозні наслідки?

Синдром Гієна-Барре

Синдром Гієна-Барре (СГБ) - рідкісний стан, якому може передувати вірусна або бактеріальна інфекція, яка призводить до аутоімунної реакції проти мієлінізованих нервових клітин. Руйнування мієлінової оболонки навколо цих нейронів призводить до втрати чутливості та функції. Першими симптомами такого стану є поколювання і слабкість в уражених тканині. Симптоми посилюються протягом декількох тижнів і можуть завершитися повним паралічем. Важкі випадки можуть бути небезпечними для життя. Інфекції декількома різними мікробними збудниками, включаючи Campylobacter jejuni (найпоширеніший фактор ризику), цитомегаловірус, вірус Епштейна-Барр, вірус вітряної віспи, Mycoplasma pneumoniae, ¹ та вірус Зіка ² були ідентифіковані як тригери для СГБ. Показано, що анти-мієлінові антитіла від пацієнтів із СГБ також визнають C. jejuni. Можливо, що перехресні реактивні антитіла, антитіла, які реагують з подібними антигенними сайтами на різних білках, можуть утворитися під час інфекції і можуть призвести до цієї аутоімунної відповіді.

СГБ ідентифікується виключно за появою клінічних симптомів. Інших діагностичних тестів немає. На щастя, більшість випадків спонтанно вирішуються протягом декількох місяців з невеликим постійним ефектом, оскільки немає доступної вакцини. СГБС можна лікувати плазмаферезом. При цій процедурі плазма пацієнта фільтрується з їх крові, видаляючи аутоантитіла.

Ключові поняття та резюме

Нервова система складається з двох підсистем: центральної нервової системи і периферичної нервової системи.
Череп і три мозкові оболонки (тверда мозкова оболонка, арахноїдальна матер і піа матер) захищають мозок.
Тканини ПНС і ЦНС формуються з клітин, званих гліальними клітинами і нейронами.
Оскільки гематоенцефалічний бар'єр виключає більшість мікробів, нормальної мікробіоти в ЦНС немає.
Деякі збудники мають специфічні фактори вірулентності, які дозволяють їм порушити гематоенцефалічний бар'єр. Запалення головного мозку або мозкових оболонок, викликане інфекцією, називається енцефалітом або менінгітом відповідно. Ці стани можуть призвести до сліпоти, глухоти, коми та смерті.

Виноски

Юкі, Нобухіро та Ганс-Пітер Хартунг, «Синдром Гієна-Барре», Медичний журнал Нової Англії 366, № 24 (2012): 2294-304.
Као-Лормо, Ван-Май, Олександр Блейк, Сандрін Монс, Стефан Ластер, Клодін Рош, Джессіка Ванхомвеген, Тімоте Дуб та ін., «Спалах синдрому Гієна-Барре, пов'язаний з вірусною інфекцією Зіка у Французькій Полінезії: дослідження кейс-контролю», Ланцет 387, № 10027 (2016): 1531-9.