Природа закладывает в развивающийся мозг очень высокий запас прочности: при эмбриогенезе образуется большой избыток нейронов. Почти 70% из них гибнут еще до рождения ребенка. Человеческий мозг продолжает терять нейроны и после рождения, на протяжении всей жизни. Такая гибель клеток генетически запрограммирована. Конечно же погибают не только нейроны, но и другие клетки организма. Только все остальные ткани обладают высокой регенерационной способностью, то есть их клетки делятся, замещая погибшие. Наиболее активно процесс регенерации идет в клетках эпителия и кроветворных органах (красный костный мозг). Но есть клетки, в которых гены, отвечающие за размножение делением, заблокированы. Помимо нейронов к таким клеткам относятся клетки сердечной мышцы. Как же люди умудряются сохранить интеллект до весьма преклонных лет, если нервные клетки погибают и не обновляются?
Схематическое изображение нервной клетки, или нейрона, которая состоит из тела с ядром, одного аксона и нескольких дендритов
Одно из возможных объяснений: в нервной системе одновременно "работают" не все, а только 10% нейронов. Этот факт часто приводится в популярной и даже научной литературе. Мне неоднократно приходилось обсуждать данное утверждение со своими отечественными и зарубежными коллегами. И никто из них не понимает, откуда взялась такая цифра. Любая клетка одновременно и живет и "работает". В каждом нейроне все время происходят обменные процессы, синтезируются белки, генерируются и передаются нервные импульсы. Поэтому, оставив гипотезу об "отдыхающих" нейронах, обратимся к одному из свойств нервной системы, а именно - к ее исключительной пластичности.
Смысл пластичности в том, что функции погибших нервных клеток берут на себя их оставшиеся в живых "коллеги", которые увеличиваются в размерах и формируют новые связи, компенсируя утраченные функции. Высокую, но не беспредельную эффективность подобной компенсации можно проиллюстрировать на примере болезни Паркинсона, при которой происходит постепенное отмирание нейронов. Оказывается, пока в головном мозге не погибнет около 90% нейронов, клинические симптомы заболевания (дрожание конечностей, ограничение подвижности, неустойчивая походка, слабоумие) не проявляются, то есть человек выглядит практически здоровым. Значит, одна живая нервная клетка может заменить девять погибших.
Нейроны отличаются друг от друга по размеру, разветвленности дендритов и длине аксонов.
Но пластичность нервной системы - не единственный механизм, позволяющий сохранить интеллект до глубокой старости. У природы имеется и запасной вариант - возникновение новых нервных клеток в головном мозге взрослых млекопитающих, или нейрогенез.
Первое сообщение о нейрогенезе появилось в 1962 году в престижном научном журнале "Science". Статья называлась "Формируются ли новые нейроны в мозге взрослых млекопитающих?". Ее автор, профессор Жозеф Олтман из Университета Пердью (США) с помощью электрического тока разрушил одну из структур мозга крысы (латеральное коленчатое тело) и ввел туда радиоактивное вещество, проникающее во вновь возникающие клетки. Через несколько месяцев ученый обнаружил новые радиоактивные нейроны в таламусе (участок переднего мозга) и коре головного мозга. В течение последующих семи лет Олтман опубликовал еще несколько работ, доказывающих существование нейрогенеза в мозге взрослых млекопитающих. Однако тогда, в 1960-е годы, его работы вызывали у нейробиологов лишь скепсис, их развития не последовало.
Понятие "глии" включает все клетки нервной ткани, не являющиеся нейронами.
И только спустя двадцать лет нейрогенез был вновь "открыт", но уже в головном мозге птиц. Многие исследователи певчих птиц обращали внимание на то, что в течение каждого брачного сезона самец канарейки Serinus canaria исполняет песню с новыми "коленами". Причем новые трели он не перенимает у собратьев, поскольку песни обновлялись и в условиях изоляции. Ученые стали детально изучать главный вокальный центр птиц, расположенный в специальном отделе головного мозга, и обнаружили, что в конце брачного сезона (у канареек он приходится на август и январь) значительная часть нейронов вокального центра погибала, - вероятно, из-за избыточной функциональной нагрузки. В середине 1980-х годов профессору Фернандо Ноттебуму из Рокфеллеровского университета (США) удалось показать, что у взрослых самцов канареек процесс нейрогенеза происходит в вокальном центре постоянно, но количество образующихся нейронов подвержено сезонным колебаниям. Пик нейрогенеза у канареек приходится на октябрь и март, то есть через два месяца после брачных сезонов. Вот почему "фонотека" песен самца канарейки регулярно обновляется.
Нейроны генетически запрограммированы на миграцию в тот или иной отдел нервной системы, где с помощью отростков они устанавливают связи с другими нервными клетками.
В конце 1980-х годов нейрогенез был также обнаружен у взрослых амфибий в лаборатории ленинградского ученого профессора А. Л. Поленова.
Откуда берутся новые нейроны, если нервные клетки не делятся? Источником новых нейронов и у птиц, и у амфибий оказались нейрональные стволовые клетки стенки желудочков мозга. Во время развития зародыша именно из этих клеток образуются клетки нервной системы: нейроны и клетки глии. Но не все стволовые клетки превращаются в клетки нервной системы - часть из них "затаивается" и ждет своего часа.
Погибшие нервные клетки уничтожаются макрофагами, попадающими в нервную систему из крови.
Этапы образования нервной трубки в зародыше человека.
Как было показано, новые нейроны появляются из стволовых клеток взрослого организма и у низших позвоночных. Однако потребовалось почти пятнадцать лет, чтобы доказать, что аналогичный процесс происходит и в нервной системе млекопитающих.
Развитие нейробиологии в начале 1990-х годов привело к обнаружению "новорожденных" нейронов в головном мозге взрослых крыс и мышей. Их находили большей частью в эволюционно древних отделах головного мозга: обонятельных луковицах и коре гиппокампа, которые отвечают главным образом за эмоциональное поведение, реакцию на стресс и регуляцию половых функций млекопитающих.
Так же, как у птиц и низших позвоночных, у млекопитающих нейрональные стволовые клетки располагаются поблизости от боковых желудочков мозга. Их перерождение в нейроны идет очень интенсивно. У взрослых крыс за месяц из стволовых клеток образуется около 250 000 нейронов, замещая 3% всех нейронов гиппокампа. Продолжительность жизни таких нейронов очень высока - до 112 дней. Стволовые нейрональные клетки преодолевают длинный путь (около 2 см). Они также способны мигрировать в обонятельную луковицу, превращаясь там в нейроны.
Обонятельные луковицы головного мозга млекопитающих отвечают за восприятие и первичную обработку различных запахов, включая и распознавание феромонов - веществ, которые по своему химическому составу близки к половым гормонам. Сексуальное поведение у грызунов регулируется в первую очередь выработкой феромонов. Гиппокамп же расположен под полушариями мозга. Функции этой сложноорганизованной структуры связаны с формированием краткосрочной памяти, реализацией некоторых эмоций и участием в формировании полового поведения. Наличие у крыс постоянного нейрогенеза в обонятельной луковице и гиппокампе объясняется тем, что у грызунов эти структуры несут основную функциональную нагрузку. Поэтому нервные клетки в них часто гибнут, а значит, их необходимо обновлять.
Для того чтобы понять, какие условия влияют на нейрогенез в гиппокампе и обонятельной луковице, профессор Гейдж из Университета Салка (США) построил миниатюрный город. Мыши там играли, занимались физкультурой, отыскивали выходы из лабиринтов. Оказалось, что у "городских" мышей новые нейроны возникали в гораздо большем количестве, чем у их пассивных сородичей, погрязших в рутинной жизни в виварии.
Cтволовые клетки можно извлечь из мозга и пересадить в другой участок нервной системы, где они превратятся в нейроны. Профессор Гейдж с коллегами провел несколько подобных экспериментов, наиболее впечатляющим среди которых был следующий. Участок мозговой ткани, содержащий стволовые клетки, пересадили в разрушенную сетчатку глаза крысы. (Светочувствительная внутренняя стенка глаза имеет "нервное" происхождение: состоит из видоизмененных нейронов - палочек и колбочек. Когда светочувствительный слой разрушается, наступает слепота.) Пересаженные стволовые клетки мозга превратились в нейроны сетчатки, их отростки достигли зрительного нерва, и крыса прозрела! Причем при пересадке стволовых клеток мозга в неповрежденный глаз никаких превращений с ними не происходило. Вероятно, при повреждении сетчатки глаза вырабатываются какие-то вещества (например, так называемые факторы роста), которые стимулируют нейрогенез. Однако точный механизм этого явления до сих пор не ясен.
Перед учеными встала задача показать, что нейрогенез идет не только у грызунов, но и у человека. Для этого исследователи под руководством профессора Гейджа недавно выполнили сенсационную работу. В одной из американских онкологических клиник группа больных, имеющих неизлечимые злокачественные новообразования, принимала химиотерапевтический препарат бромдиоксиуридин. У этого вещества есть важное свойство - способность накапливаться в делящихся клетках различных органов и тканей. Бромдиоксиуридин включается в ДНК материнской клетки и сохраняется в дочерних клетках после деления материнской. Патологоанатомическое исследование показало, что нейроны, содержащие бромдиоксиуридин, обнаруживаются практически во всех отделах мозга, включая кору больших полушарий. Значит, эти нейроны были новыми клетками, возникшими при делении стволовых клеток. Находка безоговорочно подтвердила, что процесс нейрогенеза происходит и у взрослых людей. Но если у грызунов нейрогенез идет только в гиппокампе, то у человека, вероятно, он может захватывать более обширные зоны головного мозга, включая кору больших полушарий. Недавно проведенные исследования показали, что новые нейроны во взрослом мозге могут образовываться не только из нейрональных стволовых, но из стволовых клеток крови. Открытие этого феномена вызвало в научном мире эйфорию. Однако публикация в журнале "Nature" за октябрь 2003 года во многом остудила восторженные умы. Оказалось, что стволовые клетки крови действительно проникают в мозг, но они не превращаются в нейроны, а сливаются с ними, образуя двуядерные клетки. Затем "старое" ядро нейрона разрушается, а его замещает "новое" ядро стволовой клетки крови. В организме крысы стволовые клетки крови в основном сливаются с гигантскими клетками мозжечка - клетками Пуркинье, правда, происходит это довольно редко: во всем мозжечке можно обнаружить лишь несколько слившихся клеток. Более интенсивное слияние нейронов происходит в печени и сердечной мышце. Пока совершенно непонятно, какой в этом физиологический смысл. Одна из гипотез заключается в том, что стволовые клетки крови несут с собой новый генетический материал, который, попадая в "старую" клетку мозжечка, продлевает ей жизнь.
Итак, новые нейроны могут возникать из стволовых клеток даже в мозге взрослого человека. Этот феномен уже достаточно широко применяется для лечения различных нейродегенеративных заболеваний (заболеваний, сопровождающихся гибелью нейронов головного мозга). Препараты стволовых клеток для трансплантации получают двумя способами. Первый - это использование нейрональных стволовых клеток, которые и у эмбриона, и у взрослого человека располагаются вокруг желудочков головного мозга. Второй подход - использование эмбриональных стволовых клеток. Эти клетки располагаются во внутренней клеточной массе на ранней стадии формирования зародыша. Они способны превращаться практически в любые клетки организма. Наибольшая сложность в работе с эмбриональными клетками - заставить их трансформироваться в нейроны. Новые технологии позволяют сделать это.
В некоторых лечебных учреждениях в США уже сформированы "библиотеки" нейрональных стволовых клеток, полученных из зародышевой ткани, и проводятся их пересадки пациентам. Первые попытки трансплантации дают положительные результаты, хотя на сегодняшний день врачи не могут разрешить основную проблему подобных пересадок: безудержное размножение стволовых клеток в 30-40% случаев приводит к образованию злокачественных опухолей. Пока не найдено подхода к предотвращению подобного побочного эффекта. Но, несмотря на это, трансплантация стволовых клеток, несомненно, будет одним из главных подходов в терапии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, ставших бичом развитых стран.
Как говорил герой Леонида Броневого, уездный доктор: «голова - предмет тёмный, исследованию не подлежит… ». Компактное скопление нервных клеток, называемое мозгом, хотя и давно исследуется нейрофизиологами, но ответов на все вопросы, связанные с функционированием нейронов ученые получить еще не смогли.
Суть вопроса
Некоторое время назад – вплоть до 90-х годов прошлого века, считалось, что количество нейронов в организме человека имеет постоянную величину и при утрате восстановить поврежденные нервные клетки мозга невозможно. Отчасти это утверждение действительно верно: во время развития эмбриона природой закладывается огромный резерв клеток.
Новорождённый ребенок еще до рождения теряет в результате запрограммированной клеточной гибели – апоптоза, практически 70% из сформировавшихся нейронов. Гибель нейронов продолжается в течение всей жизни.
Начиная с тридцатилетнего возраста этот процесс активизируется – человек ежедневно теряет до 50000 нейронов. В результате таких потерь мозг старого человека уменьшается примерно на 15% по сравнению с его объемом в юности и зрелых годах.
Характерно, что это явление ученые отмечают только у человека – у других млекопитающих, и в том числе и приматов, возрастного уменьшения мозга, и как следствие, старческого слабоумия не наблюдается. Возможно, это связано с тем, что животные в природе не доживают до преклонных лет.
Ученые считают, что старение мозговой ткани – естественный процесс, заложенный природой, и является следствием приобретенного человеком долголетия. На работу мозга тратится очень много энергии организма, поэтому когда в повышенной активности необходимость отпадает, природа уменьшает энергопотребление мозговой ткани, расходуя энергию на поддержание других систем организма.
Эти данные действительно подтверждают расхожее выражение, что нервные клетки не восстанавливаются. А зачем, если организму в нормальном состоянии нет необходимости восстанавливать погибшие нейроны – имеется запас клеток, с избытком рассчитанный на всю жизнь.
Наблюдение за пациентами, страдающими болезнью Паркинсона, показали, что клинические проявления заболевания проявляются, когда погибнет почти 90% нейронов среднего мозга, отвечающего за управление движениями. При гибели нейронов их функции берут на себя соседние нервные клетки. Они увеличиваются в размерах и формируют новые связи между нейронами.
Так что, если в жизни человека «…все идет по плану» , нейроны, теряемые в генетически заложенных количествах, не восстанавливаются – в этом просто нет необходимости.
Точнее, образование новых нейронов происходит. На протяжении всей жизни вырабатывается постоянно некоторое количество новых нервных клеток. Мозг приматов, в том числе и человека, производит несколько тысяч нейронов каждый день. Но естественная убыль нервных клеток все же значительно больше.
Но план может и нарушиться. Может произойти массовая гибель нейронов. Конечно, не из-за отсутствия положительных эмоций, а, например, в результате механических повреждений при травмах. Вот тут-то и вступает в действие способность к регенерации нервных клеток. Исследования ученых доказывают, что возможна пересадка тканей мозга, при которой не только не отторгается трансплантат, — внесение донорских клеток приводит к восстановлению нервной ткани реципиента.
Прецедент Тери Уоллиса
Кроме опытов над мышами, в качестве доказательства для ученых может служить случай с Терри Уоллисом, проведшим в коме после сильной автомобильной аварии двадцать лет. Родственники отказались отключить Терри от аппаратов жизнеобеспечения, после того, как медики диагностировали вегетативное состояние.
После двадцатилетнего перерыва Терри Уоллис пришел в сознание. Сейчас он уже может произносить осмысленные слова, шутить. Постепенно восстанавливаются и некоторые двигательные функции, хотя это осложняется тем, что за столь долгое время бездействия у мужчины атрофировались все мышцы тела.
Исследования мозга Терри Уоллиса, проводимые учеными, демонстрируют феноменальные явления: мозг Терри выращивает новые нервные структуры взамен утраченных при аварии.
Причем новые образования имеют форму и местоположение, отличные от обычных. Похоже, мозг выращивает новые нейроны там, где ему удобнее, не пытаясь восстановить утраченные при травме. Эксперименты, проведенные с больными, находящимися в вегетативном состоянии, доказали, что пациенты способны отвечать на вопросы и реагировать на просьбы. Правда, зафиксировать это можно только по активности мозговой системы при помощи магниторезонансной томографии. Это открытие может в корне перевернуть отношение к пациентам, впавшим в вегетативное состояние.
Увеличению количества погибающих нейронов может способствовать не только экстремальные ситуации вроде черепно-мозговых травм. Стрессы, неправильное питание, экология – все эти факторы могут увеличивать количество нервных клеток, теряемых человеком. Состояние стресса снижает и образование новых нейронов. Стрессовые ситуации, пережитые во время внутриутробного развития и в первое время после рождения, способны вызвать снижение количества нервных клеток в будущей жизни.
Как восстановить нейроны
Вместо того чтобы задаваться проблемой, можно ли вообще восстановить нервные клетки, может быть, стоит решить – а стоит ли? В докладе профессора Г.Хютера на Всемирном конгрессе психиатров рассказывалось о наблюдении над послушницами монастыря в Канаде. Многим наблюдавшимся женщинам было более ста лет. И все они демонстрировали отличное психическое и умственное здоровье: в их мозгу не было обнаружены характерных старческих дегенеративных изменений.
По мнению профессора, для сохранения нейропластичности – способности к мозговой регенерации, способствуют четыре фактора:
- прочность социальных связей и доброжелательное отношение с близкими;
- способность к обучению и реализация этой способности на протяжении всей жизни;
- равновесие между желаемым и имеющимся в реальности;
- устойчивое мировоззрение.
Все эти факторы как раз и имелись у монахинь.
Мозг новорожденного младенца содержит 100 миллиардов нервных клеток - нейронов. Считается, что их количество остается неизменным в течение всей жизни. По мере взросления человека и развития его интеллекта увеличивается не число нейронов, а число и сложность соединений между ними. Гибель нервных клеток в результате болезни или травмы невосполнима - человек теряет способность думать, чувствовать, говорить, двигаться - в зависимости от того, какие части мозга повреждены. Поэтому и бытует выражение: "нервные клетки не восстанавливаются".
На вопрос: можно ли восстановить поврежденную нервную ткань? - наука долгое время отвечала отрицательно. Однако исследования академика Российской академии естественных наук, члена Международных институтов эмбриологии и биологии развития Льва Владимировича Полежаева свидетельствуют о другом: в некоторых условиях нервные клетки могут быть восстановлены.
Академик Л. ПОЛЕЖАЕВ.
Загадки нейронов
Медикам давно известно, что при повреждении разных отделов мозга у человека нервные клетки (нейроны) теряют способность проводить электрические импульсы. Кроме того, при травмах мозга нейроны сильно изменяются: их многочисленные ветвистые отростки, принимающие и передающие нервные импульсы, исчезают, клетки сморщиваются и уменьшаются в размере. После такого превращения нейроны уже не способны выполнять свою главную работу в организме. А не работают нервные клетки - нет и мышления, эмоций, сложных проявлений психической жизни человека. Поэтому травмирование нервной ткани, особенно в головном мозге, и приводит к непоправимым последствиям. Это касается не только человека, но и млекопитающих.
А как обстоит дело с другими животными - у всех ли нервная ткань не восстанавливается после повреждения? Оказывается, у рыб, тритонов, аксолотлей, саламандр, лягушек и ящериц нервные клетки мозга способны к восстановлению.
Почему же у одних животных нервная ткань обладает способностью к регенерации, а у других нет? И так ли это на самом деле? Этот вопрос долгие годы занимал умы ученых.
Что такое, вообще, восстановление нервной ткани? Это либо появление новых нервных клеток, которые возьмут на себя функции погибших нейронов, либо возвращение изменившихся в результате травмы нервных клеток в исходное рабочее состояние.
Источником восстановления нервной ткани могут стать еще не развитые клетки глубоких слоев мозга. Они превращаются в так называемые нейробласты - предшественники нервных клеток, а затем уже - в нейроны. Это явление обнаружил в 1967 году немецкий исследователь В. Кирше - сначала у лягушек и аксолотлей, а потом еще и у крыс.
Был замечен и другой путь: после повреждения мозга сохранившиеся нервные клетки светлеют, внутри них формируются два ядра, далее разделяется пополам цитоплазма, и в результате этого разделения получается два нейрона. Так появляются новые нервные клетки. Российский биолог И. Рампан, работавший в Институте мозга, в 1956 году первым открыл именно такой способ восстановления нервной ткани у крыс, собак, волков и других видов животных.
В 1981-1985 годах американский исследователь Ф. Ноттебом обнаружил, что сходные процессы протекают у поющих самцов канареек. У них сильно увеличиваются области мозга, отвечающие за пение - как оказалось, за счет того, что в этих областях появляются новые нейроны.
В 70-е годы в Киевском и Саратовском университетах, в Московском медицинском институте исследователи изучали крыс и собак с повреждениями различных участков мозга. Под микроскопом удалось проследить, как по краям раны нервные клетки размножаются и появляются новые нейроны. Однако нервная ткань в области травмы полностью не восстанавливалась. Напрашивался вопрос: нельзя ли как-то стимулировать процесс деления клеток и тем самым вызвать появление новых нейронов?
Трансплантация нервной ткани
Ученые пытались решить проблему восстановления нервной ткани таким путем - пересадить нервную ткань, взятую от взрослых млекопитающих, в головной мозг других животных того же вида. Но эти попытки не привели к успеху - пересаженная ткань рассасывалась. В 1962-1963 годах автор статьи и его сотрудница Э. Н. Карнаухова пошли другим путем - они осуществили пересадку кусочка мозга от одной крысы к другой, используя для трансплантации растертую, бесклеточную нервную ткань. Опыт оказался удачным - ткань мозга у животных восстановилась.
В 70-е годы во многих странах мира стали проводить пересадки в головной мозг нервной ткани не взрослых животных, а зародышей. При этом эмбриональная нервная ткань не отторгалась, а приживлялась, развивалась и соединялась с нервными клетками мозга хозяина, то есть чувствовала себя как дома. Этот парадоксаль ный факт исследователи объяснили тем, что эмбриональная ткань более устойчива, чем взрослая.
Кроме того, у этого метода были и другие преимущества - кусочек эмбриональной ткани не отторгался при трансплантации. Почему? Все дело в том, что ткань мозга отделена от остальной внутренней среды организма так называемым гематоэнцефалическим барьером. Этот барьер не пропускает в мозг крупные молекулы и клетки из других частей тела. Гематоэнцефалический барьер состоит из плотно сомкнутых клеток внутренней части тонких кровеносных сосудов мозга. Нарушенный во время пересадки нервной ткани гематоэнцефалический барьер через некоторое время восстанавливается. Все, что расположено внутри барьера - в том числе и пересаженный кусочек эмбриональной нервной ткани, - организм считает "своим". Этот кусочек оказывается как бы в привилегированном положении. Поэтому иммунные клетки, обычно способствующие отторжению всего чужеродного, на этот кусочек не реагируют, и он успешно приживается в мозге. Пересаженные нейроны своими отростками соединяются с отростками нейронов хозяина и буквально врастают в тонкую и сложную структуру коры головного мозга.
Важную роль играет и такой факт: при трансплантации из разрушенной нервной ткани и хозяина, и трансплантата выделяются продукты распада нервной ткани. Они каким-то образом омолаживают нервную ткань хозяина. В результате мозг практически полностью восстанавливается.
Этот метод пересадки нервной ткани стал быстро распространяться в разных странах мира. Оказалось, что трансплантацию нервной ткани можно осуществлять и у людей. Так появилась возможность лечить некоторые неврологические и психические заболевания.
Например, при болезни Паркинсона у больного разрушается особый отдел мозга - черная субстанция. В ней вырабатывается вещество - дофамин, которое у здоровых людей передается по нервным отросткам в соседнюю часть мозга и осуществляет регуляцию разнообразных движений. При болезни Паркинсона этот процесс нарушается. Человек не может совершать целенаправленные движения, руки его дрожат, тело постепенно теряет подвижность.
Сегодня с помощью эмбриональной трансплантации в Швеции, Мексике, США, на Кубе прооперирова но уже несколько сотен пациентов с болезнью Паркинсона. Они вновь обрели способность двигаться, а некоторые вернулись к работе.
Пересадка эмбриональной нервной ткани в область раны может помочь и при тяжелых травмах головы. Такая работа проводится сейчас в Институте нейрохирургии в Киеве, которым руководит академик А. П. Ромоданов, и в некоторых американских клиниках.
С помощью эмбриональной трансплантации нервной ткани удалось улучшить состояние пациентов с так называемой болезнью Гентингтона, при которой человек не может контролировать свои движения. Это связано с нарушением работы некоторых частей мозга. После трансплантации эмбриональной нервной ткани в пораженную область больной постепенно обретает контроль над своими движениями.
Возможно, что медикам удастся с помощью пересадки нервной ткани улучшить память и познаватель ные способности тех пациентов, чей мозг разрушен болезнью Альцгеймера.
Нейроны могут восстанавливаться
В лаборатории экспериментальной нейрогенетики Института общей генетики им. Н. И. Вавилова АН СССР несколько лет проводили опыты на животных, чтобы установить причины гибели нервных клеток и понять возможности их восстановления. Автор статьи и его сотрудники обнаружили, что в условиях острого кислородного голодания некоторые нейроны сморщивались или растворялись, остальные же как-то боролись с нехваткой кислорода. Однако при этом в нейронах резко снижалась выработка белка и нуклеиновых кислот, и клетки теряли способность проводить нервные импульсы.
После кислородного голодания в головной мозг крыс пересаживали кусочек эмбриональной нервной ткани. Трансплантаты успешно приживлялись. Отростки их нейронов соединялись с отростками нейронов мозга хозяина. Исследователи обнаружили, что этот процесс как-то усиливают продукты распада нервной ткани, которые выделяются при операции. По-видимому, именно они стимулировали регенерацию нервных клеток. Благодаря каким-то веществам, содержащимся в разрушенной нервной ткани, сморщенные и уменьшившиеся в размере нейроны постепенно восстанавливали свой обычный внешний вид. В них начиналась активная выработка биологически важных молекул, и клетки снова становились способными проводить нервные импульсы.
Какой же именно продукт распада нервной ткани мозга дает толчок регенерации нервных клеток? Поиски постепенно привели к выводу: наиболее важна информационная РНК ("дублер" молекулы наследственности ДНК). На основе этой молекулы в клетке из аминокислот синтезируются специфические белки. Введение в мозг этой РНК привело к полному восстановлению изменившихся после кислородного голодания нервных клеток. Поведение животных после инъекции РНК было таким же, как у их здоровых собратьев.
Гораздо удобнее было бы вводить РНК в кровеносные сосуды животных. Но сделать это оказалось непросто - крупные молекулы не проходили сквозь гематоэнцефалический барьер. Однако проницаемость барьера можно регулировать, например, с помощью инъекции раствора соли. Если таким путем временно раскрыть гематоэнцефалический барьер, а потом сделать инъекцию РНК, то молекула РНК достигнет цели.
Автор статьи вместе с химиком-органиком из Института судебной психиатрии В. П. Чехониным решили усовершенствовать метод. Они соединили РНК с поверхност ноактивным веществом, которое служило как бы "буксиром" и позволило крупным молекулам РНК пройти в мозг. В 1993 году опыты увенчались успехом. С помощью электронной микроскопии удалось проследить, как клетки капилляров мозга как бы "заглатыва ют" и затем выбрасывают в мозг РНК.
Таким образом, был разработан метод регенерации нервной ткани, совершенно безопасный, безвредный и очень простой. Есть надежда, что этот метод даст в руки врачам оружие против тяжелых психических болезней, которые сегодня считаются неизлечимыми. Однако для применения этих разработок в клинике требуется, согласно указаниям Минздрава России и Фармкомитета, провести проверку препарата на мутагенность, канцерогенность и токсичность. Проверка займет 2-3 года. К сожалению, в настоящее время экспериментальная работа приостановлена: нет финансирования. Между тем эта работа имеет огромное значение, так как больных шизофренией, старческим слабоумием, маниакально-депрессивным психозом в нашей стране немало. Во многих случаях врачи бессильны что-либо сделать, а больные медленно погибают.
Литература
Полежаев Л. В., Александрова М. А. Трансплантация ткани мозга в норме и патологии . М., 1986.
Полежаев Л. В. и др. Трансплантация ткани мозга в биологии и медицине . М., 1993.
Полежаев Л. Трансплантация лечит мозг. "Наука и жизнь" № 5, 1989.
Нейроны и мозг
В головном мозге человека и млекопитающих ученые выделяют области и ядра - плотные скопления нейронов. Различают также кору мозга и подкорковые области. Все эти участки мозга состоят из нейронов и связаны между собой отростками нейронов. Каждый нейрон имеет один аксон - длинный отросток и множество дендритов - коротких отростков. Специфические соединения между нейронами называются синапсами. Нейроны окружены клетками другого рода - глиоцитами. Они играют роль поддерживающих и питающих нейроны клеток. Нейроны легко повреждаются, очень ранимы: через 5-10 минут после того, как перестал поступать кислород, они погибают.
Словарик к статье
Нейроны - нервные клетки.
Гематоэнцефалический барьер - структура из клеток внутренней части капилляров мозга, которая не пропускает в мозг крупные молекулы и клетки из других частей тела.
Синапс - особое соединение нервных клеток.
Гипоксия - нехватка кислорода.
Трансплантат - кусочек ткани, который пересаживается другому животному (реципиенту).
РНК - молекула, дублирующая наследственную информацию и служащая основой для синтеза белков.
Нервные клетки не восстанавливаются? При каких условиях они погибают? Из-за стресса? Возможен ли «износ нервной системы»? О мифах и фактах мы поговорили с Александрой Пучковой, кандидатом биологических наук, старшим научным сотрудником лаборатории нейробиологии сна и бодрствования ИВНД и НФ РАН.
Нейроны и стресс
Нарушения нервной системы
Для отмирания нервных клеток должны быть серьёзные причины. Например, повреждение головного мозга и, как следствие, полное или частичное поражение нервной системы. Такое происходит во время инсульта, и тут есть два варианта развития событий. В первом случае перекрывается сосуд и кислород перестаёт поступать к участку мозга. В результате кислородного голодания происходит частичное (или полное) отмирание клеток в этой области. Во втором случае лопается сосуд и происходит кровоизлияние в мозг, клетки умирают, потому что они к этому просто не приспособлены.
Кроме того, существуют такие заболевания, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Они как раз связаны со смертью определённых групп нейронов. Это очень тяжёлые состояния, которые человек получает в результате совокупности многих факторов. К сожалению, эти заболевания нельзя предвидеть на ранних этапах или обратить вспять (хотя наука не оставляет попыток). Например, болезнь Паркинсона обнаруживают, когда у человека трясутся руки, ему сложно контролировать движения. Это значит, что 90% нейронов в области, которая всё это контролировала, уже умерли. До этого остававшиеся в живых клетки брали на себя работу погибших. В дальнейшем нарушаются умственные функции и появляются проблемы с движением.
Синдром Альцгеймера - это сложнейшее заболевание, при котором по всему мозгу начинают отмирать определённые нейроны. Человек теряет себя, теряет память. Таких людей поддерживают медикаментозно, но восстановить миллионы погибших клеток медицина пока не может.
Есть и другие, не такие известные и распространённые, заболевания, связанные с отмиранием нервных клеток. Многие из них развиваются в пожилом возрасте. Огромное количество институтов по всему миру изучают их и пытаются найти способ диагностики и лечения, ведь население земли стареет.
Нейроны потихоньку начинают отмирать и с возрастом. Это часть естественного процесса старения человека.
Восстановление нервных клеток и действие успокоительных
Если поражённый участок был не очень большой, то функции, за которые он отвечал, могут восстановиться. Это происходит благодаря пластичности мозга, его способности к компенсации. Человеческий мозг может перебросить задачи, которые решал умерший кусочек, «на плечи» других участков. Этот процесс происходит не за счёт восстановления нервных клеток, а за счёт способности мозга очень гибко перестраивать связи между клетками. Например, когда люди восстанавливаются после инсульта, снова учатся ходить и говорить - эта и есть та самая пластичность.
Здесь стоит понимать: погибшие нейроны уже не возобновляют свою работу. Что погибло, то утеряно безвозвратно. Никаких новых клеток не образуется, мозг перестраивается, чтобы те задачи, которые выполнял поражённый участок, снова решались. Таким образом, совершенно точно можно сделать вывод, что нервные клетки однозначно не восстанавливаются, но и не умирают от событий, происходящих в повседневной жизни человека. Это случается только при тяжелейших травмах и болезнях, которые имеют непосредственное отношение к сбою в работе нервной системы.
Если бы нервные клетки отмирали всякий раз, когда мы нервничаем, мы бы очень быстро становились недееспособными и затем так же быстро прекращали бы своё существование. Если нервная система полностью перестала работать, значит, организм умер.
Производители успокоительных препаратов утверждают, что их регулярное употребление при «стрессовой» жизни сохранит наши нервные клетки. В действительности они работают на уменьшение негативной реакции. Успокоительные действуют таким образом, чтобы попытка отреагировать на негативную эмоцию запускалась не так быстро. Клетки здесь совершенно ни при чём. Грубо говоря, они помогают не выходить из себя с полуоборота, выполняют функцию предотвращения. Эмоциональный стресс - нагрузка не только для нервной системы, но и для всего организма, который готовится к борьбе с несуществующим противником. Так что успокоительные помогают не включать режим «бейся или беги», когда он не нужен.
Часто употребляют словосочетание «износ нервной системы» - однако нервная система не автомобиль, её износ не связан с пробегом. Склонность к эмоциональным реакциям - это отчасти наследственность в совокупности с воспитанием и окружением.
И старость может быть в радость
Нервная ткань восстанавливается в любом возрасте, - заверил известный немецкий нейробиолог профессор Геттингенского университета Гарольд Хютер на прошедшем недавно в Санкт-Петербурге Всемирном конгрессе психиатров. - В 20 лет процесс идет интенсивно, а в 70 - медленно. Но идет.
Ученый привел в пример наблюдения канадских коллег за монахинями преклонного возраста - 100 и более лет. Магнитно-резонансной томографии показала: их мозги в порядке - никаких проявлений старческого слабоумия.
А все дело, по мнению профессора, в образе жизни и мышления этих женщин, которые в буквальном смысле восстанавливают свои мозговые структуры и их проводимость. А происходит подобное чуда благодаря тому, что монахини скромны, имеют устойчивые представления об устройстве мира, активную жизненную позицию и молятся, расчитывая изменить людей к лучшему.
Хютер пояснил, что главный разрушитель нервных клеток - стресс, который еще и подавляет способность мозга к регенерации. А способствует ей гармония с самим собой. И вот что профессор в связи с этим советует: соизмерять мечты с реальностью, уметь организовать свою жизнь, а не плыть, что называется, по течению, понимать смысл жизни - хотя бы собственной, иметь прочные социальные связи - добрые отношения как можно с большим количеством людей - особенно близких.
И еще. По словам Хютера, ничто так не способствует восстановлению нервных клеток, как проблема, для которой человек нашел решение. А чтобы проблемы не сильно обременяли, профессор рекомендует чему-нибудь учиться. Даже в преклонном возрасте. Чтобы сохранялся вкус к жизни.
По 700 нейронов в день
Скорость, с которой восстанавливаются нервные клетки, измерили шведские ученые из Каролинского института. Оказалось, что она может достигать 700 новых нейронов в день.
Исследователям помогли … наземные ядерные испытания, которые проводились в 50-е годы прошлого века. Тогда они сильно изгадили окружающую среду радиоактивным изотопом - углеродом-14. Но его уровень упал, после того, как в 1963 году запретили взрывать атомные бомбы в атмосфере.
Нервные клетки людей, заставших наземные ядерные взрывы, "всосали" изотоп в повышенной концентрации. Он встроился в цепочки ДНК . Его-то ученые и использовали для так называемого радиоуглеродного датирования живых тканей. Углерод-14 позволил определить возраст клеток. И оказалось, что они - нервные клетки - появлялись в разное время. То есть, наряду со старыми рождались и новые.
Аналогичным образом канадцы из Университета Торонто доказали, что клетки мышечной ткани сердца способны к регенерации. Живой насос 25-летнего человека способен изготавливать новорожденные клетки в количестве до 1 процента в год от массы органа. К 75 годам производительность "фабрики" падает до 0,45 процента. Но не пропадает совсем.
КСТАТИ
Почему мы почти не помним свое детство?
Похоже, канадские исследователи из Лаборатории нейробиологии детского госпиталя в Торонто (Neurobiology Laboratory at the Hospital for Sick Children in Toronto) поняли, почему большинство взрослых не помнят, что происходило с ними в первые три года жизни.
Дело не в том, что дети плохо формируют воспоминания, - говорит Катерина Акерс (Katherine Akers) - один из авторов исследования. Очень хорошо формируют. Когда моей дочке было 3 года, я водила ее в зоопарк. Она в подробностях рассказывала обо всем, что видела. Теперь ей 5 лет - вообще не помнит, что была в зоопарке.
Эксперименты продемонстрировали: старые события стираются из памяти. Стираются в процессе рождения новых клеток мозга.
А В ЭТО ВРЕМЯ
Пьем и умнеем?
К поразительному выводу пришли все те же шведские ученые. Если верить скандальным результатам их недавних исследований, то новые нервные клетки растут еще и от регулярной выпивки. Растут не где-нибудь, а в голове - самой, казалось бы, уязвимой части тела алкоголиков.
Однако, огорчают ученые, не все так безоблачно. Вместе с клетками растет и тяга к спиртному. В шведских экспериментах мыши, а именно их и поили, действительно обогащались нервными клетками. Но одновременно начинали предпочитать водку воде. По мнению профессора Стефана Брина - руководителя исследований, именно этим и можно объяснить то, что от умеренного употребления алкоголя люди могут довольно быстро перейти к безудержному.
СПРАВКА "КП"
Давно известно
До 1960-х годов считалось, что нервные клетки мозга не способны к восстановлению. Однако опыты американских экспериментаторов, проведенные на крысах в 1962 году, доказали обратное. Исследования же 1998 года подтвердили, что новые клетки образуются и в мозге людей. У процесса даже есть название - нейрогенез. Тем не менее, поговорка о том, что нервные клетки не восстанавливаются по-прежнему живет в мозгах многих.