Ақсонның зақымдануы (аксотомия) – нейрон физиологиясы, жүйке жүйесі ауруларын зерттеудегі маңызды модель. Өсу факторларына байланысты жасуша өлімі немесе регенерация мүмкін.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Нейрон аксонының үзілуі
Severing of the axon of a neuron
Жасушалық нейроғылымда аксотомия – аксонды кесу немесе басқаша үзу. Бұл түрдегі денервация көбінесе жүйке жүйесі ауруларын жақсырақ түсіну үшін нейрондық физиология және нейрондық өлім немесе тіршілік туралы эксперименталды зерттеулерде қолданылады. Аксотомия, әсіресе эмбрионалды немесе жаңа туған жануарларда нейрондық жасушалардың өліміне алып келуі мүмкін, себебі осы кезеңде нейрондар тіршілік ету факторларын алу үшін өз мақсаттарына тәуелді болады. Ересек жануарларда, тіршілік ету факторлары жергілікті түрде немесе автокриндік циклдар арқылы түзілгенде, шеттік нейрондар мен мотонейрондардың аксотомиясы нейрон өліміне келмейтін күшті регенерациялық жауапты тудыруы мүмкін. Екі жағдайда да аутофагияның айтарлықтай жоғарылағаны байқалады. Автофагия нейронның дегенерациясына жол ашуы немесе жасушаның жойылуына себеп болуы мүмкін. ТОК
In cellular neuroscience, an axotomy is the cutting or otherwise severing of an axon. This type of denervation is often used in experimental studies on neuronal physiology and neuronal death or survival as a method to better understand nervous system diseases. Axotomy may cause neuronal cell death, especially in embryonic or neonatal animals, as this is the period in which neurons are dependent on their targets for the supply of survival factors. In mature animals, where survival factors are derived locally or via autocrine loops, axotomy of peripheral neurons and motoneurons can lead to a robust regenerative response without any neuronal death. In both cases, autophagy is observed to markedly increase. Autophagy could either clear the way for neuronal degeneration or it could be a medium for cell destruction. TOC
Шекаралық (шикі)
Шеткі аксон зақымданған кезде, аксонды жаңарту үшін бүкіл нейрон бірден реакцияға түседі. Бұл реакция күшейтілген метаболизмді қажет етеді және хроматолизбен басталады. Хроматолиз – нейронның денесіндегі белок құратын құрылымдардың еріп жоғалуы ретінде сипатталады және нейрондық жасушалардың апоптозын сипаттау үшін қолданылатын термин. Хроматолиз кезінде сома мен ядро дөңгелектеліп, үлкейеді, Ниссл денелері мен Гольджи денелері ыдырайды, цитоцентр тазартады. Көп жағдайларда перифериялық аксондардағы аксотомияға жауап жасушаның жазылуымен және жаңаруымен аяқталады, бірақ кейде жасушаның өлімімен аяқталуы мүмкін. Жаңару микроглия гиперплазиясы және астроглия гипертрофиясының нәтижесінде жүзеге асады, бұл орталық аксотомияға жауапта байқалмайтын процестер.
Upon injury of a peripheral axon, the entire neuron immediately reacts in order to regenerate the axon. This reaction requires an increased metabolic activity and is initiated by chromatolysis. Chromatolysis is characterized as the dissolution of protein producing structures in the cell body of a neuron and is a term used to characterize apoptosis of neuronal cells. During chromatolysis, the soma and nucleus round and enlarge, the Nissl bodies and Golgi bodies both disintegrate, and the cytocentrum is cleared. In most cases, the axotomy response in peripheral axons ends in cell healing and regeneration, though it may occasionally end in cell death. Regeneration occurs because of microglial hyperplasia and astroglial hypertrophy, activities that are lacking in the central axotomy response.
Орталық (өзгеше)
Перифериялық жауаптан өзгеше, орталық нейрондардағы аксотомиялық жауап (орталық жүйке жүйесіндегі нейрондар) көбінесе жасуша өліміне алып келеді. Жасуша өлімінің механизмі көбінесе апоптоз болып табылады. Орталық нейрондар кесілген кезде, әдетте трофикалық факторлардың экспрессиясын арттыра алмайды, олар – регенерациямен байланысты белоктардың бір түрі. Бұл трофикалық факторлар нейронның тіршілігін реттеуге жауапты және нейроқорғаудың маңызды бөлігі болып табылады. Трофикалық факторлар нейронның синаптық байланыстарын сақтауға кепілдік береді, яғни нейронның қызметін сақтайды. Бұл белоктардың экспрессиясының жетіспеуі жасушаның қанағаттанбауына (атрофиясына) соқтырады.
In contrast to the peripheral response, the axotomy response in central neurons (neurons in the central nervous system) almost always leads to cell death. The mode of cell death is often apoptosis. Central neurons, upon being severed, generally fail to up regulate the expression of trophic factors, a type of regeneration associated protein. These trophic factors are responsible for the regulation of neuron vitality and are a critical aspect of neuroprotection. Trophic factors guarantee the survival of neuron synapsing, meaning they essentially maintain the functionality of the neuron. The lack of increased expression of these proteins will ultimately lead to cellular atrophy.
Хирургиялық аксотомия
Нейрохирургия жүргізген кезде мамандар көбінесе аксондарды қасақана кесуге мәжбүр болады. Лазерлік аксотомия – аксондарды дәл кесуге мүмкіндік беретін, қазіргі таңда әзірленіп жатқан техника. Лазерлік аксотомия дәрігерлерге кесілген аксонның салдарына толыққанды түсінуге және тиімді емдеу әдістерін әзірлеуге көмектеседі. Нақты аксондарды дәл кесуге қол жеткізу ғалымдарға аксондар мен олардың қызметтері арасындағы тікелей байланысты зерттеуге мүмкіндік береді.
When performing neurosurgery, professionals are often required to intentionally sever axons. Laser axotomy is a technique is under development that allows for precise axon severing. Laser axotomy could enable doctors to better understand the downstream effects of a severed axon so that they can develop more effective treatment arms. Being able to precisely sever specific axons will enable researchers to study direct correlation of axons to functionality.
Қатысушы жарақаттар мен патологиялар
Көптеген жағдайларда аксотомия қасақана хирургиялық араласу нәтижесінде туындаса да, оның көбінесе түрлі патологиялардың/жарақаттардың бірімен тікелей байланысы бар. Келесіде белгілі болған бірқатар байланысты жарақаттар мен патологиялардың алдын ала тізімі ұсынылған.
Although many times axotomy occurs due to intended surgical treatment, it is also often directly related to one of many pathologies/injuries. The following is a preliminary list of some of the known associated injuries and pathologies.
Көптеген склероз
Көптеген склероз – орталық жүйке жүйесінің жүйкелерін демиелинизациялайтын, соның салдарынан дене функцияларының нашарлауына алып келетін ауру. Аурудың негізгі себептері көбінесе белгісіз және толыққанды түсініксіз. Көптеген мамандар көптеген склероз зақымдануларындағы демиелинизация аксондардың үзілуіне, ал содан кейін аксондардың дегенерациясына әкеледі деп санайды. Осы аксондардың өлімі көптеген склероздың қайтымсыз салдарының себебі болуы мүмкін. Аксотомиялық жауапқа қатысты білімді пайдалана отырып, дәрігерлер мен зерттеушілер аурудың прогрессирлеуін тоқтату және қайтымсыз мүгедектікке алып келуін болдырмау үшін көптеген склероздың бастапқы сатыларындағы науқастарға нейроқорғаушы оңалту шараларын қолдануды қарастыруда. Бұл оңалту шараларына нейрондардың тірі қалуына және синапстық функцияларды сақтауға көмектесетін трофикалық факторларды қолдану кіреді.
Multiple sclerosis is a disease that demyelinates the nerves of the central nervous system, leading to deteriorated bodily function. The underlying pathologies are mostly unknown and not understood. It is hypothesized by many that the demyelination in multiple sclerosis lesions leads to axonal transection and ultimately axonal degeneration. This axon death could potentially be the cause of the irreversible effects of multiple sclerosis. Using what is known about the axotomy response, doctors and researchers are looking to implement neuro protective rehabilitation to patients in the early stages of multiple sclerosis in order to prevent the disease from running its course and causing irreversible disability. These rehabilitations would include the utilization of trophic factors to aid in neuron survival and maintenance of synapsing function.
Травматикалық ми жарақаты
Бас миының жарақаты – бұл басқа тиген, оқтан емес, соққы арқылы немесе оқтан келген зақым. Бас жарақатынан кейін туындаған зақымның мөлшері, басқа тигізетін қысымның шамасынан гөрі, мидың деформациялану дәрежесімен тікелей байланысты екені көрсетілген. Бас миының жарақаты салдарынан аксотомияның екі түрі пайда болуы мүмкін. Біріншілік аксотомия дереу орын алады және аксондардың толық механикалық үзілуі ретінде сипатталады. Көбінесе екіншілік аксотомия дамиды, ол уақыт өте келе прогрессирлеп, байланыстың үзілуіне әкеледі. Мұндай зақым көбінесе қайта орнатылмайтын болса да, аксондар кейде қалпына келеді. Қазіргі таңдағы зерттеушілер осы қалпына келтіру әлеуетін пайдаланып, бас миының жарақатын алған науқастарға арналған емдеу әдістерін әзірлеуде. Бұл емдеулер аксотомияға жауаптың ғылыми түсінігіне негізделген. Реиннервация процесіне көмектесетін екі механизм – жедел қабыну және синапсты қоршаған клеткадан тыс матрицадағы молекулалардың белсенділігі. Жедел қабыну жергілікті глианың белсенділігі арқылы үзілген аксондарды жоюға әкеледі. Қабыну реакциясы сондай-ақ постсинаптикалық орындарды қайта толтыруға көмектесетін өсу факторларын да тартады. Бұл қабынудың теріс әсерлерін жарақаттан кейін бірден анықтау қиын болуы мүмкін. Бас қабынуы жарақаттан кейін көбінесе кешігіп пайда болады және ми қысымының өлімге әкелуіне ұшырауы мүмкін. Жақында ашылған және түсіндірілген цитокин қазіргі уақытта аксотомияны қысымның көтерілуінен бұрын емдеу үшін қолданылуда. Остеопонтин деп аталатын бұл цитокин, аксонның регенерациясына оның интегралин рецепторларын байланыстыру арқылы көмектесе алады. Остеопонтин секрециясы синаптогенезді реттеуге және аксондарды жөндеу үшін қажетті нейроглияны бағыттауға қабілетті. Джули Л. Чан жасаған зерттеу остеопонтиннің иммундық жауапты бастаудағы функционалдығын дәлелдейді. Зерттеу остеопонтиннің бас миының жарақатынан кейін туындайтын қарқынды қабыну реакциясын басудағы тиімділігін көрсеткенімен, оны емдеу ретінде қолданудың ұзақ мерзімді әсерлері туралы мәліметтер ұсынбады. Қабыну реакциясын өзгерту қабынудың пайдалы аспектілерін кездейсоқ тоқтатып, мидың өзін-өзі жазылу қабілетіне зиян келтіруі мүмкін.
A traumatic brain injury is defined as a blunt non missile penetrating or missile injury to the head. It has been shown that the extent of the damage incurred after a head trauma correlates more directly with the amount of deformation incurred by the brain than the amount of stress per area applied to the head. There are two modes of axotomy that can occur as a result of a TBI. Primary axotomy occurs immediately and is characterized as complete mechanical transaction of axons. More often, secondary axotomy occurs, evolving over time and ultimately leading to disconnection. While this type of injury is often irreversible, the axons do occasionally recover. Researchers are currently working towards utilizing this potential for recovery to develop therapies for patients with traumatic brain injuries. These therapies rely on the scientific understanding of the axotomy response. Two mechanisms that aid in the reinnervation process are acute inflammation and the activation of molecules in the extracellular matrix surrounding the synapse. Immediate acute inflammation leads to the removal of the severed axons by activating the local glia. The inflammation response also recruits growth factors that aid in the repopulation of postsynaptic sites. The negative effects of this inflammation may be difficult to detect immediately post injury. Inflammation of the head is often slow to onset after injury, and can lead to a fatal rise in cerebral pressure. A recently discovered and understood cytokine is currently being used to try to treat the axotomy before the rise in pressure occurs. This cytokine, called osteopontin, may be able to aid in axon regeneration by exposing its integrin receptor binding sites. Osteopontin secretion may be able to regulate synaptogenesis and target the necessary neuroglia required for the repair of the axons. A study done by Julie L. Chan proves the functionality of osteopontin in initiating the immune response necessary for synaptic repair and reorganization after injury (axotomy). Though the study effectively proved the functionality of osteopontin in diminishing the intense inflammatory response following a traumatic brain injury, it did not provide evidence of the long term effects of implanting this as a treatment option. Altering the inflammatory response may unintentional halt the beneficial aspects of inflammation and have devastating effects on the brain's ability to heal itself.