Введение

Отрезание аксона нейрона

В клеточной нейробиологии аксотомия – это перерезание или иное повреждение аксона. Этот тип денервации часто используется в экспериментальных исследованиях физиологии нейронов и гибели или выживания нейронов как метод для лучшего понимания заболеваний нервной системы. Аксотомия может приводить к гибели нейронных клеток, особенно у эмбриональных или новорожденных животных, поскольку в этот период нейроны зависят от своих мишеней для получения факторов выживания. У зрелых животных, где факторы выживания производятся локально или посредством аутокринных петель, аксотомия периферических нейронов и мотонейронов может вызывать выраженный регенеративный ответ без гибели нейронов. В обоих случаях наблюдается значительное увеличение аутофагии. Автофагия может как способствовать дегенерации нейронов, так и являться механизмом разрушения клеток. TOC

Периферические (внешние)

При повреждении периферического аксона весь нейрон немедленно реагирует с целью регенерации аксона. Эта реакция требует повышенной метаболической активности и инициируется хроматолизом. Хроматолиз характеризуется как растворение структур, производящих белки, в теле нейрона и используется для описания апоптоза нейронных клеток. Во время хроматолиза сома и ядро становятся округлыми и увеличиваются в размере, тела Ниссла и аппарата Гольджи дезинтегрируются, а цитоцентр становится менее выраженным. В большинстве случаев ответ на аксотомию в периферических аксонах приводит к восстановлению и регенерации клеток, хотя в некоторых случаях он может закончиться гибелью клеток. Регенерация происходит благодаря гиперплазии микроглии и гипертрофии астроглии, процессов, которые отсутствуют при аксотомии в центральной нервной системе.

Центральный (внутренний)

В отличие от периферической реакции, реакция аксотомии в центральных нейронах (нейронах центральной нервной системы) почти всегда приводит к гибели клеток. Механизм гибели клеток часто представляет собой апоптоз. Центральные нейроны, после перерезания аксона, как правило, не способны повышать экспрессию трофических факторов – белков, связанных с регенерацией. Эти трофические факторы отвечают за поддержание жизнеспособности нейронов и являются критически важным аспектом нейропротекции. Трофические факторы обеспечивают выживание нейронных синапсов, то есть по сути поддерживают функциональность нейрона. Недостаток повышения экспрессии этих белков в конечном итоге приводит к клеточной атрофии.

Хирургическая аксотомия

При нейрохирургических вмешательствах специалистам часто необходимо намеренно перерезать аксоны. Лазерная аксотомия – это разрабатываемая методика, позволяющая точно пересекать аксоны. Лазерная аксотомия может дать врачам возможность лучше понять последствия перерыва аксона, чтобы разрабатывать более эффективные стратегии лечения. Возможность точного пересечения определенных аксонов позволит исследователям изучать прямую связь между аксонами и их функцией.

Сопутствующие травмы и патологии

Хотя аксотомия во многих случаях происходит вследствие намеренного хирургического вмешательства, она также часто напрямую связана с одной из множества патологий или травм. Ниже представлен предварительный список некоторых известных сопутствующих травм и патологий.

Рассеянный склероз

Рассеянный склероз – это заболевание, при котором происходит демиелинизация нервов центральной нервной системы, что ведет к ухудшению функций организма. Основные причины и механизмы развития заболевания в основном неизвестны и недостаточно изучены. Многие ученые предполагают, что демиелинизация в очагах поражения при рассеянном склерозе приводит к повреждению аксонов и, в конечном итоге, к их дегенерации. Гибель этих аксонов потенциально может быть причиной необратимых последствий рассеянного склероза. Основываясь на знаниях о реакции аксотомии, врачи и исследователи стремятся применять нейропротекторную реабилитацию пациентам на ранних стадиях рассеянного склероза, чтобы замедлить прогрессирование болезни и предотвратить развитие необратимой инвалидности. Эта реабилитация включает использование трофических факторов для поддержания выживаемости нейронов и сохранения синаптической функции.

Травматические травмы головного мозга

Травматическое повреждение мозга определяется как тупая, не проникающая или проникающая травма головы, вызванная ударом. Показано, что степень повреждения, возникающая после черепно-мозговой травмы, более тесно связана с величиной деформации мозга, чем с величиной напряжения на единицу площади, приложенной к голове. Существуют два типа аксотомии, которые могут возникнуть в результате ТПМ. Первичная аксотомия происходит немедленно и характеризуется как полное механическое повреждение аксонов. Чаще возникает вторичная аксотомия, которая развивается со временем и в конечном итоге приводит к разъединению. Хотя этот тип повреждения часто необратим, аксоны иногда восстанавливаются. В настоящее время исследователи работают над использованием этого потенциала к восстановлению для разработки методов лечения пациентов с травматическими повреждениями мозга. Эти методы лечения основаны на научном понимании реакции аксотомии. Два механизма, способствующих процессу реиннервации, – это острое воспаление и активация молекул во внеклеточном матриксе, окружающем синапс. Немедленное острое воспаление приводит к удалению поврежденных аксонов путем активации местной глии. Воспалительная реакция также привлекает факторы роста, которые способствуют заселению постсинаптических участков. Негативные последствия этого воспаления может быть трудно обнаружить сразу после травмы. Воспаление в области головы часто развивается медленно после травмы и может привести к фатальному повышению внутричерепного давления. Недавно открытый и изученный цитокин в настоящее время используется для попыток лечения аксотомии до повышения давления. Этот цитокин, называемый остеопонтином, может способствовать регенерации аксонов, обнажая сайты связывания с интеграновыми рецепторами. Секреция остеопонтина может регулировать синаптогенез и направлять воздействие на необходимую нейроглию для восстановления аксонов. Исследование, проведенное Джули Л. Чан, подтверждает функциональность остеопонтина в инициировании иммунного ответа, необходимого для восстановления синаптических связей и реорганизации после травмы (аксотомии). Хотя исследование эффективно доказало функциональность остеопонтина в снижении интенсивной воспалительной реакции после травматического повреждения мозга, оно не предоставило доказательств долгосрочных эффектов его имплантации в качестве варианта лечения. Изменение воспалительной реакции может непреднамеренно остановить полезные аспекты воспаления и оказать разрушительное воздействие на способность мозга к самовосстановлению.