Введение

Альфа (α) моторные нейроны (также называемые альфа-мотонейронами) - это крупные, многополярные нижние моторные нейроны ствола мозга и спинного мозга. Они иннервируют экстрафузовые мышечные волокна скелетной мышцы и непосредственно отвечают за инициирование их сокращения. Альфа-двигательные нейроны отличаются от гамма-двигательных нейронов, которые иннервируют внутрифазальные мышечные волокна мышечных шпинделей. В то время как их клеточные тела находятся в центральной нервной системе (ЦНС), α-двигательные нейроны также считаются частью соматической нервной системы - ветви периферической нервной системы (ПНС), потому что их аксоны простираются в периферию, чтобы иннервировать скелетные мышцы. Альфа-двигательный нейрон и мышечные волокна, которые он иннервирует, составляют двигательную единицу. В пуле моторных нейронов содержится клеточное тело всех альфа-моторных нейронов, участвующих в сокращении одной мышцы.

Местоположение

Альфа-моторные нейроны (α МН), иннервирующие голову и шею, находятся в стволе мозга; остальные α МН иннервируют остальную часть тела и находятся в спинном мозге. В спинном мозге больше α-МН, чем в стволе мозга, поскольку количество α-МН прямо пропорционально количеству тонкого двигательного контроля в этой мышце. Например, мышцы одного пальца имеют больше α МН на одно волокно и больше α МН в совокупности, чем мышцы квадрицепса, что позволяет более точно контролировать силу, которую применяет палец. В общем, α МН на одной стороне ствола мозга или спинного мозга иннервируют мышцы на той же стороне тела. Исключением является трохклеарное ядро в стволе мозга, которое иннервирует верхнюю наклонную мышцу глаза на противоположной стороне лица.

Мозговой ствол

В стволе мозга α-МН и другие нейроны находятся в кластерах клеток, называемых ядрами, некоторые из которых содержат клеточные тела нейронов, принадлежащих к черепным нервам. Не все ядра черепных нервов содержат α МН; те, которые есть, являются двигательными ядрами, в то время как другие являются сенсорными ядрами. Двигательные ядра находятся по всему стволу мозга - медулле, пупочке и среднему мозгу - и по причинам развития находятся вблизи средней линии ствола мозга. Как правило, моторные ядра, расположенные выше в стволе мозга (то есть более ростральные), иннервируют мышцы, которые находятся выше на лице. Например, окуломоторное ядро содержит α МН, которые иннервируют мышцы глаза, и находится в среднем мозге, наиболее ростральном компоненте ствола мозга. Напротив, гипоглосальное ядро, содержащее α МН, которые иннервируют язык, находится в костном мозге, наиболее хвостовом (то есть вниз) от структур ствола мозга.

Позвоночник

В спинном мозге α МН расположены в сером веществе, которое образует вентральный рог. Эти α МН обеспечивают двигательную составляющую спинномозговых нервов, которые иннервируют мышцы тела. Как и в стволе мозга, более высокие сегменты спинного мозга содержат α МН, которые иннервируют мышцы выше на теле. Например, мышца бицепса брахи, мышца руки, иннервируется α МН в сегментах спинного мозга C5, C6 и C7, которые находятся в спинном мозге. С другой стороны, мышца желудочкополой, одна из мышц ноги, иннервируется α МН в сегментах S1 и S2, которые находятся в хвостовой части спинного мозга. Альфа-двигательные нейроны расположены в определенной области серого вещества спинного мозга. Эта область обозначена как ламина IX в системе ламина Rexed, которая классифицирует области серого вещества на основе их цитоархитектуры. Ламина IX расположена преимущественно в медиальной части вентрального рога, хотя есть некоторое содействие ламина IX от коллекции моторных нейронов, расположенных более боковым образом. Как и другие области спинного мозга, клетки в этой оболочке организуются соматотопически, что означает, что положение нейронов в спинном мозге связано с тем, какие мышцы они иннервируют. В частности, α МН в медиальной зоне ламины IX имеют тенденцию иннервировать проксимальные мышцы тела, в то время как в боковой зоне они имеют тенденцию иннервировать более дистальные мышцы. Существует аналогичная соматотопия, связанная с α МН, которые иннервируют флексорные и экстенсорные мышцы: α МН, которые иннервируют флексоры, как правило, расположены в спинной части ламини IX; те, которые иннервируют экстенсоры, как правило, расположены более вентрально.

Разработка

Альфа-двигательные нейроны возникают в базальной пластине, вентральной части нервной трубки развивающегося эмбриона. Сонический еж (Shh) выделяется близлежащей нотокордой и другими вентральными структурами (например, на подовой пластине), создавая градиент высококонцентрированного Shh в базальной пластине и менее концентрированного Shh в аллерной пластине. Под воздействием Shh и других факторов некоторые нейроны базальной пластины дифференцируются в α МН. Как и другие нейроны, α МН посылают аксональные проекции, чтобы достичь своих целевых экстрафузовых мышечных волокон через аксоновое направление, процесс, частично регулируемый нейротрофными факторами, выделяемыми целевыми мышечными волокнами. Нейротрофические факторы также обеспечивают иннервацию каждого мышечного волокна соответствующим количеством α-МН. Как и большинство типов нейронов в нервной системе, α МН более многочисленны в раннем развитии, чем во взрослой жизни. Мышечные волокна выделяют ограниченное количество нейротрофных факторов, способных поддерживать только часть α МН, которые изначально проецируются на мышечные волокна. Те α МН, которые не получают достаточного количества нейротрофных факторов, будут подвергаться апоптозу, форме запрограммированной гибели клеток. Поскольку они иннервируют многие мышцы, некоторые кластеры α-МН получают высокие концентрации нейротрофных факторов и выживают на этой стадии обрезания нейронов. Это относится к α МН, иннервирующим верхние и нижние конечности: эти α МН образуют большие клеточные колонны, которые способствуют шиевому и поясничному увеличению спинного мозга. В дополнение к получению нейротрофных факторов от мышц, α МН также секретируют ряд трофических факторов для поддержки мышечных волокон, которые они иннервируют. Сниженный уровень трофических факторов способствует атрофии мышц, которая следует за поражением α MN.

Подключение

Как и другие нейроны, нижние моторные нейроны имеют как афферентные (входящие), так и эфферентные (выходящие) связи. Альфа-двигательные нейроны получают информацию из ряда источников, включая верхние двигательные нейроны, сенсорные нейроны и интернейроны. Первичный выход α-МН - к экстрафузовым мышечным волокнам. Эта афферентная и эфферентная связь необходима для достижения скоординированной мышечной активности.

Эфферентный выход

Альфа-моторные нейроны посылают волокна, которые в основном синаптируют на внефюзальных мышечных волокнах. Другие волокна из α МН синаптируют на клетках Реншоу, т. е. ингибирующие интернейроны, которые синаптируют на α МН и ограничивают его активность, чтобы предотвратить повреждение мышц.

Сигнализация

Как и другие нейроны, α МН передают сигналы в виде потенциалов действия, быстрых изменений в электрической активности, которые распространяются от тела клетки до конца аксона. Для увеличения скорости, с которой проходят потенциалы действия, аксоны α MN имеют большие диаметры и сильно миелинованы как олигодендроцитами, так и клетками Швана. Олигодендроциты миелинизируют часть аксона α MN, которая находится в центральной нервной системе (ЦНС), в то время как клетки Швана миелинизируют часть, которая находится в периферической нервной системе (ПНС). Переход между ЦНС и ПНС происходит на уровне пиа-матер, самого внутреннего и самого тонкого слоя менингиальной ткани, окружающей компоненты ЦНС. Аксон α МН соединяется с его экстрафузовыми мышечными волокнами через нейромышечный стыковый узел, специализированный тип химического синапса, который отличается как по структуре, так и по функции от химических синапсов, которые соединяют нейроны друг с другом. Оба типа синапсов полагаются на нейротрансмиттеры для преобразования электрического сигнала в химический сигнал и обратно. Одним из отличий является то, что синапсы между нейронами обычно используют глутамат или ГАМК в качестве нейротрансмиттеров, в то время как нейромышечные соединения используют ацетилхолин исключительно. Ацетилхолин воспринимается никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами на внефюзальных мышечных волокнах, вызывая их сокращение. Как и другие моторные нейроны, α МН названы в честь свойств их аксонов. Альфа-моторные нейроны имеют аксоны Aα, которые являются крупнокалиберными, сильно миелиновыми волокнами, которые быстро проводят потенциалы действия. В отличие от них, гамма-моторные нейроны имеют аксоны Aγ, которые представляют собой тонкие, слегка миелиновые волокна, которые проводят меньше скорости.

Клиническое значение

Повреждение α МН является наиболее распространенным типом поражения нижних моторных нейронов. Ущерб может быть вызван травмой, ишемией и инфекцией, среди прочего. Кроме того, некоторые заболевания связаны с селективной потерей α-МН. Например, полиомиелит вызывается вирусом, который поражает и убивает двигательные нейроны в брюшной части спинного мозга. Амиотропный боковой склероз также связан с выборочной потерей двигательных нейронов. Паралич является одним из наиболее выраженных последствий повреждения α МН. Поскольку α-МН обеспечивают единственную иннервацию экстрафузовых мышечных волокон, потеря α-МН эффективно прерывает связь между стволом мозга и спинным мозгом и мышцами, которые они иннервируют. Без этой связи невозможен добровольный и невольный (рефлекторный) контроль мышц. Добровольный контроль над мышцами теряется, потому что α МН передают добровольные сигналы от верхних моторных нейронов к мышечным волокнам. Потеря невольного контроля возникает из-за прерывания рефлекторных цепей, таких как тонический рефлекс растяжения. Последствием нарушения рефлекса является снижение мышечного тонуса, что приводит к вялому парезу. Еще одним последствием является подавление глубоких сухожильных рефлексов, вызывающее гипорефлексию. Слабость и атрофия мышц также являются неизбежными последствиями поражений α МН. Поскольку размер и сила мышц зависят от степени их использования, мышцы, страдающие нервозагрузкой, склонны к атрофии. Вторичная причина атрофии мышц заключается в том, что денервированные мышцы больше не снабжаются трофическими факторами от α МН, которые их иннервируют. Повреждения альфа-моторных нейронов также приводят к аномальным потенциалам ЭМГ (например, потенциалам фибрилляции) и фасцикуляциям, последние являются спонтанными, непроизвольными сокращениями мышц. Болезни, которые нарушают передачу сигналов между α МН и экстрафузовыми мышечными волокнами, а именно заболевания нейромышечного соединения, имеют признаки, аналогичные тем, которые возникают при болезни α МН. Например, миастения гравис - это аутоиммунное заболевание, которое препятствует передаче сигналов через нейромышечный узел, что приводит к функциональному денервированию мышц.