Мозг. Нейроглия и онтогенез

1.

t.me/mfk_brain_brain
МФК МГУ
«МОЗГ: как он
устроен и работает»
лекция 2
02.10.2024
МОЗГ: нейроглия
и онтогенез
Лектор: Дубынин Вячеслав
Альбертович, д.б.н., биофак МГУ

2.

Нейрон
Нейронная
сеть
Нервная
Нервная
сеть сеть
Нервная сеть
Тело (сома;
body)
Дендриты
(dendrites)
Аксон
(axon)
Аксонный
холмик
Синапсы
Нейромедиаторы
2

3.

Нейроглия.
1846 – Рудольф Вирхов
открыл глиальные клетки
(греч. glia – клей)
1883 – Камилло Гольжи
ввел термин «нейроглия»
Соотношение с нейронами от 1:1
(новая кора) до 10:1 (в стволовых
структурах глиальных клеток на
порядок больше, чем нейронов).
Два основных типа:
астроциты и олигодендроциты
+ эпендимоциты и микроглия
3

4.

Если сравнивать с нейронами: в цитоплазме
глиоцитов менее выражен тигроид (вещество
Ниссля); глиальные клетки, как и нейроны,
имеют отростки; глиоциты меньше по размеру,
чем нейроны (в 3-4 раза) и сохраняют способность к делению в течение всей жизни.
Отростки глиальных клеток не разделяются по
строению и функциям; у олигодендроцитов
отходят от круглого тела резко и в небольших
количествах; ветвятся на три и более ветви
(дендриты ветвятся вильчато «дихотомически»).
Астроциты, олигодендроциты, эпендимоциты
развиваются из нейроэктодермы, микроглия – из
мезенхимы (тканевые макрофаги). В периферической
нервной системе – шванновские клетки (леммоциты) и
клетки-сателлиты в нервных ганглиях.
4

5.

5

6.

Микроглиоциты
имеют мезодермальное
происхождение.
Самые мелкие из глиальных клеток, имеют
множество ветвистых тонких отростков.
Основная функция микроглии – защитная:
являются фагоцитами нервной системы.
Количество варьирует в зависимости от
функционального состояния мозга. При
различных повреждающих влияниях
(травма, воспаление) резко увеличиваются
в размерах, начинают делиться и
устремляются в очаг поражения. Здесь
микроглиоциты устраняют чужеродные
агенты, например, бактерии, и разного рода
тканевые остатки путем фагоцитоза +
прунинг («подрезка») синапсов.
6

7.

Эпендимоциты образуют одинарный слой
клеток, выстилающий полости нервной
системы – спинномозговой канал, желудочки
головного мозга, мозговой водопровод
(«эпендима»). Имеют кубическую или
цилиндрическую форму. На ранних стадиях
развития у них есть реснички, обращенные в
мозговые полости. Они способствуют
проталкиванию цереброспинальной жидкости
(ликвора). Позже реснички исчезают,
сохраняясь лишь в некоторых участках,
например в водопроводе.
Клетки эпендимы активно регулируют
обмен веществами между мозгом и
кровью, с одной стороны, и ликвором и
кровью с другой.
7

8.

Астроциты расположены во всех отделах
нервной системы; самые крупные и
многочисленные из глиальных клеток.
Выполняют опорную функцию; в эмбриогенезе именно астроциты - направляющие
элементы, вдоль которых идет движение нейронов.
Разграничительная функция: транспортная и барьерная, участие в ГЭБ (гематоэнцефалический барьер; регуляция поступления веществ в ЦНС). Перемещение
химич. веществ из крови в нервную ткань очень ограничено, что обеспечивается
плотными контактами клеток эндотелия капилляров и отростками астроцитов.
8

9.

Астроциты расположены во всех отделах
нервной системы; самые крупные и
многочисленные из глиальных клеток.
Защитная (репаративная) функция – образуют рубец при разрушении нервной
ткани, способны к фагоцитозу, выработке цитокинов (модуляторов и регуляторов
иммунных реакций).
Метаболическая функция – регулируют водно-солевой обмен, участвуют в
метаболизме нейромедиаторов, захватывая их для инактивации; в итоге
поддерживают постоянство межклеточной среды мозга.
Глимфатическая система: в лекции, посвященной сну (тема 8).
9

10.

Олигодендроциты, как и астроциты,
выполняют трофическую функцию, и ряд
питательных веществ поступает к нейронам
через них. Олигодендроциты участвуют в
регенерации нервных волокон (например,
при рассеянном склерозе).
Специфическая функция: образуют
оболочки вокруг нервных волокон
(электрическая изоляция + ускорение
проведения сигналов). В периферической
нервной системе аналоги олигодендроцитов - шванновские клетки, образуют
оболочки (миелиновые и безмиелиновые)
вокруг волокон.
10

11.

В периферической нервной систеие одна шванновская клетка образует
миелиновую оболочку вокруг одного волокна,
в ЦНС один олигодендроцит образует оболочку вокруг нескольких волокон.
11

12.

Образование миелиновой оболочки
1-4: последовательные этапы
формирования
миелиновой
оболочки.
Миелиновая оболочка – упорядоченная структура, состоит из чередующихся
мембранных слоев (белково-липидный комплекс миелина). Число слоев – до 100.
75% сухого вещества миелина – это липиды с высокой долей холестерина.
12

13.

Образование миелиновой оболочки
Миелинизация в
ЦНС раньше стартует
в эволюционно более
старых отделах, идет
каудо-рострально.
У человека миелин
появляется с 22 по 36
неделю эмбриогенеза, но в corpus
callosum - только на
2-м месяце постнатального развития.
В периферической НС миелинизация проходит в кранио-каудальном
направлении. Первые миелиновые волокна появляются в плечевом сплетении,
позже всего - в седалищном нерве. В нервных стволах миеленизация идет в
проксимо-дистальном направлении.
13

14.

Строение нервных волокон
на светооптическом (А, Б) и
ультрамикроскопическом
(а, б) уровнях:
А, а - миелиновое волокно;
Б, б - безмиелиновое волокно.
1 - осевые цилиндры;
2 - миелиновый слой;
3 - соединительная ткань;
4 - насечка миелина;
5 - ядро нейролеммоцита;
6 - узловой перехват;
7 - микротрубочки;
8 - нейрофиламенты;
9 - митохондрии;
10 - мезаксон;
11 - базальная мембрана.
Поверх миелиновой оболочки у миелиновых волокон есть еще наружная
оболочка - неврилемма, образованная цитоплазмой и ядром нейроглиальных
клеток.
14

15.

15

16.

Дробление и начало развития
оплодотворенного яйца
ланцетника.
а – зигота
б-е – стадии 2-32 бластомеров
ж – бластула
з – бластула в разрезе
и – начало образования
гаструлы
к – гаструла
л – ранняя нейрула
м – нейрула
1 – бластоцель
2 – эктодерма
3 – эндодерма
4 – полость первичной кишки
5 – мезодерма
6 – нервная пластинка
7 – хорда
16

17.

Нейруляция (схема).
А — стадия нервной пластинки
Б - стадия нервного желобка
В – стадия нервной трубки.
1 - нервный желобок
2 - нервный валик
3 - кожная эктодерма
4 - хорда
5 - сомитная мезодерма
6 - нервный гребень
(ганглиозная пластинка)
7 - нервная трубка
8 - мезенхима
9 - эндодерма.
Клетки нервного гребня мигрируют и дают
элементы спинальных, черепномозговых, вегетативных ганглиев, паутинной и мягкой мозговых
оболочек, пигментные клетки (меланоциты),
клетки мозгового вещества надпочечников.
17

18.

Еще раз: нейруляция, нервная трубка и нервный гребешок
(2-3 недели развития) + канал нервной трубки.
18

19.

Нервная пластинка
Нервная трубка
Передний и
задний
нейропоры
зарастают к концу
4-й недели,
замыкается канал
нервной трубки.
19

20.

Другие потомки зачатковых клеток – спонгиобласты остаются прикрепленными к внутренней мембране и
образуют длинные радиальные отростки, достигающие
наружной мембраны нервной трубки. По отросткам
мигрируют дифференцирующиеся нервные клетки,
формируют отростки и занимают свое окончательное
местоположение. Эта миграция определяет их будущие
связи и будущие функции.
Стенка нервной трубки состоит из
слоя цилиндрических клеток
нейроэпителия, окружающего
центральный канал. Далее идет
деление клеток, утолщение стенки
канала. Слой клеток, прилежащих к
центральному каналу, называется
эпендимным. Эти клетки дают
начало почти всем клеткам нервной
системы. Каждая зачатковая клетка
делится на две дочерних. Одна из
них мигрирует в вышележащие слои
и становится нейробластом.
Нейробласты претерпевают
изменения, образуя характерные
отростки, и дифференцируются в
зрелые нервные клетки – нейроны.

21.

Дифференцировка клеток нервной
трубки.
(А) Расположение ядер в клетках
первичной нервной трубки в
зависимости от стадии клеточного
цикла.
(В) Клетки становятся
постмитотическими.
(С) Послойная организация клеток.
21

22.

Дифференцировка клеток
нервной
трубки.
(С) Послойная
организация
клеток.
22

23.

Дифференцировка клеток
нервной
трубки.
(С) Послойная
организация
клеток.
23

24.

Нейрон, использует отросток
астроцита, как опору для
передвижения к месту постоянной локализации
24

25.

Срез затылочной доли коры плода
обезьяны в середине беременности.
Нейроны мигрируют вдоль радиальной глии в
процессе развития. Радиальные глиальные
волокна идут от вентрикулярной зоны (внизу)
к поверхности развивающейся коры (вверху).
Мигрирующая клетка (1) имеет ведущий
отросток, располагающейся на радиальной
глиальной клетке и использующей его в
качестве радиального проводника.
Клетка 2, которая продвинулась дальше,
оставляет за собой отросток, также
прикрепленный к глиальной клетке.
Клетка 3 только начинает образовывать
отросток, прежде чем начать свою миграцию
вдоль глиальной клетки. Скорость миграции
примерно 0,1 мм в день.
25

26.

В ходе дальнейшего развития
спонгиобласты дифференцируются
в глиальные элементы.
Другая часть теряет связь, как с внутренней, так и с
наружной мембранами нервной трубки, формируя
астроциты. Третья часть теряет связь с внутренней
мембраной; эти клетки дают олигодендроциты.
Часть их теряет связь с наружной
мембраной нервной трубки, но
остается прикрепленной к
внутренней мембране и образует
выстилку центрального канала и
желудочков зрелого мозга –
эпендиму. Эпендимные клетки
имеют реснички и способствуют
течению спинномозговой жидкости
в полостях мозга.
26

27.

Виктор Степанович
Тарабыкин
https://yandex.ru/video/preview/
8745903225870696371
https://yandex.ru/video/preview/
17104157042901156301
27

28.

Нетрины
Эфрины
Семафорины и др.
Виктор Степанович
Тарабыкин
https://yandex.ru/video/preview/
8745903225870696371
https://yandex.ru/video/preview/
17104157042901156301
28
Медиаторы навигации аксонов и их рецепторы; аксональное наведение.

29.

Маргинальный слой
Мантийный слой
Эпендимный слой
Крыловидная
пластинка
Пограничная
борозда
Базальная
пластинка
Слои нервной трубки (4-я неделя развития): внутренний (эпендимный,
вентрикулярный), промежуточный (мантийный), маргинальный (краевая вуаль).
На дорсальной (верхней) стороне – крыловидная пластинка, дает сенсорные и
ассоциативные нейроны; на вентральной (нижней) стороне – базальная пластинка,
дает моторные и вегетативные нейроны.
Передний мозг целиком развивается как производное крыловидной пластинки.
29

30.

Развитие головного мозга: к концу третьей, началу четвертой недели – стадия трех
мозговых пузырей – Prosencephalon (первичный передний мозг), Mesencephalon
(первичный средний мозг), Rhombencephalon (первичный задний мозг); на втором
месяце – стадия пяти мозговых пузырей – Telencephalon (конечный мозг),
Diencephalon (промежуточный мозг), Mesencephalon (средний мозг),
Metencephalon (собственно задний мозг),
Myelencephalon (продолговатый мозг).
3-4 нед.
6 нед.
4 нед.
8-9 нед.
4-5 нед.
14 нед.
30

31.

+ зрительный
пузырек
31

32.

ПЕРЕДНИЙ ОТДЕЛ НЕРВНОЙ ТРУБКИ
ЗАДНИЙ
rhombencephalon
Продолговатый
мозг
Варолиев мост
Мозжечок
СРЕДНИЙ
mesencephalon
Средний
мозг
ПЕРЕДНИЙ
prosencephalon
Промежуточный мозг
Большие полушария
и базальные ганглии

33.

Параллельно образованию пяти мозговых пузырей формируются три
мозговые изгиба – первым среднемозговой (А, выпуклостью дорзально), затем
шейный (В, также выпуклостью дорзально), последним – мостовой (С, выпуклостью
вентрально).
33

34.

v
Параллельно образованию пяти мозговых пузырей формируются три
мозговые изгиба – первым среднемозговой (А, выпуклостью дорзально), затем
шейный (В, также выпуклостью дорзально), последним – мостовой
(С, выпуклостью вентрально). На этой схеме показаны также 12 пар черепных
нервов, глазное яблоко и внутреннее ухо.
34

35.

В возрасте до 20 недель
(4.5 месяцев) образуются все
основные отделы головного мозга,
заканчивается миграционный
период развития НС и основное
значение приобретают процессы
внутренней дифференцировки
структур. Полушария становятся
самой большой частью НС,
происходит выделение долей,
начинается образование борозд и
извилин. Из оболочек в ткань мозга
врастают сосуды. В спинном мозге
формируются шейное и
поясничное утолщения.
Окончательный вид принимает
мозжечок.
35

36.

36
36

37.

Дендритное
дерево
с годами
развивается.
Последний
рисунок –
нейрон
взрослого,
предпоследний –
двухлетнего
ребенка
37
37

38.

38

39.

Активная когнитивная
деятельность
оптимизирует
прунинг
синапсов
Синапсы, поле 17:
108 на мм3
0.5 1 2 5 10
30
70
Нарушение прунинга в детстве – риски РАС;
противодействие возрастному прунингу и
юсохранение «когнитивного резерва»
39

40.

Синапсы и глиальные клетки
SHANK: связь
мембранных белков с
цитоскелетом
NLGN: нейролигины,
важны для формирования синапсов
Мало синапсов –
плохо; избыток
синапсов – тоже
плохо; роль микроглии.

41.

Доказательная профилактика болезни
Альцгеймера: систематический обзор и
метаанализ …
2020
Защита: образование
(длительность и качество в
детстве и юности),
когнитивная и физическ.
активность (миокины),
здоровое питание
Риски: депрессия, стресс,
диабет, ожирение, травмы
головы, гипертензия, курение,
нарушения сна и др.