Десятилетия дискуссий, давно вошедшие в обиход поговорки, эксперименты на мышах и овцах - но все-таки может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных? И если может, то как? А если не может - почему?
Порезанный палец заживет за несколько дней, сломанная кость срастется. Мириады эритроцитов сменяют друг друга короткоживущими поколениями, растут под нагрузкой мышцы: наш организм обновляется постоянно. Долгое время считалось, что на этом празднике перерождения остается один аутсайдер - головной мозг. Его важнейшие клетки, нейроны, слишком высокоспециализированны, чтобы делиться. Количество нейронов падает год от года, и хотя они так многочисленны, что потеря нескольких тысяч штук не оказывает заметного влияния, способность восстанавливаться после повреждений не помешала бы и мозгу. Однако ученым долго не удавалось обнаружить присутствия новых нейронов в зрелом мозге. Впрочем, не было и достаточно тонких инструментов, позволяющих найти такие клетки и их «родителей».
Ситуация поменялась, когда в 1977 году Майкл Каплан и Джеймс Хиндс использовали радиоактивный [ 3 H]-тимидин, способный встраиваться в новую ДНК. Ее цепочки активно синтезируют делящиеся клетки, удваивая свой генетический материал и заодно накапливая радиоактивные метки. Месяц спустя после введения препарата взрослым крысам ученые получали срезы их головного мозга. Авторадиография показала, что метки находятся в клетках зубчатой извилины гиппокампа. Все-таки они размножаются, и «взрослый нейрогенез» существует.
О людях и мышах
В ходе этого процесса зрелые нейроны не делятся, как не делятся и клетки мышечных волокон, и эритроциты: за их образование отвечают различные стволовые клетки, сохраняющие «наивную» способность размножаться. Один из потомков разделившейся клетки-предшественника становится молодой специализированной клеткой и дозревает до полнофункционального взрослого состояния. Другая дочерняя клетка остается стволовой: это позволяет поддерживать популяцию клеток-предшественников на постоянном уровне, не жертвуя обновлением окружающей их ткани.
Клетки-предшественницы нейронов нашлись в зубчатой извилине гиппокампа. Позже их обнаружили и в других частях головного мозга грызунов, в обонятельной луковице и подкорковой структуре стриатума. Отсюда молодые нейроны могут мигрировать в нужную область мозга, уже на месте дозревать и встраиваться в существующие системы связей. Для этого новая клетка доказывает соседям свою полезность: ее способность к возбуждению повышена, так что даже слабое воздействие заставляет нейрон выдавать целый залп электрических импульсов. Чем активнее клетка, тем больше связей она образует с соседями и тем быстрее стабилизируются эти связи.
Взрослый нейрогенез у людей удалось подтвердить лишь пару десятилетий спустя с помощью сходных радиоактивных нуклеотидов - в той же зубчатой извилине гиппокампа, а затем и в стриатуме. Обонятельная луковица у нас, по всей видимости, не обновляется. Однако насколько активно проходит этот процесс и как он меняется во времени, точно не ясно и сегодня.
Например, исследование 2013 года показало, что до глубокой старости каждый год обновляется примерно 1,75% клеток зубчатой извилины гиппокампа. А в 2018-м появились результаты, согласно которым образование нейронов здесь прекращается уже в подростковом возрасте. В первом случае измерялось накопление радиоактивных меток, а во втором использовались красители, избирательно связывающиеся с молодыми нейронами. Сложно сказать, какие выводы ближе к истине: трудно сопоставить редкие результаты, полученные совершенно разными методами, а тем более экстраполировать на человека работы, выполненные на мышах.
Проблемы моделей
Большинство исследований взрослого нейрогенеза проводят на лабораторных животных, которые быстро размножаются и просты в содержании. Такое сочетание признаков встречается у тех, кто имеет небольшие размеры и живет совсем недолго, - у мышей и крыс. Но в нашем мозге, который лишь заканчивает созревание к 20 годам, все может происходить совершенно иначе.
Зубчатая извилина гиппокампа - это часть коры головного мозга, хотя и примитивная. У нашего вида, как и у других долгоживущих млекопитающих, кора развита заметно сильнее, чем у грызунов. Возможно, нейрогенез охватывает весь ее объем, реализуясь по какому-нибудь собственному механизму. Прямых подтверждений этому пока нет: исследования взрослого нейрогенеза в коре больших полушарий не выполнялись ни на людях, ни на других приматах.
Зато проведены такие работы с копытными. Изучение срезов мозга новорожденных ягнят, а также овец чуть постарше и половозрелых особей не нашло делящихся клеток - предшественников нейронов в коре больших полушарий и подкорковых структурах их мозга. С другой стороны, в коре животных даже старшего возраста обнаружились уже родившиеся, но недозревшие молодые нейроны. Скорее всего, они готовы в нужный момент завершить специализацию, образовав полноценные нервные клетки и заняв место погибших. Конечно, это не совсем нейрогенез, ведь новых клеток при таком процессе не образуется. Однако интересно, что такие молодые нейроны присутствуют в тех областях мозга овец, которые у человека отвечают за мышление (кора больших полушарий), интеграцию сенсорных сигналов и сознание (клауструм), эмоции (миндалевидное тело). Велика вероятность, что и у нас в аналогичных структурах найдутся незрелые нервные клетки. Но зачем они могут понадобиться взрослому, уже обученному и опытному мозгу?
Гипотеза о памяти
Число нейронов так велико, что частью из них можно безболезненно пожертвовать. Однако, если клетка выключилась из рабочих процессов, это еще не значит, что она умерла. Нейрон может перестать генерировать сигналы и реагировать на внешние стимулы. Накопленная им информация не пропадает, а «консервируется». Этот феномен позволил Кэрол Барнс, нейрофизиологу из Аризонского университета, выдвинуть экстравагантное предположение о том, что именно так мозг накапливает и разделяет воспоминания о различных периодах жизни. По мнению профессора Барнс, время от времени в зубчатой извилине гиппокампа появляется группа молодых нейронов для записи нового опыта. Через некоторое время - недели, месяцы, а может, и годы - все они переходят в состояние покоя и сигналов больше не подают. Именно поэтому память (за редчайшими исключениями) не сохраняет ничего, что происходило с нами до третьего года жизни: доступ к этим данным в какой-то момент оказывается заблокирован.
Учитывая, что зубчатая извилина, как и гиппокамп в целом, отвечает за перенос информации из кратковременной памяти в долговременную, такая гипотеза выглядит даже логичной. Однако требуется еще доказать, что гиппокамп взрослых людей действительно образует новые нейроны, причем в достаточно большом количестве. Для проведения экспериментов имеется лишь весьма ограниченный набор возможностей.
История со стрессом
Обычно препараты человеческого мозга получают во время вскрытия или нейрохирургических операций, как при височной эпилепсии, припадки которой не поддаются медикаментозному лечению. Оба варианта не позволяют проследить, как интенсивность взрослого нейрогенеза влияет на работу мозга и поведение.
Такие эксперименты проводились на грызунах: образование новых нейронов подавлялось направленным гамма-излучением или выключением соответствующих генов. Это воздействие повышало склонность животных к депрессии. Неспособные к нейрогенезу мыши почти не радовались подслащенной воде и быстро оставляли попытки держаться на плаву в заполненной водой емкости. Содержание в их крови кортизола - гормона стресса - оказывалось даже выше, чем у мышей, стрессированных обычными методами. Они были более склонны впадать в зависимость от кокаина и хуже восстанавливались после инсульта.
К этим результатам стоит сделать одно важное замечание: возможно, что показанная связь «меньше новых нейронов - острее реакция на стресс» замыкается сама на себя. Неприятные события жизни снижают интенсивность взрослого нейрогенеза, из-за чего животное становится чувствительнее к стрессам, поэтому скорость образования нейронов в мозге падает - и так далее по кругу.
Бизнес на нервах
Несмотря на отсутствие точных сведений о взрослом нейрогенезе, уже появились бизнесмены, готовые построить на нем доходное дело. Еще с начала 2010-х компания, продающая воду из родников Канадских Скалистых гор, выпускает бутылки Neurogenesis Happy Water . Утверждается, что напиток стимулирует образование нейронов за счет содержащихся в нем солей лития. Литий в самом деле считается полезным для мозга препаратом, хотя в таблетках его куда больше, нежели в «счастливой воде». Действие чудо-напитка проверили нейробиологи из Университета Британской Колумбии. 16 дней они поили крыс «счастливой водой», а контрольную группу - простой, из-под крана, а потом рассмотрели срезы зубчатых извилин их гиппокампа. И хотя у грызунов, пивших Neurogenesis Happy Water , новых нейронов появилось на целых 12% больше, их общее число оказалось невелико и говорить о статистически достоверном преимуществе нельзя.
Пока мы можем лишь констатировать, что взрослый нейрогенез в головном мозге представителей нашего вида однозначно существует. Возможно, он продолжается до глубокой старости, а может, только до подросткового возраста. На самом деле это не так важно. Интереснее то, что рождение нервных клеток в зрелом мозге человека вообще происходит: от кожи или от кишечника, обновление которых идет постоянно и интенсивно, главный орган нашего тела отличается количественно, но не качественно. И когда сведения о взрослом нейрогенезе сложатся в цельную детальную картину, мы поймем, как перевести это количество в качество, заставив мозг «ремонтироваться», восстанавливать работу памяти, эмоций - всего того, что мы зовем своей жизнью.
Пока наконец не достигнут критического количества. Тогда-то и наступает старческий маразм.
Люди, которые поддерживают это убеждение, всеми силами стараются избежать стресса, а значит, любых изменений в жизни, будь то смена работы, переезд, незапланированное путешествие или второе образование. И напрасно. Потому что нервные клетки у взрослого человека восстанавливаются. Но для этого нужны определенные условия.
Нейрогенез, или образование новых нервных клеток, происходит у взрослых в гиппокампе – области мозга, которая отвечает за память. Предполагают, что новенькие нейроны могут появляться и в зоне, ответственной за планирование, принятие решений и волевые акты, – префронтальной коре. Это революционное открытие опровергло прежнюю теорию, что мозг взрослого человека способен только формировать новые связи между имеющимися нервными клетками. И немедленно создало почву для коммерческих спекуляций.
Актовегин, кортексин, церебролизин – все эти лекарства очень популярны в России и отчего-то никому не известны за ее пределами. Производители утверждают, что они-де, эти препараты, помогают образованию новых нервных клеток на месте погибших от инсульта, травмы или иной болезни. Приводят как доказательство два с половиной исследования, сделанных «на коленке», и «бесценный опыт многих тысяч врачей и пациентов». На самом деле все эти лекарства – просто маркетинговый пшик. Они не приводят и не могут приводить к появлению новых нейронов. Несмотря на это, перечисленные выше препараты продолжают активно назначаться врачами и применяться пациентами. И беда даже не в использовании «фуфломицинов», а в том, что многие не подозревают, что мозг и в самом деле может создавать новые нервные клетки.
Обогащенная среда
Исследователи поместили одну группу мышей в пустую клетку, добавив лишь самое необходимое – воду, корм и подстилку из соломы. А другую группу грызунов отправили в клетки формата «все включено» с подвесными качелями, колесом, лабиринтами и другими любопытными штуками. Через некоторое время выяснилось, что мозг мышей из первой группы остался без изменений. А вот у грызунов из клеток «все включено» начали появляться новые нейроны. Причем активнее всего нейрогенез шел у тех мышей, которые каждый день крутили лапками колесо, то есть были физически активны.
Что значит обогащенная среда для человека? Это не только «смена декораций», поездки и путешествия. К новизне непременно должна добавляться сложность, то есть необходимость исследовать, приспосабливаться. Новые люди тоже часть обогащенной среды, и общение с ними, установление социальных связей также помогает появлению новых нервных клеток в мозге.
Физическая активность
Любая регулярная физическая активность, будь то уборка дома или велопрогулка по парку, стимулирует появление новых нервных клеток. Мозг – «рачительная хозяюшка». Появление в нем новых нейронов будет происходить только тогда, когда это обосновано, а именно – в незнакомой обстановке и при условии, что человек настроен выжить, то есть двигается и исследует, а не лежит и предается меланхолическим мыслям.
Поэтому движение – отличное лекарство от стресса. Физическая активность нейтрализует действие гормона стресса кортизола (он вызывает гибель нервных клеток) и приносит человеку уверенность, спокойствие и новые идеи по преодолению сложной жизненной ситуации.
Работа интеллекта
Исследования показывают, что обучение еще один эффективный способ увеличить количество нервных клеток в мозге. Однако учиться – еще не значит чему-то научиться, и это имеет принципиальное значение для появления новых нервных клеток.
Когда человек начинает осваивать какой-то новый навык, у него повышается выживаемость нейронов в области мозга, ответственной за память. Да, нервные клетки погибают не только от стресса. Запоминание, обретение нового опыта связано с противоположным процессом – забыванием, устранением ненужной информации. Мозг с этой целью «выключает» из работы старые нейроны. Это естественный цикл, который происходит даже тогда, когда человек спокоен, доволен жизнью и счастлив. Обучение новому помогает выживать старым нейронам, но никак не влияет на появление новых. Чтобы появлялись новые нервные клетки, человеку необходимо использовать на практике полученные знания, повторять полученную информацию.
Поэтому для появления новых нервных клеток недостаточно просто посетить мастер-класс по скетчингу. Понадобится регулярно что-то рисовать, используя полученные знания. Оптимально сочетать это занятие с прогулками на природе: физическая активность в сочетании с обучением дает наилучшие результаты.
Антидепрессанты
Феномен появления новых нервных клеток у взрослых людей был неожиданно для исследователей выявлен у тех пациентов, которые принимали… антидепрессанты! Выяснилось, что больные, вынужденные принимать эти препараты, не только начинали лучше противостоять стрессу, но и обнаруживали улучшение краткосрочной памяти. Однако чтобы получить такие обнадеживающие результаты, в экспериментах требовалась длительная терапия антидепрессантами. В то время как «лечение» физической активностью в сочетании с обогащенной средой действовало куда быстрее.
Некоторые исследователи предполагают, что в основе депрессии вовсе не дефицит серотонина и других нейромедиаторов, как принято считать в научной среде на сегодняшний момент. По мере выздоровления у человека с депрессией обнаруживается увеличение количества нейронов в гиппокампе – области мозга, отвечающей за память. Это может означать, что гибель нервных клеток и есть причина депрессии. А значит, и возможности лечения расширяются (не исключено также, что в эту сферу исследований подтянутся производители «фуфломицинов» и начнут советовать лечить ими депрессию).
Психотерапия
Исследователи предполагают, что психотерапия может благотворно влиять на количество нейронов в мозге. Это связывают с тем, что человек учится активно противостоять стрессу, а также предполагают, что психотерапия – та же обогащенная социальная среда, которая дает возможность «прокачать» мозг благодаря факторам новизны и сложности, о которых упоминалось выше.
У людей, которые перенесли психологическое или физическое насилие, после чего развилось посттравматическое стрессовое расстройство, обнаруживалось уменьшение объема гиппокампа. У них происходила массовая гибель нервных клеток в этой области. Исследователи сделали предположение, что есть возможность предотвратить проблему. Экспериментальные данные показали: если в течение месяца после травмирующего воздействия пострадавший работает с психотерапевтом, уменьшения объема гиппокампа не происходит. Далее «волшебное окно» закрывается, и хотя психотерапия в дальнейшем помогает пациенту, но не влияет на гибель нервных клеток в мозге. Это связывают с механизмами формирования долговременной памяти: после того как ее следы оформлены, «ларчик» с пережитым травматичным опытом «захлопывается» и влиять на эти воспоминания и запустившийся процесс гибели нервных клеток становится практически невозможно. Остается работать с тем, что есть, – с эмоциями пациента.
Появление новых нейронов и увеличение числа связей между ними у взрослых – это секрет счастливой старости с сохранением нормального интеллекта. Поэтому не стоит верить в то, что нервные клетки не восстанавливаются, а значит, надо жить с тем, что осталось от мозга после многочисленных стрессов, которым мы подвергаемся ежедневно. Намного разумнее осознанно работать над увеличением численности собственных нервных клеток. Благо, корня мандрагоры или слез единорога для этого не потребуется.
Нервная система является самой сложной и мало изученной частью нашего организма. Она состоит из 100 миллиардов клеток – нейронов, и глиальных клеток, которых примерно в 30 раз больше. К нашему времени ученым удалось изучить только 5% нервных клеток. Все остальные пока загадка, которую медики стараются разгадать любыми методами.
Нейрон: строение и функции
Нейрон – главный структурный элемент нервной системы, эволюционировавший с нейроефекторных клеток. Функция нервных клеток заключается в ответе на раздражители сокращением. Это клетки, которые способны передавать информацию с помощью электрического импульса, химическим и механическим путями.
За исполняющими функциями нейроны бывают двигательными, чувствительными и промежуточными. Чувствительные нервные клетки передают информацию от рецепторов в головной мозг, двигательные – к мышечным тканям. Промежуточные нейроны способны выполнять и ту, и другую функции.
Анатомически нейроны состоят из тела и двух типов отростков – аксонов и дендритов. Дендритов зачастую есть несколько, их функция в улавливании сигнала от других нейронов и создании связей между нейронами. Аксоны предназначены для передачи того самого сигнала на другие нервные клетки. Снаружи нейроны покрыты специальной оболочкой, из специального белка – миелина. Он склонен к самообновлению на протяжении всей человеческой жизни.
Как же выглядит передача того самого нервного импульса
? Представим, что Вы взялись рукой за горячую ручку сковороды. В тот момент реагируют рецепторы, находящиеся в мышечной ткани пальцев рук. С помощью импульсов, они посылают информацию в главный мозг. Там информация «переваривается» и формируется ответ, который отправляется обратно к мышцам, субъективно проявляясь чувством жжения.
Нейроны, восстанавливаются ли они?
Еще в детстве нам мама говорила: береги нервную систему, клетки не восстанавливаются. Тогда такая фраза звучала как то пугающе. Если клетки не восстанавливаются, что же делать? Как уберечься от их гибели? На такие вопросы должна бы ответить современная наука. В общей сложности не все так плохо и страшно. Весь организм имеет большие возможности восстановления, почему же нервные клетки не могут. Ведь после черепно-мозговых травм, инсультов, когда идет существенное повреждения тканей мозга, он как то возвращает себе утраченные функции. Соответственно в нервных клетках, что-то происходит.
Еще при зачатии в организме «программируется» отмирание нервных клеток. Некоторые исследования говорят о гибели 1% нейронов в год
. В таком случае лет за 20, мозг износился бы вплоть до невозможности человеком выполнять самые простые вещи. Но так не происходит, и мозг способен полноценно функционировать к глубокой старости.
Сначала ученые проводили исследование восстановления нервных клеток у животных. После повреждения мозга у млекопитающих, оказалось, что имеющиеся нервные клетки разделились пополам, и образовалось два полноценных нейрона, в итоге функции мозга восстановились. Правда, такие способности обнаружили только в молодых животных. В старых млекопитающих увеличения клеток не произошло. В дальнейшем опыты проводили на мышах, их запускали в большой город, тем самым заставляя искать выход. И заметили интересную вещь, количество нервных клеток у подопытных мышей увеличилось, в отличие от тех, которые жили в обычных условиях.
Во всех тканях организма, восстановление происходит путем деления существующих клеток
. После проведение исследований нейрона, медики твердо заявили: нервная клетка не делится. Однако это ничего не значит. Новые клетки могут образоваться путем нейрогенеза, который начинается во внутриутробном периоде и продолжается всю жизнь. Нейрогенез – это синтез новых нервных клеток с предшественников – стволовых клеток, которые в последующем мигрируют, дифференцируются и превращаются в зрелые нейроны. Впервые сообщение о таком восстановлении нервных клеток появилось еще в 1962 году. Но оно ничем не подкреплялось, соответственно не имело никакого значения.
Примерно двадцать лет назад, новые исследования показали, что нейрогенез существует в мозге . У птиц, начинавших много петь весной, количество нервных клеток возрастало вдвое. После завершения певчего периода, количество нейронов опять уменьшалось. В дальнейшем было доказано, что нейрогенез может происходить только в некоторых участках мозга. Одним из них является область вокруг желудочков. Вторым — гиппокамп, расположенный возле бокового желудочка мозга, и отвечающий за память, мышление и эмоции. Поэтому способность запоминать и размышлять, изменяются в течение жизни, вследствие воздействия разных факторов.
Как видно из вышесказанного, хоть мозг на 95% еще не изучен, имеются достаточно фактов, подтверждающих, что нервные клетки восстанавливаются.
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.
