Молекулярные механизмы нейропластичности

Достижения современной нейробиологии и нейрофизиологии значительно расширили представление о механизмах нейропластичности и позволили выделить ее различные виды и механизмы не только на регионарном, но и на клеточном уровне.

Нейропластичностью определяют способность мозга видоизменять свои структуры как реакцию приспособления в ответ на изменения окружающей среды, жизнедеятельности или повреждение.

Нейропластичность лежит в основе деятельности мозга здоровых и в основе восстановления функции при повреждении тех или иных участков мозга. Это униформный биологический ответ мозга, возникающий при обучении или адаптации, сопровождающийся или нет соответствующими изменениями функции. После повреждения пластические изменения мозга возникают как прямой ответ на структурное повреждение или как результат интервенции (реабилитации).

В настоящее время различают кратковременную, функциональную (обратимую) пластичность, связанную с изменениями в эффективности или силе синаптических соединений, и структурную пластичность, связанную с изменениями в организации или количестве синаптических соединений, и лежащую в основе обучения и памяти.

Одной из наиболее простых форм нейропластичности является габитуация или привыкание. Еще в классических опытах Шарля Шеррингтона было показано уменьшение некоторых рефлекторных движений в ответ на повторные слабораздражающие стимулы. Ш. Шеррингтон предположил, что это уменьшение ответа связано прежде всего с изменением процессов в синаптической передаче от сенсорных нейронов к моторным.

Позднее действительно было определено, что привыкание обусловлено уменьшением амплитуды постсинаптического потенциала возбуждения, продуцированного сенсорным нейроном на интернейрон или мотонейрон. Это так называемое кратковременное привыкание, которое может продолжаться в течение лишь нескольких минут. Однако при длительном повторном воздействии слабых раздражений отмечаются структурные изменения в синапсах, которые заключаются в уменьшении числа синаптических соединений между сенсорными нейронами и интернейронами или мотонейронами. Эти изменения носят уже длительный характер [Kandel E.R., Schwartz J.H., 1982].

До конца молекулярно-клеточные механизмы, лежащие в основе привыкания, еще полностью не раскрыты. Однако с этим механизмом связывают уменьшение высвобождения возбуждающих нейротрансмиттеров, включая глутамат, и возможно уменьшение свободного внутриклеточного Са++ [Dash Р.К. et al., 1991].

Наиболее понятным примером использования этого механизма нейропластичности в реабилитации является вестибулярная гимнастика, когда больные с головокружением выполняют упражнения, вызывающие слабое раздражение вестибулярного аппарата. При многократном повторении этих упражнений (при условии, что они действительно выступают как очень слабые раздражители) у больных со специфическим типом вестибулярных нарушений наступает привыкание к определенному типу движений и ослабление головокружения [Shumway-Cook A., Horak F.B., 1990].

Другой формой функциональной обратимой пластичности считается сенсити-зация, которая проявляется усилением ответа на потенциально опасные повреждающие стимулы [Jin I. et al., 2011]. Так же как привыкание, этот вид нейропластичности может быть кратковременным и долговременным и может происходить в тех же синапсах, в которых имел место процесс привыкания. Одним из возможных путей осуществления сенситизации рассматривается возможность пролонгирования потенциала действия за счет изменений клеточной проводимости калия. Это позволяет большему количеству трансмиттеров быть реализованными через терминали аксона, приводя к увеличению постсинаптического потенциала возбуждения [Jin I. et al., 2011]. При долговременной сенситизации наблюдается увеличение количества новых синаптических соединений, то есть функциональные изменения переходят в структурные. Так, например, у животных, которые подвергались опасным вредным воздействиям, отмечалось в 2 раза больше синаптических терминалей, увеличение дендритов на постсинаптических клетках и увеличение количества активных зон на синаптических терминалях от 40 до 65% [Bailey С.Н., Chen М., 1983].

В противоположность обратимым механизмам пластичности — привыканию и сенситизацию, другой вид нейропластичности — долговременная потенциация (long-term potentiation, LTP) приводит к долговременным или постоянным изменениям в силе синаптических соединений [Siegelbaum S.A., Kandel E.R., 1991]. Этот механизм нейропластичности лежит в основе обучения, под которым понимается приобретение знания или умения (навыка), и памяти, то есть сохранения этих знаний и умений.

Долговременная потенциация требует синтеза новых протеинов и формирования новых синаптических соединений. Для ее осуществления необходимы три условия: 1) совместное активирование несколько нервных волокон; 2) совместное активирование пресинаптических волокон и постсинаптических клеток; 3) специфичность механизма долговременной потенции к соответствующему активированному пути [Siegelbaum S.A., Kandel E.R., 1991]. Наиболее важными участниками этих процессов являются глутаматные рецепторы и Са++- и Ма+-каналы.

В механизме долговременной потенциации, по-видимому, участвует переход «молчащих» синапсов в активные. «Молчащие», или, другими словами, функционально неактивные синапсы, испытывают функциональный недостаток глутаматных (NMDA) рецепторов и рецепторов а-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол-пропионовой кислоты (АМРА). Такие синапсы могут переходить в активные через механизм долговременной потенциации: в ответ на продолжающуюся длительную стимуляцию инициируется активность в NMDA-рецепторах, что сопровождается увеличением внутриклеточного Са++. Это в свою очередь ведет к внедрению АМРА-рецепторов, находящихся в цитоплазме, в клеточную мембрану. При продолжающемся действии стимула постсинаптическая клеточная мембрана генерирует новый дендритный шипик [Luscher С. et al., 2000]. Таким образом происходят структурные изменения постсинаптической мембраны прежде неактивного синапса.

При повреждении нервных клеток выделяют отдельные формы синаптических изменений. Денервационная гиперчувствителъностъ возникает при разрушении окончания пресинаптического аксона. В этом случае повышается чувствительность постсинаптических рецепторов или синтезируются новые, которые отвечают усиленным ответом на трансмиттер, высвобождающийся из другого неподалеку расположенного аксона [Creese I. et al., 1977]. Примером может служить денервационная гиперчувствительность в постсинаптической мембране клеток стриатума (полосатое тело), которая развивается при денервации нейронов черной субстанции. Интересно, что денервационная гиперчувствительность развивается только тогда, когда погибают 90% нейронов в черной субстанции. Иными словами, денервационная гиперчувствительность возникает только при достижении определенного порога денервации.

Синаптическая гиперэффективность имеет место, когда только некоторые ветви пресинаптического аксона разрушаются. Оставшиеся терминали аксона получают все количество нейротрансмиттера, который в нормальных условиях распределялся среди всех окончаний. В результате этого большее, чем в норме, количество трансмиттера поступает на постсинаптические рецепторы.

Р.М. Умарова

Источник: vk.com

Комментарии: