А ты симпатическая

Ученые 130 лет ошибались в строении автономной нервной системы

Автономная нервная система — важнейший «дирижер» организма, который в паре с эндокринной системой регулирует все телесные функции, не зависящие от сознательного контроля. Она была описана 130 лет назад, и казалось, что к настоящему времени изучена практически досконально, по меньшей мере анатомически и физиологически. Однако сейчас франко-британский научный коллектив пришел к небезосновательному выводу, что в классическом представлении об этой системе присутствует фундаментальная ошибка: граница между ее симпатическим и парасимпатическим отделами была проведена неправильно.

Инь и ян автономной нервной системы

Автономная, или вегетативная, нервная система подразделяется на два отдела с практически противоположными эффектами: симпатический, который отвечает за реакцию на стресс («борьба или бегство»), и парасимпатический, который поддерживает гомеостаз («отдых и пищеварение»). Эти отделы различаются по развитию в ходе формирования организма, анатомическому строению и биохимии.

Сигналы автономной системы идут от соответствующих ядер ЦНС (головного и спинного мозга) по нервным волокнам к нейронам периферических ганглиев (нервных узлов), которые, в свою очередь, передают эти сигналы к внутренним органам.

При этом ганглии симпатической системы расположены сегментарно рядом с позвоночником, то есть ее преганглионарные нервные волокна короткие, а постганглионарные длинные. Нервные узлы парасимпатической системы анатомически связаны с органами, которые они иннервируют, то есть ее преганглионарные волокна идут по длинным нервам из ЦНС, а постганглионарные коротки.

Во всех преганглионарных и парасимпатических постганглионарных волокнах нейромедиатором служит ацетилхолин, а в симпатических постганглионарных — норадреналин.

Особый отдел автономной нервной системы представляет собой нервная система кишечника: помимо вышеперечисленных структур, в ней присутствуют еще сенсорные и вставочные нейроны, из-за чего некоторые специалисты предлагают выделить ее в собственный отдел вегетатики. Но речь сейчас не о ней.

В процессе развития симпатические ганглии образуются в результате прямой миграции клеток нервного гребня из нервной трубки (предшественницы ЦНС). Формирование парасимпатических ганглиев зависит от роста преганглионарных нервных волокон, которые доставляют клетки-предшественницы нейронов к месту будущего узла. Такая разница в образовании ганглиев связана с экспрессией разных факторов транскрипции в будущих симпатических и парасимпатических нейронах.

Интуиция подвела

 

Со времен классического труда британского физиолога Уолтера Гаскелла (Walter Gaskell) считалось, что парасимпатическую иннервацию осуществляют длинные черепные нервы (глазодвигательный, лицевой, языкоглоточный и — основной — блуждающий), берущие начало в ядрах среднего и промежуточного мозга и регулирующие работу глаз, слизистой оболочки носа, желез и внутренних органов до нижних отделов толстой кишки, а также крестцовые чревные нервы, которые начинаются в ядрах боковых рогов крестцового отдела спинного мозга и регулируют работу тазовых органов.

Поводом для этого стали некоторые особенности крестцовых нервов. Анатомически они менее разветвлены, чем симпатические нервы грудного и поясничного отделов, их ганглии расположены дальше от позвоночника, и они иннервируют внутренние органы, до которых не доходят ветви блуждающего нерва. Физиологически крестцовые нервы действуют на некоторые органы противоположно грудным и поясничным. И, наконец, фармакологически иннервируемые ими органы чувствительны к блокаторам постганглионарных рецепторов к ацетилхолину.

 

Классическое представление об устройстве симпатической

  (красный цвет) и парасимпатической (синий цвет) нервных систем

Правомерность отнесения крестцовых чревных нервов к парасимпатической системе уже ставили под сомнение, поскольку волокна черепных нервов отходят от ЦНС дорсально (со стороны спины), а крестцовых чревных — вентрально (со стороны груди и живота), как и симпатические волокна. Это, в свою очередь, указывает на разные источники их развития в эмбриональном периоде. Однако к переписыванию учебников это не привело.

Вся парасимпатика — от головы

Спустя 130 лет после выхода статьи Гаскелла сотрудники Парижского исследовательского университета естественных и гуманитарных наук и Лондонского университетского колледжа убедительно подтвердили подобные сомнения, исследовав развитие пре- и постганглионарных нейронов у мышей.

Они выяснили, что, в отличие от клеток-предшественниц парасимпатических нейронов, которые экспрессируют факторы транскрипции Sox10, Phox2b, Tbx20, Tbx2 и Tbx3, будущие тазовые ганглионарные клетки экспрессируют Sox10 и FoxP1, как и симпатические нейроны. 

Более того, формирование тазовых ганглиев оказалось независимым от преганглионарных нервных волокон и происходило даже в их отсутствие, что для парасимпатических ганглиев нехарактерно. Образование этих нервных узлов в присутствии преганглионарных крестцовых волокон и без них показано на видео вверху и внизу соответственно.

На 14 день эмбрионального развития в нейронах ядер блуждающих нервов происходил синтез везикулярного переносчика ацетилхолина (VAChT) и отсутствовала синтаза оксида азота (NOS), а в спинномозговых ядрах грудных, поясничных и крестцовых нервов — наоборот.

Также ученые показали, что нейроны тазовых ганглиев экспрессируют факторы транскрипции Isl1, Gata3 и Hand1, как и клетки симпатических ганглиев, и не вырабатывают факторы Hmx2 и Hmx3, служащие маркерами парасимпатических ганглионарных нейронов.

Новое представление об устройстве симпатической

(красный цвет) и парасимпатической (синий цвет) нервных систем

I. Espinosa-Medina et al., Science, 2016

 

Полученные результаты красноречиво свидетельствуют о том, что крестцовые чревные нервы и тазовые ганглии относятся к симпатической нервной системе. Таким образом, вся парасимпатическая иннервация исходит только от черепных нервов, и тазовые органы ее лишены.

Лечить по-новому

Подобные выводы в корне меняют взгляды на эволюцию, развитие, анатомию и физиологию автономной нервной системы и тазовых органов. Это, в свою очередь, должно изменить понимание развития заболеваний нижнего отдела спинного мозга, крестцовых нервов и тазовых органов, а следовательно, и подходы к их лечению, как имеющиеся, так и перспективные.

Как пишет автор сопутствующей статьи Игорь Адамейко из Каролинского института в Стокгольме и Венского медицинского университета, полученные данные имеют большое значение для развивающейся сферы биомедицины — электроцевтики, или биоэлектронной медицины. Ее целью является лечение широкого спектра хронических заболеваний с помощью миниатюрных автономных устройств с микропроцессорами («нервной пыли»), имплантируемых непосредственно в нервы.

Эти устройства модифицируют нервные импульсы так, чтобы нормализовать нарушенные функции пораженных органов. Подобное вмешательство схоже с успешно применяемой электростимуляцией мозга, но действует на уровне отдельных нервов или нервных волокон. Для успеха подобного лечения необходимо четко понимать, является интересующий нерв симпатическим или парасимпатическим.

Биоэлектронный чип на нервном волокне

в представлении художника. GSK

Разработками в области электроцевтики занимается новый проект Galvani Bioelectronics, созданный Verily Life Sciences (дочкой компании Alphabet, которой принадлежит Google) и британским фармгигантом GlaxoSmithKline. На протяжении первых семи лет работы партнеры намерены вложить в этот проект 540 миллионов фунтов стерлингов.

Помимо электроцевтики, пересмотр иннервации тазовых органов имеет значение для развивающейся клеточной медицины, 

- отмечает Адамейко.

В случае восстановления поврежденных крестцовых нервов и тазовых ганглиев с помощью стволовых клеток врачам и ученым необходимо понимать, какие клетки-предшественницы использовать и как направлять их дифференцировку.