Jak działa rdzeń kręgowy

czym jest ośrodkowy układ nerwowy?

ośrodkowy układ nerwowy (OUN) kontroluje większość funkcji ciała i umysłu. Składa się z dwóch części: mózgu i rdzenia kręgowego.

mózg jest centrum naszych myśli, interpretatorem naszego środowiska zewnętrznego i źródłem kontroli nad ruchem ciała. Podobnie jak centralny komputer, interpretuje on informacje z naszych oczu( wzroku), uszu (dźwięku), nosa (zapachu), języka (smaku) i skóry (dotyku), a także z narządów wewnętrznych takich jak żołądek.,

rdzeń kręgowy jest autostradą komunikacji między ciałem a mózgiem. Gdy rdzeń kręgowy jest uszkodzony, wymiana informacji między mózgiem a innymi częściami ciała jest zakłócona.

czym różni się centralny układ nerwowy od innych układów organizmu?

większość układów i narządów ciała kontroluje tylko jedną funkcję, ale centralny układ nerwowy wykonuje wiele zadań jednocześnie. Kontroluje wszystkie ruchy dobrowolne, takie jak mowa i chodzenie, oraz ruchy mimowolne, takie jak mruganie i oddychanie., To także rdzeń naszych myśli, percepcji i emocji.

w jaki sposób centralny układ nerwowy chroni się przed urazami?

centralny układ nerwowy jest lepiej chroniony niż jakikolwiek inny układ lub narząd w organizmie. Jego główną linią obrony są kości czaszki i kręgosłupa, które tworzą twardą fizyczną barierę dla urazów. Wypełniona płynem przestrzeń pod kośćmi, zwana syrnix, zapewnia amortyzację wstrząsów.

Niestety ta ochrona może być mieczem obosiecznym., Gdy dochodzi do uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego, miękka tkanka mózgu i rdzenia kręgowego pęcznieje, powodując ciśnienie z powodu ograniczonej przestrzeni. Obrzęk sprawia, że uraz gorzej, chyba że jest szybko zwolniony. Złamanie kości może prowadzić do dalszych uszkodzeń i możliwości zakażenia.

dlaczego centralny układ nerwowy nie może się naprawić po urazie?

wiele narządów i tkanek w organizmie może wyzdrowieć po urazie bez interwencji. Niestety, niektóre komórki ośrodkowego układu nerwowego są tak wyspecjalizowane, że nie mogą dzielić się i tworzyć nowych komórek., W rezultacie odzyskanie po urazie mózgu lub rdzenia kręgowego jest znacznie trudniejsze.

złożoność ośrodkowego układu nerwowego sprawia, że tworzenie właściwych połączeń między komórkami mózgu i rdzenia kręgowego jest bardzo trudne. To ogromne wyzwanie dla naukowców, aby odtworzyć centralny układ nerwowy, który istniał przed urazem.

komórki ośrodkowego układu nerwowego

neurony łączą się ze sobą w celu wysyłania i odbierania wiadomości w mózgu i rdzeniu kręgowym., Wiele neuronów pracujących razem jest odpowiedzialnych za każdą podjętą decyzję, każdą odczuwaną emocję lub uczucie oraz każde podjęte działanie.

złożoność ośrodkowego układu nerwowego jest niesamowita: w mózgu i rdzeniu kręgowym jest łącznie około 100 miliardów neuronów. Zidentyfikowano aż 10 000 różnych podtypów neuronów, z których każdy specjalizuje się w wysyłaniu i odbieraniu określonych typów informacji. Każdy neuron składa się z ciała komórkowego, w którym mieści się jądro. Aksony i dendryty tworzą rozszerzenia z ciała komórkowego.,

astrocyty, rodzaj komórki glejowej, są pierwotnymi komórkami podporowymi mózgu i rdzenia kręgowego. Wytwarzają i wydzielają białka zwane czynnikami neurotroficznymi. Rozkładają również i usuwają białka lub substancje chemiczne, które mogą być szkodliwe dla neuronów (na przykład glutaminian, neuroprzekaźnik, który w nadmiarze powoduje nadmierne pobudzenie komórek i obumieranie w wyniku procesu zwanego ekscytotoksycznością).

astrocyty nie zawsze są korzystne: po urazie dzielą się, tworząc nowe komórki otaczające miejsce urazu, tworząc bliznę glejową, która jest barierą dla regeneracji aksonów.,

mikroglej to komórki odpornościowe mózgu. Po urazie migrują do miejsca urazu, aby pomóc oczyścić martwe i obumarłe komórki. Mogą również wytwarzać małe cząsteczki zwane cytokinami, które pobudzają komórki układu odpornościowego do odpowiedzi na miejsce uszkodzenia. Ten proces oczyszczania może odgrywać ważną rolę w odzyskiwaniu funkcji po urazie kręgosłupa.

oligodendrocyty są komórkami glejowymi, które wytwarzają substancję tłuszczową zwaną mieliną, która owija się wokół aksonów warstwami., Włókna izolowane przez mielinę mogą przenosić wiadomości elektryczne (zwane również potencjałami działania) z prędkością 100 metrów na sekundę, podczas gdy włókna bez mieliny mogą przenosić wiadomości tylko z prędkością jednego metra na sekundę.

synapsy i neurotransmisje

wiadomości są przekazywane z neuronu do neuronu poprzez synapsy, małe szczeliny między komórkami, za pomocą substancji chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami., Aby przekazać wiadomość potencjału czynnościowego przez synapsę, cząsteczki neuroprzekaźników są uwalniane z jednego neuronu (neuronu „przedsynaptycznego”) przez lukę do następnego neuronu (neuronu” postsynaptycznego”). Proces trwa do momentu, aż wiadomość dotrze do celu.

istnieją miliony połączeń między neuronami w samym rdzeniu kręgowym. Połączenia te są wykonywane podczas rozwoju, wykorzystując sygnały pozytywne (czynniki neurotroficzne) i negatywne (białka hamujące) do ich dostrojenia. O dziwo, pojedynczy Akson może tworzyć synapsy z nawet tysiącem innych neuronów.,

co powoduje paraliż?

istnieje logiczna i fizyczna organizacja Topograficzna anatomii ośrodkowego układu nerwowego, która jest rozbudowaną siecią ściśle powiązanych ze sobą szlaków neuronowych. Ten uporządkowany związek oznacza, że różne poziomy segmentowe przewodu kontrolują różne rzeczy, a uszkodzenie określonej części przewodu będzie miało wpływ na sąsiednie części ciała.

paraliż występuje, gdy komunikacja między mózgiem a rdzeniem kręgowym zawodzi. Może to wynikać z uszkodzenia neuronów w mózgu (udar), lub w rdzeniu kręgowym., Uraz rdzenia kręgowego dotyczy tylko obszarów poniżej poziomu urazu. Jednak poliomyelitis (zakażenie wirusowe) lub choroba Lou Gehriga (stwardnienie zanikowe boczne, lub ALS) może wpływać na neurony w całym rdzeniu kręgowym.

ścieżki informacyjne

wyspecjalizowane neurony przenoszą do rdzenia kręgowego wiadomości ze skóry, mięśni, stawów i narządów wewnętrznych o bólu, temperaturze, dotyku, wibracjach i propriocepcji. Wiadomości te są następnie przekazywane do mózgu wzdłuż jednej z dwóch ścieżek: drogi spinotalmicznej i ścieżki lemniskowej., Drogi te znajdują się w różnych miejscach w rdzeniu kręgowym, więc uraz może nie wpływać na nich w ten sam sposób lub w tym samym stopniu.

każdy segment rdzenia kręgowego otrzymuje sygnał sensoryczny z określonego regionu ciała. Naukowcy mapowali te obszary i określili pola „receptywne” dla każdego poziomu rdzenia kręgowego. Sąsiednie pola nakładają się na siebie, więc linie na diagramie są przybliżone.

ruch dobrowolny i mimowolny

ponad milion aksonów przemieszcza się przez rdzeń kręgowy, w tym najdłuższe aksony w ośrodkowym układzie nerwowym.,

neurony w korze ruchowej, regionie mózgu, który kontroluje ruch dobrowolny, wysyłają swoje aksony przez przewód kortykospinalny, aby połączyć się z neuronami ruchowymi w rdzeniu kręgowym. Neurony ruchowe rdzenia wystają z rdzenia do prawidłowych mięśni przez korzeń brzuszny. Połączenia te kontrolują świadome ruchy, takie jak pisanie i bieganie.

informacja płynie również w przeciwnym kierunku, co powoduje mimowolny ruch. Neurony czuciowe dostarczają sprzężenie zwrotne do mózgu za pośrednictwem korzenia grzbietowego., Część tej informacji sensorycznej jest przekazywana bezpośrednio do niższych neuronów ruchowych, zanim dotrze do mózgu, co powoduje ruchy mimowolne lub odruchowe. Pozostałe informacje sensoryczne wracają do kory.

Jak działa rdzeń kręgowy i mięśnie

rdzeń kręgowy jest podzielony na pięć sekcji: szyjny, piersiowy, lędźwiowy, krzyżowy i ogonowy. Poziom urazu określa stopień paraliżu i / lub utraty czucia. Nie ma dwóch takich samych obrażeń.,

ten diagram ilustruje połączenia między głównymi grupami mięśni szkieletowych a każdym poziomem rdzenia kręgowego. Podobna organizacja istnieje dla kontroli kręgosłupa narządów wewnętrznych.

Jak rdzeń kręgowy i narządy wewnętrzne współpracują ze sobą

oprócz kontroli ruchu dobrowolnego, ośrodkowy układ nerwowy zawiera współczulne i przywspółczulne ścieżki, które kontrolują reakcję „walki lub lotu” na niebezpieczeństwo i regulację funkcji organizmu., Należą do nich uwalnianie hormonów, ruch żywności przez żołądek i jelita oraz odczucia z i kontroli mięśni do wszystkich narządów wewnętrznych.

ten diagram ilustruje te drogi i poziom rdzenia kręgowego wystające do każdego narządu.

co się dzieje po urazie rdzenia kręgowego?

po urazie rdzenia kręgowego dochodzi do częstych zdarzeń biologicznych:

1. komórki układu odpornościowego migrują do miejsca urazu, powodując dodatkowe uszkodzenia niektórych neuronów i śmierć innych, które przeżyły początkowy uraz.,
2. śmierć oligodendrocytów powoduje, że aksony tracą mielinację, co znacznie utrudnia przewodzenie potencjału czynnościowego, wiadomości lub czyni pozostałe połączenia bezużytecznymi. Neuronalna autostrada informacji jest dodatkowo zakłócona, ponieważ wiele aksonów jest odciętych, odcinając linie komunikacji między mózgiem i mięśniami oraz między systemami zmysłowymi ciała a mózgiem.
3. w ciągu kilku tygodni od początkowego urazu obszar uszkodzenia tkanki został oczyszczony przez mikroglej, a wypełniona płynem Jama otoczona blizną glejową zostaje pozostawiona., Cząsteczki hamujące odrastanie odciętych aksonów są teraz wyrażane w tym miejscu. Kawitacja nazywa się syrinx, który działa jako bariera do ponownego połączenia dwóch stron uszkodzonego rdzenia kręgowego.

chociaż uszkodzenie rdzenia kręgowego powoduje złożone uszkodzenia, zaskakująca ilość podstawowych obwodów do kontroli ruchu i informacji o procesie może pozostać nienaruszona. Dzieje się tak dlatego, że rdzeń kręgowy jest ułożony w warstwy obwodów. Wiele połączeń i komórek neuronalnych tworzących ten obwód powyżej i poniżej miejsca urazu przeżywa uraz., Ważnym pytaniem dla naukowców jest to, ile te przetrwałe neurony „wiedzą?”Czy mogą się regenerować i tworzyć nowe, poprawne połączenia?

strategie interwencyjne

badania wskazują na mnogość możliwych interwencji w celu promowania powrotu do zdrowia po urazie kręgosłupa. Niektóre byłyby dostarczane natychmiast po urazie; inne są mniej specyficzne w czasie i wymagają odbudowy i ponownego podłączenia uszkodzonego przewodu., Oczywiście, oba podejścia są ważne: ograniczenie degeneracji zwiększy prawdopodobieństwo większej regeneracji, podczas gdy stymulowanie regeneracji będzie opierać się na pozostałym systemie, aby przywrócić utraconą łączność i być może zapobiec dalszej degeneracji.

poniżej przedstawiamy niektóre strategie interwencji wspierane ze środków Fundacji & Nie jest to wyczerpująca lista wszystkich możliwych interwencji.,

leczenie bezpośrednio po wypadku:

1. ograniczanie początkowej degeneracji
   ostatnie badania wykazały, że istnieją co najmniej trzy różne mechanizmy śmierci komórek w utracie neuronów i oligodendrocytów po urazie: martwica, ekscytotoksyczność i apoptoza.
2. leczenie zapalenia
   wkrótce po urazie rdzeń kręgowy pęcznieje, a białka z układu odpornościowego atakują ranną strefę. Ten obrzęk i stan zapalny może sprzyjać wtórnemu uszkodzeniu przewodu po początkowym urazie., Dlatego ważne jest, aby traktować odpowiedź zapalną tak szybko, jak to możliwe. Laboratoria realizujące takie podejście obejmują Laboratorium Schwab.

leczenie długoterminowe:

1. stymulowanie wzrostu aksonalnego
   nawozy nerwowe zwane neurotrofinami mogą promować przeżycie komórek poprzez blokowanie apoptozy i stymulowanie wzrostu aksonalnego. Każda neurotrofina ma bardzo specyficzną funkcję komórek docelowych. Niektóre selektywnie zapobiegają śmierci komórek oligodendrocytów, inne sprzyjają odrastaniu aksonów lub przetrwaniu neuronów, a jeszcze inne pełnią wiele funkcji., Laboratoria realizujące to podejście obejmują Czarne laboratorium i Parada Lab.
2. promowanie nowego wzrostu za pomocą substratów lub cząsteczek prowadzących
   substrat i cząsteczki prowadzące mogą poprawić celowanie po zachęceniu aksonów do regeneracji poza miejscem zmiany. Białka te działają jak mapy drogowe, kierując aksony do ich właściwych celów. Jest to funkcja krytyczna, ponieważ nawet jeśli aksony przetrwają, muszą ponownie połączyć się z odpowiednimi celami. Laboratoria realizujące to podejście obejmują Black Lab, Mendell Lab i Parada Lab.,
3. cząsteczki blokujące, które hamują regenerację
   w mózgu i rdzeniu kręgowym znajdują się cząsteczki, które uniemożliwiają neuronom dzielenie się i wzrost aksonów. Przezwyciężenie hamowania może stymulować odrastanie aksonalne i regenerację i jest prawdopodobnie ważnym składnikiem terapii regeneracyjnych. Laboratorium Schwab kontynuuje to podejście.
4. zaopatrzenie nowych komórek w zastąpienie utraconych
   komórek macierzystych, które są wyizolowane z OUN i mogą dzielić się tworząc nowe komórki, może zastąpić utracone neurony i gila., Te komórki macierzyste muszą być zbierane, traktowane w celu pobudzenia wzrostu, a następnie wstrzykuje się do uszkodzonego przewodu. Laboratoria realizujące takie podejście obejmują Laboratorium Bunge i laboratorium Gage.
5. budowa mostów do przęsła zmiany
   mosty mogą być potrzebne do ponownego połączenia przerwanych odcinków uszkodzonego rdzenia kręgowego. Naukowcy muszą określić, jak najlepiej zbudować te mosty i jakie cząsteczki wykorzystać, aby zachęcić do nowego wzrostu i zwiększyć przetrwanie nowych połączeń. Laboratorium Bunge kontynuuje to podejście.