Секреты регенерации периферических нервов

Обзор статьи: Caillaud M, Richard L, Vallat JM, Desmoulière A, Billet F. Peripheral nerve regeneration and intraneural revascularization. Neural Regen Res. 2019;14(1):24-33. doi:10.4103/1673-5374.243699

Проблемы повреждения периферических нервов являются актуальными в современной травматологии и составляют порядка 3-10% от всех травм опорно-двигательного аппарата.1 При отсутствии правильного лечения, эти повреждения могут приводить к временной или стойкой потере трудоспособности. 

Нервная система – это система органов и структур, которые осуществляют регуляцию всех жизненных процессов организма, интеграцию и координацию деятельности всех других его систем и органов, обеспечивающих взаимодействие и связь с внешней средой. Анатомически нервную систему делят на центральную и периферическую. К центральной относят головной и спинной мозг, а периферическая нервная система объединяет в себе нервные узлы, нервные стволы и нервные окончания.

С детства мы слышали, что нервные клетки не восстанавливаются. Эта простая “кухонная истина”, возможно, окажется неверной. Возможно, именно реваскуляризация периферического нерва поможет в дальнейшей регенерации.

В этой обзорной статье мы рассмотрим данные, которые предоставлены нашими французскими коллегами, о роли реваскуляризации в регенерации периферических нервов. Группа французских авторов провела литературный обзор по экспериментальным (грызуны) и клиническим исследованиям (пациенты) по ключевым словам, (указаны в Таблице 1) в период с 1946 года по июнь 2018 года.

Патофизиология повреждения нервов

В мировой литературе широко используется классификация степени повреждений нервов английского ортопеда Седдона (Seddon) предложенная в 1942 году. В этой классификации были определены три уровня повреждений: нейропраксия (neuropraxia), аксонотмезис (axonotmesis) и нейротмезис (neurotmesis). При нейропраксии происходит обратимое повреждение нервных волокон, без повреждения оболочек и без развития Валлеровой дегенерации (Wallerian degeneration). В результате консервативного лечения функции нерва восстанавливаются несколько недель. При аксонотмезисе повреждаются нервные волокна с развитием в дистальном конце Валлеровой дегенерации. В результате лечения восстановление функции нерва происходит, но для этого требуется несколько месяцев. При нейротмезисе возникает повреждение всех структур нервного ствола, включая нервные волокна и соединительнотканные оболочки. В результате на месте повреждения образуется рубцовая ткань, препятствующая росту нервных волокон. Для восстановления функции нерва необходимо оперативное лечение.

Позднее Сандерленд (Sunderland) (1951) уточнил классификацию Седдона до пяти категорий, выводы были основаны на гистопатологических признаках, а не только на тяжести повреждения (Рисунок 1). Согласно классификации Сандерленда степень I соответствует нейропраксии, степень II – аксонотмезису. При III степени поражаются аксоны и эндоневрий, но не периневрий. При IV степени поражаются аксоны, эндоневрий и периневрий, но эпиневрий сохраняется. Наконец, V степень соответствует нейротмезису (Seddon, 1942), то есть полный разрыв нерва. Позже Деллон и Маккиннон (1988) (A.Dellon  и S.MacKinnon)  предложили VI степень, которая соответствует наличию разных степеней повреждения вдоль одного и того же нерва. (Таблица 2)

Далее в обзорной статье более детально рассмотрим классификацию Сандерленд (Sunderland) с учетом новейших исследований.

Степень I – нейропраксия

 Этот тип повреждения впервые описал Wilhelm Heinrich Erb в 1876 году как промежуточную форму «частичного повреждения», a Seddon в 1943 году как нейропраксию. К нейропраксии чаще приводит компрессия периферического нерва.  Этот тип травмы вызван прямым давлением на нервный ствол или компрессией нервного корешка (Sunderland, 1951). Примерами данной патологии могут быть компрессия срединного нерва (синдром карпального канала), локтевого нерва (синдром кубитального канала) и многие другие.

Травма I степени сопровождается морфологическим изменением миелиновой оболочки или сегментарной демиелинизацией, что может быть выявлено при электронейрографии. Степень I клинически связана с дефицитом двигательной функции (чаще всего проходящим), который иногда приводит к нейропатии. Как правило, не происходит полной потери как моторных, так и сенсорных функций, поскольку сохраняется полная целостность нервов (Burnett and Zager, 2004).

В этом блоке авторы статьи приводят примеры методов воздействия для изучения дегенеративных и регенеративных процессов I степени (нейропраксии) с дальнейшей оценкой возможных методов лечения. 

В 1944 году Denny-Brown and Brenner в своем эксперименте использовали сдавление седалищного нерва кошек при помощи жгута. При этом, происходила демиелинизация нервных волокон, которая затем приводит к блокировке проводимости периферических нервов с умеренной потерей аксонов. В последующих, более современных исследованиях, ученые начали применять химические вещества для локального повреждения нервов. В 2001 году Sung DH продемонстрировал, что интраневральная инъекция фенола в седалищный нерв кролика вызывает блокаду проводимости. Также известно о негативном воздействии низких температур, так называемых холодовых травмах, на периферическую нервную систему. Этот вид воздействия приводил к местному нарушению нервной проводимости в месте охлаждения (Kennett and Gilliatt, 1991). Однако стоит принять во внимание то, что вид нейропатии при химическом или холодовом повреждении невозможно сравнить с нейропатией, вызванной механическим повреждением, поскольку при ней задействованы другие механизмы.

Наиболее схожую с человеческой модель повреждения периферических нервов животных разработали Bennett and Xie (1988). Они применяли длительное сдавление седалищного нерва жгутом (chronic constriction injury, CCI) у грызунов. У животных обнаруживается блок нервной проводимости с умеренной потерей аксонов, а также нейропатические боли и аллодиния на тепловые и механические раздражители.

Степени II, III и IV

В этом блоке французские коллеги описали механизмы повреждения и модели имитации на животных при степенях повреждений II, III и IV.

Выше подробно описывалась морфология степеней повреждения по Sunderland. Степень II проявляется нарушением целостности аксонов и демиелинизацией нервов, степень III – повреждением эндоневрия, и степень IV – повреждением периневрия (Рисунок 1). Причиной травмы нервов является растяжения и/или сдавления.

Компрессия нерва возможна при длительном воздействии тупого предмета, вызывающее нарушение целостности аксонов без повреждения эпиневрия, что способствует лучшему функциональному восстановлению. В литературе описаны различные способы нанесения сдавливающих повреждений на нерв грызуна. В 2001 году Gertrude M. Beer из Швейцарии описала использование зажима без зубцов для стандартизации методов компрессии, оказываемого на нерв. Эта модель сдавливания седалищного нерва, по мнению авторов, наиболее подходящая для изучения регенерации нервов и для разработки новых методов терапии. Естественно, наблюдаются свои различия регенерации у людей и животных. У людей чаще наблюдается обширный фиброз на месте поражения нерва, что в последующем требует хирургического вмешательства. Также была разработана модель химического воздействия, имитирующая повреждения при II и III степенях. Проф. J. M. Vallat с командой проводили интраневральные инъекции глицерина в седалищный нерв крыс, что приводило к полному разрушению миелиновой оболочки, но не влияло на периневрий и эпиневрий.

Второй способ повреждения – повреждение путем растяжения. Нервы обладают эластическим свойством, однако при чрезмерном растяжении миелиновые оболочки и аксоны могут разорваться. У человека такой вид травмы чаще всего встречается при осложненных родах. Например, акушерский паралич Дюшера-Эрба в результате излишнего растяжения плечевого отдела новорожденного. Также такой вид травмы часто встречается в результате автомобильной аварии. Экспериментальные модели разрыва плечевого сплетения, демонстрируют двустороннюю механическую и холодовую аллодинию, которые длятся значительно дольше, чем при хронической компрессии.

Наиболее тяжелая степень повреждения периферического нерва – V-нейротмезис При этой степени повреждения происходит полная потеря целостности всех структур нерва. Причиной данного повреждения у людей могут быть как бытовые травмы (например, ножевое ранение, порез стеклом или укус животного), так и в процессе хирургической операции (например, повреждение нервных корешком в процессе вмешательства на позвоночнике). Вариант частичного самопроизвольного восстановления в подобных случаях возможен, но полного нет. Лечение требует хирургических манипуляций, например, имплантации аутотрансплантата или других биологических материалов.

 Процесс Валлеровой дегенерации нервов

Травматическая нейропатия периферического нерва характеризуется повреждением аксона и отделением его от тела нейрона. В зависимости от расстояния между поврежденным участком аксона и телом нейрона зависит то, будет ли поврежден сам нейрон. Так, если место травмы находится вблизи тела нейрона, то происходит распад аксонального скелета и разрушение аксональной мембраны. Дегенерация аксонов сопровождается деградацией миелиновой оболочки и инфильтрацией макрофагами. Активируясь, макрофаги выполняют функцию фагоцитоза клеточного дебриса. Шванновские клетки реагируют на потерю аксонов экструзией их миелиновых оболочек, подавлением генов миелина, дифференцированием и пролиферацией. В итоге они выстраиваются в так называемые ленты Бюнгнера (“bands of Büngner”) и выделяют поверхностные молекулы, направляющие регенерирующие волокна. Одновременно регенерация и реорганизация кровеносных сосудов сопровождают рост аксонов. 

Процесс регенерации

Успех регенерации периферических нервов зависит как от поврежденных аксонов, так и от нервных клеток, включая Шванновские клетки, эндоневральные фибробласты и макрофаги. Вместе они создают поддерживающую микросреду, позволяющую успешно восстановить проксимальное окончание нервного волокна. 

Макрофаги также участвуют в выработке интерлейкина-1 (interleukin, IL -1), который  индуцирует Шванновские клетки к секреции фактора роста нервов (Nerve Growth Factor, NGF), что  способствует их аутокринно-стимулированному росту и пролиферации. Через 3-4 дня происходит пик митотической активности Шванновских клеток и это способствует регенерации аксонов. Макрофаги также участвуют в производстве трансформирующего фактора роста β (transforming growth factor-β, TGFβ) и инсулиноподобного фактора роста (Insulin Growth Factor, IGF). Эти факторы роста являются митогенными для Шванновских клеток. В дальнейшем, для обеспечения реконструкции миелина, макрофаги помогают сохранить ценный холестерин и продуцируют аполипопротеин E (apolipoprotein E).

В нейронах же производство белка растет из-за влияния таких факторов: мозгового нейротрофического фактора (Brain Derived Neurotrophic Factor, BDNF),  нейротрофического фактора глиальных клеток (Glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF), ассоциированного с фактором роста белка (Growth Associated Protein, GAP-43), а также таких нейропептидов, как кальцитонин-ген-связанный пептид (сalcitonin gene-related peptide,CGRP), вазоактивный интестинальный пептид (vasoactive intestinal peptide (VIP) , субстанция Р (substance P) и рост соматостатина.  В свою очередь подавляется выработка нейрофиламентов и высвобождение ацетилхолина (acetylcholine). Через 3-7 дней после травмы в конце проксимальной культи нерва формируется конус роста.  Также важным моментом является предупреждение развития рубцовой ткани, так как она будет тормозить рост нерва и в будущем провоцировать неполноценную его деятельность. Поэтому высвобождаются протеазы, которые способствуют деградации рубцовой ткани. На примере крысы, Burnett and Zager в 2004 году выяснили, что в дистальном сегменте перерезанного седалищного нерва, пролиферирующие Шванновские клетки выстраиваются в столбцы, формируя «ленты Бюнгнера», которые участвуют в регенерации эндоневрия. Ленты Бюнгнера представляют собой линейные полоски пересекающихся Шванновских клеток, которые формируют физический проводник для возобновления роста аксонов. 

Через три-четыре недели происходит созревание нерва. Процесс созревания включает в себя: ремиелинизацию, рост аксонов и, наконец, функциональную реиннервацию. При световой микроскопии морфология нервов грызунов выглядит нормальной. Но если посмотреть под электронным микроскопом, можно наблюдать уменьшение количества нервных волокон (как миелинизированных, так и немиелинизированных) и развитие небольших кластеров из трех или четырех регенерирующих аксонов, называемых «кластерами регенерации».

Нервные волокна восстанавливаются до обычного состояния примерно через три месяца, однако, эндоневрий по-прежнему разделен на множество микрокомпартментов из-за обилия фибробластов, которые постепенно дифференцируются в периневральные клетки. Нормальный периневрий также успевает регенерировать за это время.

Регенерация периферических нервов после травмы путем реваскуляризации 

Главной задачей французских авторов в данной статье было возобновить интерес к изучению внутриневральной васкуляризации после повреждения нерва.

Васкуляризация периферических нервов делится на две продольные системы: экстраневральную и интраневральную (intraneural vascular, INV) (Рисунок 2). Экстраневральная сосудистая система (extraneural vascular system, EVS) является перифасцикулярной и соеденяется с наружной системой сосудов (external vascular system) ответвляющимися сосудами. Интраневральная сосудистая система (INV) является внутрипучковой и состоит из артериол, венул и капилляров. Наши коллеги выдвинули следующую гипотезу: после повреждения периферических нервов размер кровеносных сосудов системы INV увеличивается из-за воздействия нейропептидов, таких как субстанция Р (SP) и кальцитонин-ген-связанный пептид (сalcitonin gene-related peptide, CGRP). Субстанция P (SP) действует как местный вазодилататор, а также вызывает дегрануляцию тучных клеток с высвобождением гистамина, серотонина и протеолитических ферментов, которые способствуют ангиогенезу. Кальцитонин-ген-связанный пептид (CGRP) является более сильным вазодилататором и также связан с ангиогенезом. Вазодилатация важна для рекрутирования макрофагов после повреждения нервов, тем самым обеспечивая фагоцитоз аксонов и миелинового дебриса. 

Сосудистый ответ на травму (компрессия или рассечение) состоит из двух фаз. Ранняя фаза включает в себя первую неделю после травмы и характеризуется увеличением размера кровеносных сосудов, при этом количество кровеносных сосудов остается неизменным. Затем на втором этапе, от 1 до 6 недель после травмы, наблюдается увеличение количества сосудов. Первая фаза сосудистой реакции связана с рекрутированием макрофагов и очищением дегенерирующих аксонов и обломков миелиновой оболочки, вызванных дегенерацией Валлера, в то время как вторая фаза связана с регенерацией нервов и состоит из пролиферации клеток, удлинения аксонов и миелинизации.

Недавно полученные результаты показывают, что Шванновские клетки и макрофаги являются ключевыми компонентами гомеостаза системы INV. Кроме того, последние исследования подчеркнули положительное влияние сосудистого эндотелиального фактора роста (Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF) на выживаемость нейронов и пролиферацию Шванновских клеток. VEGF является мощным ангиогенным фактором, который необходим во время восстановления тканей. Вероятно, именно мигрирующие и резидентные макрофаги секретируют VEGF. Этот фактор роста стимулирует неоангиогенез, который поставляет кислород и питательные вещества, необходимые для образования лент Бюнгнера Шванновскими клетаками. Данная гипотеза подтверждается исследованиями, опубликованными в 2015 году Hillenbrand и Cattin. В исследовании показано влияние сосудистого эндотелиального фактора роста на регенерацию седалищного нерва. Так в одном исследовании наблюдалась положительная взаимосвязь между повышенной васкуляризацией и усиленной регенерацией нервов, а во втором случае, что VEGF может поддерживать и усиливать рост регенерирующих нервных волокон, вероятно, за счет комбинации ангиогенных, нейротрофических и нейропротекторных эффектов.

Однако молекулярные взаимодействия между Шванновскими клетками, макрофагами, эндотелиальными клетками неокапилляров еще предстоит выяснить.  

Обсуждение

При написании данной обзорной статьи мы вновь углубились в физиологические процессы нервной системы на клеточном уровне. Какие-то моменты пришлось вспомнить, а какие-то изучить. Авторам данной статьи удалось собрать и структурировать основные этапы, которые происходят с поврежденным нервом поминутно. В связи с этим мы считаем, что эта работа является основополагающей для изучения и понимания биохимических процессов восстановления периферических нервных тканей. Возможно, ответ кроется в реваскуляризации нервов, а, возможно, он будет найден в генной и клеточной терапии или тканевой инженерии. Тем не менее, сочетание классических хирургических способов лечения и новых методов терапии (в том числе с помощью факторов роста) уже дают свои положительные результаты при экспериментальных исследованиях на грызунах. Однако, до сих пор точные механизмы дегенерации и регенерации периферических нервов после повреждения остаются до конца неизведанными. 

Литература 

1. Хирургия позвоночника, спинного мозга и периферических нервов. Берснев В.П. 

Таблица 1

Данные статьи :Caillaud M, Richard L, Vallat JM, Desmoulière A, Billet F. Peripheral nerve regeneration and intraneural revascularization. Neural Regen Res. 2019;14(1):24-33. doi:10.4103/1673-5374.243699

Таблица 2

Сравнительная таблица классификаций повреждений нервов

Данные статьи: Caillaud M, Richard L, Vallat JM, Desmoulière A, Billet F. Peripheral nerve regeneration and intraneural revascularization. Neural Regen Res. 2019;14(1):24-33. doi:10.4103/1673-5374.243699

Рис. 1

Данные статьи: Caillaud M, Richard L, Vallat JM, Desmoulière A, Billet F. Peripheral nerve regeneration and intraneural revascularization. Neural Regen Res. 2019;14(1):24-33. doi:10.4103/1673-5374.243699

Рис. 2

Васкуляризация периферических нервов.

Микроциркуляция периферических нервов происходит от внешней сосудистой системы, из которой выходят корешковые ответвления сосудов, снабжающие внутреннюю сосудистую систему. Внутренняя сосудистая система состоит из продольно ориентированных перифасцикулярных сосудов, которые проходят через эпиневрий (экстраневральную сосудистую систему, extraneural vascular system), достигают периневрия и в конечном итоге присоединяются к эндоневрию (интраневральная сосудистая система, intraneural vascular system).

Данные статьи: Caillaud M, Richard L, Vallat JM, Desmoulière A, Billet F. Peripheral nerve regeneration and intraneural revascularization. Neural Regen Res. 2019;14(1):24-33. doi:10.4103/1673-5374.243699