Секрети регенерації периферичних нервів

Огляд статті: 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

Проблеми пошкодження периферичних нервів є актуальними в сучасній травматології та становлять близько 3-10% від eсіх травм опорно-рухового апарату1. У разі відсутності правильного лікування, ці пошкодження можуть призводити до тимчасової або стійкої втрати працездатності.

Нервова система – це система органів і структур, які здійснюють регуляцію всіх життєвих процесів організму, інтеграцію й координацію діяльності всіх інших його систем і органів, що забезпечують взаємодію та зв'язок із зовнішнім середовищем.  Анатомічно нервову систему поділяють на центральну й периферичну.  До центральної відносять головний і спинний мозок, а периферична нервова система об'єднує в собі нервові вузли, нервові стовбури й нервові закінчення.

З дитинства ми чули, що нервові клітини не відновлюються.  Ця проста "кухонна істина", можливо, виявиться невірною. Можливо, саме реваскуляризація периферичного нерва допоможе в подальшій регенерації.

У цій оглядовій статті ми розглянемо дані, які надали наші французькі колеги, про роль реваскуляризації в регенерації периферичних нервів.  Група французьких авторів провела літературний огляд за експериментальними (гризуни) і клінічними дослідженнями (пацієнти) за ключовими словами, (вказані в таблиці 1) в період з 1946 року по червень 2018 року.

Патофізіологія пошкодження нервів

У світовій літературі широко використовується класифікація ступеня пошкоджень нервів англійської ортопеда Seddon запропонована в 1942 році. У цій класифікації були визначені три рівні пошкоджень: нейропраксія (neuropraxia), аксонотмезіс (axonotmesis) і нейротмезіс (neurotmesis).  У випадку нейропраксії відбувається оборотне пошкодження нервових волокон, без пошкодження оболонок і без розвитку Валлерової дегенерації (Wallerian degeneration). У результаті консервативного лікування функції нерва відновлюються за кілька тижнів. У разі аксонотмезісу пошкоджуються нервові волокна з розвитком у дистальному кінці Валерової дегенерації.  У результаті лікування відновлення функції нерва відбувається, але для цього потрібно кілька місяців.  У випадку нейротмезісу виникають пошкодження всіх структур нервового стовбура, включно з нервовими волокнами й сполучнотканинними оболонками. У результаті на місці пошкодження утворюється рубцева тканина, що перешкоджає зростанню нервових волокон.  Для відновлення функції нерва необхідне оперативне лікування.

Пізніше Сандерленд (Sunderland) (1951) уточнив класифікацію Седдон (Seddon) до п'яти категорій, грунтуючись на гістопатологічних ознаках, а не тільки на тяжкості ушкодження (Рисунок 1).  Відповідно до класифікації Сандерленда ступінь I відповідає нейропраксіі, ступінь II – аксонотмезісу.  У випадку III ступеня уражаються аксони й ендоневрій, але не периневрій.  У разі IV ступеня уражаються аксони, ендоневрій і периневрий, але епіневрій зберігається.  Нарешті, V ступінь відповідає нейротмезісу (Seddon, 1942), тобто повний розрив нерва. Пізніше Деллон і Маккіннон (1988) (A.Dellon і S.MacKinnon) запропонували VI ступінь, який відповідає наявності різних ступенів ушкодження уздовж одного й того ж нерва.  (Таблиця 2)

Далі в оглядовій статті більш детально розглянемо класифікацію Сандерленд (Sunderland) з урахуванням новітніх досліджень.

Ступінь I – нейропраксія

Цей тип пошкодження вперше описав Wilhelm Heinrich Erb у 1876 році як проміжну форму «часткового пошкодження», a Seddon у 1943 році як нейропраксію.  Нейропраксія частіше викликана компресією периферичного нерва.  Цей тип травми спричинений прямим тиском на нервовий стовбур або компресією нервового корінця (Sunderland, 1951).  Прикладами цієї патології можуть бути компресія серединного нерва (синдром карпального каналу), ліктьового нерва (синдром кубітального каналу) й багато інших.

Травма I ступеня супроводжується морфологічними змінами мієлінової оболонки або сегментарної демієлінізації, що може бути виявлено у разі електронейрографії.  Ступінь I клінічно пов'язаний з дефіцитом рухової функції (найчастіше проходять), який іноді призводить до нейропатії.  Як правило, не відбувається повної втрати як моторних, так і сенсорних функцій, оскільки зберігається повна цілісність нервів (Burnett and Zager, 2004).

У цьому блоці автори статті наводять приклади методів впливу для вивчення дегенеративних і регенеративних процесів I ступеня (нейропраксіі) з подальшою оцінкою можливих методів лікування.

У 1944 році Denny-Brown and Brenner у своєму експерименті використовували здавлення сідничного нерва кішок за допомогою джгута.  Водночас відбувалася демієлінізація нервових волокон, яка потім призводить до блокування провідності периферичних нервів з помірною втратою аксонів. У наступних, більш сучасних дослідженнях, учені почали застосовувати хімічні речовини для локального пошкодження нервів.  У 2001 році Sung DH продемонстрував, що інтраневральна ін'єкція фенолу в сідничний нерв кролика викликає блокаду провідності.  Також відомо про негативну дію низьких температур, так званих холодових травм, на периферичну нервову систему.  Цей вид впливу призводив до місцевого порушення нервової провідності в місці охолодження (Kennett and Gilliatt, 1991).  Однак варто взяти до уваги те, що вид нейропатії у разі хімічного або холодового пошкодження неможливо порівняти з нейропатією, викликаною механічним пошкодженням, оскільки у такому випадку задіяні інші механізми.

Найбільш схожу з людською модель ушкодження периферичних нервів тварин розробили Bennett and Xie (1988).  Вони застосовували тривале здавлення сідничного нерва джгутом (chronic constriction injury, CCI) у гризунів.  У тварин виявляється блок нервової провідності з помірною втратою аксонів, а також нейропатичні болі й алодінія на теплові та механічні подразники.

Ступені II, III і IV

У цьому блоці французькі колеги описали механізми пошкодження та моделі імітації на тваринах у випадку ступенів ушкоджень II, III і IV.

Вище детально роз'яснюють морфологію ступенів ушкодження за Sunderland.  Ступінь II проявляється порушенням цілісності аксонів і демієлінізації нервів, ступінь III – пошкодженням ендоневрію, і ступінь IV – пошкодженням периневрію (Рисунок 1).  Причиною травми нервів є розтягування і/або здавлення.

Компресія нерва можлива у разі тривалого впливу тупого предмета, що викликає порушення цілісності аксонів без пошкодження епіневрію, що сприяє кращому функціональному відновленню.  У літературі описані різні способи нанесення здавлюючих пошкоджень на нерв гризуна.  У 2001 році Gertrude M. Beer зі Швейцарії описала використання затиску без зубців для стандартизації методів компресії, який діє на нерв.  Ця модель здавлювання сідничного нерва, на думку авторів, найбільш підходить для вивчення регенерації нервів і для розробки нових методів терапії.  Природно, спостерігаються свої відмінності регенерації у людей і тварин.  У людей частіше спостерігається великий фіброз на місці ураження нерва, що в подальшому вимагає хірургічного втручання.  Також була розроблена модель хімічного впливу, яка імітує пошкодження у разі II і III ступенів.  Проф.  J. M. Vallat з командою проводили інтраневральні ін'єкції гліцерину в сідничний нерв щурів,  що призводило до повного руйнування мієлінової оболонки, але не впливало на периневрій і епіневрій.

Другий спосіб пошкодження – пошкодження шляхом розтягування.  Нерви мають еластичну властивість, проте у разі надмірного розтягування мієлінові оболонки й аксони можуть розірватися.  У людини такий вид травми найчастіше зустрічається у випадку ускладнених пологів. Наприклад, акушерський параліч Дюшера-Ерба в результаті зайвого розтягування плечового відділу новонародженого.  Також такий вид травми часто зустрічається після автомобільної аварії. Експериментальні моделі розриву плечового сплетення, демонструють двосторонню механічну й холодову аллодінію, які тривають значно довше, ніж у разі хронічної компресії.

Найбільш важкий ступінь пошкодження периферичного нерва – V-нейротмезіс.  За умови такого ступеня пошкодження відбувається повна втрата цілісності всіх структур нерва.  Причиною цього ушкодження у людей можуть бути як побутові травми (наприклад, ножове поранення, поріз склом або укус тварини), так і в процесі хірургічної операції (наприклад, пошкодження нервових корінців у процесі втручання на хребті).  Варіант часткового самовільного відновлення в подібних випадках можливий, але повного немає. Лікування вимагає хірургічних маніпуляцій, наприклад, імплантації аутотрансплантата або інших біологічних матеріалів.

Процес Валлерової дегенерації нервів

Травматична нейропатія периферичного нерва характеризується пошкодженням аксона й відділенням його від тіла нейрона. Залежно від відстані між пошкодженою ділянкою аксона й тілом нейрона залежить те, чи буде пошкоджений сам нейрон.  Так, якщо місце травми знаходиться поблизу тіла нейрона, то відбувається розпад аксонального скелета й руйнування аксональної мембрани.  Дегенерація аксонів супроводжується деградацією мієлінової оболонки й інфільтрацією макрофагами. Активуючи, макрофаги виконують функцію фагоцитозу клітинного дебриса.  Шванівські клітини реагують на втрату аксонів екструзією їх мієлінових оболонок, придушенням генів мієліну, дифференціюванням і проліферацією.  Врешті-решт вони шикуються в так звані стрічки Бюнгнера ( "bands of Büngner") і виділяють поверхневі молекули, що направляють регенеруючі волокна.  Одночасно регенерація й реорганізація кровоносних судин супроводжують зростання аксонів.

Процес регенерації

Успіх регенерації периферичних нервів залежить як від пошкоджених аксонів, так і від нервових клітин, включно з Шванівськими клітинами, ендоневральними фібробластами й макрофагами. Разом вони створюють підтримуюче мікросередовище, що дозволяє успішно відновити проксимальне закінчення нервового волокна.

Макрофаги також беруть участь у виробленні інтерлейкіну-1 (interleukin, IL-1), який індукує Шванівські клітини до секреції фактора росту нервів (Nerve Growth Factor, NGF), що сприяє їх аутокринно-стимульованому росту й проліферації. Через 3-4 дні відбувається пік мітотичної активності Шванівських клітин і це сприяє регенерації аксонів.  Макрофаги також беруть участь у виробництві трансформуючого фактора росту β (transforming growth factor-β, TGFβ) й інсуліноподібного фактора росту (Insulin Growth Factor, IGF).  Ці чинники зростання є мітогеном для Шванівських клітин.  Надалі, для забезпечення реконструкції мієліну, макрофаги допомагають зберегти цінний холестерин і продукують аполіпопротеїн E (apolipoprotein E).

В нейронах же виробництво білка зростає через вплив таких чинників: мозкового нейротрофічного фактора (Brain Derived Neurotrophic Factor, BDNF), нейротрофічного фактора гліальних клітин (Glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF), асоційованого з фактором росту білка (Growth Associated  Protein, GAP-43), а також таких нейропептидів, як кальцитонін-ген-зв'язаний пептид (сalcitonin gene-related peptide, CGRP), вазоактивний інтестинальний пептид (vasoactive intestinal peptide (VIP), субстанція Р (substance P) і зростання соматостатина. Так само пригнічується вироблення нейрофиламентів і вивільнення ацетилхоліну (acetylcholine). Через 3-7 днів після травми в кінці проксимальної кукси нерва формується конус росту. Також важливим моментом є попередження розвитку рубцевої тканини, так як вона буде гальмувати зростання нерва й у майбутньому провокувати неповноцінну  його діяльність. Тому вивільняються протеази, які сприяють деградації рубцевої тканини. На прикладі щура, Burnett and Zager в 2004 році з'ясували, що в дистальному сегменті перерізаного сідничного нерва, проліферируючі Шванівські клітини формуються в стовпці, утворюючи «стрічки Бюнгнера», які беруть участь у регенерації ендоневрію. Стрічки Бюнгнера є лінійними смужками пересічних Шваннівських клітин, які формують фізичний провідник для відновлення зростання аксонів.

Через три-чотири тижні відбувається дозрівання нерва.  Процес дозрівання складається з: ремієлінізації, зростання аксонів і, нарешті, функціональної реіннервації.  Під час використання світлової мікроскопії морфологія нервів гризунів виглядає нормальною.  Але якщо подивитися під електронним мікроскопом, можна спостерігати зменшення кількості нервових волокон (як мієлінізованих, так і немієлінізованих) і розвиток невеликих кластерів з трьох або чотирьох регенеруючих аксонів, званих «кластерами регенерації».

Нервові волокна відновлюються до нормального стану приблизно через три місяці, однак, ендоневрій, як і раніше, розділений на безліч мікрокомпартментів через велику кількість фібробластів, які поступово диференціюються в періневральні клітини.  Нормальний периневрій також встигає регенерувати за цей час.

Регенерація периферичних нервів після травми шляхом реваскуляризації

Головним завданням французьких авторів у цій статті було відновити інтерес до вивчення внутрішньоневральної васкуляризації після пошкодження нерва.

Васкуляризація периферичних нервів ділиться на дві поздовжні системи: екстраневральну й інтраневральну (intraneural vascular, INV) (Рисунок 2).  Екстраневральна судинна система (extraneural vascular system, EVS) є періфасцикулярною й з’єднана з зовнішньою системою судин (external vascular system) відгалуженими судинами.  Інтраневральна судинна система (INV) є внутрішньопучковою й складається з артеріол, венул і капілярів.  Наші колеги висунули таку гіпотезу: після пошкодження периферичних нервів розмір кровоносних судин системи INV збільшується через вплив нейропептидів, таких як субстанція Р (SP) і кальцитонін-ген-зв'язаний пептид (сalcitonin gene-related peptide, CGRP).  Субстанція P (SP) діє як місцевий вазодилататор, а також викликає дегрануляцію тучних клітин з вивільненням гістаміну, серотоніну й протеолітичних ферментів, які сприяють ангіогенезу. Кальцитонін-ген-зв'язаний пептид (CGRP) є більш сильним вазодилататором і також пов'язаний з ангіогенезом.  Вазодилатація важлива для рекрутування макрофагів після пошкодження нервів, тим самим забезпечуючи фагоцитоз аксонів і мієлінового дебриса.

Судинна відповідь на травму (компресія або розсічення) складається з двох фаз.  Рання фаза – це перший тиждень після травми, який характеризується збільшенням розміру кровоносних судин, у той же час кількість кровоносних судин залишається незмінною.  Потім на другому етапі, від 1 до 6 тижнів після травми, спостерігається збільшення кількості судин. Перша фаза судинної реакції пов'язана з рекрутуванням макрофагів і очищенням дегенеруючих аксонів й уламків мієлінової оболонки, викликаних дегенерацією Валлера, тоді як друга фаза пов'язана з регенерацією нервів і складається з проліферації клітин, подовження аксонів і мієлінізації.

Нещодавно отримані результати показують, що Шванівскі клітини й макрофаги є ключовими компонентами гомеостазу системи INV. Крім того, останні дослідження підкреслили позитивний вплив судинного ендотеліального фактора росту (Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF) на виживаність нейронів і проліферацію Шваннівських клітин.  VEGF є потужним ангіогенним фактором, який необхідний під час відновлення тканин.  Імовірно, саме мігруючі й резидентні макрофаги секретують VEGF.  Цей фактор росту стимулює неоангіогенез, який поставляє кисень і поживні речовини, необхідні для утворення стрічок Бюнгнера Шванівськими клітинами.  Ця гіпотеза підтверджується дослідженнями, які були опубліковані в 2015 році Hillenbrand і Cattin.  У дослідженні показано вплив судинного ендотеліального фактора росту на регенерацію сідничного нерва.  Так в одному дослідженні спостерігався позитивний взаємозв'язок між підвищеною васкуляризацією й посиленою регенерацією нервів, а в іншому випадку, що VEGF може підтримувати й посилювати зростання регенеруючих нервових волокон, імовірно, за рахунок комбінації ангіогенних, нейротрофічних і нейропротекторних ефектів.

Однак молекулярні взаємодії між Шванівськими клітинами, макрофагами, ендотеліальними клітинами неокапіллярів ще належить з'ясувати.

Обговорення

Під час написання цієї оглядової статті ми знову заглибилися в фізіологічні процеси нервової системи на клітинному рівні.  Якісь моменти довелося згадати, а якісь  вивчити.  Авторам цієї статті вдалося зібрати й структурувати основні етапи, які відбуваються з пошкодженим нервом щохвилини.  У зв'язку з цим ми вважаємо, що ця робота є основною для вивчення й розуміння біохімічних процесів відновлення периферичних нервових тканин.  Можливо, відповідь криється в реваскуляризації нервів, а, можливо, він буде знайдений в генній та клітинній терапії або тканинній інженерії.  Проте, поєднання класичних хірургічних способів лікування й нових методів терапії  (зокрема за допомогою факторів росту) вже дають свої позитивні результати під час експериментальних дослідженнях на гризунах.  Однак досі точні механізми дегенерації і регенерації периферичних нервів після пошкодження залишаються до кінця незвіданими.

Література

1. Хірургія хребта, спинного мозку й периферичних нервів.  Берснєв В.П.

Таблиця 1

Дані статті: 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

Таблиця 2

Порівняльна таблиця класифікацій пошкоджень нервів

Дані статті: 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

Дані статті: 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

Васкуляризація периферичних нервів.

Мікроциркуляція периферичних нервів походить від зовнішньої судинної системи, з якої виходять корінцеві відгалуження судин, що постачають внутрішню судинну систему.  Внутрішня судинна система складається з поздовжньо орієнтованих періфасцикулярних судин, які проходять через епіневрій (екстраневральну судинну систему, extraneural vascular system), досягають периневрію і в кінцевому підсумку приєднуються до ендоневрію ( інтраневрального судинна система, intraneural vascular system).

Дані статті: 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