Циркумвентрикулярные органы ( ЦВО ) (окружной: вокруг; желудочковый: желудочка ) — это структуры в мозге, характеризующиеся обширными и высокопроницаемыми капиллярами , в отличие от тех, что находятся в остальной части мозга, где на уровне капилляров существует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). [1] [2] [3] [4] Хотя термин «циркумвентрикулярные органы» был первоначально предложен в 1958 году австрийским анатомом Гельмутом О. Хофером в отношении структур вокруг желудочковой системы мозга , [5] проникновение красителей, переносимых кровью, в небольшие специфические области ЦВО было обнаружено в начале 20-го века. [6] Проницаемые центральные венозные сосуды, обеспечивающие быстрый нейрогуморальный обмен, включают в себя подфорникальный орган (SFO), заднюю область (AP), сосудистый орган терминальной пластинки (VOLT — также известный как сосудистый орган терминальной пластинки (OVLT)), срединное возвышение , нервную долю гипофиза и эпифиз . [1] [7]
Циркумвентрикулярные органы представляют собой срединные структуры вокруг третьего и четвертого желудочков , которые контактируют с кровью и спинномозговой жидкостью , и они способствуют особым типам связи между центральной нервной системой и периферической кровью. [1] [8] [9] Кроме того, они являются неотъемлемой частью нейроэндокринной функции. [10] [11] Высокопроницаемые капилляры позволяют ЦВО действовать как альтернативный путь для пептидов и гормонов в нервной ткани для отбора проб и секреции в циркулирующую кровь. [1] [12] [13] ЦВО также играют роль в регуляции жидкости организма , сердечно-сосудистых функциях, иммунных реакциях , жажде , пищевом поведении и репродуктивном поведении . [1] [7]
CVO можно классифицировать как сенсорные или секреторные органы, обслуживающие гомеостатические функции и водный баланс организма . [3] [7] Сенсорные органы включают area postrema, субфорникальный орган и сосудистый орган lamina terminalis, все они обладают способностью воспринимать сигналы в крови, а затем передавать эту информацию нервным путем в другие области мозга. Через свою нервную схему они предоставляют прямую информацию вегетативной нервной системе из системного кровообращения . [1] [10] [14] [15] Секреторные органы включают субкомиссуральный орган (SCO), гипофиз, срединное возвышение и шишковидную железу. [7] [11] Эти органы отвечают за секрецию гормонов и гликопротеинов в периферическую кровь, используя обратную связь как от мозговой среды, так и от внешних стимулов. [7]
Циркумвентрикулярные органы содержат капиллярные сети, которые различаются как по плотности, так и по проницаемости между собой и в пределах отдельных органов, при этом большинство капилляров ЦВО имеют проницаемый слой эндотелиальных клеток , за исключением тех, что находятся в субкомиссуральном органе. [1] [16] Кроме того, все ЦВО содержат нервную ткань, что обеспечивает нейроэндокринную роль.
Хотя сосудистое сплетение также имеет проницаемые капилляры, оно не содержит нервной ткани; его основная роль заключается в выработке спинномозговой жидкости (СМЖ), и поэтому его обычно не классифицируют как ЦВК. [1]
Органами чувств являются area postrema, сосудистый орган lamina terminalis и субфорникальный орган .
Area postrema расположена в каудальной части продолговатого мозга около соединения ствола мозга и спинного мозга . [16] У людей и большинства других изученных млекопитающих она состоит из опухолей на обеих стенках четвертого желудочка. [16] [17] Однако у грызунов и зайцеобразных area postrema образует срединную структуру дорсальнее obex . [ 18] [16] При гистологическом рассмотрении распределения капилляров и морфологии area postrema имеет многочисленные подрегионы, разделенные в соответствии с проницаемостью капилляров, скоростью кровотока и продолжительностью транзита крови через соответствующие капиллярные русла. [2]
Относительно мало известно о функции area postrema у людей. Однако есть веские доказательства того, что area postrema действует как хеморецепторная триггерная зона для рвоты, [19] которая вызывается наличием вредной стимуляции из крови. [17] Есть также доказательства того, что area postrema является местом, в котором ангиотензин стимулирует метаболизм глюкозы , предполагаемую эфферентную нейронную активность, контроль артериального давления и жажду. [20] [21] Area postrema также обладает интегративными возможностями, которые позволяют ей отправлять основные и второстепенные эфференты в отделы мозга, участвующие в автономном контроле сердечно-сосудистой и дыхательной деятельности. [17] [21]
Классифицированный как сенсорный циркумвентрикулярный орган (наряду с SFO и AP), [13] сосудистый орган терминальной пластинки (VOLT) расположен в передней стенке третьего желудочка . [22] Характерно для CVO, что у него отсутствует плотный эндотелиальный гематоэнцефалический барьер. [22] [23] Сосудистый орган далее характеризуется афферентными входами из субфорникального органа (SFO), области срединного преоптического ядра (MnPO), ствола мозга и даже гипоталамуса . Напротив, сосудистый орган терминальной пластинки поддерживает эфферентные проекции в полоску мозгового вещества и базальные ганглии . [14]
Как основной игрок в поддержании гомеостаза жидкости в организме млекопитающих, VOLT включает в себя первичные нейроны, отвечающие за осмосенсорный баланс. [23] [24] Эти нейроны, в свою очередь, имеют рецепторы ангиотензина I типа, которые используются циркулирующим ангиотензином II для инициирования потребления воды и натрия. [13] В дополнение к рецепторам ангиотензина нейроны VOLT также характеризуются наличием неселективного катионного канала, который считается транзиторным рецепторным потенциалом ваниллоида 1, или TRPV1 . [23] [24] Хотя в семействе TRPV есть и другие рецепторы, исследование Сиуры, Лидтке и Бурка продемонстрировало, что восприятие гипертонии осуществляется посредством механического механизма TRPV1, но не TRPV4 . [23] Несмотря на значительный объем данных, анатомия VOLT еще не полностью изучена.
Как упоминалось ранее, сосудистый орган терминальной пластинки содержит нейроны, отвечающие за гомеостатическое сохранение осмолярности. [24] Кроме того, фенестрированная сосудистая сеть терминальной пластинки позволяет астроцитам и нейронам терминальной пластинки воспринимать широкий спектр молекул плазмы, сигналы которых могут передаваться в другие области мозга, тем самым вызывая автономные и воспалительные реакции. [13]
В экспериментах было показано, что нейроны VOLT млекопитающих передают гипертонус путем активации неселективных катионных каналов TRPV1. Эти каналы высокопроницаемы для кальция и отвечают за деполяризацию мембраны и повышенный разряд потенциала действия. [23] Проще говоря, увеличение осмолярности приводит к обратимой деполяризации нейронов VOLT. [14] Это можно увидеть по преимущественно возбуждающим эффектам ANG на VOLT через рецептор TRPV1. В этом контексте стоит отметить, что нейроны VOLT обычно имеют мембранный потенциал покоя в диапазоне от -50 до -67 мВ с входным сопротивлением в диапазоне от 65 до 360 МОм. [14]
Несмотря на прочное понимание роли VOLT в поддержании гомеостаза жидкости в организме, другие функции изучены меньше. Например, считается, что VOLT также может играть роль в регуляции секреции ЛГ через механизм отрицательной обратной связи . [14] Также предполагается, что VOLT может быть механизмом, посредством которого пирогены функционируют для инициирования лихорадочной реакции в ЦНС. [14] Наконец, было замечено, что нейроны VOLT реагируют на изменения температуры, что указывает на то, что organum vasculosum lamina terminalis подвержен различным климатическим условиям. [14]
Субфорникальный орган — это сенсорный CVO, расположенный на нижней стороне свода и лишенный ГЭБ , отсутствие которого характеризует циркумвентрикулярные органы. Выступающий в третий желудочек мозга, высоковаскуляризированный SFO можно разделить на 3–4 анатомические зоны, особенно по плотности капилляров и структуре. [25] [26] Центральная зона состоит исключительно из глиальных клеток и тел нейрональных клеток. Напротив, ростральная и каудальная области в основном состоят из нервных волокон, в то время как в этой области можно увидеть немного нейронов и глиальных клеток. [14] Функционально, однако, SFO можно рассматривать в двух частях — дорсолатеральном периферическом отделе и вентромедиальном основном сегменте. [25] [27]
SFO имеет множество эфферентных проекций, которые, как показано, передают эфферентные проекции в регионы, участвующие в сердечно-сосудистой регуляции, включая латеральный гипоталамус с волокнами, заканчивающимися в супраоптическом (SON) и паравентрикулярном (PVN) ядрах, а также антеровентральный 3-й желудочек (AV3V) с волокнами, заканчивающимися в VOLT и срединной преоптической области . [14] [28] Кажется, что наиболее важными из всех этих связей являются проекции SFO в паравентрикулярное гипоталамическое ядро. [27] Основываясь на их функциональной значимости, нейроны SFO можно отнести либо к GE, имеющим неселективные катионные каналы, либо к GI, имеющим калиевые каналы. [28] Хотя афферентные проекции SFO считаются менее важными, чем различные эфферентные связи, все же примечательно, что субфорникальный орган получает синаптический вход от zona incerta и дугообразного ядра . [29]
Изучение анатомии субфорникального органа все еще продолжается, но доказательства продемонстрировали медленное время прохождения крови, что может способствовать сенсорной способности SFO, позволяя увеличить время контакта для сигналов, передающихся через кровь, для проникновения в его проницаемые капилляры и влияния на регуляцию кровяного давления и жидкостей организма. [26] Это наблюдение совпадает с тем фактом, что нейроны SFO, как было показано, являются по своей сути осмочувствительными. [14] Наконец, было установлено, что нейроны SFO поддерживают мембранный потенциал покоя в диапазоне от -57 до -65 мВ. [14]
Подфорникальный орган активен во многих процессах организма, включая, помимо прочего, осморегуляцию, [27] [29] сердечно-сосудистую регуляцию, [27] Как гипер-, так и гипотонические стимулы способствуют осмотическому ответу. Это наблюдение продемонстрировало тот факт, что SFO участвует в поддержании артериального давления. Имея рецептор AT1 для ANG, нейроны SFO демонстрируют возбуждающую реакцию при активации ANG , тем самым повышая артериальное давление . [14] Однако индукция реакции на питье через SFO может быть антагонизирована пептидом ANP . [14] Дополнительные исследования продемонстрировали, что подфорникальный орган может быть важным посредником, через который лептин действует для поддержания артериального давления в пределах нормальных физиологических пределов через нисходящие автономные пути, связанные с сердечно-сосудистым контролем. [14]
Недавние исследования были сосредоточены на субфорникальном органе как области, особенно важной в регуляции энергии. Наблюдение, что субфорникальные нейроны реагируют на широкий спектр циркулирующих сигналов энергетического баланса, и что электрическая стимуляция SFO у крыс приводит к приему пищи, подтверждает важность SFO в энергетическом гомеостазе. [28] Кроме того, предполагается, что SFO является единственной структурой переднего мозга, способной постоянно контролировать циркулирующие концентрации глюкозы. [28] Эта чувствительность к глюкозе снова служит для укрепления неотъемлемой роли SFO как регулятора энергетического гомеостаза. [28]
Субкомиссуральный орган (SCO) представляет собой небольшой секреторный орган, расположенный на вентральной поверхности задней комиссуры около переднего входа в водопровод мозга . [1] [30] Он отличается от других CVO тем, что не имеет высокопроницаемых капилляров. [1] Его роль как нейроэндокринной структуры, связанной с желудочковой системой, позволяет отнести его к CVO. [1] В связи со своей секреторной функцией SCO частично состоит из эпендимальных клеток . [1] [30] Эти эпендимоциты характеризуются удлиненными клеточными телами, которые содержат секреторные материалы и покрыты ресничками. [1] [30] Наиболее заметным из них является гликопротеин SCO-спондин . [31]
Одной из функций SCO является секреция гликопротеина SCO-спондина, который высвобождается в третий желудочек, где он агрегирует, образуя волокна Рейсснера . [32] Волокна Рейсснера представляют собой длинный волокнистый выступ, который проходит каудально через сильвиев водопровод и заканчивается в спинном мозге. [1] [30] Считается, что это волокно способствует поддержанию проходимости сильвиева водопровода. [30]
Хотя функция субкомиссурального органа остается под исследованием, [1] он может быть частью механизма секреции альдостерона и детоксикации цереброспинальной жидкости, наряду с осморегуляцией . [32] SCO иннервируется многими системами, наиболее распространенной из которых является серотонинергическая система , которая влияет на потребление воды и натрия. Во время водной депривации она также снижает свою иннервацию SCO. Уменьшение поступления в SCO вызывает заметное снижение продукции RF. Это открытие подразумевает, что субкомиссуральный орган и связанное с ним волокно Рейсснера являются неотъемлемыми частями баланса жидкости и электролитов и водного гомеостаза. [32]
Гипофиз подразделяется на доли — переднюю долю гипофиза , промежуточную долю гипофиза и заднюю долю гипофиза (также известные как аденогипофиз и нейрогипофиз (или нервная доля) соответственно). [1] [33] Каждая из них функционирует как отдельный эндокринный орган .
Нервная доля гипофиза состоит из аксональных проекций, которые напрямую простираются от тел клеток в гипоталамусе через воронку . [33] Под нейрогуморальным контролем она секретирует окситоцин и вазопрессин , тем самым квалифицируя ее как околожелудочковый орган с нейронными и секреторными функциями. [1]
Передняя доля гипофиза содержит ненейральные секреторные клетки, происходящие из оральной эктодермы , которые косвенно контролируются «рилизинг-гормонами» из срединного возвышения гипоталамуса через гипофизарную портальную циркуляцию.
Промежуточная доля (также называемая pars intermedia ) синтезирует и секретирует гормон, стимулирующий меланоциты под нервным контролем гипоталамуса. [34] Она обычно не включается в число околожелудочковых органов. [1]
Гипофиз расположен в турецком седле клиновидной кости у основания черепа. [35]
Срединное возвышение (ME) расположено в нижней части гипоталамуса и вентрально третьему желудочку. Хотя некоторые публикации не относят ME к CVO, когда его считают околожелудочковым органом, его классифицируют как секреторный орган. Срединное возвышение богато фенестрированными капиллярами, что позволяет проходить белкам и нейрогормонам . Более конкретно, срединное возвышение обеспечивает транспорт нейрогормонов между цереброспинальной жидкостью и периферическим кровоснабжением. [36] Основным типом клеток, из которых состоит срединное возвышение, являются специализированные эпендимальные клетки, известные как танициты . Они способствуют способности органа избирательно пропускать макромолекулы из центральной в периферическую нейроэндокринную систему. [12] [36] Вентромедиальные субрегионы двустороннего дугообразного ядра гипоталамуса демонстрируют относительно высокую проницаемость капилляров, что указывает на то, что это ядро может играть ежемоментную регуляторную роль в восприятии и передаче гормональных сигналов по нервным путям. [37]
Таноциты выстилают дно третьего желудочка и могут быть охарактеризованы как один длинный выступ, который глубоко проникает внутрь гипоталамуса. Таноциты были эволюционно связаны с радиальными глиальными клетками центральной нервной системы. Таноциты срединного возвышения часто встречаются вдоль фенестрированных периферических капилляров. Они плотно упакованы на капиллярах, образуя уплотнение между третьим желудочком и срединным возвышением. Это уплотнение можно отнести к плотным соединениям, наблюдаемым между таницитами, и функциями ограничения перемещения молекул между срединным возвышением и третьим желудочком. [12] Срединное возвышение также тесно связано с транспортом ГнРГ между срединным возвышением и передней долей гипофиза. Нейрональные проекции нейронов ГнРГ фактически заканчиваются на срединном возвышении, что позволяет ему высвобождаться в портальную кровеносную систему. [38] [39]
Морфология шишковидной железы сильно различается у млекопитающих. Наиболее часто используемая классификация этой железы учитывает ее расположение относительно промежуточного мозга и третьего желудочка мозга, а также ее размер и форму. [40] В этих условиях человеческая шишковидная железа классифицируется как тип А. [40] Шишковидная железа типа А располагается проксимальнее задней части промежуточного мозга. Она расположена в пределах 1-2 мм от средней линии мозга. [40] Шишковидная железа начинает развиваться на втором месяце беременности. У среднестатистического взрослого человека размеры следующие: 5-9 мм в длину, 1-5 мм в ширину и 3-5 мм в толщину. Ее средний вес составляет 100-180 мг. [40] Шишковидная железа состоит из центрального ядра, состоящего из небольших долей, и коры, которая обладает диффузным распределением нейронов . Основной тип клеток шишковидной железы — пинеалоциты sensu stricto. Этот тип клеток имеет выраженное ядро и зернистый вид. [40]
Уровень васкуляризации в шишковидной железе высокий. [41] Она получает большое количество крови из ветвей задних хориоидальных артерий, которые берут начало от мозговых артерий в заднем среднем мозге . [40] [41]
Шишковидная железа иннервируется волокнами периферической парасимпатической и симпатической систем , а также волокнами центральной нервной системы. [42] Наиболее важным набором задействованных волокон являются немиелинизированные постганглионарные симпатические волокна из верхних шейных ганглиев , которые также образуют двусторонние nervi conarii. [40] Второй набор волокон входит в шишковидную железу спереди через комиссуральные ножки. [40] Третий набор волокон миелинизирован и образует вентро-латеральный шишковидный тракт. [40]
Эпифиз считается секреторным органом, и его активность демонстрирует циркадные колебания . [42] Его основная функция — секреция гормона мелатонина — отдыхает, когда нет сигнала от первичного циркадного водителя ритма в супрахиазматических ядрах . [40] Выработка мелатонина контролируется ранее упомянутым циркадным ритмом и подавляется светом. [40] Опухоли шишковидной железы могут влиять на половое развитие, [40] но механизм еще не установлен.
Другие пептиды, помимо мелатонина, были обнаружены в шишковидной железе. Они, скорее всего, связаны с типом иннервации, который считается «шишковидной пептидергической иннервацией». [40] К ним относятся вазопрессин, окситоцин, VIP , NPY , пептид гистидин изолейцин, пептид, связанный с геном кальцитонина, вещество P и соматостатин. [40]
в сенсорных ЦВО идеально расположены на границе кровь-мозг для мониторинга основных компонентов жидкостей организма.