Преимущественная двигательная реиннервация ( ПМР ) относится к тенденции регенерирующего аксона в периферической нервной системе (ПНС) реиннервировать двигательный путь, а не соматосенсорный путь. [1] [2] [3] PMR влияет на регенерацию и реиннервацию нервов в ПНС после хирургических процедур или травматических повреждений. Это важно понять для дальнейшей разработки хирургических методов восстановления роста аксонов. Дальнейшие исследования преимущественной моторной реиннервации приведут к лучшему пониманию функций периферической нервной системы в организме человека в отношении ролей и способностей клеток.
Периферическая нервная система обладает способностью восстанавливать порезанные нервы. Моторные аксоны преимущественно реиннервируют двигательные пути. Тенденция моторных аксонов реиннервировать двигательные пути вместо кожных путей зависит от ряда факторов в системе ПНС. Некоторые факторы включают характеристики шванновских клеток , нейротрофические факторы и размер нервных ветвей. Эти факторы влияют на предпочтение пути двигательного нейрона. [2] [3] [4] Различные нервные системы показаны на рисунке справа. Преимущественная моторная реиннервация — это тенденция, которая особенно наблюдается в периферической нервной системе, что проиллюстрировано на фотографиях нижней части системы.
При разрыве периферических аксонов дистальная часть разрезанного аксона дегенерирует. Единственными оставшимися дистальными частями исходного нерва являются шванновские клетки, которые миелинизируют периферические аксоны. Компоненты базальной пластинки , секретируемые шванновскими клетками, помогают направлять регенерацию аксонов. Чем точнее культя аксона сможет вырасти по своему первоначальному пути, тем лучше восстановление функции, особенно когда речь идет о тонком прикосновении и движениях. Рост культи аксона до исходной цели — это регенерация. [5] С другой стороны, реиннервация — это восстановление функции путем восстановления синаптических связей. Несмотря на то, что исходный аксон дегенерирует, шванновские клетки и рецепторы ацетилхолина остаются на месте, что позволяет соединению восстановить исходные синапсы после регенерации культи аксона. [6] В медицинском жаргоне регенерация и реиннервация обычно не различаются. Несмотря на то, что существует техническая разница, многие специалисты используют эти термины как синонимы. Это связано с тем, что без регенерации не было бы иннервирующего нерва, а без реиннервации нерв не мог бы функционировать.
Знание преимущественной двигательной реиннервации необходимо из-за того, как она влияет на регенерацию нервов. Когда у пациента теряется функция нерва, PMR может мешать (или помогать) различным методам восстановления, которые используют врачи. Понимание врачами естественных процессов восстановления нервов позволит улучшить хирургию в целом, поскольку они смогут лучше сочетать свои усилия по восстановлению с естественными. Реиннервация аксона во многом зависит от того, какой путь роста регенерированный нерв выбрал. Способность нервов правильно функционировать после повреждения во многом зависит от успешной реиннервации, поэтому эффекты ПМР так актуальны. Успех реиннервации нервов после различных попыток трансплантации является текущей областью исследований. Целью трансплантации является решение проблемы неправильного нацеливания регенерирующих аксонов, что приводит к несовершенной реиннервации. Эффекты PMR исследуются, чтобы увидеть, как они могут помочь в трансплантации и, в конечном итоге, в выздоровлении пациента. [7] [8]
Перерезанный аксон периферической нервной системы состоит из двух частей: дистальной и проксимальной культи аксона. Пространство между двумя культями известно как щель, через которую нерв должен прорасти, чтобы полностью восстановиться и иннервироваться. Дистальный аксон дегенерирует под действием собственных механизмов организма, в основном из-за потребления макрофагов и ферментов, разрушающих его. Проксимальная часть перерезанного аксона способна многократно регенерировать. [5] [9] На регенерацию и реиннервацию перерезанного нерва влияет множество факторов, в том числе то, как далеко нерв должен отрасти, в какой среде он растет, а также различные доступные шванновские клетки и варианты путей. PMR указывает на то, что регенерирующий мотонейрон при регенерации будет выбирать шванновскую клетку двигательного пути вместо шванновской клетки кожного пути. [10] [11]
Шванновские клетки – это клетки миелинизации, окружающие нервы. Когда несколько нервов перерезаны, они должны вырасти заново и войти обратно через одну из шванновских клеток, которая образует дистальную культю разрыва. Эти шванновские клетки поддерживают возобновление роста аксонов за счет производства трофических факторов, а также поверхностной экспрессии множества молекул клеточной адгезии, которые помогают влиять на рост аксонов. [4] [12]
Нейротрофические факторы — это поддерживающие белки и факторы, которые помогают в росте и поддержании аксонов по всему организму. Разные клетки выделяют разные белки, но важную роль в регенерации перерезанных нервов периферической нервной системы играют те, которые специфичны для периферической нервной системы. [13] [14] Что касается реиннервации, нейротрофическая поддержка является ключевой в содействии регенерации аксонов. Некоторые дискуссии привели исследователей к мысли, что нейротрофические факторы лишь приводят к увеличению отрастания аксонов, а не фактически влияют на регенерацию. Способность нейротрофических факторов влиять на прорастание аксонов была замечена с помощью электронно-микроскопических изображений и в многочисленных исследованиях, подробно описанных в обзоре роли нейротрофических факторов в регенерации. Помимо способности факторов влиять на прорастание, шванновские клетки, в частности, демонстрируют значительную активацию ряда трофических факторов после аксотомии . [12] [14] Одним из основных различий в моторных и сенсорных путях является разница в том, какие трофические факторы активируются шванновскими клетками этих путей. Денервенированные моторные шванновские клетки активируют BDNF и p75, тогда как шванновские клетки сенсорного пути активируют ряд других разнообразных трофических факторов. Предполагается, что эта разница в поддержке трофических факторов является основным фактором, влияющим на преимущественную двигательную реиннервацию. [12] [14] Хотя это и является основным фактором, присущие молекулярные различия не сами по себе определяют путь реиннервации мотонейронов, [15], как было продемонстрировано в исследовании, проведенном на бедренном нерве мыши, где размер путей был определен. манипуляции, что приводит к неправильной реиннервации двигательных аксонов. [16]
Контакт с органом-мишенью также может существенно влиять на точность реиннервации аксона. В первые две недели после повреждения оно статистически незначительно, поскольку реиннервация концевой пластинки только начинается. Однако по истечении этого периода времени контакт с органом-мишенью играет роль во влиянии на способность аксона к реиннервации. Когда концом пути является область контакта мышц, существует значительная разница в количестве реиннервируемых мотонейронов. [2] [15]
Это трофические факторы, которые подробно обсуждаются в разделах выше. Эти факторы могут влиять на направление роста аксона, в основном за счет эффектов хемотаксиса , которые различные белки оказывают на направленность растущего аксона. Трофические факторы различаются в моторных и сенсорных путях, что является основным фактором, влияющим на преимущественную моторную реиннервацию. [12] [14] [17]
Размер конечной нервной ветви оказывает большое влияние на путь реиннервации аксона. Когда два пути, один кожный и один двигательный, примерно сопоставимы по размеру, двигательные аксоны следуют преимущественному паттерну реиннервации вдоль двигательных путей. Однако расширение сенсорных путей в том же эксперименте привело к тому, что моторные аксоны реиннервировали эти пути, что указывает на то, что сами по себе трофические факторы не вызывают реиннервацию мотонейронов. Это показано, потому что мотонейроны неправильно реиннервируют нижние сенсорные пути, тем самым демонстрируя, что размер пути терминальной нервной ветви может влиять на паттерны реиннервации аксонов. [16]
Способность аксона «выбирать» точную шванновскую клетку и, в конечном итоге, место иннервации связана с преимущественной моторной реиннервацией. Специфика моторного аксона преимущественно выбирать двигательный путь является самой сутью преимущественной моторной реиннервации. Кроме того, это влияет на то, сможет ли нерв действительно полностью реиннервироваться и восстановить функцию, как это было до травмы. Таким образом, эта точность влияет на то, будет ли двигательный аксон преимущественно реиннервироваться. Различные исследования изучают, как можно манипулировать специфичностью аксонного пути, чтобы увидеть, какие хирургические достижения могут быть достигнуты в отношении восстановления нейронов. [1] [15]
Различная точность регенерации поврежденных аксонов и достижения исходного целевого конца является основной причиной того, что функциональное восстановление поврежденных нервов является такой переменной в периферической нервной системе . [10] Понимание того, какие аксоны трубок шванновских клеток имеют тенденцию реиннервировать, имеет значение для определения того, сможет ли нерв снова стать функциональным после повреждения. Если аксон является подкожным и попадает в трубку моторных шванновских клеток, он не сможет иннервировать мышцу, с которой в конечном итоге соединен. Таким образом, понимание того, как аксоны реиннервируются и как моторные аксоны могут быть направлены к правильному месту регенерации, является областью исследований, которая чрезвычайно полезна для ускорения восстановления нервов в системе ПНС.
В 2004 году в исследовании изучали, как трансплантаты сенсорных и двигательных нервов крыс Льюиса повлияли на регенерацию перерезанной смешанной нервной системы (как двигательных, так и сенсорных нервов). Было отмечено, что через 3 недели дефект смешанного нерва претерпел значительную регенерацию в сочетании с трансплантатом двигательного нерва или трансплантатом смешанного нерва. Для сравнения, трансплантат сенсорного нерва был статистически менее эффективен в регенерации, если обратить внимание на количество нервных волокон, процент нервов и плотность нервов как на основные три сравнения между различными трансплантатами. Это означает, что лучшая хирургическая практика регенерации нервов в отношении ПМР — это использование нервного трансплантата, который является либо двигательным, либо комбинированным нервным трансплантатом. [18]
В исследовании, опубликованном в 2009 году, изучался размер конечной нервной ветви, чтобы выяснить, как он влияет на регенерацию нерва. Было обнаружено, что ветви одинакового размера первоначально регенерировали примерно одинаково между кожными и мышечными путями, но через некоторое время стали отдавать предпочтение путям мышечных ветвей. Конечные результаты исследования показали, что увеличение образования аксональных коллатералей на поврежденном участке может повысить точность регенерации. Понимание влияния ПМР поможет в целом лучше понять силы, влияющие на восстановление нейронов, что и стало общим выводом о том, что необходимо для функционального восстановления нервов. Это растущее понимание в целом повлияет на хирургические и восстановительные процессы при восстановлении периферических нервов. Хотя манипуляции с образованием аксональных коллатералей могут помочь, дальнейшее понимание PMR позволит продолжить развитие хирургической практики и медицинских достижений в восстановлении нервов. [15] [16]