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第一节 周围神经组织的变性和再生
一、周围神经的变性
当哺乳动物的一条神经被压窄或切断后,其远侧端和近侧端均会发生溃变。若神经元的胞体或靠近胞体的轴突受到严重伤害时,神经元会迅速死亡。在远离胞体处损伤周围神经纤维时,神经元轴突可以再生(图3-1)。其变化过程,首先是轴突碎裂和髓磷脂溶解;继而血源性骨髓单核细胞进入神经膜内;巨噬细胞侵入神经膜细胞基板管内清除细胞碎片;同时,损伤的近侧端神经膜细胞增生并向远侧延伸,损伤远侧段形成Bungner节,这些节以后被轴突穿过。接着轴突与神经膜的关系建立,整个远侧段由近至远开始披髓。最后对靶结构形成再支配。
图3-1 神经纤维溃变和再生模式图
(一)顺行性变性
变性或称溃变,即退行性变,是指周围神经切断后,其远侧端轴突所发生的顺行性变性。此时被切断的神经纤维的轴突首先崩溃,继之发生髓鞘变性及施万细胞的变化。
1.轴突的溃变
轴突切断后,损伤处远侧段轴突脱离神经元胞体代谢中心,远侧段呈离心方向的顺行性变性,称为Waller溃变或顺行性溃变。顺行性溃变的顺序是线粒体堆积在郎飞结和轴突断端,轴质内细胞器分解呈颗粒状,轴突肿胀呈串珠状,轴突断裂分解。
2.髓鞘的变化
损害后数小时,郎飞结两端的髓鞘收缩,结间隙增宽,髓鞘板层松解;损害后第4天,轴突肿胀曲张,髓鞘也沿其全长呈现不规则的梭形肿胀,随后在狭窄处断裂,失去板层结构形成半球状的椭圆体,同时单核细胞侵入神经内膜管,吞噬髓球碎片(图3-2);3个月后椭圆体分解为简单的类脂;6个月后分解为中性脂肪,被吞噬细胞清除。中枢神经髓鞘的溃变过程与周围神经相似。
图3-2 顺行性溃变髓鞘变化示意图
A.完整的神经纤维被钳夹上端;B.髓鞘、突触均断裂并呈梭形肿胀,同时单核细胞侵入神经内膜管;C.单核细胞吞噬梭形肿胀体;D.吞噬物完全清除,施万细胞及神经内膜管保持完整
3.轴突终末的变化
终末溃变发生最早,切断轴突后12~24小时轴突终末肿胀,其内的突触小泡数量减少,神经丝明显增多,大量神经丝围绕成堆的线粒体,并缠结成环状结构。以后整个终末都充满神经丝,银染色呈现一个肿胀的溃变终球。随着残余突触小泡的消失,线粒体变成致密和破裂,约2~3周后溃变的轴突终末萎陷,与突触后膜分离,最后被邻近的星形胶质细胞所吞噬。周围神经终末处施万细胞的反应出现较早,包卷轴突终末。损伤后18小时,施万细胞就开始吞噬溃变的轴突终末。
(二)逆行性溃变
逆行性溃变是指神经纤维断离后其近侧端的变化。近侧端的退行性变化一般范围较小,仅限于1~3个节间段内。
1.近段神经纤维的溃变
其变化基本同顺行性溃变,但方向相反,由损伤处向胞体进行。在切断轴突后短时间内,轴浆流出,轴突肿胀,不久轴突自断端处退缩,轴膜在断端处生长并覆盖封闭裂口,阻止轴浆外流。在12~24小时可见近断端处轴突明显肿胀、膨大,称为回缩球,内积各种细胞器,如神经丝、囊泡和线粒体等。周围神经能再生,回缩球的表面伸出许多丝足,形成新的轴突肢芽,向神经的远侧段生长(图3-3);中枢神经不能再生,回缩球在1~2天内溃变。
图3-3 近端神经纤维的溃变和再生
近段神经纤维的损伤程度取决于胞体对损伤的反应,若神经元胞体死亡,则近侧段纤维全部溃变,若胞体存活,则轴突的溃变只限于从损伤处向上至第1个轴突侧支为止。逆行性溃变延伸的距离还受创伤性质的影响,断端整齐时仅累及1~2个结间体,枪伤或感染损伤时溃变可延伸至2~3cm范围。
2.胞体的溃变
轴突损伤1天后开始发生尼氏体溶解,约2周时达高峰。尼氏体溶解或消失最早出现在核周胞质内,又称中央性核外染色质溶解。胞体肿胀变圆,胞核肿胀远离轴丘而偏位。线粒体肿胀,线粒体嵴密集并出现许多颗粒,高尔基复合体崩解,粗面内质网扩大成池,核糖体扩散到细胞周边。胞体内RNA、蛋白质和酶的合成均增加,新合成的物质借轴浆流运向断端,以适应轴突的再生。
(三)跨神经元溃变
跨神经元溃变是指神经元受损后,与之相联系的上一级或下一级神经元发生萎缩或死亡的变化。下一级神经元的溃变为顺行性跨神经元溃变。如切断一侧视神经后,外侧膝状体内相应的神经细胞进行性萎缩,胞体及胞核明显皱缩,尼氏体溶解消失。上一级神经元的溃变为逆行性跨神经元溃变。如切除大脑枕叶皮质后,随着外侧膝状体内神经纤维及其终末溃变,外侧膝状体内的神经元亦发生退化,此类溃变发生于特别严重的损伤。
二、周围神经的再生
切断周围神经后,虽然远侧段神经纤维溃变、髓鞘松解,但细胞却很少死亡。实验表明,神经纤维溃变的同时,胞体具有活跃的合成作用,生成消化髓鞘的酶和神经营养因子为再生提供了物质条件。本部分主要介绍再生的形态变化及影响再生的因素。
(一)再生的形态变化
1.Büngner带的形成
损伤后前期施万细胞肿大、增殖,吞噬轴突碎片和解体的髓鞘,时间持续约3周。随后施万细胞的基板围成神经膜管,增生的施万细胞在神经膜管内有序地排列,相互嵌合,形成一条施万细胞索,即Büngner带(图3-1)。施万细胞迁移到断端的间隙,形成连接断端的细胞桥,为再生的轴突肢芽提供通道。细胞索可保持几个月,如果没有轴突肢芽长入,神经内膜的结缔组织就会充填其中,细胞索退化。
2.胞体的反应
神经元胞体的存活是神经纤维再生的必要条件。在损伤后的第3周,胞体的结构逐步恢复,首先核周胞质内尼氏体复现、胞体肿胀减轻,细胞核恢复中央位置,胞体内核糖体数目增多,粗面内质网扩大,胞核内RNA含量增多。
3.轴突的再生
恢复过程中神经元胞体不断合成并向轴突输送新的蛋白质,使近侧段轴突末端的回缩球表面长出新的肢芽。新生的轴突反复分支,在合适条件下穿过断端的细胞桥,进入神经膜管,最初靠近管的边缘,沿施万细胞的表面延伸,以后进入管的中央,并被施万细胞的质膜包绕。再生的轴突向靶区生长,通常只有一条轴突到达靶区并与之建立联系,形成髓鞘(图3-4)。若神经膜管破坏,再生轴突误入其他管内,轴突将会被引入不适宜的靶区。如再生的运动纤维长入感觉终末的神经膜管,该纤维最终将溃变消失,反之亦然。所以在外科缝合时,应尽量注意各神经束,仔细对合,以利再生神经纤维与靶区建立连接。轴突再生的生长速度因不同的神经、不同的动物及不同性质的损害而异。人的感觉神经再生速度平均每天为4.6mm。新生的轴突较细,以后在神经膜管内迅速增粗,直至恢复原来的直径。
图3-4 神经纤维再生示意图
4.髓鞘的再生
神经损伤后第8天,再生的轴突开始形成髓鞘,髓鞘的形成由近及远、由薄变厚缓慢进行,约需1年完成。再生神经纤维的结间体短且薄,数量多,因此,再生神经纤维的传导速度也较慢。无髓神经纤维的再生速度比有髓神经纤维快。
5.侧支抽芽
神经受损伤时,邻近的正常神经纤维可长出侧支进入受损纤维的神经膜管内,这种现象称为“侧支抽芽”。侧支从郎飞结处伸出,进入神经膜管(图3-1),如能到达靶区则可建立功能联系,如不能,则将退化消失。
(二)影响再生的因素
1.轴突生长的导向
神经细胞伸出轴突至靶组织需走行相当远的距离,这是一个很复杂的过程,其生长方向受其周围外环境,如细胞黏附分子、细胞外基质、胶质细胞产生的生长因子的影响。
引导轴索生长有多种因素,如:①引导站细胞:轴突延伸可以分为一系列的短过程,每一过程可以延伸几微米,每次终止于一些特化细胞,称为引导站细胞。②化学诱向因子:由靶细胞分泌,可引导轴突。③非扩散性分子:存在于细胞外基质中,能形成允许轴突生长和黏附的空间通道。④吸引扩散分子:如网蛋白Ⅰ,具有吸引某些轴突而排斥另一些轴突的双向信息作用。⑤非扩散性的细胞外基质:如层黏蛋白、细胞黏附分子及fasciclinⅡ,在引导轴突生长过程中起接触介导作用。
2.施万细胞在周围神经再生中的作用
施万细胞是周围神经系统主要的胶质细胞,也是神经膜细胞,包绕周围神经系统的轴突。该细胞有两种:①形成节段性髓鞘的施万细胞称髓磷脂形成施万细胞;②以表面凹沟纳入细口径轴突的施万细胞称成鞘施万细胞。周围神经再生的微环境包括施万细胞、基板、细胞外基质及成纤维细胞,在早期还有轴突碎块、溃变的髓鞘和吞噬细胞等。现在的研究表明,施万细胞是促进轴突再生的重要因素,再生轴突若没有活的施万细胞则轴突不能生长或生长明显减慢。移植一段被冰冻过的周围神经(施万细胞被杀死,仅保存基膜)至宿主动物被切断神经近侧断端,只有当近侧端施万细胞增殖迁移至移植物时,轴突才能再生,通过移植物。其他类似的实验亦证明,轴突通过有基板和细胞外基质的移植物时,必须伴有施万细胞方能再生,若把移植物中活的施万细胞杀死则再生失败,若植入培养的施万细胞则促进轴突再生。施万细胞促进再生不仅是形成了神经膜管,还因为施万细胞能分泌许多神经营养因子(如神经生长因子、脑源性神经营养因子、神经营养素3、血小板源生长因子和睫状神经节营养因子)。
3.神经营养因子对再生的影响
成功的周围神经再生需合适的微环境,但对微环境的研究尚不多,目前已知道神经营养因子对再生影响较大。神经营养因子是一类支持神经元生存和诱导神经突起生长的可溶性多肽物质。有人根据这类因子的作用把它们分为神经元营养因子和促进突起生长因子。实际上许多因子常具备不止一种作用。近来的研究提出再生轴突向远端生长是由于断端或断端神经膜细胞释放的营养因子对再生新芽的营养作用及趋向性的影响。断端释放的因子有神经生长因子、脑源性神经营养因子以及神经营养素 3、4、5。