Ентералната нервна система

Енциклопедия на храненето: Ентеричната нервна система

Ентералната нервна система

Майкъл Шеман, Хановер

Ентералната нервна система (ENS) е вътрешна нервна мрежа, разположена в чревната стена, която минава по целия стомашно-чревен тракт - от хранопровода до ануса. По същество се състои от два ганглирани сплетения, миентеричния сплит, който се намира между двата външни мускулни слоя, и субмукозния сплит, който лежи директно срещу лигавицата. При по-големите бозайници субмукозният сплит е разделен на три сплетения. ENS съдържа около 100 милиона нервни клетки, разположени в ганглии. Много рано беше признато, че нервната система в червата не може да се разглежда като дифузен парасимпатиков ганглий, а по-скоро е независима част от автономната нервна система. Поради това Лангли въвежда термина "ентерична нервна система" през 1900 г., за да стане ясно, че вътрешните нерви на червата работят независимо от други автономни нерви.

Вегетативната нервна система сега е разделена на три части: ентерична, симпатикова и парасимпатикова нервна система. ENS участва значително в регулирането на жизненоважни стомашно-чревни функции като подвижност, секреция, локален кръвен поток (микроциркулация) и защитни механизми (фиг. 1).

Анатомичното разделение на ЕНС на миентеричния сплит и субмукозния сплит също има функционален корелат. Докато нервните клетки на миентериалния плексус контролират предимно дейността на мускулите, нервните клетки на субмукозния сплит поемат контрола върху различните лигавични функции като секреция и абсорбция. Заедно и двата сплетения влияят на притока на кръв към червата. Миентеричните и субмукозните нервни клетки също участват във взаимодействието с чревната имунна система.

ENS може да контролира ефекторите като мускули и лигавица поотделно и да стимулира или инхибира тяхната активност. В допълнение, ENS също така е в състояние да координира различни дейности. Връзките между миентериалния сплит и субмукозния сплит осигуряват напр. Б. гарантира, че секрецията, притока на кръв и мускулните контракции са координирани помежду си по време на задвижването на чревното съдържимо.

За да може автономно да се регулират различните функции, в ENS има функционално различни типове клетки. Подобно на централната нервна система, ENS има сензорни неврони, интернейрони и двигателни неврони. Съществуването на всички тези функционално различни нерви е абсолютно необходимо за регулирането на сложни процеси. ENS има редица постоянно инсталирани програми (рефлекторни вериги), които може да инициира в зависимост от стимула.

За да се поддържа комуникацията в рамките на ENS и да се даде възможност за фино настроен контрол на ефекторните системи, ентералните нервни клетки се синтезират чрез 25 различни предаващи вещества. Всички невротрансмитери, които съществуват в централната нервна система, също могат да бъдат открити в ENS. Освен това всяка отделна нервна клетка на ENS може да синтезира различни предаватели. Това би довело до над 1000 различни комбинации. В действителност обаче има много по-малко модели на кодиране, което предполага, че са установени само много специфични модели за съвместна локализация. Досега са идентифицирани около 30 популации, които функционират като сензорни неврони, интернейрони или двигателни неврони въз основа на тяхната специфична колокализация на невротрансмитери. В зависимост от региона и вида, този неврохимичен код корелира с функцията на нервната клетка, т.е. H. специфични комбинации на предаватели са характерни за сензорни неврони, интернейрони или възбуждащи или инхибиторни двигателни неврони. От функционална гледна точка в различните комбинации вероятно има първични и вторични предаватели.

Всички тези синаптични механизми за предаване поддържат комуникация в рамките на ENS и са основата за обработка на стимули, интегриране и регулиране на различните ефекторни системи. Изключително важно е ENS да има необходимата пластичност, за да се адаптира към променените физиологични условия или да реагира на патофизиологичните промени.

Сензорна взаимовръзка в ENS

Междувронна взаимовръзка в ENS

Комуникацията между ентеричните нервни клетки се осигурява от интернейрони, които поддържат милиони синаптични връзки в ENS [S.J.H. Брукс, Неврогастроент. & Мотил. 13 (2001) 1-18]. Те обработват сигнали, които идват от други ентерални нервни клетки или от мозъка и решават дали да активират или инхибират различните рефлекторни вериги. Както в мозъка, междуневронните вериги са основата за висшите функции на интегративната нервна система. Предавателите, които се използват от интернейроните, включват ацетилхолин, вещество Р, серотонин, азотен оксид и соматостатин (фиг.).

Моторизирана взаимовръзка в ENS

Моторните неврони на ENS инервират ефекторните системи в стомашно-чревния тракт. Прави се разлика между мускулни, секрето и вазомоторни неврони. Сигналите на IPAN или интернейроните се предават на моторните неврони чрез EPSP. В допълнение към ацетилхолина, предавателите, които генерират тези EPSP, са редица невропептиди. Активирането на двигателните неврони може да доведе до инхибиране или възбуждане на ефекторите, в зависимост от това дали двигателните неврони освобождават инхибиторни или възбуждащи невротрансмитери.

Най-важният невротрансмитер на двигателните неврони на възбуждащия мускул е ацетилхолинът, който активира мускариновите рецептори върху гладкомускулните клетки на стомашно-чревната стена и има стимулиращ моториката ефект. Друг предавател, стимулиращ подвижността, е вещество Р, което се колокализира предимно с ацетилхолин в определена популация двигателни неврони. Основните инхибиторни невротрансмитери на мускулните двигателни неврони са азотен оксид (NO), вазоактивен чревен пептид (VIP) и ATP хипофизен аденилат циклаза активиращ пептид (PACAP). Техният инхибиторен ефект върху мускулната дейност води до отпускане на червата. Този тип инхибиране се нарича инхибиране на NANC (неадренергично, нехолинергично медиирано), тъй като нито норадреналин, нито ацетилхолин участват основно.

Повечето секрето-моторни неврони са възбуждащи и чрез техните предаватели ацетилхолин и VIP засилват секреторната активност на епитела. Някои инхибиторни секрето-моторни неврони освобождават соматостатин или невропептид Y.

Ентеричните вазомоторни неврони участват в регулирането на микроциркулацията. Досега са доказани холинергични и VIP-ергични вазомоторни неврони, които разширяват кръвоносните съдове и по този начин увеличават притока на кръв в червата.

Структурният дизайн на ентералната нервна система, описан по-горе, е основата за рефлекторни вериги, които могат да се включват или изключват според изискванията.

Ентералната нервна система контролира отделните ефекторни системи чрез рефлекторни вериги. Може би най-важният и най-добре характеризиран рефлекс е перисталтичният рефлекс. Той е отговорен за пропулсивната перисталтика и координираното преминаване на чревното съдържимо. Той казва, че IPAN в ENS се стимулира от механични и химични стимули, които от своя страна инициират рефлекторна верига, която медиира свиване на стимула през устата и отпускане на кръговите мускули в анала. Тази орално-аборална последователност се осигурява от проекционната полярност на моторните неврони. Вълнуващите нерви се проектират орално, докато инхибиторните нерви се проектират аборално. Инхибиращите или възбуждащи моторни неврони се управляват директно чрез IPAN или се активират чрез взаимосвързани интернейрони. Връзките, специфични за перисталтичния рефлекс, се простират само на относително малки разстояния от няколко милиметра до няколко сантиметра. Няколко такива вериги се активират една след друга, за да позволят координиран транспорт на по-големи разстояния. Постига се модулация на транспорта, така че синаптичните контакти между отделните елементи на веригата могат да бъдат активирани или инхибирани.

Ролята на надлъжните мускули в развитието и поддържането на перисталтиката все още не е напълно изяснена. Предполага се, че поне в тънките черва, по време на перисталтичния рефлекс, надлъжните мускули се разтягат по време на свиване на кръговите мускули и се компресират по време на отпускане на кръговите мускули. Това би означавало, че надлъжните мускули се адаптират повече или по-малко пасивно към дейността на кръговите мускули. Последните открития обаче показват, че надлъжните мускули не винаги са взаимно свързани с кръговите мускули [R.J. Stevens et al., Природата 399 (1999) 62-66]. Изследванията на инервацията на мускулите в стомаха показват, че надлъжните мускули не са предимно холинергични, както в други области на стомашно-чревния тракт, а се инервират директно от инхибиторни и възбуждащи моторни неврони [К. Michel et al., Арката на Пфлюгер. 440 (2000) 393-408]

При физиологични условия червата е под инхибиторно влияние, което се поддържа от непрекъснатото освобождаване на инхибиторни предаватели, особено NO. Това е решаващо предимство за процесите на регулиране. Инхибиращият тон, който винаги присъства, действа като „спирачка“ и намалява риска от спазъм. В допълнение, увеличаването на активността на червата може да бъде постигнато много лесно чрез освобождаване на „спирачката“, без да се налага включване на допълнителни възбуждащи системи. Патологичната хиперактивност на инхибиращите нервни клетки може да отпусне червата толкова много, че да стане почти атонична. В екстремни случаи настъпва пълна парализа на червата; състояние, при което перисталтичният рефлекс вече не може да се задейства, тъй като механорецепторите не регистрират напрежение на стената, дори когато червата са опънати. Патологичната хиперактивност на възбудната система, от друга страна, води до ускорен транспорт и може да причини диария.

Много заболявания, чиито симптоми са придружени от функционална обструкция, се основават на невронални дегенерации в различна степен. При генерализирана дегенерация се засягат инхибиторни и възбуждащи клетъчни популации. Неуспехът на инхибиращите нерви е по-сериозен, тъй като, както е описано по-горе, те поддържат физиологичния "спирачен ефект". Следователно възникващите нарушения обикновено могат да се обяснят с липсата на инхибиторен тонус. Болести като ахалазия, стеноза на сфинктера или болест на Hirschsprung могат да бъдат причинени от локална аганглионоза. Хипоганглионозата води до чревна псевдообструкция или илеус и е причина за дисфункцията при болест на Chagas или цитомегаловирусни инфекции. Захарният диабет се свързва и с дисфункция на ентеричните вериги, което се отразява особено в гастропарезата (забавяне на изпразването на стомаха).

Аналогично на перисталтичния рефлекс, рефлексите в регулирането на лигавичните функции също се постулират, но техните взаимовръзки все още не са напълно изяснени. Известно е, че ацетилхолинът и VIP имат просекреторен ефект и са основните предаватели на вълнуващите секрето-моторни неврони. Невропептидът Y и соматостатинът се освобождават от инхибиторни секреторно-моторни неврони и инхибират секрецията. Активирането на секрето-моторните неврони се осъществява чрез различни механизми, базирани на двупосочни взаимодействия между ентериалната нервна система и епителните клетки, клетките на ламина проприа или хормоните. Клетките Lamina propria играят роля по-специално при възпалителните процеси, тъй като активират секретомоторните неврони чрез освобождаване на хистамин и простагландини. В епителните клетки ентерохромафиновите клетки играят особено важна роля, които след активиране освобождават серотонин и гуанилин.

Невроимунни взаимодействия в червата

Патофизиология на чревната нервна система

Много нарушения в стомашно-чревния тракт са свързани с неизправности в ЕНС или дори са причинно свързани с тях. Това се отнася за възпалителни, структурни и функционални заболявания [R.K. Гоял и И. Хирано, N. Engl. J. Med. 334 (1996) 1106-1115]. Промените в ENS при различни заболявания варират от дегенеративни промени до промени в експресията на предавателя на определени клетъчни популации в ENS. Интересното е, че типичните промени в мозъка, които се случват при много нарушения на ЦНС, също могат да бъдат открити в ENS. Неизправността на допаминергичните нервни клетки при пациентите с Паркинсон също може да бъде демонстрирана в ENS.

Взаимодействия между централната нервна система (ЦНС) и ENS

Ентерична нервна система: Фиг. 1. ENS влияе върху различни стомашно-чревни функции. Ентерична нервна система

Ентерична нервна система: Фиг. 2. Взаимовръзки и предавателно оборудване на сензорни нервни клетки, интернейрони и двигателни неврони в ентералната нервна система. Ach = ацетилхолин; SP = вещество P; 5-НТ = серотонин; SOM = соматостатин; АТФ = аденозин трифосфат; NO = азотен моноксид; VIP = вазоактивен чревен пептид; PACAP = активиране на хипофизата аденилат циклаза; NPY = невропептид Y. Ентерична нервна система