где расположен головной мозг чем он защищен
Открыть ворота гематоэнцефалического барьера
Оксана Семячкина-Глушковская,
доктор биологических наук, Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
«Наука и жизнь» №7, 2015
В последнее десятилетие всё чаще врачи сталкиваются с инсультом новорождённых, но лечить его пока не очень получается. Трудности связаны с гематоэнцефалическим барьером — одной из самых загадочных систем мозга, «перегородкой» между кровью, циркулирующей в теле, и мозгом. Именно он решает, что допустить в мозг, а что — нет. Сегодня тема преодоления гематоэнцефалического барьера нужными лекарствами стала одной из горячих и «денежных» в нейрофизиологии.
130 лет назад человечеству приоткрылся один из механизмов работы мозга: была обнаружена «перегородка» между мозгом и кровеносной системой тела — гематоэнцефалический барьер. Он состоит из нескольких слоёв: со стороны тела кровеносный капилляр мозга выложен клетками эндотелия на базальной мембране. Со стороны ткани мозга находится слой нейронов, так что они переплетаются в трёхмерную сеть. Такая структура позволяет регулировать проникновение из крови в мозг биологически активных веществ, метаболитов, но препятствует поступлению в мозг чужеродных веществ, микроорганизмов, токсинов
Гематоэнцефалический барьер — тонкая физиологическая организация — оставался вне поля зрения учёных до тех пор, пока не стало очевидно, что именно он тормозит успехи современной медицины и именно в его работе скрыты ресурсы для новой эпохи в фармакологии. За последние 20 лет в мире было синтезировано более 40 новых препаратов, из которых всего два — для лечения болезней мозга. Гематоэнцефалический барьер создаёт для некоторых веществ «зелёный» коридор, но для целого ряда препаратов он остаётся непроницаемым, и потому врачи безоружны в борьбе со многими неврологическими патологиями, такими, например, как инсульт мозга. Задача проницаемости барьера встала, когда было признано, что у новорождённых это заболевание встречается так же часто, как у взрослых.
Десять лет назад диагноз «инсульт» детям ставили крайне редко. Сегодня прогресс в развитии безопасных технологий для внутреннего исследования мозга (визуализация) позволил исследователям увидеть серьёзность проблемы. Особенность детского инсульта в том, что он проходит зачастую бессимптомно или «маскируется» под другие заболевания. Последствия катастрофичны для ребёнка. У большинства маленьких пациентов возникают серьёзные нарушения: задержка умственного и речевого развития, гиперреактивность, затруднения в концентрации внимания, у них страдают логика и адаптация к стрессам, что не сразу и не очевидно проявляется в первые дни жизни.
Но диагностика инсульта мозга у новорождённых — лишь первый этап. Главный вопрос — как лечить и как предупредить это заболевание. Детский и взрослый инсульты — разные! Мы знаем, какие факторы провоцируют развитие инсульта у взрослых — к примеру, гипертензия. Но для малышей эти факторы не так актуальны, и даже такие очевидные на первый взгляд причины, как родовые травмы, не вошли в лидирующую десятку провокаторов инсульта у детей.
Почему инсульты мозга у новорождённых и взрослых так различаются? После появления на свет мозг ребёнка ещё продолжает развиваться, причём особенно интенсивно в первые дни после рождения. В настоящий момент не существует тактики лечения инсульта мозга у новорождённых. Мало зная об этом заболевании у младенцев, врачи вынуждены применять к ним терапию, показанную для взрослых. Она оказывается неэффективной, а иногда даже мешает выздоровлению. Успех в лечении таких детей — зачастую случайность, а не результат заранее спланированной тактики врача.
Возникло предположение, что многие препараты, которые существуют в арсенале врача для лечения инсульта, просто не доходят до мозга новорождённого из-за капризного гематоэнцефалического барьера, который закрывается и не даёт поработать препаратам.
Несмотря на прорывные технологии в визуализации структур мозга, решения проблем детского инсульта не было, потому что не хватало подходящего инструментария для исследования «ворот», пропускающих лекарства в гематоэнцефалическом барьере.
В экспериментальной медицине платформа для изучения любых болезней — моделирование патологии на животных. Среди существующих на сегодняшний день моделей инсульта ни одна не пригодна для новорождённых.
Есть два типа инсульта — ишемический, когда сосуды мозга сужаются, что ограничивает его питание и кровоснабжение, и геморрагический, когда сосуды рвутся без явных на то причин. У новорождённых преобладает второй тип инсульта. Однако модели, традиционно применяемые для изучения геморрагического инсульта, работают по принципу механического введения крови в мозг экспериментальных животных, что сильно ограничивает исследовательские возможности.
На биологическом факультете Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского разработали модель инсульта, с помощью которой можно увидеть, как сосуды мозга разрываются самостоятельно, без дополнительных вмешательств. Для этого используется звуковой стресс (120 дБ, 7 Гц). Звуковые волны за счёт способности глубоко проникать в мозг нарушают центры регуляции его кровотока.
Сосудистые «катастрофы» у новорождённых случаются не сразу, а через два-три дня после рождения. Аналогичные изменения происходят с сосудами лабораторных животных после влияния звукового стресса. И хотя звук — это неадекватный провоцирующий фактор для детского инсульта, на сегодняшний день это единственная модель, которая позволяет изучать развитие данной патологии без инвазивных вмешательств, запуская внутренние патологические процессы, максимально приближенные к естественному ходу событий.
Однако для взрослых животных простого стресса недостаточно, чтобы вызвать инсульт головного мозга. Для них требуется наличие хронически высокого артериального давления, изнашивающего сосуды и делающего их стресс-неустойчивыми. Для того чтобы изучать, как работает «барьер» на первых этапах жизни и на последующих этапах развития, мы вооружились современными методами флуоресцентного обнаружения белков окклудин и клаудин-5, работающих «таможенниками» на границе между мозгом и кровью. Воспользовались и старым методом изучения прохождения барьера красителем Evans blue (голубой Эванса), связывающимся с белками крови. Именно этот краситель в 1885 году помог открыть гематоэнцефалический барьер немецкому нейрофизиологу Паулю Эрлиху. Когда он ввёл краситель в кровь, то обнаружил, что все внутренние органы окрасились, а мозг нет. Позже опыты повторил его ученик Эдвин Голдман, но он вводил краситель уже непосредственно в спинномозговой канал лабораторного животного. Мозг становился синим, при этом вся краска оставалась в нём, не проникая на периферию. И по сей день краситель Evans blue — надёжный способ проверки работы гематоэнцефалического барьера. Конечно, появились и другие, более точные способы тестирования проницаемости барьера, например светящиеся метки, закреплённые на полисахаридах — декстранах разной массы (3 кДа и 70 кДа).
Появление голубого окрашивания тканей мозга у взрослой (справа) и у новорождённой (слева) крыс на фоне развития инсульта и введения красителя Evans blue
А теперь посмотрим, как работает гематоэнцефалический барьер при развитии геморрагического инсульта и как эти процессы отличаются друг от друга в первые дни после рождения лабораторного животного и в последующем его развитии.
Оказалось, внутривенное введение красителя крысам на фоне развития инсульта сопровождается появлением голубой окраски тканей мозга только у взрослых, но не у новорождённых особей.
Мы исследовали, какие вещества проходят через гематоэнцефалический барьер в условиях, когда организму необходимо бороться с инсультом. Для этого использовали флуоресцентные метки — лёгкие (декстран 3 кДа) и тяжёлые (декстран 70 кДа), которые своим свечением подсказывают нам их местонахождение и помогают определить путь движения.
Лёгкие флуоресцентные метки (декстран 3 кДа) распределены по-разному: у взрослой крысы (слева) — распределение по всему мозгу, а у новорождённой (справа) — концентрирование в сосуде на фоне развития инсульта мозга
Как оказалось, у взрослых крыс мозг при инсульте как решето: пропускает даже высокомолекулярные соединения (декстран 70 кДа). А у новорождённых декстрановые флуоресцентные метки застревают в сосудах: барьер закрывается так плотно, что даже низкомолекулярные соединения (декстран 3 кДа) остаются в пределах сосудов и не попадают в мозг.
Используя метод иммуноблоттинга (метод определения специфических белков), удалось увидеть белки, которые и делают барьер непроницаемым. Мы наблюдали за двумя критически важными белками — клаудином-5 и окклудином. У новорождённых крыс этих белков в разы больше, чем у взрослых. Вот почему краситель Evans blue и флуоресцентные метки у новорождённых особей «застревают» в барьере, в то время как у взрослых он становится более «лояльным» — проницаемым для веществ, которые в обычных условиях в мозг не попадают.
Экспрессия структурных белков гематоэнцефалического барьера — окклудина и клаудина-5 у новорождённых и взрослых крыс (более тёмные полоски отражают более высокую экспрессию)
Возможно ли найти объяснение разного поведения мозга в момент его начального развития и когда статус организма уже сформировался? Мозг развивается по принципу избыточности. Он старается иметь сразу всё и много и только потом разбирается, что с этим делать. Часть его структур, к примеру адренергические нейроны, у которых медиаторами служат норадреналин и адреналин, образуется задолго до рождения, но созревает только к двум годам жизни. Другие структуры, альфа2-адренорецепторы, наоборот, созревают до рождения в огромном количестве, а после их плотность заметно снижается. Но так или иначе, многие молекулярные структуры мозга, равно как и его биохимия, формируются заведомо с избытком. Возможно, это одна из причин, почему у новорождённых наблюдается повышенная экспрессия «барьерных» белков, препятствующих проникновению многих «взрослых» препаратов, которые применяют при лечении инсульта мозга.
Тайна гематоэнцефалического барьера — как грань между небом, землёй и воздухом. Его можно «увидеть», но трудно постичь. Нужны бойцы-невидимки, которые могли бы обмануть строгих стражей барьера, пронести необходимую «гуманитарную помощь» страдающему мозгу маленького пациента и помочь ему в борьбе с инсультом. Такими помощниками могут стать транспортные системы — липосомы, капсулы, углеродные нанотрубки, которые активно разрабатываются с этой целью во всём мире.
Исследования проводились на биологическом факультете Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского в рамках проекта Российского научного фонда (№14-15-00128) и гранта Президента РФ (МД-2216.2014.4).
Где расположен головной мозг чем он защищен
Подробное решение страница стр.63 по биологии для учащихся 9 класса, авторов Сапин М.Р., Сонин Н.И. 2014
1. Где расположен головной мозг? Чем он защищён?
Головной мозг расположен в полости черепа. Он защищен костями черепа и тремя мозговыми оболочками: мягкой, паутинной и твердой, между которыми циркулирует ликвор, который обеспечивает амортизацию головного мозга, предохраняет его от сотрясений при изменении положения тела.
2. Из каких отделов состоит головной мозг человека? Какие отделы входят в состав ствола мозга. Отразите это в виде общей схемы.
3. В чем сходство и различие в функциях продолговатого мозга и спинного мозга?
Продолговатый мозг является непосредственным продолжением спинного мозга выше затылочного отверстия и имеет сходное с ним строение. И продолговатый, и спинной мозг несут проводниковую и рефлекторную функции. Различие в расположении в продолговатом мозге скопления ядер, формирующих центры дыхания и кровообращения, центры некоторых пищеварительных (сосания, глотания, желудочной секреции) и защитных (кашля, чихания, рвоты, мигания) рефлексов.
4. Объясните, почему травмы в месте сочленения черепа с позвоночником часто приводят к смерти человека. В каких ситуациях это может произойти?
При повреждениях сочленения черепа с позвоночником повреждается место перехода спинного мозга в продолговатый, а значит, повреждаются пути, идущие от центров дыхания и кровообращения продолговатого мозга, что приводит к мгновенной смерти. Чаще всего такие повреждения происходят при автомобильных авариях, когда при резком торможении голова человека вначале резко идет вперед, а затем возвращается назад, а пристегнутое тело остается на месте. Голова совершает движение, подобное движению хлыста, поэтому подобные переломы называют «хлыстообразными».
5. С повреждением какого отдела головного мозга связано нарушение мимики у человека?
За мимику человека отвечает лицевой нерв, центр которого расположен в мосте.
6. Как устроен мозжечок? К чему может привести его повреждение?
Мозжечок располагается над продолговатым мозгом и состоит из двух небольших боковых полушарий, средней части, которая является наиболее древней и называется червем, и трех пар ножек, соединяющих мозжечок со средним мозгом, мостом и продолговатым мозгом. Полушария мозжечка покрыты серым веществом (кора мозжечка), под которым находится белое вещество. Червь и ножки мозжечка также состоят из белого вещества. Внутри белого вещества мозжечка имеются ядра, образованные серым веществом. Кора мозжечка имеет многочисленные борозды и извилины. Срез мозжечка напоминает ветвистое дерево, поэтому белое вещество мозжечка иногда называют «древом жизни мозжечка».
Мозжечок обеспечивает поддержание мышечного тонуса и позы тела, координирует движения тела, делая их более точными и согласованными, управляет сохранением равновесия, так как в мозжечок поступает информация от мышц, сухожилий, суставов и двигательных центров головного мозга. При разрушении червя мозжечка человек не может ходить и стоять, нарушается чувство равновесия. При поражениях полушарий наблюдается уменьшение тонуса мышц, сильная дрожь конечностей, нарушение точности и быстроты произвольных движений, быстрая утомляемость. Также расстраивается устная и письменная речь.
7. Какой отдел головного мозга отвечает за реакцию на зрительные и слуховые раздражители?
За реакцию на зрительные и слуховые раздражители отвечают четверохолмия среднего мозга.
8. В какой части мозга человека формируется ощущение боли?
Высшим центром болевой чувствительности является таламус.
9. Где расположен высший центр вегетативной нервной системы?
10. Какие из отделов головного мозга более развиты у человека по сравнению с другими позвоночными?
Строение головного мозга практически всех позвоночных сходно и состоит из 5 отделов. Для человека характерна большая дифференциация борозд и извилин больших полушарий по сравнению с другими позвоночными, большее развитие зрительных центров, так как только человек и приматы могут видеть всю цветовую гамму.
11. Составьте обобщающую таблицу «Функции отделов головного мозга».
Голова – предмет тёмный, но исследованию подлежит. Что за что отвечает в головном мозге?
Способность дышать и двигаться, чувствовать боль и любить, создавать гениальные творения и совершать зло, подчас не поддающееся объяснению. Благодаря чему всё это возможно? Где скрывается наше «я»?
Как устроен головной мозг человека, как соотносятся его строение и функции, и каковы их особенности?
Попробуем разобраться в некоторых из них.
Существует положение, что чем более проста некая функция, тем точнее место ее локализации в головном мозге. С другой стороны, наиболее сложные функции обеспечиваются слаженной работой всего мозга, в связи с чем понятие «коркового центра» (определённой области коры головного мозга) большей частью относительное и условное.
Внезапно залаяла собака во дворе? Ориентировочный рефлекс в ответ на резкий звук возможен благодаря среднему мозгу. Кроме того, через этот отдел проходят пути, обеспечивающие зрение, слух, способность к движению и бдительности, контроль температуры и ряд других, которыми занимаются другие отделы мозга.
КОРА БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ИМЕЕТ СЛОЖНОЕ
СТРОЕНИЕ И СОДЕРЖИТ 12-18 МЛРД НЕРВНЫХ
КЛЕТОК И БОРОЗДАМИ ДЕЛИТСЯ НА НЕСКОЛЬКО ДОЛЕЙ
А теперь закройте глаза и коснитесь пальцами кончика носа. Получилось без особого труда, не так ли? Это при том, что в этом плавном действии было задействовано много разных мышц. За координацию, равновесие, нормальные движения спасибо мозжечку.
Сложнее, сложнее
Эмоции, такие эмоции. Без них наша жизнь была бы не такой счастливой (несчастной?). Внутренняя борьба, иногда заставляющая нас сделать то, о чем мы потом пожалеем. Знакомо? Благодарим лимбическую систему. Интересно что это такое? Чуть подробнее о ней (и ее частях).
Беспокоитесь, грустите? А может вам страшно? Это возможно благодаря миндалевидному телу (миндалине). Любопытный факт: с левой миндалиной бывает связано и чувство счастья, а вот у правой «настроение» плохое всегда.
Читайте материал по теме: Билл Гейтс и его синдром Аспергера
И наконец.
Итак, какова ее роль?
Читайте материал по теме: Что происходит с мозгом аутистов?
С лобной долей связана также наша способность к движению (благодаря моторной коре), чёткому и разборчивому письму, артикуляции.
Ассоциативные функции обеспечиваются теменной долей коры. Здесь располагаются области, отвечающие за осязание, чёткие, комбинированные целенаправленные движения, чтение, познавание предметов, явлений, их смысла и символического значения.
Бросается в глаза, что.
Наиболее сложные функции памяти и мышления не имеют чёткого расположения, в их реализации принимают участие различные области мозга.
Почему важно знать, как связаны функция и структура головного мозга?
Диагностика. Представьте: у человека сильно разболелась голова. Спустя несколько минут он уже не смог поднять правую руку, а его речь стала невнятной. У пациента ухудшилось зрение с одной стороны, тогда как офтальмолог патологию со стороны глаз не обнаружил. Или, например, человек перестал понимать обращённую к нему речь.
Читайте материал по теме: Как предотвратить инсульт?
Зная о том, какие отделы в головном мозге отвечают за ту или иную способность, можно предполагать место расположения патологического процесса.
Лечение и реабилитация. Предположим, что в результате повреждения участка головного мозга после инсульта у человека «выпала» какая-то функция. Значит ли это, что теперь она не вернётся? Нет, далеко не всегда.
Благодаря такому свойству мозга, как пластичность, возможно эту функцию восстановить. Говоря простыми словами, под пластичностью можно понимать способность других областей мозга брать на себя функцию повреждённой его части. Однако этим процессом нужно целенаправленно заниматься. Поэтому после инсульта больному бывает необходим курс нейрореабилитации, в процессе которого он заново учится говорить, ходить, обслуживать себя.
Нет. Приведённые выше описания взаимоотношений структуры и функции далеко не исчерпывающие: на деле всё гораздо сложнее и выходит далеко за рамки объёма небольшой статьи.
Где расположен головной мозг чем он защищен
В промежуточном мозге находятся подкорковые центры зрения и слуха.
Если до уровня среднего мозга головной мозг является единым стволом, то, начиная со среднего мозга, происходит его разделение на две симметричные половины.
Общая характеристика
Головной мозг – это главный орган нервной системы. Его исследованием медики занимаются до сих пор. Головной мозг взрослого человека содержит 90-95 миллиардов нейронов. Тела нейронов образуют серое вещество мозга, а нервные волокна (отростки нейронов) – белое вещество.
Рис. 1. Отделы головного мозга.
Данный орган имеет следующие виды оболочек:
Мозг мужчин и женщин отличается по своей массе. У представителей сильного пола его вес на 100-150 г больше. Однако умственное развитие никак не зависит от этого показателя.
Функции генератора и передачи импульсов выполняют нейроны. Внутри головного мозга есть желудочки (полости), в которых образуется спинномозговая жидкость. От головного мозга в разные отделы человеческого тела отходят черепно-мозговые парные нервы. Всего в организме насчитывается 12 таких пар.
Строение
Главный орган нервной системы состоит из трёх частей:
Так же он имеет пять отделов:
Белое вещество больших полушарий переднего мозга представлено в виде нервных волокон, которые могут быть трёх видов:
Серое вещество состоит из тел нейронов, в больших полушариях это вещество образует кору и подкорковые ядра.
Рис. 2. Доли коры больших полушарий.
Следующая таблица поможет подробнее разобраться со строением и функциями различных отделов головного мозга:
Таблица «Строение и функции головного мозга»
Отдел
Особенности строения
Функции
Конечный или передний
Состоит из двух полушарий, которые соединяются между собой мозолистым телом. Поверхность полушарий имеет множество борозд и извилин.
Правое полушарие отвечает за левую сторону тела, а левое – за правую сторону. Здесь расположены центры регуляции произвольных движений, центры условных рефлексов и психических функций. Височная доля коры головного мозга регулирует слух, вкус и обоняние, затылочная – зрение, теменная – осязание; лобная – произношение речи.
Состоит из гипоталамуса и таламуса.
Таламус является посредником в передаче раздражителей к полушариям и помогает адекватно приспособиться к изменениям в окружающей среде.
Гипоталамус регулирует работу обменных процессов и эндокринных желёз. Руководит работой сердечнососудистой и пищеварительной системы. Регулирует сон и бодрствование, управляет пищевыми и питьевыми потребностями.
Состоит из мозжечка и моста, который представлен в виде белого толстого валика, расположенного над продолговатым отделом.
Мозжечок расположен позади моста, имеет два полушария, нижнюю и верхнюю поверхности и червя.
Данный отдел обеспечивает функцию посредника при передаче импульсов в расположенные выше отделы мозга. Мозжечок отвечает за координацию и точность движений.
Расположен от переднего края моста до зрительных трактов.
Отвечает за скрытое зрение, а также осуществление ориентировочных рефлексов, (поворот тела в направлении звука).
Является продолжением спинного мозга.
Управляет равновесием, содержит центры дыхания, глотания, чихания и кашля, рвоты, сердечно-сосудистый и пищеварительные.
Что мы узнали?
Головной мозг – это сложная система, которая руководит работой всех внутренних систем организма. Состоит он из пяти отделов, каждый из которых выполняет определённые функции. Без работы данного отдела центральной нервной системы сложно представить жизнедеятельность всего организма.