中枢神经系统发育
神经系统的发育包括:诱导、增殖、分化、迁移、神经元间建立联系,以及建立细胞群落间的联系。神经系统发育存在一定复杂性和可塑性。
1.神经管的形成
神经管是中枢神经系统的原基,人体胚胎由三层细胞形成,即内胚层、中胚层及外胚层,神经系统起源于外胚层。人体受孕8天左右,背部中胚层与外胚层接触发出诱导信号,形成神经板结构,信号的诱导作用使得神经板逐渐延长,中线处出现一凹陷的神经构,神经构的侧缘增厚形成神经褶,神经褶最终闭合形成神经管。神经管的头尾各有一个开口,分别为前神经孔和后神经孔,胚胎发育到25天左右,前神经孔闭合,第27天左右后神经管闭合,完成神经管的形成。神经管的头膨大发育成脑,尾端较细发育成脊髓,神经管充满液体的管腔最终发育成大脑的脑室系统和中央管。作为神经系统发育的关键期,神经管闭合发生在胚胎的早期,这一时期最常见的出生缺陷就是神经管闭合异常,最终导致无脑儿、脑脊膜膨出、脊柱裂等。
2.前脑的形成期
神经管前孔尚未闭合时,神经管的前端已开始膨大,当神经管闭合,可以看到头端三个分界明显,分别为前脑泡、中脑泡、后脑泡。前脑泡发育形成端脑泡、间脑泡及视泡,最终形成端脑和间脑。中脑泡没有继续分化最终发育成中脑,后脑泡进一步发育最终发育成脑桥、延髓和小脑。
3.组织发生期
(1)神经结构的建立
神经结合的建立需要经过:细胞增殖、细胞迁移和细胞分化。神经系统是由起源于外胚层的神经板结构发育而来的,神经板最初由单层柱状上皮细胞构成,神经板闭合成神经管后,管壁变为复层柱状上皮,有内外两层界膜,内层膜称为室管膜,外层膜称为缘膜。室管膜的母代细胞如果是垂直分裂,那么它的两个子代细胞仍处于室管膜层重复母代的分裂方式,如果是水平分裂,分裂的一个子代细胞迁移至缘层,不在分裂,另一个留在室管膜层继续以母代的方式进行有丝分裂。人体新皮层的全部神经元都是在受孕后第5周至第20周增殖产生的,在高峰期增殖的速度非常惊人,能达到每分钟250000个新的神经元。
分裂产生的子代神经细胞沿着由室管膜向软脑膜辐射发出的细长纤迁移,但并非所有的成神经细胞都沿着放射状胶质细胞纤维迁移,约有1/3的成神经细胞在向皮层迁移时候会向水平方向移动。最早迁移并成熟的细胞构成深层,后来迁移的细胞穿过已形成的层次再形成浅层,遵循由内向外的规律。
成神经细胞发育成熟的神经元的过程成为分化,细胞的分化首先是成神经细胞从两端伸出突起,这些突起最初是相同的,进一步发育成树突和轴突。
(2)神经细胞脑回路的建立
随着神经细胞的分化,神经细胞的轴突逐渐建立相互的联系。成神经细胞迁移到目标区后开始分化,期初形成一些突起,突起的顶端是生长锥,是决定神经突起向正确方向延伸生长的结构。生长锥伸出片状伪足,片状伪足又伸出许多刺状突起,称为丝状伪足。丝状伪足在片状伪足的反复伸缩中探索周围的环境。神经突起的生长开始于丝状伪足抓住神经突起的生长底物,并引导整个生长锥向前延伸,这些分布于细胞间隙的纤维蛋白底物称为细胞外基质。只有细胞外基质中含有必需的蛋白质,神经突起的生长才能完成。
轴突生长的路径是一段一段的,每一段仅有几个微米长,轴突的生长锥到达一段的终点后,轴突与终点处的分子相互作用使其继续向下一个目标前进。所有轴突的生长像是一个又一个点连在一起。
神经元中主要的信息传出结构是轴突,在胚胎的发育过程中神经元长出轴突,轴突顶端有生长锥。生长锥的生长有较为精确的导向性,机体通过至少四种(接触吸引、化学吸引、接触排斥和化学排斥)导向机制的相互作用,调节生长锥的靶向性生长。
突触是实现神经元之间或神经元与效应器之间信息传递的功能性接触的一种特殊结构。生长锥与靶点处的相互作用是相互的,基膜能够刺激细胞外钙离子进入生长锥,使得生长锥释放神经递质,钙离子除了能够释放神经递质,还能够改变轴突内的骨架结构使其与突触后的靶点紧密相连。化学突触的形成分为以下几个基本过程:①生长锥与适宜的靶细胞接触;②神经递质释放增加;③突触前膜与靶细胞黏附增强;④其他竞争突触被异突触压抑;⑤受体在突触后膜堆积;⑥新的受体在突触后膜合成;⑦突触接头处受体消除。
(3)神经胶质细胞的发育和髓鞘化
神经胶质细胞是神经组织中除了神经细胞以外的另一种细胞,胶质细胞与神经细胞都起源于胚盘外胚层神经上皮组织,其中的胶质母细胞发育成大胶质细胞和脉络丛上皮细胞,围绕神经管腔表面的部分神经上皮细胞分化成管膜和脉络丛上皮细胞,神经母细胞发育成神经细胞,神经嵴则分化为外周神经系统的胶质细胞。
髓鞘是指包围有鞘神经纤维轴中间那层黄色的就是髓磷脂鞘。髓鞘的功能包括:一是使轴突与周围组织绝缘,避免干扰,以利于神经冲动的快速传导;二是通过一种称为“跳跃式传导”的机制来加快动作电位的传递;三是一些轴突受损的情况下引导轴突的再生。髓鞘化是指髓鞘发作的过程,它使得神经兴奋在沿着神经纤维传导时速度较强,并保证其定向传导。