Nervsystemets utveckling

Nervsystemets embryologi

Nervsystemets utveckling börjar redan under embryots tredje vecka, och när proliferationen av nervceller är som störts bildas uppemot 250.000 nya neuron varje minut (Källa 1, källa 2). Den embryologiska utvecklingen fortskrider sedan i rasande takt, och väl vid födseln har ca 100 miljarder neuron hunnit utvecklats. Vid partus är dock hjärnans utveckling är långt ifrån klar, och myelinisering, synapsbildning och synapsmognad fortsätter hos vissa ända fram till 30-40-års ålder. Sammanfattningsvis är nervsystemets embryologi är otroligt komplex och tyvärr har vi ännu bara en rudimentär förståelse för de mest basala processer. I detta kapitel görs dock ett försök till att ge en överskådlig sammanfattning av det viktigast om nervsystemets utveckling.

Att ha kännedom om nervsystemets utveckling underlättar förståelsen för neuroanatomi vilket i sin tur är värdefullt i kliniska sammanhang – men framförallt, är det otroligt intressant.

nervsystemet

Groddbladens utveckling. Illustrationen är eget verk 

Neuralröret

Den huvudsakliga utvecklingen av nervsystemet börjar tredje veckan, efter att de tre groddbladen, ektoderm, mesoderm och endoderm, bildats.

Det ektodermala cellagret förtjockas och bildar neuralplattan. Så småningom börjar neuralplattan att veckas inåt och neuraldiket och neurallisten bildas. Denna utveckling drivs till stor del av ryggsträngen (notochord) som består av mesodermala celler och utsöndrar tillväxtfaktorer och signalsubstanser som driver den embryonala celldifferentieringen. Ryggsträngen tillbakabildas och försvinner sedermera.

Neuralröret
Neuralrörets utveckling. Illustrationen är eget verk

I samband med att neurallisterna sluts bildas neuralröret. Från neurallistens förslutningsområde bildas neural crest cellerna. Dessa kommer så småningom att ge upphov till, bland annat, hjärnhinnans pia och arachnoidea, delar av det perifera nervsystemet (så som ryggmärgens ganglia, schwannceller och det autonoma nervsystemet) samt hudens melanocyter och binjuremärgen. Neuralröret utvecklas vidare och är den struktur som ger upphov till hjärna och ryggmärg. I neuralröret återfinns neuroblaster och glioblaster som sedermera differentierar till neuron och gliaceller. Förslutning av neuralröret sker under den embryonala utvecklingens fjärde vecka. Felaktig förslutning kan leda till så kallade neuralrörsdefekter exempelvis spina bifida och anencefali.

Från neuralröret bildas primära och sekundära vesiklar som sedan utvecklas vidare till hjärna, hjärnstam och cerebellum.

Primära och sekundära vesiklar. Illustrationen är eget verk

Storhjärna, hjärnstam och cerebellum

Efter att neuralröret förslutits i fjärde veckan börjar hjärnans utveckling. Detta sker genom bildandet av de tre primära vesiklarna: Prosencefalon (forebrain), mesencefalon (midbrain) och rhombencefalon (hindbrain). De primära vesiklarna utvecklas vidare till att, i den sjätte veckan, bilda de sekundära vesiklarna.

Från prosencefalon bildas telencefalon och diencefalon. Mesencefalon behåller sitt namn i bildandet av den sekundära vesikeln. Och rhombencefalon utvecklas till Metencefalon och Myelencefalon.

Telencefalon utvecklas sedan vidare till att bilda hemisfärerna och sidoventriklar. Diencefalon bildar thalamus, hypotalamus och tredje ventrikeln. Mesencefalon kvarstår och bildar den cerebrala akvedukten. Metencefalon utvecklas till pons, cerebellum och övre delen av fjärde ventrikeln. Myelencefalon bildar medulla oblongata och resterande del av fjärde ventrikel.

Redan i fjortonde veckan har hemisfärer, hjärnstam och cerebellum makroskopiskt utvecklats till att likna den mogna hjärnan. Hemisfärernas ytor är dock fortfarande släta. Eftersom hjärnan genomgår en kraftig tillväxt inom kraniets begränsade utrymme börjar ytan veckas på ett distinkt sätt till att bilda dess gyri och sulci. Detta gör att hjärnan kan öka i storlek på ett sätt som annars inte hade varit möjligt.

Differentiering, myelinisering, apoptos och synapsmognad

Från neuraltuben utgår neuroepitelialceller (neuroblaster och glioblaster) som sedermera differentierar till neuron och gliaceller. Dessa kommer att utgöra samtliga celltyper i CNS (med undantag för mikrogila som tillkommer via blodbanan). Från neuraltubens mest lumennära del migrerar neuroblaster ut mot hjärnans yta där de mognar och bildar cortex (hjärnbarken), eller mot andra specifika målområden för att bilda subkortikala kärnor. Olika neuroblaster migrerar till olika skikt i cortex och bildar så småningom sex olika lager i den vuxna hjärnan. Själva cellkropparna kommer att utgöra den gråa substansen, och stora samlingar av deras axon den vita substansen. Migration av neuroblaster ut mot kortex och subkortikala kärnor sker med hjälp gliaceller som b.la skapar ett stödjande matrix som underlättar neuroblasternas migrering. Detta leder så småningom till bildandet av mycket stora och komplexa neuronala nätverk.

Myelinisering sker genom att oligodendrocyter successivt omhuldar axoner en och en. Denna process sker framförallt från nervsystemets rostrala delar till dess caudala (dvs uppifrån och ner). Myelinisering börjar i graviditetens femte månad. Merparten av myeliniseringsprocessen sker de första två-tre levnadsåren, men pågår faktiskt även lång fram i i livet (ända upp till 40-års-åldern hos vissa).

I samband med nervsystemets explosionsartade tillväxt sker en kraftig överproduktion av neuron och synapser. I perioder uppgår produktionen av synapser till 40 000 sekund! Hjärnan kräver dock att dess nätverk är så effektiva och välorganiserade nätverk som möjligt varför en stor del av dessa behöver gå i regress. Detta sker b.la genom apoptos (dvs programmerad celldöd) och en process som kallas synapsmognad. Synapsmognad innebär att förbindelser som ofta används (t.ex genom frekvent sensorisk input eller motorisk output) förstärks med hjälp av trofiska substanser via positiva feedback-loops. Medan synapser som använts sparsamt successivt regredierar. Vid tio-års ålder har närmre hälften av alla synapser eliminerats. Tabellen nedan visar en översiktlig sammanfattning av de viktigaste händelserna.

Embryonal utvecklingTidpunkt (räknat från befruktning)
Groddbladen bildas2-4 veckor
Neuralröret sluts3-4 veckor
Neurala vesiklar bildas4-6 veckor
Differentiering, proliferation och apoptos av neuron och gliaceller. 6-16 veckor
Cellmigration12-24 veckor
Myelinisering24 veckor t.om postnatalt
Organisering och mognad av cortex cerebri24 veckor t.om postnatalt

 

Ryggmärgen utveckling

Ryggmärgens utveckling sker från neuralrörets caudala delar. Alarplattan (alar plate) är neuralrörets dorsolaterala del och ger upphov till sensoriska neuroblaster. Här bildas alltså ryggmärgens bakhorn. På neuralrörets ventrolaterala del finner man basalplattan (basal plate) som i sin tur kommer att innehålla motoriska neuroblaster och på så sätt ger upphov ryggmärgens framhorn. 

ryggmärg
Ryggmärgens utveckling. Illustrationen är eget verk

Centralkanalen hos vuxna motsvarar den embryologiska resten från neuralkanalens lumen. Syringomyeli är ett tillstånd där ryggmärgens centralkanal vidgas pga patologisk vätskeansamling (så kallad syrinx). Syringomyeli kan uppträda tillsammans med medfödda missbildningar (t.ex Arnold Chiari), eller pga tumör, trauma eller infektion. Typiskt för denna sjukdom är påverkan på anteriora smärtfibrer (spinothalamicus) medan de bakre sensoriska banorna inte är påverkade. Detta ger upphov till en så kallad dissocierad känselstörning som innebär  en förlust av smärtsensation med bevarad känsel för vibration, lätt beröring och lägesposition.