CC BY
369
ТОМ IV ВЫПУСК 2 2009
НЕЙРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ
А.С. Петрухин1, Н.С. Созаева1, Г.С. Голосная12
NEUROBIOLOGIC AND ONTOGENETIC BASIS OF MOTOR FUNCTIONS DEVELOPEMENT
A.S. Petrukhin1, N.S. Sozaeva1, G.S. Golosnaya12
1 — Кафедра неврологии и нейрохирургии ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
2 — Родильный дом 15, г. Москва
Различные методологические подходы к изучению становления двигательных функций в онтогенезе отражали представления о роли центральной нервной системы в их осуществлении.
Онтогенез (постнатальное развитие) мозга состоит в основном из формирования коры большого мозга путем миграции нейронов к месту своей конечной локализации из областей их «рождения».
Наиболее важными процессами для развития движений являются дендритное ветвление, синаптоге-нез и миелинизация. Синаптогенез в слоях коры наиболее активно происходит в постнатальном периоде. Формирование отдельных двигательных навыков связано со сроками появления синапсов. Одним из заключительных этапов созревания является миелинизация. Она обычно начинается на поздних стадиях эмбриогенеза и продолжается на протяжении первых лет жизни. Наиболее интенсивные периоды миелинизации совпадают по времени с формированием новых, более сложных движений.
Особенное значение в формировании движений имеет появление и редукция безусловных рефлексов и познотонических реакций. Длительное угнетение безусловных рефлексов (особенного сосательного) является прогностически неблагоприятным признаком в плане формирования двигательных нарушений. Позднее появление рефлексов приводит в последующем к задержке их редукции и нарушает формирование правильных двигательных актов.
Кроме того, огромное значение в формировании двигательных навыков имеет последовательная замена движений в онтогенезе, которая представляет собой нейробиологическую закономерность.
Нарушение этих механизмов приводит к различным двигательным нарушениям, в частности к различным формам детского церебрального паралича.
Ключевые слова: онтогенез,миелинизация, синаптогенез, двигательные функции,рефлексы новорожденных.
Various methodological approaches to investigation of motor functions development in ontogenesis reflected the understanding of the role the central nervous system plays in their performance.
Ontogenesis (postnatal development) of the brain consists mostly in formation of the cerebral cortex by migration of neurons to their final location from the points of their "birth".
The core processes for motor development are dendritic branching, synaptogenesis and myelination. Synaptogenesis in cerebral cortex layers is most active in the postnatal life. Development of specific motor skills depends on the time of synapse formation. Myelination is one of the final stages of maturation. As a rule, it starts at the latest stages of embryogenesis and continues during the first years of life. The most intensive periods of myelination are simultaneous with development of new, more complicated skills.
Development and reduction of inborn reflexes and postural reactions is of key importance for motor development. A long suppression of unconditioned reflexes (especially the sucking reflex) is a prognostically adverse feature of motor disturbance. A late reflex development is followed by a delay in reflex reduction and impairs formation of correct motor actions.
In addition, a key role in motor skills development belongs to sequential substitution of motor actions in ontogenesis, which is a neurobiological law.
Disruption of those mechanisms leads to various motor disturbances, in particular, various forms of cerebral palsy.
Key words: ontogenesis, myelination, synaptogenesis, motor functions, newborn reflexes.
© Коллектив авторов, 2009. Петрухин АС., Созаева Н.С., Голосная Г.С. Нейробиологические и онтогенетические основы формирования двигательных функций
Рус. жур. дет. невр.: т. IV, вып. 2, 2009.
ОБЗОРЫ
Различные методологические подходы к изучению становления двигательных функций в онтогенезе отражали представления о роли центральной нервной системы в их осуществлении. Еще в 30-х годах прошлого столетия Дж. Когхолл выдвинул теорию «общего узора», согласно которой развитие двигательных функций идет по принципу выключения локальных рефлексов конечностей из интегрированной динамической формы поведения. Само движение возникает вначале в качестве позиционной реакции на проприоцептивные раздражители, затем по типу экстероцептив-ного рефлекса, причем проприоцептив-ные раздражения повышают чувствительность к экстероцептивным. Важной чертой индивидуализации двигательного акта служит уменьшение участия туловища в общем типе движений. Формирование нервных клеток и их аксонов развивается по направлению к наивысшему метаболическому уровню, обеспечивая тем самым закладку систем, требующихся для осуществления функций во взрослом состоянии — закон «установки на будущее», или «опережающее морфологическое созревание» [1, 2, 5, 7, 9].
Близкой к теории Когхила является гипотеза Jakovlev Р^ (1948), рассматривающая двигательную активность, как единую форму поведения исходя из фило- и онтогенетических особенностей развития нервной системы. Jakovlev расчленял поведение на три сферы движений:
1. Двигательная активность внутренних органов, секреторные, экскреторные функции, дыхание и кровообращение. Эти функции осуществляются на уровне архикортекса и сетевидных структур ствола и спинного мозга.
2. Внешнее выражение внутренних состояний или эмоций, познотонические реакции и локомоции, нервным субстратом которых служит палеокортекс, обособленные пучки волокон и подкорковые ядра.
3. Целенаправленные движения, регулируемые корой больших полушарий, обеспечивающей движения, независимо от функций поддержания позы [1, 7, 9, 23, 28, 32].
Эти две концепции объединяет одно общее положение, по которому развитие двигательных функций идет «изнутри
кнаружи». Первичной двигательной реакцией служат локальные рефлексы, которые при последующем развитии объединяются в сложные двигательные комплексы; происходит интеграция локальных рефлексов в сложные двигательные формы (Волохов А.А.) [7]. В ходе развития двигательных функций Волохов А.А. выделил 4 фазы.
1. Первичные локальные рефлексы — движения головы и рук в ответ на кожное раздражение, развиваются в конце эмбрионального периода на 7-8 нед.
2. Фаза первичной генерализации, формирующаяся за счет установления связей между отдельными спинальными сегментами, появления синапсов в спинном мозге — с 9 по 22 нед.
3. Фаза вторичной генерализации характеризуется медленными тоническими рефлексами, осуществляется через красные ядра и ядерные образования передних бугров четверохолмия; появляются хватательные, сухожильные рефлексы, дыхательные движения.
4. Фаза специализации двигательных рефлексов начинается в пренатальном онтогенезе, продолжает совершенствоваться в постнатальном периоде и требует морфологической зрелости и диффе-ренцировки подкорковых образований и коры головного мозга.
Рассматривая различные концепции о появлении первых движений плода и развитии двигательных функций в раннем постнатальном онтогенезе, можно отметить, что все авторы рассматривают это развитие как динамическую форму и колебательный скачкообразный процесс, характеризующийся периодами затухания и усиления, причем центр интенсивности развития определенных морфологических структур постоянно перемещается. Независимо от того, какие движения появляются первоначально, локальные или обобщенные, развитие этих движений в онтогенезе характеризуется некоторым скачкообразным процессом; и совершенно четко можно отметить, что после периода развития локальных движений наступает период развития обобщенных форм, то есть познотонических реакций. На каждой новой ступени развития и усовершенствования отдельных
ТОМ IV ВЫПУСК 2 2009
локальных движений развивается и общая координаторная регуляция, усложняются познотонические реакции, морфологическим субстратом которых служит новый уровень «пространственного поля». И, хотя у взрослого человека позно-тоническая регуляция как бы оттесняется на задний план и затушевывается богатством и сложностью изолированных целенаправленных движений, она от этого не становится менее сложной, а наоборот, условия развития двигательных функций более высокого уровня требуют более сложных познотонических регуляций [2, 4, 7, 11, 31].
П.К. Анохиным сформулирована теория системогенеза нервной деятельности, рассматривающая развитие нервной системы, как процесс гетерохронного созревания функциональных систем. Структуры, которые должны составить функциональные системы и необходимые на ранних этапах постнатального развития, закладываются и созревают в эмбриогенезе избирательно и ускоренно. Степень созревания нервных волокон также различна. У новорожденных отмечается различная степень миелинизации волокон периферических нервов, причем к моменту рождения наиболее миелини-зированы системы, выполняющие ответственные функции в период ново-рожденности (сосательный, хватательный рефлексы, рефлекс Робинзона). Двигательные функции плода — это фактор, стимулирующий развитие проводящих путей и ядерных образований [1, 6, 7, 9, 11, 18, 23]. По мнению Аршавского И.А., двигательные функции плода и новорожденного обеспечивают адаптацию, поддерживают необходимый уровень кровообращения и терморегуляции и являются компонентами позы [2].
В литературе недостаточно освещены некоторые аспекты развития двигательной активности у детей раннего возраста, в частности, роль безусловных рефлексов и взаимосвязь их с последующим двигательным развитием.
Для понимания двигательного развития необходим небольшой экскурс в антенатальный период, когда структуры, дающие возможность человеку двигаться, формируются в ходе гаструляции, диф-ференцировки под действием индукции,
сегментации и цефализации с дальнейшим морфогенезом и созреванием макроструктур головного и спинного мозга. Созревание включает в себя такие процессы, как клеточная миграция, пролиферация и синаптогенез, а также мие-линизация проводящих путей [8, 11, 18, 21, 24, 29, 32].
Онтогенез (постнатальное развитие) мозга состоит в основном из формирования коры большого мозга путем миграции нейронов к месту своей конечной локализации из областей их «рождения».
Нейроны образуются в герминативной зоне и далее мигрируют в радиальном направлении, они ускоряют морфологическую дифференцировку и образование рецепторов для нейротрансмиттеров и факторов роста, способствуют формированию дендритного дерева, образованию синаптических контактов, удлинению аксонов в корковых и подкорковых областях. Наиболее активно эти процессы происходят между 22 и 34 нед. гестации [12, 15, 20, 25, 32].
Миграцию нейронов направляют клетки радиальной глии, соединяющие пролиферативную зону (герминальный матрикс) с корковой пластинкой. В процессе развития коры нейроны, мигрировавшие первыми, заполняют сначала глубинные слои, а последующие клетки обосновываются в более поверхностных слоях. Таким образом, кора большого мозга формируется в направлении «изнутри кнаружи». К 36 нед. внутриутробного развития герминальный матрикс перестает функционировать и заполняется липида-ми [8, 9, 11, 32].
В пределах коры раньше всего созревают крупные пирамидные клетки (проекционные нейроны), а затем более мелкие интернейроны, образующие локальные сети. Созревание нейронов происходит гораздо медленнее, чем их первичное образование. У новорожденного ребенка тела нервных клеток невелики, а ветвление дендритов выражено слабо; в дальнейшем происходит рост и дифференцировка нервных клеток. Именно в раннем детстве происходят быстрые и глубокие изменения, связанные с созреванием корковых нейронов (увеличение их тела, удлинение отростков и ветвление). Скорость созревания в
ОБЗОРЫ
разных участках коры различна: например, двигательные зоны развиваются быстрее сенсорных, а низшие сенсорные центры обычно формируются раньше, чем соответствующие корковые зоны [11, 23, 26, 27, 32, 34].
Созревание нейронов связано с формированием кортикальных сетей. Это формирование происходит путем ветвления нейронов и особенно образования синапсов на теле клеток и их отростков. Бурный рост числа синапсов особенно выражен в раннем постнатальном периоде.
Развитие и созревание нейронов определяется генетической программой и зависит от влияний окружающей среды. Степень развития синаптических связей обусловливается функциональной значимостью тех или иных сетей в процессе развития и адаптации. Анохиным П.К. сформулирован принцип гетерохронно-го развития функциональных систем, по которому избирательно и ускоренно развиваются именно те системы, которые необходимы на ранних этапах постна-тального развития [1, 4, 9, 23, 27, 32].
Онтогенез проходит ряд стадий, причем одна стадия сменяет другую в результате сложных взаимодействий различных факторов.
Наиболее важные процессы для развития движений — дендритное ветвление, синаптогенез и миелинизация [9, 11, 18, 21, 23, 26, 30, 32].
Дендритное ветвление обуславливает увеличение массы каждого нейрона в 3-5 раз. Выраженность дендритного ветвления находится в прямой зависимости от уровня функциональной активности того или иного центра мозга и, наоборот, определяет и обеспечивает функциональную активность.
Наиболее интенсивно процесс аксо-дендритного спраутинга (ветвления) протекает в первые 2-3 мес. жизни (со 2-й по 8-12-ю нед.), когда на первом этапе в результате воздействия факторов внешней среды и адаптации к ним первоначально формируются избыточные дендритные ветвления и избыточные меж-нейрональные связи, из которых в дальнейшем при создании функциональных систем будут отбираться лишь наиболее эффективные в функциональном отно-
шении [9, 11, 32].
После первой недели жизни, когда мозг в новых постнатальных условиях лишь настраивается на будущий приём поступающей средовой информации, ребенок, благодаря активному дендритному ветвлению и созданию нейронных сетей, впервые приобретает возможность пассивно принимать, «фиксировать», поступающую зрительную, слуховую, тактильную и др. информацию, следовать за ней глазами и головой, учиться удерживать голову в вертикальном положении, разжимать кулачки [11].
К постнатальному периоду относится и ещё один нейроонтогенетический феномен — явление импринтинга или запечатления. Феномен импринтинга впервые был описан в 20-х годах ХХ века Конградом Лоренцем (1903-1989).
К проблеме импринтинга в критическом постнатальном периоде имеет непосредственное отношение и кажущаяся парадоксальной удивительная способность новорожденного вскоре после появления на свет осуществлять сложнейшие двигательные акты, связанные с сосательным поведением.
Без импринтинга невозможно предвидение основных внешних воздействий, с которыми может встретиться в онтогенезе организм, и нет заранее выработанных средств для взаимодействия с этими внешними факторами. С другой стороны, феномен импринтинга, как механизм реализации генетической программы в конкретных средовых условиях, позволяет постепенно и последовательно осваивать в онтогенезе новые навыки и умения [11, 32].
Формирование отдельных двигательных навыков связано со сроками появления синапсов. Первые синапсы появляются в гиппокампе плода примерно в 15-16 нед. гестации [26, 29, 32].
Синаптогенез в слоях коры наиболее активно происходит в постнатальном периоде.
В зрительной коре синаптогенез начинается и наиболее выражен между 2 и 4 мес. после рождения — это наиболее важное время для развития функций зрительной коры. Эти процессы достигают
ТОМ IV ВЫПУСК 2 2009
максимума к 8 мес. В возрасте 11 мес. начинается элиминация, и около 40% синапсов утрачивается [9, 19, 26, 32].
В лобной коре максимальная активность синаптогенеза приходится примерно на 15-24 мес. жизни, в дальнейшем она постепенно снижается, и до 40% синапсов элиминируется [11, 32].
Организация синаптических сетей обусловливает те или иные функциональные свойства данного участка коры, а от его внешних связей зависит вклад этих свойств в функцию распределенной системы, в которую входит этот участок. Таковы общие принципы организации всех центральных систем [9, 32].
Увеличение числа синапсов в коре в процессе развития в значительной степени связано с образованием шипиков. У 7-месячного плода человека этих шипиков мало и они имеют неправильную форму, а уже у 8-месячного плода дендриты толще и их поверхность густо усеяна хорошо развитыми шипиками в виде барабанных палочек [11, 23, 32].
Резкое увеличение числа синапсов («скачок») отмечается с 5 мес., достигает максимума в период от 8 до 11 мес., а затем наблюдается тенденция к снижению ^о1ре, 2008). В этот же период двигательная активность ребенка значительно увеличивается — он начинает сидеть, ползать, стоять, а затем и ходить. Таким образом, появление новых сложных двигательных актов прямо пропорционально количеству образующихся синапсов [11, 32].
Миелинизация — это один из заключительных этапов созревания. Она обычно начинается на поздних стадиях эмбриогенеза, после того как все проекционные нейроны займут свои места. Миелиниза-ция кортико-спинальных аксонов и увеличение их в диаметре ускоряется после развития систем базальных и апикальных дендритов корковых пирамидных нейронов. Развитие аксон-дендритических и аксон-соматических связей особенно выражено в первые месяцы постнаталь-ной жизни, обуславливая усложнение нервной деятельности [9, 11, 21, 30].
Миелинизация характеризуется образованием высокоспециализированной миелиновой оболочки вокруг аксонов. Период миелинизации у человека дли-
тельный, начинается во втором триместре беременности и продолжается до взрослой жизни. Миелинизация ЦНС, особенно переднего мозга, в основном прогрессирует наиболее быстро после рождения. Период наибольшей активности приходится на первые годы постна-тальной жизни. Основные события, которые происходят в этом периоде — это оли-годендроглиальная пролиферация, миграция, дифференцировка и образование миелиновой оболочки [21, 30, 32].
Процесс миелинизации начинается с пролиферации олигодендроглии, которая расположена вдоль аксонов. Плазматические мембраны олигодендроглии превращаются в миелиновые оболочки. Миелинизация протекает в две фазы: 1) олигодендроглиальная пролиферация и дифференцировка; 2) накопление миелина вокруг аксонов [9, 11, 21, 30, 32].
Выделяются два периода интенсивной миелинизации: 1-й период с 9-10 мес. внутриутробной жизни до 3-х мес. постна-тальной, затем с 3 до 8 мес. темп миелинизации замедляется, с 8-го мес. вновь наблюдается высокий подъем, который длится до начала ходьбы ребенка. К году процессами миелинизации охвачены длинные и короткие ассоциативные пути височной и лобной долей и спинной мозг на всем протяжении [9, 11, 32].
Наиболее информативные и важные анатомические исследования развития миелинизации в мозге человека проведены Yakovlev, Lecours, Gilles, Kinney. Применяя метод Loyez для определения миелина, исследователи зарегистрировали развитие миелина в 25 областях нервной системы человека и сделали ряд важных открытий:
1. Миелинизация начинается в периферической нервной системе, где двигательные волокна миелинизируются раньше чувствительных.
2. До рождения и сразу после него миелин появляется в ЦНС в стволе мозга и мозжечке в составе некоторых крупных чувствительных путей (медиальная и латеральная петля, трапециевидное тело) и в составе некоторых крупных двигательных путей (корково-спинномозго-вой путь в среднем мозге, мосту и верхних ножках мозжечка). Таким образом, в про-
ОБЗОРЫ
тивоположность периферической нервной системе, миелинизация центральных чувствительных путей происходит раньше, чем двигательных.
3. Миелинизация полушарий мозга, особенно отделов, отвечающих за высший уровень ассоциативных и чувствительных функций, происходит после рождения и продолжается в последующем десятилетии [32].
• Kinney установил 5 основных закономерностей миелинизации:
• Проксимальные пути миелинизи-руются раньше дистальных;
• Чувствительные пути миелинизи-руются раньше двигательных;
• Проекционные пути миелинизи-руются раньше ассоциативных;
• Центральные области мозга миели-низируются раньше мозговых полюсов;
• Затылочный полюс миелинизиру-ется раньше лобно-височного [11, 30, 32].
С возрастом изменяется как количество миелинизированных волокон, так и содержание их в отдельных пучках периферического нерва. Эти процессы происходят наиболее интенсивно в первые 2 года жизни и завершаются к 5 годам. Содержание волокон в каждом пучке уменьшается с возрастом от 150-200 у новорожденных до 80-120 у взрослых, а количество миелинизированных волокон в нерве увеличивается от 4000 до 12300. эти процессы протекают наиболее интенсивно в первые два года жизни и заканчиваются, в основном, к 5 годам. Процесс миелинизации в периферических нервах идет медленнее, чем в волокнах центральной нервной системы и в черепных нервах, и не во всех волокнах одного и того же нерва одинаково [9, 32].
Диссоциация и реципрокность в развитии моторики верхних и нижних конечностей была доказана при изучении динамики скоростей проведения импульса (СПИ) по периферическим нервам рук и ног в онтогенезе. Темпы прироста СПИ по срединному нерву максимальны до 6 мес. и с 1 до 2 лет, между этими периодами отмечен спад темпов прироста. В локтевом нерве пик нарастания скорости проведения приходится на 2 мес. жизни,
когда ребенок может на короткое время сцепить руки, лежа на спине, и в 3-4 мес., когда гипертонус в руке сменяется гипотонией, увеличивается объем активных движений (удерживает предметы в руках, подносит их ко рту, цепляется за одежду, играет игрушками). В большеберцовом нерве наибольший прирост скорости проведения появляется сначала в 3 мес. и предшествует исчезновению физиологической гипертонии в нижних конечностях, что совпадает с исчезновением автоматической походки и положительной реакции опоры. Для локтевого нерва следующий подъем отмечается в 7 мес. с появлением реакции подготовки к прыжку и угасанием хватательного рефлекса; кроме того, наблюдается противопоставление большого пальца, появляется активная сила в руках: ребенок трясет кровать и ломает игрушки. Темпы прироста для большеберцового нерва максимальны в последние 3 мес. первого года жизни. Для бедренного нерва очередной прирост скорости проведения соответствует 10 мес., для локтевого — 12 мес. В этом возрасте появляется свободное стояние и ходьба, освобождаются руки: ребенок машет ими, бросает игрушки, хлопает в ладоши. Таким образом, отмечается корреляция между увеличением скорости проведения в волокнах периферического нерва и развитием моторики ребенка. Следовательно, увеличение скорости проведения импульса по нервам предшествует появлению новых двигательных навыков [9, 11, 32].
Указанная закономерность соответствует процессам функционального созревания нервов верхних и нижних конечностей и согласуется с представлениями о зависимости сроков миелинизации и функциональной мобилизации различных нервных структур от общего плана развития организма: в первую очередь миелинизируются структуры жизненно важные, включая функции, первоочередные для каждого конкретного этапа развития (Анохин П.К, 1958,1975; Скворцов И.А., 2000) [11].
В то же время важно, что одновременно замедляются, тормозятся темпы развития других, не относящихся к первоочередным для данного этапа онтогенеза, функций (синдром «обкрадывания»). Так, во время наиболее активного подъема вели-
ТОМ IV ВЫПУСК 2 2009
чин СПИ по нервам верхних конечностей в первом полугодии, обеспечивающего приоритетное развитие двигательных функций рук, по нервам нижних конечностей темпы увеличения СПИ замедляются. Наоборот, темпы нарастания СПИ по нервам нижних конечностей резко увеличиваются во втором полугодии, ближе к 9-12 мес., когда приоритетно реализуется формирование основных двигательных функций ног — стояние и ходьбы, при этом темпы прироста СПИ по нервам рук замедляются (Скворцов И.А., 1981) [9, 11].
Ряд авторов считает, что миелинизация не оказывает влияния на функцию, скорее функция стимулирует миелинизацию, мотивируя это тем, что движения у плода возникают задолго до появления миелина в соответствующих проводниковых системах. Этот тезис несколько односторонний, так как недостаточное образование или отсутствие миелина при развитии нервной системы не исключают свойства нервного волокна проводить возбуждение. Например, активная реакция зрачков на свет у новорожденных детей выражена, несмотря на то, что зрительный нерв еще не миелинизирован [9, 11, 30, 32].
Физиологическая роль миелина состоит в изоляции проводника, в увеличении скорости проведения, что способствует быстрому и точному прохождению импульса к акцептору действия. Миелин играет также и трофическую роль, препятствуя «функциональной изношенности» волокна.
Биологическая роль миелинизации функциональных систем огромна. Выявляется тенденция к увеличению скорости проведения в эволюционном ряду животного мира. Чем выше и организованнее животное, тем больше скорость проведения в нервных волокнах [9].
Особенное значение в формировании движений имеет появление и редукция безусловных рефлексов (орального и спинального автоматизма) и познотони-ческих реакций [3, 5, 9, 10, 13, 22, 33].
Движение как рефлекс — это наиболее универсальный тип реагирования организма на воздействие окружающего мира. Значение рефлекторной сферы в жизнедеятельности предельно содержательно определял И.П. Павлов. «...Основ-
ные нервные реакции, как животных, так и человека прирожденны в виде рефлексов .вся остальная нервная деятельность организма надстраивается ... на фундаменте этих рефлексов» [1, 3, 14, 22].
В клинико-неврологической практике большое значение имеет исследование симптомов орального автоматизма (субкортикальных, псевдобульбарных, аксиальных рефлексов) [3, 9, 13, 22].
При исследовании этих рефлексов практически независимо от точки приложения раздражения в области лица в осуществлении ответной рефлекторной реакции принимают участие главным образом мышцы, группирующиеся вокруг естественных отверстий лица — мышцы век и челюстно-ротовые мышцы. Мышцы обеих групп объединяют их ранее развитие, раннее появление функций этих мышц на пути фило- и онтогенеза, весомая значимость обслуживаемых ими органов. В частности, закономерную реакцию в большинстве случаев только круговых мышц рта и глаз при вызывании назо-лабиального рефлекса исследователи объясняли выполнением этими мышцами филогенетически наиболее старых функции — хватания, сосания, мигания [3, 9, 11, 33].
При исследовании аксиальных рефлексов из оральной мускулатуры закономерно регистрируется участие круговой мышцы рта или подбородочной мышцы. Это объясняется тем, что эти мышцы, как и другие мимические мышцы, произошли из одной висцеральной (гиоидной) дуги. Участие обеих мышц в акте хватания, жевания, сосания рассматривается как проявление синергии хватания и сосания, как отражение той стадии филогенеза, когда челюсти и рука прародителя человека еще совместно участвовали в хватательно-жевательных актах. Функциональное родство мышц, участвующих в хоботковых и подбородочных рефлексах, прослеживается и на этапах эмбриогенеза [9, 11, 32, 33].
В литературе доминирует точка зрения о значительной сопряженности клинической манифестации симптомов орального автоматизма с патологией центрального двигательного нейрона. Однако общепринятая гипотеза формирования подобных феноменов до настоящего времени отсутствует. Для адекватной трактовки
ОБЗОРЫ
искомых симптомов наибольшее распространение получила биогенетическая концепция. Э. Геккель был убежден: «Все великие группы фактов и все обширные ряды явлений из самых различнейших биологических областей могут быть ... объяснены и поняты единственно на основании теории развития» [1, 3, 9, 32].
Наибольшие изменения в процессе эволюции претерпевают две системы — конечности и череп с жевательным аппаратом (челюсти, зубы, жевательная мускулатура и др.).
Ч. Дарвин был убежден в том, что организация живого существа «прямо или косвенно полезна или была полезна для ее обладателя». Сегодня многие исследователи единодушны в предположении о том, что симптомы орального автоматизма в историческом прошлом были нормальными и востребованными актами [11].
Анатомо-физиологическая сопряженность околоротовой мускулатуры, других мышц лицевого черепа и мышц верхних (передних) конечностей прослеживается на разных этапах развития. Совместное участие в рефлекторных актах мышц разных областей тела (лица, шеи, верхних конечностей) как проявление архаичной моторики находит свое объяснение в морфофункциональном единстве, восходящем к далеким эволюционно-филоге-нетическим этапам [1, 2, 9, 32].
Для понимания генеза рефлексов орального автоматизма заслуживают рассмотрения разнообразные моторные феномены, выявляемые на ранних этапах онтогенеза. Ранний период жизни животных и человека является исключительно важным этапом для развития многих систем головного мозга.
В соответствии с основным биогенетическим законом Мюллера-Геккеля, онтогенез представляет собой краткое и быстрое повторение (рекапитуляцию) важнейших этапов филогенеза [1, 2, 7].
Установлено, что хватательная реакция (хватательный рефлекс) у эмбриона человека появляется очень рано (около 11,5 нед.) и является в это время почти единственным рефлексом. После 21-й нед. хватательной реакции часто сопутствуют сосательные движения губами и языком. А.А. Волохов рассматривал реак-
цию оральной мускулатуры в ответ на стимуляцию кожи кистей (после 21-24 нед. антенатального периода у человека) в рамках формирования целостной, сложно интегрированной сосательной реакции со всеми сопровождающими ее компонентами (исканием, схватыванием, созданием вакуума в ротовой полости и др.): «В этот период рефлексогенной зоной сосательного рефлекса является вся поверхность лица и кисти рук». Таким образом, уже на ранних этапах эмбриогенеза человека «формируются механизмы, обеспечивающие единство руки и ротового аппарата» [7, 11, 22, 33].
Новорожденный - в значительной мере субкортикальное существо. В связи с этим совсем не удивительно, что у ребенка первого года жизни обнаружение симптомов орального автоматизма, равно как и других патологических моторных феноменов, является правилом, имеет характер физиологической реакции и отражает определенный этап созревания двигательных систем [9].
Совершенствование регуляции функций ЦНС у человека, касающееся иннервации мускулатуры лица и конечностей, было сопряжено с заменой диффузных двигательных реакций тонкими и четко локализованными, дискретными движениями. Филогенетически новые центры и системы не нарушали старые, а ингиби-ровали их «самостоятельность» (в частности, подавляли активность утративших целесообразность архаичных двигательных актов — «хватательно-жевательных», оборонительно-хватательных и др.). Культивирование целесообразных и торможение невостребованных свойств и признаков Ч. Дарвин определял следующим образом: «сохранение полезных индивидуальных различий или изменение и уничтожение вредных» [11, 33].
В филогенезе старые функциональные системы широко использовались как материал для построения произвольных движений: мозговая кора создает новую регуляцию мышц, предназначенных для старых рефлекторных актов, поскольку «управляющие центры» способны отбирать из природной моторики те части, которые необходимы для построения нового движения. Следовательно, общая закономерность исторического процесса
ТОМ IV ВЫПУСК 2 2009
заключается в том, что новая формация не сменяет полностью прежнюю, а опосредует ее. Однако адаптированные к новым условиям жизнедеятельности функциональные системы со значительным филогенетическим возрастом продолжают оставаться субстратом прежних рефлекторных механизмов и унаследованных инстинктивных актов [1, 2, 9].
Гетерохронность созревания структур — не случайное явление, а закономерный системный процесс, обеспечивающий «полноценное и своевременное появление наиболее востребованных функций организма». В онтогенезе регистрируется определенная фазность в развитии рефлекторных реакций: единая корково-под-корковая система «определяет онтогенетическую эволюцию рефлекторных реакций от диффузных малокоординирован-ных форм к локальным и специализированным» [9].
Особое внимание следует уделять сосательному рефлексу. Биологической основой сосания служит палеокортекс. Исследование сосательного поведения новорожденных, проведенные в течение последних 30 лет, показывают, что все сложнейшие автоматизмы, входящие в комплекс сосание-глотание, формируются внутриутробно под контролем гигантских мультиполярных нейронов, расположенных в ретикулярной формации ствола мозга, в окружности и непосредственной близости от двигательного ядра тройничного нерва [4, 9, 11, 32].
При благополучном рождении ребенка и своевременном предъявлении ему соска матери рецепторы губ и ротовой полости получают генетически предвиденную и ожидаемую ими триггерную информацию, в результате чего стимулируется активность стволовых афферен-тно-зависимых нейронных систем. Последние во взаимодействии с промежуточными нейронными системами стимулируют командные нейронные системы и интегрируются с ними, обеспечивая трансформацию эндогенного сосательного стереотипа в ориентированное на среду сосательное поведение [11].
Угнетение сосательного рефлекса более 3-4 нед. служит прогностически неблагоприятным признаком [9, 22, 32, 33].
Наряду с сосанием, к важнейшим функциям, на базе которых развиваются другие функциональные системы, относится шаговый автоматизм. Командные нейронные системы, обеспечивающие формирование шагового автоматизма, подготавливают его еще во внутриутробном периоде: съемки плода в утробе матери свидетельствуют о функционировании шаговой системы движений плода: поднимание правой руки сопровождается опусканием левой при одновременном опускании правой ноги, с подниманием левой; движения шеи с поворотом головы вправо и влево вызывают противоположные суммарные позы конечностей и туловища, напоминающие левую и правую установки фехтовальщика. Шаговая установка играет существенную роль в группировании тела плода как в утробе матери, так и в родах [11, 33].
Шаговый автоматизм, несмотря на мощное гравитационное воздействие после рождения, сохраняется, благодаря включению лабиринтных, проприоцеп-тивных и тактильных средовых воздействий. На его базе формируются кардинальные двигательные навыки переворачивания на бок, живот и на спину, ползания, ходьбы и т.п. [11].
Однако уже первые этапы постнаталь-ного развития существенно изменяют шаговый автоматизм: переворачивание ребенка на живот и спину еще нуждается в участии мышц шеи, но уже ползание и тем более ходьба требуют функционального разъединения вначале рук и ног от шеи (ползание), а затем и ног от рук (ходьба) [9, 11, 32].
На основе эндогенного «командного» шагового автоматизма в сочетании со средовым воздействием — гравитацией и опорой в положении лежа, сидя и стоя — последовательно и преемственно формируются такие функциональные навыки, как удерживание головы в вертикальном положении, перевороты со спины на живот и обратно, ползание, сидение, вер-тикализация тела, стояние и ходьба (каждый функциональный сдвиг — в свой критический период и в строго соответствующий генетической программе временной отрезок онтогенеза) [11].
На протяжении первых двух полугодий жизни ребенок практически непре-
ОБЗОРЫ
рывно овладевает новыми двигательными и перцептивными навыками, учится видеть и слышать, держать головку, ползать, сидеть и, наконец, стоять и ходить, причем каждый из этих навыков приобретается по механизму критического периода развития [9, 11].
Этот период — это не только скачок вверх на новую ступень функционального совершенства. Парадоксальной, но закономерной особенностью является временный дисбаланс в работе нервной системы и даже потеря некоторых ранее приобретенных навыков (чаще именно тех, которые подлежат существенной перестройке в следующем возрастном периоде) — своеобразный временный «шаг назад», отступление перед новым скачком вперед. Плод на последних неделях внутриутробного развития живет значительно более активной и функционально богатой жизнью, чем новорожденный, он живо реагирует на внешние звуки и свет, смеется, меньше спит и, кажется, даже способен различать речь и музыку [11].
Возможности новорожденного значительно беднее, он еще не научился отвечать на новые мощные внешние воздействия и под их влиянием теряет навыки плода, большую часть суток спит, пробуждаясь лишь на короткие промежутки времени. Удивительно, однако, что «внутриутробные навыки» сохраняются у новорожденного, и, как уже было отмечено, их можно видеть в первые несколько часов после рождения: у новорожденного внимательный изучающий взгляд, который он длительно фиксирует на окружающих предметах, лицах; если ему показать высунутый язык, то он как бы перенимает это движение и тоже высовывает язык; в эти первые часы жизни новорожденный «умеет» держать голову — навык, который придет к нему окончательно лишь через 1,5-2 мес. [9, 11, 32].
Таким образом, конец каждого предыдущего возрастного периода развития всегда несколько более богат функционально, чем начало последующего, но зато функциональный уровень конца последующего периода неизмеримо выше конца предыдущего. Такова закономерность развития. У новорожденного она наиболее выражена, но и в дальнейшем неиз-
менно проявляется на «стыке» основных возрастных периодов [11, 22, 32].
Редуцированные функции и устаревшие навыки не исчезают вовсе, они сохраняются в заторможенном виде и при некоторых (чаще неблагоприятных) условиях внешней среды могут проявляться вновь, создавая помехи в реализации новых функций, пришедших им на смену. Этот феномен своеобразного возврата по онтогенетической лестнице носит название диссолюции [11].
Огромное значение в формировании двигательных навыков имеет последовательная замена движений в онтогенезе, которая представляет собой нейробиоло-гическую закономерность.
У новорожденного и ребенка 1 мес. кисти сжаты в кулак, он не может самостоятельно раскрыть кисть. Вызывается хватательный рефлекс. На 2-м мес. кисти слегка приоткрыты [3, 4, 9, 11].
На 3-м мес. в руку ребенка можно вложить маленькую погремушку, он схватывает ее, удерживает в руке, но сам еще не в состоянии раскрыть кисть и выпустить игрушку. В возрасте 3-5 мес. хватательный рефлекс постепенно редуцирует и на смену ему приходит возможность произвольно и целенаправленно брать предметы в руки. На 5-м мес. ребенок может произвольно взять предмет, лежащий в поле зрения. При этом он вытягивает обе руки и касается его. Задержка редукции хватательного рефлекса приводит к позднему формированию произвольных движений в руках и является клинически неблагоприятным признаком [4, 9, 11].
На 6-8-м мес. совершенствуется точность захвата предмета. Ребенок берет его всей поверхностью ладони. Может переложить предмет из одной руки в другую. На 9-м мес. ребенок произвольно выпускает игрушку из рук. На 10-м мес. появляется «пинцетообразный захват» с противопоставлением большого пальца. Ребенок может взять мелкие предметы, при этом он вытягивает большой и указательный пальцы и держит предмет ими, как пинцетом. На 11-м мес. появляется «клещевой захват»: большой и указательный пальцы при захвате формируют «клешню». Разница между пинцетообразным и клещевым захватом заключается в том, что
ТОМ IV ВЫПУСК 2 2009
при первом пальцы прямые, а при втором согнуты. На 12-м мес. ребенок может вкладывать предмет точно в крупную посуду или руку взрослого. В дальнейшем происходит совершенствование мелкой моторики и манипуляций [3, 9, 32].
Также имеется нейробиологическая закономерность замены движений и в нижних конечностях.
У новорожденного и ребенка 1-2 мес. жизни имеется примитивная реакция опоры и автоматическая походка, которая угасает к концу 1 мес. жизни.
Ребенок 3-5 мес. хорошо удерживает голову в вертикальном положении, но, если попытаться его поставить, он поджимает ноги и повисает на руках взрослого (физиологическая астазия—абазия) [9, 32].
На 5-6-м мес. постепенно появляется способность стоять с поддержкой взрослого, опираясь на полную стопу. В этот период появляется «прыжковая фаза». Ребенок начинает подпрыгивать, будучи поставлен на ноги: взрослый держит его под мышки, ребенок приседает и отталкивается, выпрямляя бедра, колени и голеностопные суставы. Появление «прыжковой» фазы — важный признак правильного двигательного развития, а ее отсутствие приводит к задержке и нарушению самостоятельной ходьбы и является прогностически неблагоприятным признаком [14, 16, 17].
На 10-м мес. ребенок, придерживаясь за опору, самостоятельно встает. На 11-м мес. ребенок может ходить с поддержкой или вдоль опоры. На 12-м мес. появляется возможность ходить, держась за одну руку, и, наконец, совершать несколько самостоятельных шагов [4, 9].
Большое прогностическое значение имеет и ладонно-ротовой рефлекс Бабкина. В норме этот безусловный рефлекс вызывается у всех новорожденных, присутствует до 4-5 мес., а затем постепенно угасает. Если не происходит своевременная редукция рефлекса Бабкина, то он переходит в руко-оральные синкинезии, наличие которых служит одним из ранних признаков формирования спастических форм церебрального паралича. Таким образом, задержка редукции ладонно-ротового рефлекса является безусловно патологическим и клинически неблагоприятным признаком [9, 14, 16, 17].
Приведенный обзор кратко характеризует нейробиологические и онтогенетические особенности формирования движений. Нарушение этих механизмов приводит к различным двигательным нарушениям, в частности к формированию детского церебрального паралича.
Библиография
1.Анохин П.К. Очерки по физиологии плода и новорожденного. — М.: Медицина, 1966.
2.Аршавский И.А. Очерки по возрастной физиологии. — М.: Медицина, 1967.
3.Бабкин П.С. Рефлексы и их клиническое значение. — М.: Медицина, 1973.
4.Бадалян Л.О. Детская неврология. — М.: МЕДпресс-информ. — 2001. — 607 с.
5.Барашнев Ю.И. Перинатальная неврология. — М.: Триада-Х. — 2001. — 640 с.
6.Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. — М., 1966.
7.Волохов А.А. Очерки по физиологии нервной системы в раннем онтогенезе. — М.: Медицина, 1968.
8.Мументалер М., Маттле Х. Неврология. — М.: Медпресс-информ., 2007. — 917 с.
9.Петрухин А.С. Неврология детского возраста. — М.: Медицина, 2004. — 784 с.
10.Ратнер А.Ю. Неврология новорожденных. — М.: Бином, 2006. — 368 с.
11.Скворцов И.А., Ермоленко Н.А. Развитие нервной системы у детей в норме и патологии. — Москва: МЕДпресс-информ, 2003. — 367 с.
12.Allen M.C. Assessment of gestational age and neuromaturation // Ment. Retard. Dev. Desabil. Res. Rev. — 2005. — V. 11. — P. 21-1133.
13. Amiel-Tisson C., Maillard F., Lebrun F., Breart G. Neurological and physical maturation in normal growth singletons from 37 to 41 week gestation // Early Hum. Dev. — 1999. — V. 54. — P. 145-156.
14.Anwar S., Chowdhury J., Khatun M., Mollah A.H., Begum H.A., Rahman Z., Nahar N. Clinical profile and pre-
РУССКИЙ ЖУРНАЛ ДЕТСКОЙ НЕВРОЛОГИИ
ОБЗОРЫ
disposing factors of cerebral palsy // Mymensingh Med J. — 2006. — V. 15(2). — P. 142-5.
15.Billiards S.S., Haynes R.L., Folkerth R.D., Trahtenberg F.L. Development of microglia in the cerebral white matter of the human fetus and infant // J.Comp. Neurol. — 2006. — V. 497. — P. 199-208.
16.Brielmann R.S., Abbott D.F., Caflisch U., Archer J.S. Brain reorganization in cerebral palsy. A high-field functional MRI-study // Neuropediatrics. — 2002. — V. 33.— P. 162-165.
17.Caram L.H., Funayama C.A., Spina C.I., Giuliani Lde R., de Pina Neto J.M. Investigation of neurodevelopment delay etiology: resources and challenges // Arq Neuropsiquiatr. — 2006. — V. 64(2B). — P. 466-472.
18.Carmody D.P., Dunn S.M., Boddie-Willis A.S., DeMarco J.K. A quantitative measure of myelination development in infants, using MRI // Neuroradiology. — 2004. — V. 46. — P. 781-786.
19.Chamnanvanakiy S., Margraf L.R., Burns D., Perlman J.M. Apoptosis and white matter injury in preterm infants // Pediatr. Dev. Pathol. — 2002. — V. 5(2). — P. 184-189.
20.Colognato H., French-Constant C. Mechanisms of glial development. // Curr. Opin. Neurobiol. — 2004. — V. 14. — P. 37-44.
21.Counsell S.J., Maalouf E.F., Fletcher A.M., Duggan P.J. MRI assessment of myelination in the very preterm brain // ANJR Am. L. Neuroradiol. — 2002. — V. 23. — P. 872-881.
22.Dargassies S.A. Developmental symptoms during the first year of life. — Develop. Med. Child. Neurol. — 1972.
— V. 14. — P. 235-246.
23.Evrard P., Miladi N., Bonnier C., Gressens P. Normal and abnormal development of the brain / In rapid I., Segalowits S.J., editors. Handbook of neuro psychology, vol. 6: Child europsychology. — Amsterdam: Elsevier Science Biomedical Division, 1992.
24.Howard B., Zecevic N., Chen Y.H. Cortical progenitor cells in the development human telencephalon // Gila.
— 2006. — V. 53. — P. 57-66.
25.Huppi P.S., Murphy B., Maier S.E., Zientara G.P., Inder T.E., Harres P.D., Kikinis R., Jolesz F.A., Volpe J.J. Microstructural brain development after perinatal cerebral white matter injury assessed by diffusion tensor magnetic resonance imaging // Pediatrics. —2001. — V. 107(3). — P. 455-60.
26.Kostovic I., Jovanov-Milisevic N. The development of cerebral connections during the first 20-45 weeks gestation // Semin. Fetal Noonatal. Med. — 2006. — V. 11. — P. 415-422.
27.Krestein A., Parnavelas J.G. Changihg concepts of cortical development // Cereb. Cortex.— 2003. — V.13: i-ii.
28.Lemire R.J., Loeser J.D., Leech R.W., Alvord E.C. Normal and abnormal development of the human nervous system. — Hagerstown, MD: Harper & Row, 1975.
29.Marin-Padilla M. Prenatal and early postnatal ontogenesis of the human motor cortex. A Golgy study. I. The sequential development of the cortical layers // Brain Res. — 1970.— V. 23. — P. 167-183.
30.Sherman D.L., Brophy P.J. Mechanisms of axon ensheathment and myelin growth // Nat. Rev. Neurosci. — 2005. — V. 6. — P. 683-690.
31.Ten-Donkelaar H.J., Lammens M., Wesseling P., Hori A. Development and malformations of the human pyramidal tract // J. Neurol. — 2004. — V. 251. — P. 1429-1442.
32.Volpe J.J. Neurology of Newborn // Philadelphia, PA: Saunders, 2008. — 1064 p.
33.Zafeiriou D.I. Primitive reflexes and postural reactions in the neurodevelopmental examination // Pediatr. Neurol. — 2004. — V. 31. — P. 1-8.
34.Zecevic N., Chen Y.H., Filipovic R. Contributions of cortical subventricular zone to the development of the human cerebral cortex // J. comp. Neurol. — 2005. — V. 491. — P. 109-122.
