学習目標
- 神経系の主な解剖学的特徴を説明する
- なぜ神経系の微生物相は正常でないのか説明する
- 神経系の微生物相は正常である。
- 微生物が神経系の防御機構に打ち勝って感染を引き起こす仕組みを説明できる
- 神経系の各種感染症に伴う一般症状を特定し説明できる
クリニカルフォーカス。 ムスタファ、パート1
ムスタファはニュージャージー州の35歳の大工である。 1年前、彼は原因不明の慢性炎症性腸疾患であるクローン病と診断された。 副腎皮質ホルモン剤を服用し、症状を抑えています。 しかし、最近、ムスタファは体調を崩し、かかりつけの医師を訪ねることにしました。 症状は発熱、しつこい咳、息切れなどでした。 胸部レントゲンを撮ったところ、右肺の圧密化が見つかりました。 医師はレボフロキサシンを処方し、ムスタファに良くならなければ1週間後に来るように言いました。
- レボフロキサシンはどんなタイプの薬ですか？
- ムスタファの症状と一致するのは、どのようなタイプの感染症ですか。
後のページでムスタファの例に戻ります。
人間の神経系は、末梢神経系（PNS）と中枢神経系（CNS）という2つの相互作用するサブシステムに分類することができます。 CNSは脳と脊髄からなる。 末梢神経系は、CNSと筋肉および感覚構造をつなぐ広範な神経ネットワークである。 これらのシステムの関係は、図1.
図1. ヒトの神経系の本質的な構成要素を示したもの。 中枢神経系（CNS）は、脳と脊髄からなる。
中枢神経系
脳は体内で最も複雑かつ繊細な器官である。 感覚、運動、感情、知性などの調整センターとして、体のあらゆる機能を担っています。 脳は、図2に示すように、頭蓋骨と頭皮によって保護されている。 頭皮は、表皮の表層を固定する扁平で幅の広い腱層である骨端線に緩く付着した皮膚から構成されている。 骨膜は、腱膜の下にあり、頭蓋骨の骨をしっかりと包み込み、保護、骨への栄養補給、骨の修復能力を提供します。 頭蓋骨の骨層の下には、髄膜と呼ばれる3層の膜があり、脳を包んでいます。 これらの髄膜の相対的な位置関係を図2に示す。 頭蓋骨の骨に最も近い髄膜層は硬膜と呼ばれる（文字通り、丈夫な母という意味）。 硬膜の下には、クモ膜（蜘蛛のような母体）がある。 一番内側の髄膜は、「梨状母（りじょうぼ）」と呼ばれる繊細な膜です。 他の髄膜層とは異なり、梨状皮は脳の表面にしっかりと張り付いています。 クモ膜と鞘の間には、クモ膜下腔という空間があります。 このクモ膜下腔は、脳脊髄液で満たされています。 この水のような液体は、脳室内にある脈絡叢（立方上皮細胞が密集した毛細血管床を取り囲んでいる領域）の細胞によって作られます。 脳脊髄液は神経組織に栄養を送り、老廃物を除去する役割を担っている。 梨状皮は、脳の表面にある薄い覆いである。 その周囲には脳脊髄液（CSF）があり、血管を含む領域である。 クモ膜はこの空間を維持しています。 硬膜は次に出てくる層で、厚みがあります。 この3層（硬膜、クモ膜、梨状膜）が髄膜を構成しています。 次に出てくる層は骨です。 その次の層は骨膜、次に薄い骨膜、最後に皮膚である
図2. 人間の脳を取り巻く組織の層には、硬膜、クモ膜、梨状膜の3つの髄膜がある。 (出典: National Institutes of Healthによる研究の改変)
血液脳関門
中枢神経系の組織は、他の組織と同じように血液や免疫系にさらされないという点で特別な保護を受けている。 脳に栄養や化学物質を供給する血管は、梨状皮膜の上にあります。 脳のこれらの血管に関連する毛細血管は、体内の他の場所の血管に比べて透過性が低い。 毛細血管内皮細胞はタイトジャンクションを形成し、血液成分の脳への移行を制御している。 また、脳毛細血管は、他の毛細血管に比べてフェネストラ（膜で密閉された孔のような構造）やピノサイトーシス小胞の数が非常に少ない。 その結果、循環系にある物質が直接中枢神経系と相互作用する能力は非常に限られている。 この現象は血液脳関門と呼ばれている。
血液脳関門は脳脊髄液を汚染から保護し、潜在的な微生物病原体を排除するのにかなり効果的である。 これらの防御の結果として、脳脊髄液には正常な微生物叢が存在しない。 また、血液脳関門は、多くの薬物、特に脂溶性のない化合物の脳内への移行を阻害している。 このことは、中枢神経系の感染を伴う治療にとって重大な意味を持つ。なぜなら、薬物が血液脳関門を通過して、感染の原因となる病原体と相互作用することが難しいからである
脊髄にも、脳を囲むものと同様の保護構造がある。 脊椎骨の中には硬膜（硬膜鞘と呼ばれることもある）、くも膜、梨状膜の髄膜があり、脊髄に関連する血管からの血液成分の移動を制御する血液脊髄関門がある。
CNSに感染を引き起こすには、病原体が血液脳関門または血液脊髄関門をうまく突破しなければならない。 さまざまな病原体がこれを達成するために異なる病原因子および機構を用いるが、一般に、細胞間（傍細胞性とも呼ばれる）、経細胞性、白血球促進性、および非血行性の4つのカテゴリーに分類することができる。 細胞間侵入は、微生物の病原因子、毒素、または炎症を媒介とするプロセスを用いて、血液脳関門の細胞間を通過するものである。 細胞侵入では、病原体が血液脳関門の細胞に付着し、液胞または受容体を介したメカニズムによって取り込まれるようにする病原性因子を用いて、血液脳関門の細胞を通過する。 白血球を介した侵入は、病原体が末梢血白血球に感染して直接CNSに侵入するときに起こるトロイの木馬のようなメカニズムである。 非血行性侵入は、血液脳関門を通さずに病原体が脳に侵入するもので、病原体がCNSに直接つながる嗅神経または三叉神経に沿って移動する際に起こる。
血液脳関門に関するビデオを見る：
考えてみよう
- 血液脳関門の主な機能は何ですか？
末梢神経系
末梢神経系は、臓器、手足、その他の体の解剖学的構造を脳や脊髄につなぐ神経で形成されています。 脳や脊髄とは異なり、PNSは骨や髄膜、血液バリアによって保護されていないため、PNSの神経は傷害や感染に対して非常に敏感である。 末梢神経の微生物による損傷は、ニューロパチーと呼ばれるしびれや痛みなどの症状を引き起こします。
神経系の細胞
PNSおよびCNSの組織は、グリア細胞（神経膠細胞）とニューロン（神経細胞）と呼ばれる細胞で形成されています。 グリア細胞は、神経細胞の編成を助け、神経細胞機能の一部の足場を提供し、神経損傷からの回復を助ける。
神経細胞は、電気化学的プロセスを使用して神経系を介して信号を伝達する、神経系全体に見られる特殊な細胞である。 神経細胞の基本構造を図3に示す。 細胞体（またはソーマ）は神経細胞の代謝の中心であり、核と細胞のほとんどの小器官が含まれている。 ソーマから細かく枝分かれした多数の突起は、樹状突起と呼ばれます。 ソーマはまた、軸索と呼ばれる細長い伸長部を作り、精巧なイオン輸送過程を経て電気化学的信号の伝達を担っている。 神経細胞の種類によっては、人体内で軸索の長さが1メートルに及ぶものもある。 電気化学的な信号の伝達を容易にするため、一部の神経細胞では軸索の周囲をミエリン鞘が覆っています。 ミエリンは、PNSのシュワン細胞やCNSのオリゴデンドロサイトなどのグリア細胞の細胞膜から形成され、軸索を取り囲んで絶縁し、軸索に沿った電気化学信号の伝達速度を著しく増加させる。 軸索の末端は、多数の枝を形成し、シナプス末端と呼ばれる球根で終わる。 神経細胞は、他の細胞（例えば神経細胞）と接合部を形成し、信号を交換する。 この接合部は、実際には神経細胞間の隙間であり、シナプスと呼ばれる。 各シナプスには、シナプス前ニューロンとシナプス後ニューロン（または他の細胞）が存在する。 シナプス前細胞の軸索のシナプス端は、シナプス後細胞の樹状突起、ソーマ、時には軸索、あるいは筋肉細胞などの別の種類の細胞の一部とシナプスを形成する。 シナプス末端には、神経伝達物質と呼ばれる化学物質で満たされた小胞があります。 軸索を移動する電気化学的信号がシナプスに到達すると、小胞は膜と融合し、神経伝達物質が放出されます。神経伝達物質はシナプスを横切って拡散し、シナプス後細胞の膜上の受容体に結合し、その細胞で反応を開始する可能性があります。
髄膜炎と脳炎
頭蓋骨は脳に優れた防御力を与えていますが、感染症の際には問題になることもあります。 炎症によって脳や髄膜が腫れると、頭蓋内圧が上昇し、柔軟性のない頭蓋骨の中で限られたスペースしかない脳組織に深刻な損傷を与える可能性があります。 髄膜炎という言葉は、髄膜の炎症を表すのに使われます。 典型的な症状としては、激しい頭痛、発熱、羞明（光に対する感受性の増加）、肩こり、けいれん、錯乱などがあります。 脳組織の炎症は脳炎と呼ばれ、髄膜炎と同様の症状や徴候に加え、嗜眠、発作、人格変化などが見られます。 髄膜と脳組織の両方に炎症がある場合は、髄膜脳炎と呼ばれます。
髄膜炎と脳炎は、多くの異なる種類の微生物病原体によって引き起こされる可能性があります。 しかし、これらの症状は、頭部の外傷、一部の癌、炎症を誘発する特定の薬剤など、非感染性の原因によって生じることもあります。 炎症が病原体によって引き起こされたかどうかを判断するために、腰椎穿刺を行い、髄液のサンプルを採取します。 髄液に白血球の増加やグルコースやタンパク質の異常があれば、炎症が感染症に対する反応であることを示しています。
考えてみよう
- CNSに影響を与える2種類の炎症とは何ですか？
- なぜ、どちらのタイプの炎症も重大な結果をもたらすのでしょうか？
ギラン・バレー症候群
ギラン・バレー症候群（GBS）は、ウイルスまたは細菌感染によって髄鞘神経細胞に対する自己免疫反応が先行することがあるまれな疾患です。 これらの神経細胞の周囲の髄鞘が破壊されることにより、感覚や機能が失われます。 この疾患の最初の症状は、患部組織のピリピリとした痛みと脱力感です。 この症状は数週間にわたって強まり、最終的には完全麻痺に至ります。 重症の場合は、生命を脅かすこともあります。 カンピロバクター・ジェジュニ（最も一般的な危険因子）、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バー・ウイルス、水痘帯状疱疹ウイルス、肺炎マイコプラズマおよびジカウイルスなど、いくつかの異なる微生物病原体の感染がGBSの誘因として特定されている。 GBS患者の抗ミエリン抗体は、C. jejuniも認識することが証明されています。 GBSは、臨床症状の出現によってのみ同定され、その原因として、異なる蛋白質上の類似した抗原部位に反応する抗体（交差反応性抗体）が感染時に形成される可能性があります。 その他の診断検査はありません。 幸いなことに、利用可能なワクチンがないため、ほとんどの症例は数ヶ月以内に自然に治癒し、後遺症はほとんどありません。 GBSはプラズマフェレーシスにより治療することができます。 この方法では、患者の血漿を血液からろ過して自己抗体を除去します。
主要概念と要約
- 神経系は中枢神経系と末梢神経系という2つのサブシステムから構成される
- 頭蓋骨と3つの髄膜（硬膜、くも膜および鞘膜）は脳を保護しています。
- PNSおよびCNSの組織は、グリア細胞とニューロンという細胞で形成されています。
- 血液脳関門はほとんどの微生物を排除しているので、CNSには正常な微生物相が存在しません。
- 一部の病原菌には、血液脳関門を突破できる特定の病原性因子が存在します。 感染によって引き起こされる脳や髄膜の炎症は、それぞれ脳炎や髄膜炎と呼ばれる。 これらの状態は、失明、難聴、昏睡、死に至ることがあります。
複数選択
脳を包む一番外側の膜は何と呼ばれているか？
- pia mater
- arachnoid mater
- dura mater
- alma mater
脳組織の炎症とは何でしょうか?
- 脳炎
- 髄膜炎
- 副鼻腔炎
- 髄膜脳炎
神経細胞は__________という長い突起を形成する。
- soma
- axon
- dendrites
- synapses
__________という化学物質は神経細胞に蓄えられ、細胞が信号によって刺激されたときに放出されます。
- 毒素
- サイトカイン
- ケモカイン
- 神経伝達物質
中枢神経系は__________.
- 感覚器官と筋肉.
- 脳と筋肉.
- 感覚器官と脊髄.
- 脳と脊椎から成る.
マッチング
中枢神経系への微生物侵入の各戦略とその説明を一致させよ。
| __細胞間侵入 | A. 末梢白血球に感染して侵入する |
| __細胞内侵入 | B. 嗅神経または三叉神経に沿って移動して血液脳関門を通過する |
| __白血球を介した侵入 | C.。 病原体が血液脳関門の細胞を通過する |
| __nonhematogenous entry | D. pathogen passes between the cells of blood-brain barrier |
空欄を埋める
ニューロンの細胞体は__________と呼ばれている。
信号は神経細胞の___________を伝わっていきます。
______________は脳脊髄液で満たされています。
the ______________ into the access of microbes in the blood from getting access to the central nervous system.血中の微生物が中枢神経系に到達しないようにするため、______________があります。
the __________ is a set of membranes that covers and protect the brain.
The __________ is a set of membranes that covers and protect the brain.
The ○○膜は脳を覆って保護する膜である。
考えてみよう
- 外傷や感染に対する脳の防御を簡単に説明しなさい。
- 血液脳関門がどのように形成されているかを説明する。
- 次の構造と同様に、示されている細胞の種類を特定する：軸索、樹状突起、髄鞘、身体、シナプス
Critical Thinking
血液脳関門はどんな重要な機能をしているのだろうか？
- Yuki, Nobuhiro and Hans-Peter Hartung, “Guillain-Barré Syndrome,” New England Journal of Medicine 366, no. 24 (2012): 2294-304. ↵
- Cao-Lormeau, Van-Mai, Alexandre Blake, Sandrine Mons, Stéphane Lastère, Claudine Roche, Jessica Vanhomwegen, Timothée Dub et al., “Guillain-Barré Syndrome Outbreak Associated with Zika Virus Infection in French Polynesia: A Case-Control Study,” The Lancet 387, no.10027 (2016): 1531-9. ↵