Aivojen varhainen kehitys

Keskushermoston kehitys kohdussa

Keskushermoston, eli aivojen ja selkäytimen, kehitys alkaa noin kolmen viikon kuluttua hedelmöityksestä, usein siis jo ennen kuin äiti on edes tietoinen raskaudestaan. Hermoston kehitystä ohjaavat hermosolujen kantasolujen geenit ja niistä valmistetut geenituotteet. Ympäristöllä ja yksilön perimällä on suuri vaikutus hermoston kehittymiselle. Esimerkiksi äidin raskaudenaikainen altistuminen päihde- tai muille vaarallisille vierasaineille tai joidenkin välttämättömien ravintoaineiden puutokset ja infektiot voivat peruuttamattomasti vaurioittaa syntyvän yksilön keskushermostoa.

Keskushermoston normaalia kehittymistä voidaan tarkastella hermosoluissa tapahtuvien neljän perustapahtuman kautta, jotka ovat välttämättömät hermoston kehittymiselle. Näitä ovat hermosolujen

  1. jakautuminen, jonka tarkoitus on tuottaa uusia hermosoluja
  2. vaeltaminen syntypaikastaan muualle, mikä mahdollistaa eri aivoalueiden kehittymisen
  3. erilaistuminen, joka tuottaa erilaisia hermosoluja ja vastaavasti erilaisia keskushermoston rakenteita ja toimintoja
  4. ohjelmoitu solukuolema eli apoptoosi, jonka tarkoitus on poistaa tarkoituksettomat ja tarpeettomat hermosolut vaaraa aiheuttamatta.

Kuva 1. Keskushermoton ja elinten normaali kehitys raskauden aikana. Kuva on muokattu lähteestä Lastenneurologia, Matti Sillanpää yms., Duodecim 2013.

Hermostoputki taipuu aivoiksi ja selkäytimeksi

20 vuorokauden vanha alkio koostuu kolmesta alkiokerrosta, joista ektodermiksi nimetystä ulkokerroksesta alkaa muodostua hermostoputki. Tästä rakenteesta aivot, selkäydin, silmien aiheet sekä iho saavat alkunsa. Hermostoputken toinen pää laajenee viideksi aivorakkulaksi, joista myöhemmin muodostuvat aivojen eri osat; isoaivot, keskiaivot, aivorunko ja pikkuaivot. Hermostoputken toisesta päästä muodostuu selkäydin selkäydinhermoineen.

Kuva 2. Keskushermoston kehitys päänalueella raskaudenaikana. Hermostoputkesta muodostuu aivot ja selkäydin. Aivojen eri alueet saavat alkunsa hermostoputkeen kehittyvistä rakkuloista. Väliaivot jäävät isoaivojen sisään. Ydinjatke jatkuu selkäytimenä. Iso- ja pikkuaivot poimuttuvat runsaasti raskauden loppuvaiheessa hermosolujen lukumäärän lisääntymisen vuoksi. Poimuttuminen jatkuu toiseen ikävuoteen saakka ja se lisää aivojen pinta-alaa mikä luo tilaa keskushermoston koordinoimille tärkeille toiminnoille.

Hermostoputki sulkeutuu

Hermostoputki sulkeutuu varhain alkuaskaudesta, noin 28. päivään mennessä hedelmöityksestä. Hermostoputken sulkeutumishäiriöt voivat johtaa keskushermoston epämuodostumiin, joista tavallisimmat ovat selkärankahalkio (spina bifida; 4,5/10 000 raskautta, (luku käsittää sekä synnytykset että raskaudenkeskeytykset vuosina 1993-2011 Suomen yliopistosairaaloissa) ja aivottomuus (anenkefalia; 3/10 000). Raskauden aikainen B-ryhmän vitamiineihin kuuluvan foolihapon (B9-vitamiinin) riittävä saanti jo ennen raskautta tai heti raskauden ensivaiheissa edistää hermostoputken sulkeutumista ja keskushermoston kehittymistä. (ks. alla; Aiheesta muualla). Alkuraskaudessa sikiön aivojen kehitys tarvitsee myös riittävää äidin kilpirauhashormonin (tyroksiinin) tuotantoa.

Hermosolujen lukumäärä lisääntyy räjähdysmäisesti

Hermostoputken solut jakautuvat vilkkaasti hermostoputken sisällä. Arvioidaan että parhaimmillaan hermosoluja eli neuroneja syntyy arviolta noin 250 000 kappaletta minuutissa! Kaikkein kiivainta hermosolujen jakautuminen on 3. ja 4. raskauskuukauden vaihteessa. Ajanjakso on keskushermoston kehittymisen kannalta herkkää aikaa. Hermosolujen räjähdysmäinen kasvu lisää iso- ja pikkuaivojen tilavuutta ja johtaa raskauden loppuvaiheessa iso- ja pikkuaivojen poimuttuneisuuteen. Jos aivokudos ei poimuttuisi, aivojen suuri koko estäisi alatiesynnytyksen. Syntymän aikoihin hermosoluja on noin 100 miljardia (eli 100 000 000 000)! Hermosolujen määrä ei merkittävästi lisäänny toisen ikävuoden jälkeen, vaikkakin hermostosta on löydetty jakaantumiskykyisiä kantasoluja.

Hermosolut eivät tule toimeen yksin

Hermosolujen lisäksi hermoston kantasoluista muodostuu hermotukisoluja, joita aikuisessa on ainakin kymmenkertainen määrä varsinaisiin hermosoluihin verrattuna! Hermotukisolut huoltavat, ohjaavat ja edistävät hermosolujen kehittymistä ja toimintaa. Eräät hermotukisolut muodostavat rasvapitoisen myeliinikerroksen eli myeliinitupen, hermosolujen viejähaarakkeiden ympärille (ks. Kuva 3). Myelinisaatio nopeuttaa hermoimpulssin kulkua hermostossa ja jäsentää keskushermoston rakennetta ja toimintaa. Monet tekijät (esim. hapen tai ravintoaineiden puute ja tulehdukset) voivat vaurioittaa myeliinituppea ja täten heikentää keskushermoston toimintaa.

Kuva 3. Hermosolun perusrakenne. Vaikka keskushermostossa on useita erikokoisia ja –näköisiä hermosoluja, niiden kaikkien perusrakenteeseen kuuluu hermosolujen ohjauskeskus eli sooma, tuojahaarakkeet eli dendriitit, ja yksi viejähaarake eli aksoni, joka haarautuu useiksi hermosolun päätteiksi eli synapseiksi. Hermosolujen aksonia voi ympäröidä hermotukisolun muodostama myeliinituppi. Myeliinitupellisissa hermosoluissa hermoimpulssi kulkee nopeammin ja tehokkaammin kuin myeliinitupettomissa hermosoluissa. Aivojen harmaa aine koostuu lähinnä solukeskuksista, sekä myeliinitupettomista hermosolujen aksoneista. Aivojen valkea aine saa puolestaan värinsä hermosolujen aksoneja ympäröivistä myeliinitupista. Hermosoluja arvioidaan olevan aivoissa noin 100 miljardia (100 000 000 000).

Synapsit kytkevät hermosolut fyysisesti kiinni toisiin soluihin

Hermosolujen jakautumisen, vaeltamisen ja myelinisaation lisäksi hermosolut kytkeytyvät vuorovaikutukseen toisten hermosolujen ja lihas- ja rauhassolujen kanssa. Yksi hermosolu voi olla yhteydessä satoihin tai jopa tuhansiin muihin soluihin hermosolujen päätteiden eli synapsien välityksellä. Erilaiset hermoston kasvutekijät sekä solujen pinnalla olevat molekyylit ohjaavat hermosoluja hakeutumaan oikeille paikoille ja kytköksiin toisten solujen kanssa. Synapsien lukumäärä on suurimmillaan 8-12-vuotiailla lapsilla.

Kuva 4. Hermoimpulssi vapauttaa hermosolujen päätteistä eli synapseista välittäjäainetta. Hermosolun välittäjäaineiden sitoutuminen toisen solun solukalvoon voi saada aikaan useita muutoksia kyseisessä solussa. Tämä tapahtuma voi esimerkiksi edistää tai estää seuraavan hermoimpulssin syntymistä. Monet keskushermostoon vaikuttavat lääkkeet muuttavat tarkoituksellisesti välittäjäaineiden pitoisuuksia ja/tai niiden aikaansaamia vaikutuksia aivoissa mikä voi heijastua esimerkiksi mielialaan, käyttäytymiseen ja vireyteen.

Aivot muovautuvat läpi elämän

Synapsien muodostumista ja karsiutumista ohjaavat perimä ja yksilön emotionaalinen, sosiaalinen ja fyysinen ympäristö. Aivojen plastisuus, eli hermoston kyky muuttaa jo syntyneitä hermoyhteyksiä ja niiden vahvuuksia yksilön ympäristöstä tulevia tarpeita vastaaviksi, on eräs aivojen merkittävimmistä ominaisuuksista. Plastisuus mahdollistaa mm. oppimisen, muistamisen ja aivokapasiteetin maksimaalisen käytön, myös esimerkiksi vammojen ja traumojen jälkeen. Aivot eivät kulu käyttämällä – päinvastoin!

Kuva 5. Hermosolujen väliset synaptiset yhteydet muuttuvat elämän aikana käyttöasteen ja tarpeen mukaan.

Hermosolujen kuolemat kuuluvat asiaan

Etenkin kehittyvässä keskushermostossa arvellaan olevan hermosolujen välillä kova kilpailu saatavilla olevista kasvua edistävistä signaaleista ja molekyyleistä. Elleivät hermosolut saa riittävästi hermoimpulsseja tai muita kasvua ja erilaistumista tukevia viestejä ympäristöstään, hermosolut kuolevat ohjelmoidun solukuoleman eli apoptoosin kautta. Apoptoosin tarkoitus on poistaa turvallisesti ne hermo- ja hermotukisolut, joita ei käytetä tarpeeksi tai jotka toimivat poikkeavasti. Apoptoottinen kuolema ei aiheuta aivokudokseen tulehdusta, joka voisi vaarantaa koko elimistön toiminnan.

Hermosolut ovat herkkiä

Varhainen alkuraskaus aina kymmenenteen raskausviikkoon saakka on erityisen altis erilaisille kehitystä häiritseville tekijöille. Raskauden aikainen alkoholin, tupakan, ja useimpien lääke- tai muiden vierasaineiden käyttö sekä erilaiset taudinaiheuttajat uhkaavat erityisesti keskushermoston kehitystä. Syntymää edeltävät keskushermostovaurioiden synty ajoittuu usein 24 raskausviikolta alkaen aina syntymään eli noin viikolle 40 saakka.

Keskushermoston rakenteellinen kehitys (Taulukko 1). Aivojen toiminnallisten alueiden erilaistumisesta löydät kuvan Kehitysvammaisuus-osiosta.

TapahtumaTapahtumajakso
Hermosolujen ja hermotukisolujen esiasteiden syntyminen
Raskausviikot 3-6
Hermostoputken sulkeutuminen
25.-28 päivää hedelmöityksestä
Aivojen ulkoisten pääpiirteiden muodostuminen
Raskausviikot 3-6
Keskushermoston tärkeimmät rakenteet ovat kehittyneet
Raskausviikko 8
Hermosolujen jakautuminen
Raskausviikot 10-17
Hermosolujen vaeltaminen toiminnallisille kohdealueilleen
Raskausviikot 10-17
Hermosolujen erilaistuminen
Raskausviikot 10-40
Hermosyhteyksien lukumäärän kasvu


  • viejä- ja tuojahaarakkeet
  • hermosolujen väliset synaptiset yhteydet
Raskausviikot 18-40
Aivojen poimuttuminen (iso- ja pikkuaivot)
Raskaudesta toiseen ikä vuoteen saakka
Hermosolujen ohjelmoitu solukuolema eli apoptoosi
Raskaudesta varhaislapsuuteen saakka
Hermosolujen päätteiden eli synapsien väheneminen
Vaiheittaista koko raskauden ja syntymän jälkeisen elämän ajan
Hermosolujen myelinisaatio ja aivojen tukikudoksen kehittyminen
Raskausviikot 28-40 ja syntymän jälkeen aina 40-ikävuoteen saakka
Pikkuaivojen kasvu ja kehitys
Etenkin raskausviikot 28-40
Hermoratojen kehittyminen
Alkaen raskausviikoilta 5-8



Aiheesta muualla

Lähteet

  1. Lastenneurologia. Matti Sillanpää, Eila Herrgård, Matti Iivanainen, Matti Koivikko, Heikki Rantala. Duodecim 2013.
  2. The basics of Brain Development. Neuropsychol Rev (2010) 20:327-348
  3. Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisut: Säteily ja raskaus. Wendla Paile

Päivityshistoria
Johanna RIntahaka 18.2.2016

Kuvaviitteet
Kuvat ja niiden käyttöoikeudet: ©Rinnekoti-Säätiö

Oliko tästä artikkelista hyötyä?