Пластичность в патологии нервной системы

Пластичность в патологии нервной системы Доцент В. М. Атаманов. Использованы работы академика Г. Н. Крыжановского, профессора А. Н. Боголеповой, профессора Е. И. Чукановой.

Пластичность — одно из важнейших свойств нервной системы. • Оно заключается в различных изменениях структурно функциональной и метаболической организации нервной системы, обеспечивающих возможность продолжения эффекта после прекращения стимула либо сохранения эффекта в виде следа, а также модуляции эффекта при повторных воздействиях. • Под пластичностью понимают также любые изменения эффективности или направленности связей между нервными клетками, которые по длительности превышают обычные синаптические или импульсные процессы. • Пластические изменения в той или иной форме совершаются также во всех клетках и тканях организма. Поэтому пластичность имеет значение универсальной общебиологической категории.

• В деятельности нервной системы, осуществляющей связь с постоянно меняющейся внешней средой, пластичность играет особую роль. Она обеспечивает адекватную реакцию нервной системы на действие среды и сохранение памятного следа от этого действия и от реакции на него. • Пластичность закрепляет возникшие изменения и, таким образом, является необходимым механизмом развития нервной системы. Пластические процессы консолидируют возникающие новые связи, формирующиеся системы и межсистемные отношения. Без пластичности невозможны были бы формирование фенотипа нервной системы, приобретение новых навыков, развитие адаптационных механизмов.

• Пластичность лежит в основе памяти, обучения и восстановления функций нервной системы после повреждения. Любое повреждение индуцирует пластические перестройки и реорганизацию соответствующих отделов и в той или иной мере всей нервной системы и ее деятельности. • В норме структурно функциональные изменения образований нервной системы происходят постоянно. Они имеют количественный характер и представляют собой механизмы обеспечения адекватных реакций нервной системы. Такие пластические процессы являются физиологическими. • Если структурно функциональная реорганизация превышает физиологическую меру, эта реорганизация приобретает патологический характер и становится условием и механизмом развития патологии. Патологические пластические процессы не только количественно но во многих случаях и качественно отличаются от нормальных перестроек.

• Нейропластичность характеризуется способностью нейронов изменять свои функции, количество и типы продуцируемых нейротрансмиттеров или структуру. • Нейропластичность сопровождается изменениями цитоскелета, рецепторно барьерно транспортной системы (мембрана, синаптические контакты), системы синтеза биополимеров (цитоплазма), системы внутриклеточного гомеостаза. • Нейропластичность подразумевает также пластичность всех систем жизнеобеспечения нейрона, включая нейроглию и систему регуляции кровообращения головного мозга.

К основным механизмам пластичности головного мозга относятся изменение функциональной активности синапсов, изменение количества, протяженности и конфигурации их активных зон, изменение числа шипиков дендритов и синапсов на них, формирование новых синапсов, сопряженное с аксональным или дендритным спрутингом, длительное потенцирование или подавление, регулирующее эффективность синаптической передачи, изменение порога возбудимости потенциалзависимых мембранных каналов, компенсаторные возможности метаболизма на мембранном и молекулярном уровнях.

Выделяются следующие виды пластичности синапсов: 1) эволюционная, которая обеспечивает развитие простых нейронных сетей в сверхсложные мультимодульные сети, способные осуществлять высшие психические функции; 2) онтогенетическая, связанная с индивидуальным развитием и обеспечивающая приспособление организма к внешней и внутренней среде; 3) физиологическая, связанная с физиологической активацией функциональных систем;

4) реактивная, которая проявляется кратко срочной активацией синапсов после патологического воздействия на них различных факторов (ишемия, гипоксия, токсины); 5) адаптационная, связанная с длительной активацией существующих функциональных систем моз га и появлением новых функциональных систем мозга в процессе адаптации организма к окружающей среде; 6) репаративная, которая обеспечивает восстановление функциональных систем мозга после их повреждения и реализуется всем спектром повышения эффективности синаптического пула, от активации сохранившихся синапсов до неосинаптогенеза и роста нервных отростков.

Основные направления в регуляции синаптической пластичности мозга: 1) избирательное воздействие на определенные компоненты системы межнейронной трансдукции (рецепторы, ионные каналы) и различные уровни внутриклеточной регуляторной системы (кальциевая, фосфоинозитидная, аденозин и гуанозинмонофосфатная); 2) повышение адаптивных возможностей нейронов головного мозга в целом; 3) целенаправленная нейропротекция с помощью различных медикаментозных и немедикаментозных средств.

Ø Получено много доказательств вовлечения в процессы нейропластичности нейротрофических ростовых факторов (НРФ) в патогенезе развития ишемических и нейродегенеративных заболеваний. Ø НРФ относятся к физиологически активным полипептидам, которые регулируют рост и дифференцировку нейронов в развивающихся системах и их функциональную стабильность. Ø В зрелом возрасте НРФ защищают нейрональные структуры от травматического, гипоксического, ишемического и других повреждений. Ø Существующие данные свидетельствуют о важной роли НРФ и в генезе нейродегенеративных процессов

Нейропластичность может реализовываться на молекулярном, синаптическом, нейронном и мультимодульном уровнях (отдел мозга или мозг в целом). В разной степени активация нейропластичности сопровождается стимуляцией экспрессии определенных генов, биосинтезом молекул рецепторов и ионных каналов, филаментозных белков синаптического цитоскелета, нейромедиатора, компонентов синаптической мембраны, молекул межклеточной адгезии, образованием незрелых контактов, их созреванием, активацией, гипертрофией и реорганизацией активных синапсов.

• Нейропластичность неотделима от исследования другого важнейшего для клинической неврологии вопроса — апоптоза. В последние годы он рассматривается как одно из звеньев многих патологических процессов, в том числе ишемического повреждения мозга, нейродегенерации, демиелинизирующих заболеваний. • Формирование и поддержание структурно функционального постоянства тканей и органов биологических систем определяются сбалансированностью процессов размножения и гибели клеток. • Учитывая значимость динамического баланса массы клеток для обеспечения полноценности функционирования любого органа и организма в целом, можно предположить, что в процессе эволюции выработались универсальные, надежные и разнообразные в иерархическом построении механизмы регулирования клеточной гибели и регенерации.

Апоптоз — определенный способ клеточной смерти в сформировавшейся ткани организма. Апоптоз является активным процессом реализации программы гибели клетки, он может инициироваться поступающими извне сигналами. Апоптоз представляет собой процесс, обязательный для существования многоклеточных организмов и играет важную роль в процессе эмбрионального развития, в функционировании иммунной системы, а также любой другой системы, так как апоптоз — составная часть нормального клеточного оборота

При депрессивных расстройствах Ø По данным прижизненной нейровизуализации было отмечено уменьшение объема лобной коры (толщины орбитофронтальной коры, размера нейронов и уменьшение глиальных клеток), уменьшение объема гиппокампа и базальных ганглиев (особенно при депрессии с поздним началом). Ø Кроме того, у больных с депрессией выявляются функциональные изменения мозга в виде снижения кровотока и метаболизма глюкозы преимущественно в префронтальной коре, миндалине и гиппокампе.

• Наблюдения, свидетельствующие о том, что деменция и аффективные нарушения частично «пересекаются» : при депрессии, как говорилось выше, иногда имеется когнитивный дефицит, а у больных с деменцией могут развиваться эмоциональные расстройства. • Этому соответствуют данные о некоторых общих факторах, принимающих участие в развитии антидепрессивного эффекта и формировании процессов памяти и обучения (ц. АМР, нейротрофический фактор и др. ). • Остаются неясными механизмы указанной общности. Возможно, здесь играют роль генетические и стрессорные факторы. Наибольшее внимание сейчас уделяют кортикотропин рилизинг фактору и новому семейству пептидов — teneurin C terminal associated peptides (TCAP). Действие этих пептидов подобно действию других нейротрофических пептидов.

• Особое внимание уделяется механизмам нейропротекции и эффективности соответствующих лекарственных препаратов, в том числе обладающих действием, сходным с ростовыми факторами. Использование трофических факторов позволяет в определенной мере стимулировать процессы пластичности при ишемическом поражении. • Введение NGF в эксперименте было признано значимой нейропротективной стратегией терапии сосудистых поражений мозга и нейродегенерацией, способной, с одной стороны, сохранять подвергающиеся дегенерации нейроны, а с другой — усиливать функции сохранившихся нейронов.

• Концепция нейропластичности имеет значение для понимания закономерностей течения патологических процессов в центральной нервной системе, а также прогноза восстановления нарушенных функций. • Продолжаются исследования по изучению эндогенных факторов, которые могут повышать нейрональную и глиальную активность, увеличивать продолжительность жизни клетки, стимулировать аксональный рост и развивать новые межнейрональные связи. • Можно ожидать, что установление закономерностей развития нейропластичности и определяющих ее факторов позволит открыть дальнейшие перспективы разработки новых лекарственных препаратов.

АНТИСИСТЕМЫ • Одними из основных механизмов регуляции деятельности нервной системы служат антагонистические отношения между нервными структурами, каждая из которых выполняет присущую ей функцию. Наглядным примером такого антагонистического взаимодействия являются реципрокные отношения между центрами антагонистов — флексоров и экстензоров. Взаимно корригируя активность друга, они вместе обеспечивают выполнение в адекватном объеме нужного двигательного акта. • Антагонистическое взаимодействие структур и процессов — это выражение универсального общепатологического принципа антагонистической регуляции. В ходе эволюции сформировались специальные системы, функцией которых является контроль за активностью рабочих физиологических систем.

• Каждая система организма имеет свою контролирующую систему, которая своей деятельностью предотвращает чрезмерную активность данной системы. Роль такого рода специализированных систем особенно возрастает при патологии, при этом они имеют значение противоборствующих, саногенетических механизмов в отношении патологических систем, предотвращая или ограничивая развитие последних, подавляя их активность и способствуя их ликвидации. • Именно такое саногенетическое значение имелось в виду при формулировании понятия «антисистема» для обозначения противодействующего но отношению к патологической системе механизма (Г. Н. Крыжановский).

Антисистемы в патологии нервной системы • Устойчивая тоническая активность антисистем является механизмом патогенетической профилактики соответствующих нервных расстройств: она не позволяет возникнуть патологической системе при действии даже значительного по силе патогенного агента. • Напротив, недостаточность антисистем, как генетически детерминированная, так и приобретенная вследствие действия патогенных агентов, обусловливает предрасположенность к возникновению соответствующей формы патологии нервной системы, например, неэффективность антиноцицептивной системы может привести к повышению болевой чувствительности и гипералгезии; в этих условиях даже обычные болевые раздражения будут становиться чрезмерными.

• Антисистема активируется уже с самого начала развития патологического процесса, что во многих случаях обеспечивает его купирование. Возникающая патологическая система сама является стимулом для активации антисистемы. Эти механиз мы способствуют предотвращению развития патологической системы и соответствующего нервного нарушения. • Если патологическая система возникла, то это означает недостаточность первоначальных саногенетических механизмов антисистемы. Дальнейшее же развитие патологической системы и обусловленного ею нервного расстройства свидетельствует о возрастающей неэффективности деятельности антисистемы. Этой недостаточности способствует то, что развивающаяся патологическая система подавляет деятельность физиологических систем, в том числе антисистемы. • Создаются предпосылки для прогрессивного снижения деятельности антисистемы и, таким образом, для облегченного развития патологического процесса, особенно если действие патогенного фактора продолжается. В этих условиях целесообразна дополнительная стимуляция антисистемы, которая может быть достигнута различными методами.

• Антиноцицептнвная система является сложной многоуровневой организацией. Ее механизмы реализуются во всех отделах системы болевой чувствительности, начиная от афферентного входа в спинном мозге в виде «воротного контроля» и кончая корой головного мозга. Целый ряд образований головного мозга, активируясь при прямой или непрямой электростимуляции, вызывает торможение ноцицептивных нейронов спинного мозга и нейронов других отделов системы болевой чувствительности. • Такой эффект возникает при активации второй соматосенсорной зоны коры, вентробазалыюго комплекса, таламуса, задней части гипоталамуса, претектальной области, красного ядра, центрального (периакведуктулярного) серого вещества, ядер шва среднего и продолговатого мозга, сине го пятна, ядра ретикулярной формации и др. Образно говоря, роль высшего распорядителя в этой системе играет вторая сенсомоторная зона коры, которая вовлекает в реакцию указанные структуры и сама непосредственно влияет на спинной мозг.

• Нисходящие посылки из ядер шва, ретикулярной формации мозгового ствола и других образований вызывают торможение нейронов задних рогов благодаря чему ослабевает продуцируемый ими восходящий поток импульсов по трактам болевой чувствительности. • Ядра ретикулярной формации ствола могут активироваться непосредственно восходящей ноцицептивнои стимуляцией из задних рогов. В дорсальных рогах спинного мозга, вызывающего болевой синдром спинального происхождения, обусловливает активацию нейронов дорсального ядра шва. • Патологическая алгическая система активирует антиноцицептивную систему. Нейрогенный болевой синдром, возникающий при повреждении седалищного нерва связан не только с деафферентацией и усиленной ноцицептивнои стимуляцией, но и с выпадением сегментарного тормозного контроля.

• Деятельность антиноцицептивной системы, обеспечивающая контроль за интенсивностью потока ноцицептивной сигнализации за ее восприятием и переработкой, осуществляется различными физиологическими и нейрохимическими механизмами, при этом разные виды боли по своей природе и локализации контролируются различными механизмами. • Классические анальгетики как эндогенного, так и экзогенного происхождения реализуют свои эффекты не только путем прямого действия на релейные переключения в системе болевой чувствительности, блокируя в той или иной мере синаптическую передачу и нарушая, таким образом, прохождение восходящего потока импульсации, возникающего при действии алгогенных агентов.

• Многие анальгетики активируют антиноцицептивную систему. Введение в дорсальное ядро шва в минимальных дозах морфина или энкефалинов вызывает аналгезию, в то же время системное (внутривенное) введение в тех же дозах этих препаратов аналгезию не вызывает. • Подобный эффект имеет место при введении в дорсальное ядро шва субстанции П*, которая рассматривается как медиатор в системе болевой чувствительности.

Антиэпилептическая система • Сложной и многообразной является и антиэпилептическая система, контролирующая появление фокальной эпилептической активности в мозге, возникновение парциальных и генерализованных судорожных реакций. К образованиям мозга, способ ным подавлять эпилептическую активность при их активации, относят хвостатые ядра, некоторые ядра таламуса, каудальное ретикулярное ядро моста, заднюю часть гипоталамуса, синее пятно, верхние бугорки четверохолмия, дорсальное ядро шва, кору и ядра мозжечка и некоторые другие структуры мозга. • Электрическая или фармакологическая стимуляция хвостатых ядер вызывает подавление аудиогенной эпилепсии и очагов эпилептиформной активности, вызванных в коре головного мозга аппликацией различных конвульсантов (стрихнин, пенициллин, соли тяжелых металлов). Билатеральное разрушение хвостатых ядер способствует ускоренному возникнове нию приступов клонико тонических судорог при коразоловом киндлинге.