Ишемические заболевания головного мозга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Структура церебро-васкулярных заболеваний

2. Нейромедиаторы. Система возбуждающих аминокислот

3. Роль оксида азота

4. Регуляторные пептиды

5. Нейротрофические и ростовые факторы. Интерлейкины

6. Регуляция трансмембранных процессов при ишемии мозга

7. Гормоны при ишемии мозга

8. Ишемия неонатального мозга

9. Интракраниальные геморрагии

10. Нейропротекция и терапия ишемических заболеваний мозга

1. Структура церебро-васкулярных заболеваний

церебральный ишемия мозг нейропротекция

Заболевания сосудов головного мозга стоят на третьем месте в мире среди ведущих причин смерти, после заболеваний сердца и рака. В цивилизованных странах цереброваску- лярные патологии представляют основной комплекс нейрогенных нарушений, являющихся основой высокой заболеваемости и смертности. Принято считать, что термин «цереброваску- лярное заболевание» обозначает любое нарушение функций головного мозга, вызванное патологическим процессом в системе кровеносных сосудов; «инсульт» является клиническим определением, которое применяется к этим состояниям, особенно при остром начале симптомов.

Этиология цереброваскулярных заболеваний включает три основных причины: тромбозы, эмболии и кровотечения; патогенез и лечение пациентов существенно различаются в каждой группе.

С точки зрения патофизиологии и патологической анатомии цереброваскулярные заболевания рассматриваются как два процесса:

- Гипоксия, ишемия и инфаркт мозга в результате расстройства церебральной циркуляции и нарушения обеспечения тканей кислородом.

- Кровотечение, возникающее в результате разрыва сосудов мозга.

Около 80 % случаев мозгового инсульта связаны с общей или региональной ишемией мозга и только 20 % являются следствием интрацеллюлярной и субарахноидальной геморрагий, венозных тромбозов и других цереброваскулярных растройств. С физиологической и биохимической точки зрения мозг представляет собой наиболее активно перфузируемую кровью и метаболитами ткань. Адекватное кровообеспечение регионов мозга контролируется различными ауторегуляторными механизмами, среди которых - помимо миогенных и нейрогенных компонентов - системе химической регуляции принадлежит основное место. Соответственно, нарушение кровообеспечения структур мозга вносит серьезный дисбаланс в соотношение систем биорегуляторов и является источником патологических процессов, развивающихся на нейрональном и субклеточном уровнях. С этой точки зрения рассмотрение роли отдельных групп химических регуляторов мозга в условиях ишемических нейропатологий представляет попытку выяснения причинно-следственных отношений этих расстройств и определения средств нейропротекции и терапии.

Исторический обзор и изложение физиологических, биохимических, диагностических и терапевтических аспектов нарушений церебральной гемодинамики представили Heckmann et al. (2001).

При ограничении кровотока к какой-либо части головного мозга выживаемость тканей зависит от целого комплекса принципиальных обстоятельств: наличия коллатерального кровообращения, продолжительности ишемии, а также величины и скорости снижения кровотока. Эти факторы, в свою очередь, определяют точное анатомическое место и размер повреждения и, следовательно, параметры клинического дефицита. Распознаются следующие основные типы острого ишемического повреждения мозга.

- Глобальная ишемия мозга (ишемическая/гипоксическая энцефалопатия) возникает как следствие генерализованного снижения перфузии головного мозга, например, при остановке сердца, шоке и гипотензии тяжёлой степени.

- Местная ишемия мозга развивается вследствие ограничения или прекращения кровоснабжения локальной области головного мозга в результате поражения крупных сосудов (эмболическая или тромботическая закупорка артерий) или заболевания малых сосудов (васкулит).

Существует иерархия клеток ЦНС, которые проявляют селективную восприимчивость («предпочтительную чувствительность») к ишемии. Нейроны являются наиболее уязвимыми клетками мозга, хотя глиальные клетки (олигодендроциты и астроциты) также оказываются весьма реактивными к повреждающему воздействию. Активация глиальных клеток, как правило, сопровождает патогенез ишемии мозга. Существенное значение имеет большая вариабельность чувствительности отдельных популяций нейронов в различных регионах ЦНС, которая зависит от особенностей регионарного кровотока мозга, метаболических потребностей клеток мозга и их нейрохимической специализации.

При глобальной ишемии мозга возникает его обширный инфаркт независимо от региональной подверженности. Однако и здесь отмеченная выше вариабельность биохимической чувствительности популяций нейронов играет существенную роль в определении тяжести и последствий патологического процесса. Пациенты, выжившие при таком состоянии, часто остаются в серьёзно неврологически нарушенном и стойком коматозном вегетативном состоянии. У части больных поражения соответствуют клиническим критериям «смерти мозга», включащих наличие устойчивого диффузного кортикального поражения, а также повреждение ствола мозга. У пациентов с такой глубокой формой повреждения в головном мозге постепенно развивается аутолитический процесс, приводящий к дезинтеграции мягких тканей.

При очаговой ишемии мозга, возникающей как следствие церебральной артериальной окклюзии, нарушение местного кровоснабжения может привести к инфаркту отдельного региона нейрональной ткани. Площадь и функциональная специфичность повреждённого мозга определяет, остаётся ли пациент бессимптомным или у него со временем разовьются признаки прогрессирующей недостаточности. В этих случаях исход оказывается фатальным или - в благоприятных случаях - характеризуется медленным улучшением в течение месяцев.

Окклюзивное сосудистое заболевание тяжёлой степени, достаточной для того, чтобы привести к инфаркту мозга, может возникать вследствие тромбоза in situ или эмболизации. Большинство тромботических окклюзий возникает вследствие атеросклероза; наиболее распространёнными местами поражения оказываются: разветвление сонной артерии, отхождение средней церебральной артерии и дистальный регион базиллярных артерий. Развитие артериального стеноза варьирует от прогрессирующего сужения просвета и тромбоза, что может сопровождаться антероградным расширением, до фрагментации и дистальной эмболизации. Как правило, ведущей причиной окклюзивного цереброваскулярного заболевания служит наличие таких системных патологий как гипертония и диабет.

Большое число экспериментальных исследований позволяет с достаточной точностью проследить этапные биохимические сдвиги, возникающие при нарушении церебральной гемодинамики и ишемии мозга. При ишемии мозга и реперфузии возникает целый каскад множественных биохимических процессов, включающих нарушение мембранной целостности и ионного транспорта, прогрессирующего протеолиза, расстройства функционально необходимого взаимодействия нейромедиаторов и других систем химических регуляторов, индукция апоптических процессов, ведущих к гибели популяций нервных клеток.

Первично ишемия приводит к быстрой потере макроэргических фосфатов и общей деполяризации клетки, которая способствует эксцессивному рилизингу глутамата, и в уязвимых нейронах - к открытию регулируемых глутаматом кальциевых каналов. Как следствие резкого увеличения Са++ в цитозоле активируются калпаин, кальцинейрин и фосфолипазы. Важной частью этих начальных деструктивных процессов служит активация NO-синтазы, аккумуляция свободной арахидоновой кислоты и исход Са++ из эндоплазматического ретикулума. Нарушение нормальной энергопродукции клеток и активация пероксинитритов стимулирует возникновение «агрессивных форм» кислорода. Высокий уровень катехоламинов, сопровождающий, как правило, ишемический приступ ведет к блокаде активности рецепторов тирозинкиназ, ассоциирующихся с нейротрофическими ростовыми факторами, и к подавлению сигнально-трансдукторных реакций нейронов. Активация каспаз, главных факторов апоптоза, возникающая в первые часы реперфузии, связана с нарушением целостности митохондрий и высвобождением из них каспазы-9 и цитохрома С. Таким образом, цепь процессов, составляющих нарушение нормального энергетического метаболизма клетки и ионного транспорта (Са++, в первую очередь), нарушение синтеза структурных цитоскелетных и функциональных белков и, наоборот, активация деструктивного протеолиза (калпаин, каспазы), дезорганизация экспрессии и функций сигнальных и трансдукторных факторов составляют сложную картину патохимических расстройств мозга, обусловленных его ишемий и реперфузией.

Представленная в общем виде картина свидетельствует о том, что распространенная некогда концепция монотерапевтического вмешательства в глобальный разлад вызванных ишемией и реперфузией процессов в мозге оказывается несостоятельной. По мнению White et al. (2000), мультитерапевтический подход, учитывающий поливалидность и стадийность ишемических расстройств мозга, должен включать:

* нейротрофическую коррекцию ростовыми факторами, необходимыми для раннего поддержания биохимических сигнальных и трансляционных процессов в нервной клетке;

* торможение образования продуктов перекисного окисления липидов;

* торможение активности калпаинов, ферментов протеолиза;

* торможение экспрессии и активности каспаз, ферментов апоптоза.

2. Нейромедиаторы. Система возбуждающих аминокислот

Согласно современным воззрениям глутамат расценивается как медиатор, обеспечивающий множественный ответ нейрона на разнообразные физиологические и биохимические стимулы. В основе вариабельности реакций нейрона на стимулы одного и того же порядка лежит различная специфичность рецепторов глутамата. Следует говорить о целой системе глутаматных рецепторов, их изотипов, которые в качестве основной реакции опосредуют деполяризацию мембраны синапса, т.е. формирование потенциала действия (инотропные рецепторы, iGluR) или регуляцию величины и длительности потенциала (mGluR). Инотропные Glu-рецепторы, к которым относятся NMDA рецепторы, каинатные рецепторы и

АМРА-рецепторы, опосредуют движение Na+/Ca++/K+- токов через мембрану синапса; метаботропные

Glu-рецепторы, среди которых идентифицировано по крайней мере восемь форм, связаны с активацией G-белков сигнального каскада в мембране нейрона.

Для глутаматных рецепторов характерно многоплановое взаимодействие, а также функциональная сопряженность с другими медиаторными системами мозга. Будучи основными возбуждающими рецепторами, они вовлечены в интегративную деятельность мозга. Аппликация веществ, блокирующих глутаматергическую передачу, приводит к нарушениям сенсорной и моторной функций. Особенно значима роль глутаматной системы мозга в обеспечении высших физиологических функций, в частности, когнитивных процессов; соответствущие нейрональные структуры оказываются наиболее уязвимымыми при ишемических, стрессорных и нейродегенеративных повреждениях мозга.

Современные представления о системе глутаматных рецепторов изложены в обзорах Болдырева (2000), Гранстрем и Дамбиновой (2001); Мошаровой (2001); Kelly, Stanley (2001).

Изменение внеклеточной концентрации глутамата, провоцируемой аноксической деполяризацией мембран нейрона, является исходным моментом патогенеза церебральной ишемии. Установлена двухфазность рилизинга глутамата; начальный пик выброса медиатора во внеклеточное пространство связан с предшествующим увеличением Са++ и деполяризацией мембраны (Asai et al, 2000). Рилизинг глутамата вызывается также увеличением эндогенного содержания DOPA, провоцируемого, кратковременной ишемией в эксперименте (Furukawa et al, 2001).

Конкретизация роли глутаматных рецепторов при ишемии мозга показывает, что метаботропные рецепторы (mGluR1 и mGluR5) вовлечены в ход реакций, приводящих к образованию арахидоновой кислоты. Аппликация антагонистов этих рецепторов защищает клетки переднего мозга от гибели в условиях кратковременной ишемии (Rao et al, 2000). Nava-Ocampo et al. (2000) обсуждают проблему ингибирования пресинаптического высвобождения глутамата в качестве основного нейропротекторного подхода в клинике ишемических расстройств. Поскольку агонист 1(А) рецептора серотонина, препарат BAYx3702, вдвое снижает рилизинг глутамата, вызываемый кратковременной окклюзией мозговых сосудов, постулируется связь серотонин- ергических и глутаматергических структур в контроле процессов, препятствующих развитию ишемии (Mauler et al, 2001).

Помимо глутамата, в начальный период церебральной ишемии важную роль играет тормозный медиатор ГАМК, который выполняет протективную функцию. Исследование соотношения глутамат/ГАМК in vivo (метод микродиализа) в центральном ядре и в периферической зоне мозга мышей, подвергнутого фокальной ишемии, показало, что нарушение этого соотношения в первые 30 минут в пользу глутамата является триггерным механизмом повреждения центральной коры (Wang et al, 2001). Соотношение возбуждающих и тормозных медиаторов, исследованное в спинно-мозговой жидкости 110 пациентов с полушарным ишемическим инсультом показало, что значительное увеличение уровня глутамата и аспартата в первые 6 часов служит критерием тяжести заболевания. Неблагоприятный прогноз связывается с показателями низкого уровня ГАМК в первые несколько дней инсульта и прогрессирующим увеличением аспартата, несмотря на нормализующееся в этот период содержание глутамата (Skvortsova et al, 2000). В обзоре Green et al, (2001) постулируется возможное использование агонистов ГАМК, ГАМК-миметиков или веществ, блокирующих обратный захват медиатора (CI- 966), в качестве нейропротекторов при ишемическом инсульте. При этом обращается внимание на многообразие подтипов рецепторов ГАМК, которым могли бы специфически соответствовать выбранные фармакологические соединения.

При ишемии мозга увеличивается также уровень экстраклеточного аденозина. Функциональная связь ГАМК-ергической и аденозиновой систем играет важную роль в обеспечении постсинаптической нейротрансмиссии (Centonze et al, 2001). В условиях экспериментальной ишемии аденозин, очевидно, подавляет функцию ГАМК, включаясь в цепь процессов, ведущих к экспрессии возбуждающих аминокислот (глутамата). В глиальных клетках ишемическая аккумуляция аденозина может иметь как цитотоксическое, так и цитопротекторное следствия. Это немаловажное наблюдение (Imuta, Shimohata, 2000) свидельствует о клеточно- тканевой специфичности («химизме») различных популяций нейрональных структур, с которыми ассоциируется их чувстви-тельность в условиях повреждения. Важная роль рецепторов аденозина при церебральной ишемии анализируется Pedata et al. (2001). В экспериментальных исследованиях установлено значение агонистов А(1) и А(2) рецепторов аденозина (Кулинский и др. 2001) и ингибитора «аденозинового транспортера» нитробензилтиоинозина (Parkinson et al, 2000) в качестве потенциальных нейропротекторных средств.

В экспериментальном исследовании Bogaert et al. (2000) изучался рилизинг из стриатума крысы глутамата, ГАМК и допамина в условиях кратковременной ишемии, которая вызывалась введением эндотелина-1, сильного вазоконстрикторного пептида. Уровень перечисленных медиаторов увеличивался в сотни раз. На основании анализа данных авторы делают вывод о том, что резкое увеличение внеклеточного допамина является в большей мере, чем рилизинг глутамата, триггерным фактором развития каскадных явлений, ведущих к неврологическому дефициту. Нарушение транспорта допамина и снижение связывающей функции D(2) рецепторов обнаружены в синаптосомах крыс при глобальной ишемии мозга, вызванной остановкой сердца. И хотя в последующий реанимационный период содержание допамина быстро восстанавливается, его функция остается «неполноценной», ввиду сниженной аффинности допаминового рецептора (Rafalowska et al, 2000).

3. Роль оксида азота

Оксид азота (NO) является высоко реактивной сигнальной молекулой с широким спектром функций, представленных в большинстве тканей. NO выполняет роль посредника, универсального модулятора большого числа физиологических процессов и в структурах нервной системы участвует в регуляции интернейрональной коммуникации, синаптической пластичности, рилизинга медиаторов и ростовых факторов, активности (экспрессии) рецепторов и специальных молекул межклеточной сигнализации (см. обзор: Раевский и др. 2000). В мозге NO образуется в процессе реакции окисления L-аргинина при участии Са++ - зависимых изоформ NO-синтазы. Немалое число публикаций свидетельствует об участии NO-синтаз в ишемической патологии мозга.

NO-синтаза-I (NOS-I) содержится в 2% кортикальных нейронов. Эти клетки, как правило, также включают ГАМК, соматостатин и нейропептид Y. Кроме того, они активно экспрессируют глутаматные рецепторы, опосредующие, как было отмечено выше, гипервозбуждение нейронов вследствие церебральной ишемии. Исследование соседних, неповрежденных, кортикальных нейронов выявило, что их резистентность к ишемии (модель фокального фототромбоза) связана с активностью NOS-I и антиапоптической защитой за счет белка Bcl-2 (Bidmon et al, 2001). На модели ишемического повреждения, вызываемого перевязкой средней мозговой артерии у спонтанно-гипертензивных крыс, было установлено, что синтез NO обратно зависимо коррелирует с образованием «агрессивного» кислорода (О2 ). Зависимость четко прослеживается при сравнении показателей ишемии и реперфузии; эти данные свидетельствуют о протективной роли NO: дефицит его образования в нейрональной ткани зависит от интенсивного образования молекул О2 , запускающего каскад апоптических реакций (Dobrucki et al, 2000). Однако по данным Sasaki et al. (2001) ингибирование нейрональной NOS (локальное введение L-NAME) и, соответственно, снижение уровня оксида азота в пирамидальных нейронах гиппокампа, наоборот, нивелируют выраженность ишемических повреждений. Сравнение образования NO в стриатуме крыс в острой и подострой фазах фокальной церебральной ишемии (соответственно, 24 и 48 часов) не выявило существенно увеличенного содержания NO в начальный период; очевидно, зависимое от индуцибельной NO-синтазы образование больших количеств этой субстанции играет свою роль на более поздних стадиях нейродегенеративного процесса (Fassbender et al, 2000).

Следует принять во внимание значение различных - нейрональной, индуцибельной и эндотелиальной форм фермента в ишемизированном мозге. С помощью селективного ингибитора нейрональной NOS 7-нитроиндазола было установлено, что опосредуемое этим ферментом активное образование NO было выражено лишь в первые 5 минут ишемического повреждения стриатума; синтез NO на поздних стадиях ишемии блокировался неселективным ингибитором L- NAME (Adachi et al, 2000). Доказательства улучшения состояния ишемизированного мозга при использовании L-NAME были продемонстрированы также Self-l-Nasr, Fahim (2001) на модели генерализованной церебральной ишемии крыс. Рассмотрение соотношения NO и эндотелина-1 при 10-минутной билатеральной окклюзии сонных артерий установило их сопряженные изменения в микроглии и в астроцитах подверженных поражению клеток гиппокампа. Повреждения, затрагивающие поле СА1, наблюдались через 4 недели после операции (Yamashita et al, 2000).

Большой массив экспериментальных исследований предваряет исследование роли оксида азота в клинике ишемического инсульта. В работе на 102 пациентах, анализируемых в системе Canadian Stroke Scale, у которых определялся уровень NO в спинномозговой жидкости, выявлено в среднем большее содержание вещества по сравнению с контрольными испытуемыми. У половины пациентов с ранними проявлениями неврологических расстройств уровень NO был вдвое выше, чем у инсультных больных со стабильным состоянием. Таким образом, значительное увеличение содержания NO (> 5 микромолей/мл) достоверно коррелирует с проявлениями ранних неврологических нарушений, независимо от других важных показателей ишемического инсульта, такого, например, как уровень глутамата в спинномозговой жидкости (Castillo et al, 2000).

В целом, данные этого раздела позволяют сделать ряд заключений:

· Синтез NO в ишемизированных структурах мозга является важным фактором, включенным в регуляцию отсроченной гибели клеток. Его образование в ранний период ишемического повреждения препятствует запуску апоптических процессов программируемой гибели нейронов.

· Синтез NO, зависимый от определенной изоформы синтазы, вносит различный вклад в развитие постишемических процессов в конкретном регионе мозга, подвергнутого повреждению.

· Клинический анализ свидетельствует, что увеличенный уровень NO в спинномозговой жидкости пациентов с ишемическим инсультом ассоциируется с более выраженными нарушениями мозга и более ранними проявлениями неврологической недостаточности.

· В экспериментальных исследованиях показана возможность коррекции изменений уровня NO с помощью ингибиторов NO-синтазы.

4. Регуляторные пептиды

Поскольку присутствующие в мозге физиологически активные пептиды играют большую роль в разнообразных видах регуляции функций ЦНС, представляет интерес анализ их участия в патологии ишемических расстройств мозга.

Ренин-ангиотензиновая система, причастна не только к периферической регуляции уровня артериального давления, но и модулирует церебральный кровоток. Роль ангиотензина II, его АТ(1) рецепторов была исследована у спонтанно-гипертензивных крыс на модели ишемии, вызываемой окклюзией средней церебра-льной артерии с последующей реперфузией. Уровень церебральной гемодинамики исследовался лазерной Допплеровской флоуметрией. Применение кандесартана, антагониста АТ(1) рецепторов, используемое в режиме 14-дневной профилактики, предотвращало изменения кровотока в приграничном кортикальному инфаркту регионе мозга и значительно снижало зону ишемического поражения. Существенно уменьшался отек мозга, выявляемый через 2 часа после реперфузии. Таким образом, используемая в экспериментальной ишемии мозга блокада рецепторов ангиотензина II приводила к нормализации церебральной гемодинамики (Nishimura et al, 2000). Изящные эксперименты, выполненные Walther et al. (2002) на трансгенных мышах с выключенными АТ(1) рецепторами, показали, что вызываемая окклюзией средней мозговой артерии ишемия выражена в значительно меньшей степени. Результаты, таким образом, демонстрируют прямую корреляцию между активностью ангиотензина II в мозге и тяжестью ишемического нарушения при экспериментальном инсульте, а также возможность влиять на эту патологию с помощью блокаторов рецепторов АТ(1).

Ангиотензин-превращающему ферменту (АПФ), основному фактору образования ангиотензина-II во всех тканях, придается преимущественное значение как регулятору кардио- васкулярных процессов в норме и при патологии. В клинических исследованиях выявлена связь между генотипом АПФ и вероятностью развития ишемического инсульта у «негипертензивных» пациентов (Моляка и др, 1998; Farrer et al, 2000).

Экспериментальные данные свидетельствуют также о патогенетической роли нейропетида

Y при церебральной ишемии, вызываемой окклюзией средней мозговой артерии. Предшествующая информация указывает на увеличение содержания этого нейропептида в поврежденной зоне коры мозга. Интракаротидная или интра-цистернальная инъекция нейропептида Y в начальный период окклюзионной ишемии или в период реперфузии значительно ухудшали течение и исход церебральной ишемии (Chen, Cheung, 2002).

Опиоидный пептид ноцицептин (орфанин FQ), очевидно, также причастен к ухудшению патологических явлений при экспериментальной ишемии мозга. При глобальной ишемии, вызываемой повышением внутричерепного давления с последующей реперфузией, отмечалось увеличение уровня этого пептида с 67 до 266 пкг/мл. Антагонист рецепторов орфанина тормозил рилизинг и вазодилататорные эффекты глутамата и NMDA и препятствовал патологическим проявлениям (Amstead, 2000). Блокада рецепторов ноцицептина/орфанина также препятствовала рилизингу глутамата, вызываемого ишемическими стимулами в срезах коры мозга (Nelson et al, 2000). Блокаторы опиоидных рецепторов (налоксон и др.) существенно ограничивали размеры кортикального инфаркта (Chen, Cheng et al, 2000).

В исследовании Reglodi et al. (2000) на модели окклюзии средней церебральной артерии был выявлен нейропротективный эффект Полипептида, активирующего аденилатциклазу гипофиза (PACAP); в дополнение к этой информации следует указать на работу Shin et al. (2001), которые, также постулируя нейропротекторную функцию РАСАР, обнаружили изменения уровня пептида, вызванные кратковременной ишемией. Иммунореактивность РАСАР была существенно сниженной в пирамидных клетках особенно чувствительных к повреждению полей С1 и в клетках Пуркинье; не было выявлено изменений в пирамидных клетках более резистентных полей С3.

Роль группы тахикининовых пептидов (вещества Р, нейрокинина В и группы рецепторов - NK1, NK2, NK3) была рассмотрена на модели фокальной церебральной ишемии крыс. Окклюзия средней мозговой артерии приводила к значительной экспрессии вещества Р и NK1 в популяции глутаматергических пирамидных клеток; увеличенная экспрессия мРНК, кодирующей препротахикинин В, наблюдалась между 2-м и 7-м днями после ишемии в ГАМК-ергических нейронах. Ишемия вызывала также кратковременную экспрессию рецепторов NK1 в церебровентрикулярном эндотелии в зоне, пограничной инфаркту. Индукция этих рецепторов может влиять на развивающийся отек ткани и диапедез лейкоцитов. Таким образом, тахикининовые рецепторы могут рассматриваться в качестве конкретной мишени терапии ишемического инсульта (Stumm et al, 2001).

Данная публикация в какой-то мере служит моделью понимания роли нейропептидов в ишемической патологии мозга: не будучи ведущим участником патогенеза, как глутамат или ГАМК, экспрессируемые в адекватных нейронах пептиды, в добавление к своей ведущей физиологической роли, участвуют в эндогенной нейропротекции, повышая ингибирующий потенциал ГАМК, или, наоборот, облегчают провоцируемую глутаматом нейротоксичность.

В последние годы все больший интерес приобретает исследование эндотелиновых пептидов. Помимо регуляции процессов, связанных с функцией сосудистого эндотелия, эта группа веществ оказывается причастной к регуляции тонуса церебральных сосудов и ответственна за возникновение ишемических расстройств мозга. В опытах на крысах продемонстрировано участие эндотелина-1 в контроле констрикторных реакций средней артерии мозга при экспериментальном ишемическом инсульте (Фадюкова и др., 1998). Сильная вазоконстрикторная активность эндотелина-1 использована для воспроизведения модели церебро-васкулярной ишемии (Ostrowski, 2000).

Интересные данные получены при изучении мелатонина. Он рассматривается как нейропротективный агент, нейтрализатор свободных радикалов, которые как продукты окисления липидов участвуют в инициации деструктивных процессов в ишемизированной клетке. В исследованиях на кошках с использованием неврологического и гистологического контролей изучались эффекты внутривенной инъекции мелатонина на фоне церебральной ишемии. Ишемия вызывала тяжелые нарушения структуры полей гиппокампа СА1-СА4, которые, однако, были выражены значительно меньше у животных, получавших мелатонин. Неврологический дефицит, контролируемый в течение недели эксперимента, оказался ниже в 2-3 раза в начальной фазе ишемии и сводился практически к нулевому значению на 7-й день (Letechipia-Vallejo et al, 2001).

Влияние мелатонина на изменения уровня свободных радикалов и образующегося из NO пероксинитрита, а также на активность миелопероксидазы было изучено на монгольских хомячках, подверженных церебральной ишемии. Инфузия мелатонина приводила к снижению постишемического отека мозга и cдерживанию роста малондиальдегида и активности миелопероксидазы в гиппокампе. Гистологический анализ выявил меньшее повреждение нейронов у животных, получавших мелатонин (Sarro & Caputi, 2000). Нейропротекторный эффект мелатонина был подтвержден также на глиальных клетках мозга крыс, подвергнутого окклюзионной ишемии. Инъекция мелатонина (26 мкМ/крыса) за 1 час до окклюзионной ишемии улучшала показатели локомоторного дефицита и состояние глиальных клеток, тестируемых по специфическому маркеру и кислому фибриллярному белку. Детекция с помощью иммуноглобулин- G/гематоксилин-эозинового окрашивания свидетельствовала о лучшем сохранении клеток. В экспериментах in vitro на культуре астроцитов, обработанных нитропруссидом натрия и 3- нитропропионатом, образующими свободнорадикальные токсины, мелатонин (100 мкМ) препятствовал гибели астроцитов. Принципиальным в данном случае оказывается вывод авторов о возможности альтернативного подхода к защите ишемизированного мозга воздействием на его глиальные структуры.

Информация последних лет уделяет большое внимание полифункциональному белку эритропоэтину. Имеются данные о его протективной роли при экспериментальной ишемии мозга и обусловленной глутаматом нейрональной смерти. Введение реком-бинантного человеческого эритропоэтина монгольским хомячкам снижало неврологические показатели после окклюзионной ишемии мозга. Препарат уменьшал гибель нейронов в СА1 зоне гиппокампа (эффект сохранялся в течение 7 дней наблюдения) и препятствовал образованию нитратов и нитритов (индекс NO) в гиппокампе. Очевидно, протективный эффект эритропоэтина связан с торможением активного синтеза NO при церебральной ишемии (Calapai et al, 2000). Эти данные не согласуются с результатами работы Wiesner et al. (2001), которые на трансгенных мышах с гиперпродукцией эритропоэтина обнаружили, наоборот, ухудшение показателей после кратковременной окклюзии церебральной артерии. Авторы связывают этот факт со значительным увеличением гематокрита у животных с генетически обусловленной гиперпродукцией белка.

Исследования с другим рекомбинантным белком - активатором плазминогена (rtPA) - выявили сниженную реактивность церебральных артерий (тестируемую по ацетилхолину и серотонину) после 2-х часовой очаговой ишемии мозга крыс (Cipolla et al, 2000). Постишемические изменения реактивности мозговых сосудов, обусловленные реперфузионным повреждением и/или активацией системы плазмина, могут оказаться существенными при повторных ишемических атаках в условиях клиники.

5. Нейротрофические и ростовые факторы. Интерлейкины

Нейротрофические и ростовые факторы. Логично начать этот раздел с изложения данных, посвященных группе сосудистых эндотелиальных ростовых факторов (VEGF). Ряд данных свидетельствует о том, что основная функция этих биорегуляторов связана с селективным воздействием на сосудистый эндотелий и периваскулярные клетки. Исследования, выполненные с мутантными мышами и полученными рекомбинантным способом белками, подтвердили, что VEGF не только опосредует пролиферацию эндотелиальных клеток, но также регулирует сосудистую дифференцировку, регрессию и проницаемость. При острой церебральной ишемии в микрососудах мозга нарушается проницаемость и стабильная функция гемато-энцефалического барьера. Через несколько дней после ишемического инсульта выявляются пролиферативные явления в эндотелиальных клетках, стимулируется ангиогенез. Исследования подтверждают ключевую роль VEGF в этих процессах, которая реализуется комплексным и согласованным действием. При этом каждый из компонентов семейства VEGF обнаруживает при церебральной ишемии свою уникальную функцию как в начальный период сосудистой дестабилизации, так и на последующих этапах ангиогенеза. Эти обобщения, а также информация о роли VEGF в регуляции гемато-энцефалического барьера при ишемии мозга представлены в обзорах Croll et al. (2001); Zhang, Chopp (2002).

Терапевтическое использование рекомбинантных препаратов VEGF направлено на стимуляцию коллатеральной микроциркуляции и, соответственно, церебральной реваскуляризации. Инфузия rVEGF(165) в латеральный желудочек мозга крыс в течение 7 дней увеличивала плотность микрососудов при минимальном проявлении отечных признаков; явления вентрикуломегалии также отсутствовали (Harrigan et al, 2002). Исследование соотношения VEGF и NO-синтаз при церебральной ишемии, вызванной артериальной окклюзией у крыс, выявило, что экспрессия VEGF была выражена в течение 7 дней в цитоплазме и в мембране краевой повреждению зоне вместе с активированной eNOS. Экспрессия нейрональной синтазы (nNOS), имевшая пик через 24-48 часов, исчезала на 3-и сутки (Leker et al, 2001).

Нейротрофический фактор мозга (BDNF) широко представлен в структурах ЦНС. Его мРНК идентифицирована в гиппокампе, амигдале, таламусе, пирамидных клетках неокортекса и в мозжечке. BDNF контролирует баланс глутаматергической и ГАМК-ергической систем.

Изменения уровня BDNF в различных частях переднего мозга после окклюзии средней артерии показали значительные вариации. Содержание фактора в гиппокампе и фронтальной коре ишемизированной стороны мозга было выше в сравнении с контралатеральной областью (Zhao et al, 2001). Определение уровня BDNF мРНК при умеренной (олигомической) ишемии мозга в отсутствие очевидных признаков нейронального нарушения показало его значительную (более 80%) экспрессию в гранулярных клетках гиппокампа уже через 6 часов окклюзии. Сниженный на 70% церебральный кровоток сохранялся таковым в течение целой недели. В последующие 1-14 суток уровень BDNF мРНК оставался на контрольном уровне (Schmidt-Kastner et al, 2001).

Эти данные указывают на вероятное участие BDNF в ишемической патологии мозга, однако его конкретизация и специфичность остаются неизученными. Нейропротективное действие BDNF было выявлено с помощью конъюгированной формы BDNF с моноклональными антителами рецептора трансферрина. В этой форме BDNF, введенный внутривенно, проникал через ГЭБ и оказывал защитное действие на ишемизированный мозг крысы. Эффект выражался в существенном (до 70%) снижении объема кортикального инсульта при наблюдении от 24 часов до 7 суток. Эти позитивные явления не относились к субкортикальным клеткам ишемизированного мозга (Zhang & Pardridge, 2001).

Структурный «родственник» BDNF - нейротрофин-3 (NT-3), на три четверти совпадающий с ним по структуре, а также с Фактором роста нервов (NGF), имеет отношение к развитию мозга, участвует в регуляции функций допамин- и адренергических структур мезэнцефалона и участвует в репарации поврежденных нервных клеток. 10-минутная ишемия переднего мозга вызывала снижение уровня NT-3 мРНК в гиппокампе. Кислородная гипербарическая терапия приводила не только к снижению ишемических нарушений структур мозга, но и к увеличению уровня NT-3 мРНК (Yang, Chang, Lee et al, 2001).

Получены также данные противоположного значения. У мутантных мышей с генетически обусловленным дефицитом нейротрофина-3 (однако сохранявших способность к экспрессии BDNF, рецептора NT-3, тирозинкиназы C и низкоаффинного рецептора нейротрофина p75NTR), окклюзионная ишемия вызывала значительно меньшие поражения структур мозга (данные через 23 часа). Добавление NT-3 к первичной культуре клеток коры, подверженных кислородно/глюкозной депривации, усиливало признаки нейрональной смерти и образование свободных радикалов. Вероятно, потенцирующее ишемию действие NT-3 связано с его включением в каскад апоптических реакций (Bates et al, 2002).

Инсулиноподобные ростовые факторы (IGF's) имеют широкое представительство и разнообразный спектр контролируемых процессов в организме. Ряд данных свидетельствует о протективном действии IGF-I при церебральной ишемии. Интрацистернальное, интраназальное введение препарата или локальная аппликация приводили к существенному уменьшению ишемических повреждений мозга крыс, вызываемых окклюзией церебральной артерии (Liu et al, 2001; Schabitz et al, 2001). Эффект наблюдался в первые сутки после предварительного введения IGF-I. Иммуногистохимическое исследование подтвердило, что терапия Фактором снижала также содержание каспазы-3 в поврежденной зоне, но не влияла на уровень белка теплового шока 72-kDa (Wang et al, 2001). Поскольку IGF-I плохо проходит через гемато-энцефалический барьер, рекомендовано его применение в виде интраназальной апликации, более удобной для клинической терапии ишемического инсульта (Liu et al, 2001).

Трансформирующий ростовой фактор (TGF-alpha) имеет также широкое распространение в тканях организма. В структурах ЦНС идентифицирована TGF-alpha мРНК на всех стадиях развития мозга. Исследования на бабуинах показали, что кратковременная ишемия (окклюзия церебральной артерии) приводила к экспрессии TGF-alpha мРНК в тех регионах мозга, где отмечалось снижение кислородного метаболизма. Гистологические исследования подтвердили, что наибольшая экспрессия TGF-alpha отмечена в зоне, пограничной инфаркту, и соответствует индексу сохраненных зон мозга. В этой связи авторами формулируется вопрос о TGF-alpha как “эндогенном маркере неврологического стресса” (Ali et al, 2001).

Внутрижелудочковое введение TGF-alpha крысам, подверженным окклюзионной ишемии мозга, значительно снижало поражения структур, которые более выражены в коре, нежели в стриатуме. В равной степени эффективной была аппликация TGF-alpha как до, так и через 30 минут после воспроизведения ишемической процедуры, и протективный эффект сохранялся до 4-х суток наблюдения. Существенно, что, в отличие от ранее описываемого сосудистого эндотелиального фактора (VEGF), TGF-alpha не влиял на микроциркуляцию сосудов коры и тонусную реактивность артерий мозга (Justicia et al, 2001). В другом исследовании (Zhu, Culmsee et al, 2001) введение крысам кленбутерола, агониста бета(2)-адренорецепторов, на фоне цереброваскулярной ишемии приводило к экспрессии TGF-beta1 в СА1 пирамидных нейронах. Увеличение уровня TGF-beta1, начинавшееся к 3-му часу ишемии, сохранялось в течение 2 суток.

В большом семействе факторов роста фибробластов (FGF), насчитывающем более 20 разновидностей, наиболее изученными представляются основной (basic) FGF и FGF-alpha. Оба фактора выполняют важные функции в нейрональных структурах (гипо-таламус, сетчатка глаз и др.), в секретирующих органах (гипофиз, тимус, кора надпочечников), обладают хемотаксической активностью и стимулируют рост новых капилляров in vivo и in vitro. bFGF приписывается важная роль в репарации нервных клеток после травмы мозга. В экспериментах на культуре клеток РС12 было установлено, что механизм нейропротективной активности bFGF связан с экспрессией трансдукторного фактора Ras-фосфатидилинозитол 3-киназы, максимально выраженной в первые сутки (Kawamata et al, 2001). Окклюзионная ишемия мышей приводила к инфаркту мозга, неврологическому дефициту, а также к быстрой экспрессии активности каспазы-3 в ишемизированной области. Icv введение bFGF (>10 нг, в течение 30 минут после окклюзии), помимо улучшения показателей ишемического повреждения мозга, снижало потенцированую ишемией активацию каспазы-3. Совместное введение подпороговых концентраций bFGF и ингибиторов каспаз (z-VAD.FMK или z-DEVD.FMK) еще более уменьшало размеры инфаркта и величины неврологического дефицита. По мнению авторов, эффективное использование очень низких доз bFGF и ингибиторов каспаз открывает возможности новых терапевтических приемов лечения ишемического инсульта (Ma et al, 2001).

Изучение другого фактора этого семейства - FGF-alpha, исследованное в эпендиме и хороидном сплетении желудочков мозга, выявило значительные изменения уровня Фактора в условиях глобальной ишемии переднего мозга крыс. Одновременно менялась цитогистоло- гическая картина этих зон. Icv инфузия FGF-alpha (осмотический насос) приводила к сохранению уровня Фактора в эпендиме и хороидном сплетении. Постулируется идея, что эти ткани мозга играют ведущую роль в синтезе ростовых факторов, включая FGF-alpha, и их секреции в цереброспинальную жидкость (Hayamizu et al, 2001).

Нейропротективный механизм Нейротрофического фактора глиальных клеток (GDNF) осуществляется за счет модуляции активности NMDA рецепторов (Nicole et al, 2001). В экспериментах на молодых и возрастных крысах показано, что GDNF препятствует гибели нигральных допаминовых нейронов, вызываемой 6-гидрокситриптамином (Fox et al, 2001). У крыс с окклюзионной ишемией мозга выявлялись повреждения, преимущественно локализованные в стриатуме, а также в теменной коре. Исследования обнаружили одновременное увеличение уровня GDNF мРНК в слое гранулярных клеток зубчатого ядра (Arvidsson et al, 2001). На мышах с генетическим дефицитом глиального фибриллярного кислого белка (GRAF) ишемия мозга приводила к более выраженной в сравнении с контрольными животными депрессии электро- физиологических реакций нейронов гиппокампа. Гистологический анализ выявил существенные изменения в структурах СА1 и СА3 пирамидных клеток у GRAF-нокаутных мышей (Tanaka et al, 2002).

Наконец, представлена информация относительно Фактора роста гепатоцитов (Hepatocyte growth factor, HGF), который в эксперименте с цереброваскулярной ишемией предупреждал развитие апоптоза в нервных клетках. Интравентрикулярное введение рекомбинантного препарата HGF предотвращало смерть нейронов за счет влияния на уровень проапоптического белка Bcl-2. HGF также стимулировал ангиогенез в структурах мозга (Tsuzuki et al, 2001).

Кратко суммируя приведенные данные, следует характеризовать участие цитокинов и нейротрофических факторов как весьма еще далекое от полного понимания их роли. Можно полагать, что применительно к ишемической патологии мозга, нейротрофические факторы или оказываются вовлеченными неспецифично (как отголосок общей картины ишемического “шторма” в структурах мозга) или - например, для VEGF - отражают его основную функцию как регулятора сосудисто-эндотелиального гомеостаза. Следует также констатировать, что, согласно приведенной информации, эти регуляторы могут играть роль протективных факторов, или, наоборот, соучастников картины патогенеза.

Интерлейкины. Ишемические и реперфузионные нарушения мозга сопровождаются развитием воспалительных реакций поврежденной ткани и изменениями микроглии и активности лейкоцитов. Цитокины, осуществляющие регуляцию провоспалительных процессов, активируют хемотаксис и «организуют» репарацию поврежденной ткани. Имеется значительная информация о том, что цитокины активно участвуют в начальной стадии постишемических изменений мозга.

В клинических исследованиях была установлена увеличенная продукция цитокинов (типа IL- 1, IL-6 и TNF), способствующих инфильтрации лейкоцитов в первые часы после возникновения ишемического инсульта. Выявлена положительная корреляция между изменением уровня интерлейкина-6 (IL-6) в плазме крови и функциональной динамикой состояния пациентов (см. обзор Clark, Lutser, 2001). Увеличение IL-8 в крови больных на 1-, 3-, 7-е сутки ишемического инсульта соотносилось с изменениями других биохимических показателей (неоптерина, ионов супероксида, гена транскрипции тканевого фактора и прокоагулянтной активности). У большинства пациентов повышенное содержания IL-8 сохранялось в течение этих семи дней, тогда как другие показатели обнаруживали разнородную динамику. Очевидно активность цитокина не сопряжена с экспрессией противосвертывающей системы крови и скорее влияет на активацию полиморфоядерных лейкоцитов на ранних этапах патогенеза ишемического инсульта (Grau et al, 2001). У пациентов, перенесших кардиоэмболический инсульт, установлена корреляция между увеличением уровня IL-6 и активностью матриксных металлопротеиназ в первые 48 часов заболевания (Montaner et al, 2001). Изменения уровня цитокинов и С-реактивного белка выявлены в цереброспинальной жидкости у больных в острый период ишемического инсульта. На этом основании предложены иммунологические критерии прогноза развития инсульта и возможности восстановления нарушенных неврологических функций (Скворцова и др, 1999).

Экспериментальные исследования позволяют проанализировать клеточные и молекулярные механизмы активности цитокинов при ишемических нарушениях непосредственно в ткани мозга. В экспериментах на крысах, подверженных окклюзионному воздействию с последующей реперфузией, обнаружена увеличенная экспрессия IL-8 и TNF-alpha в ишемизированных регионах. Ингибитор цитокинов широкого спектра (препарат NR58-3.14.3) снижал число инфильтрированных гранулоцитов и макрофагов в прилежащих областях, однако не влиял на их количество в непосредственно ишемизированной зоне (Beech et al, 2001).

На мышах с нокаутным дефектом IL-1 выявлены значительно меньшие размеры ишемического инфаркта мозга в сравнении с контрольными животными. Интрацеребральная инъекция антагониста рецептора IL-1 также уменьшала размеры повреждения как у контрольных, так и у IL-1 нокаутных мышей. Констатируя несомненное участие IL-1 в патогенезе окклюзионной ишемии мозга, авторы подчеркивают различия вклада этого цитокина и его изоформы IL-1alpha (Boutin et al, 2001). В работе Touzani et al. (2002) было установлено, что блокатор рецепторов IL- 1beta существенно снижал объем ишемического повреждения мозга мышей после окклюзии средней церебральной артерии, тогда как icv инъекция этого цитокина вдвое увеличивала повреждение. Однако у трансгенных животных с дефицитом рецептора IL-1beta ишемические нарушения в мозге не отличались от контрольных. Делая вывод о том, что IL-1beta, очевидно, способствует ухудшению патогенеза постишемических повреждений, авторы не связывают это влияние с функцией рецептора цитокина. В другом исследовании (Togashi et al, 2001) рассмотрена связь между активностью IL-1beta и NO при ишемическом повреждении мозга крыс. Интрацистернальное введение антагониста IL-1beta нивелировало ухудшение электрофизио- логических показателей поврежденных синапсов зубчатой извилины и снижало синтез NO в ишемизированной ткани мозга. Центральная аппликация IL-1beta имитировала ишемические изменения синаптической активности клеток dentate gyrus и увеличенную продукцию NO в гиппокампе у контрольных, неишемизированных мышей.

Сравнительные исследования интерлейкина-18 (IL-18), структурно сходного с IL-1beta, выявили значительную разницу их участия в церебральной ишемической патологии. На моделях окклюзионной или фототромботической ишемии у крыс обнаружена “отставленная” экспрессия мРНК IL-18 (через 48 часов после начала ишемии), достигавшая пика в период 7-14 суток. Экспрессия IL-1beta, напротив, достигала максимума через 16 часов, постепенно снижаясь в последующие сроки. Существенно, что параллельно увеличению уровня IL-18 (но не IL-1beta!) шла экспрессия мРНК каспазы-1. Иммуноцитохимический анализ показал преимущественную локализацию IL-18 в ED1-некротических зонах с инфильтрованными в микроглии фагоцитами в период 3-6 дней ишемии. Локализация IL-1beta была выражена в разветвленной микроглии пограничной инфаркту зоне и в ипсилатеральном кортексе в первые 16 часов ишемического поражения. Данное исследование существенно в акцентировании функций различных цитокинов в мозге, а также впервые конкретизируемой связи IL-18 с апоптическим процессом деструктивных нарушений мозга (Jander et al, 2002).

Важные результаты были получены на клеточных моделях. На культуре срезов гиппокампа исследовано влияние различных концентраций интерлейкина. IL-1beta в низких концентрациях потенцировал вызванную гипоксией нейродегенерацию, тогда как высокие дозы не имели такого эффекта. Наоборот, эти высокие дозы обладали нейропротективным действием на комбинированной модели NMDA-нейротоксичности и кислородно/глюкозной депривации. Оба эффекта, и нейротоксический, и протективный блокировались антагонистами рецепторов IL-1beta (Pringle et al, 2001). Данные свидетельствуют о сложной парадигме про- или анти- ишемических эффектов цитокинов, зависящих, в частности, от типа вещества и от уровня его экспрессии (т.е. действующей концентрации).