Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме Глава 1 ЦЕНТРАЛЬНАЯ ГИПОТАЛАМИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ТРАВМАТИЧЕСКОЙ СТРЕСС-РЕАКЦИИ Р оль гипоталамуса как центрального звена мозговой интеграции вегетативных процессов в организме и регулятора процессов «внутренней» адаптации общеизвестна [3, 7]. Гипоталамическая область с тесно прилегающей к ней ретикулярной формацией яв­ ляется местом стыка нервной и гуморальной регуляции в цент­ ральной нервной системе. На уровне гипоталамо-ретикулярных структур происходит переключение нисходящих нервных влия­ ний на гуморальные и гормональные, а последние опосредуются в нервные [4, 5, 92]. Гипоталамическая область, осуществляя интег­ рацию функций вегетативной нервной системы и обменно-эндокринных процессов, путем многочисленных нейрогуморальных и нейроэндокринных влияний поддерживает в организме состояние гомеостаза. Эта роль гипоталамуса осуществляется в тесном взаи­ модействии с образованиями лимбической системы и ретикуляр­ ной формации [12,13]. Особая чувствительность гипоталамо-стволовых отделов мозга к травматическому воздействию объясняется анатомо-топографическими особенностями этих отделов мозга (богатство капиллярной сети, более высокая проницаемость сосудов, близкое расположение ядерных образований к ликвороносным путям, от­ носительная фиксированность стволовых отделов в полости чере­ па) [25,31]. Повреждение гипоталамо-стволовых структур ведет за собой нарушение функций ретикулярной формации, гипоталамуса, гипо­ физа с возникающими расстройствами вегетативной, обменной и нейро-эндокринной регуляции, что приводит к нарушению деятель­ ности многих органов и физиологических систем, к сдвигам внутрен­ ней среды организма [17, 34, 47]. Гуморальные сдвиги, воздействуя 13 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев на периферические и центральные элементы вегетативной нервной системы, на адрено-, холино-, серотонинореактивные образования ретикулярной формации ствола мозга и гипоталамуса, в свою оче­ редь играют роль факторов, поддерживающих первичные неврогенные нарушения и вызывающих вторичные расстройства нервной де­ ятельности [38,39,40,51]. Таким образом, возникает замкнутый пато­ логический круг, в котором нервные механизмы приводят в действие гуморальные, а последние опосредуются в нервные. Выявление нейрогормональных сдвигов при Ч М Т позво­ ляет вскрыть тонкие и неуловимые при обычном клиническом ис­ следовании изменения в деятельности организма, непосредствен­ но связанные с корково-подкорково-стволовой регуляцией фун­ кций [38]. Комплексные экспериментальные исследования дают возможность установить взаимосвязь между проявлениями ТБ и сопряженными с ними нейрогормональными расстройствами, со­ ставляющими патофизиологическую основу нарушений деятель­ ности организма [25, 40, 53]. Кроме того, раскрытие роли нейро­ гормональных факторов в патогенезе Ч М Т позволяет обосновать направления дифференцированной патогенетической терапии [35]. Изменения нейроэндокринной регуляции определяют сроки и качество репарации костной ткани при сочетанной Ч М Т [53]. Еще в широко известных проблемных исследованиях, про­ веденных в 60-70-х годах XX столетия в крупных лабораториях по изучению шока в СССР было обращено большое внимание на из­ менение функции эндокринных желез [8,65,66,107]. В сообщениях А.Н. Беркутова, И.Р. Петрова, В.Н. Ельского, М.Г. Шрайбера, Ю.Н. Цибина, О.П. Храбровой, В.К. Кулагина, В.Б. Лемуса того периода отмечена полезность наряду с другими противошоковыми мероп­ риятиями использования АКТГ, кортизона, питуитрина, норадреналина в торпидной фазе шока [107,109,124]. Это было немало связано с получившими широкую из­ вестность в то время работами канадского ученого Г. Селье (19511956) и предшествующими ему работами А.А. Богомольца (1909) и Кеннона (1918), согласно которым шок наступает вследствие недо­ статочности коры надпочечников. 14 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме Первоначально английское слово "стресс" (напряжение) употреблялось в нескольких значениях, преимущественно в физи­ ке, психиатрии и разговорном лексиконе. В психиатрии оно при­ менялось для обозначения душевного напряжения, в разговорной речи преимущественно для обозначения тягостных состояний. В биологической и медицинской литературе термин "стресс" по­ лучил широкое распространение благодаря исследованиям Ганса Селье, публикация которых началась в 1936 году, хотя необходимо отметить, что фундаментальные исследования реакций и состо­ яний организма, которые в настоящее время рассматриваются и обозначаются как стрессорные, начались намного раньше форми­ рования оригинальной концепции Г. Селье о стрессе. Вопрос о реакциях организма на действие чрезвычайных "сверхсильных" раздражителей, о соотношении специфических и неспецифических проявлений этих реакций являлся предметом классических исследований основоположников современной био­ логии, физиологии и экспериментальной медицины. Ч . Д а р в и н (1872) провел фундаментальные исследования выражения эмоций и аффектов человека и животных, в том числе рассматривая такие состояния, как ярость, ужас, отчаяние. В его научных работах обращено внимание на общность и тонкие раз­ личия проявлений конкретных эмоций, которые в настоящее вре­ мя мы объединяем понятием стресса. Ч. Дарвин рассматривал эти состояния как реакции, включавшие психические, поведенческие, моторные и вегетативные проявления единого целостного процес­ са. В соответствии с методическими возможностями своего време­ ни Ч. Дарвин основное внимание уделил объективным проявле­ ниям выражения эмоций. Непревзойденные по своему значению исследования Ч. Дарвина определили на многие десятилетия нача­ ло экспериментальных, биохимических и нейрофизиологических исследований данной проблемы. Классические исследования В. Кеннона (1927) показали значение САС в механизмах экстренной мобилизации организма при эмоциях. 15 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев В работах И.П. Павлова и его учеников было установлено, что в результате чрезвычайных раздражений нервной системы, вызывающих перенапряжение процессов возбуждения и тормо­ жения, "сшибки" этих процессов, срывов нервной деятельности возникают не только неврозы, но и генерализованные нарушения трофики, заболевания внутренних органов, предрасположенность к развитию опухолей. В работах А.Д. Сперанского выяснилось, что в ряде случаев самые разнообразные по характеру чрезвычайные (сверхсильные) раздражения центральной и периферической нервной системы, в том числе неспецифические раздражения гипоталамо-гипофизарной области, вызывают однотипные изменения самой нервной системы с генерализацией процесса в виде нарушений трофики, кровоизлияний, изъязвлений в желудке и кишечнике, изменения надпочечников и других органов. Это дало основания сделать за­ ключение о стандартных формах реагирования организма на дейс­ твие чрезвычайных раздражений. В монографии А.Д. Сперанского "Элементы построения теории медицины" (1935) была подчеркну­ та необходимость рассматривать болезни организма не только по их различиям, но и по сходству, определять ведущие звенья в раз­ вертывании многозвеньевых реакций. Одним из основных способов моделирования патологи­ ческих процессов являлось раздражение основания головного мозга в области гипоталамуса и гипофиза. Проводилась хирурги­ ческая операция, открывавшая доступ к гипоталамусу и гипофизу. Стеклянный шарик или смоченная спиртом горошина помещалась тотчас позади спинки турецкого седла. В результате раздражения гипоталамо-гипофизарной области возникали патологические из­ менения слизистой полости рта, кровоизлияния в легкие, кровоиз­ лияния или изъязвления в области слизистой пилорического отдела желудка, илеоцекальной области кишечника, прямой кишки. Кроме того, у подопытных животных наблюдались выраженные наруше­ ния состояния симпатической нервной системы и надпочечников. Резкие изменения клеток коркового слоя надпочечников отмеча16 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме лись уже в первые часы после раздражения головного мозга. Сходные изменения наблюдались не только при раздражении головного мозга, но и при чрезвычайных раздражениях перифери­ ческих структур нервной системы, в частности симпатических узлов, ветвей тройничного нерва, при травмах седалищного нерва и т.д. Совокупность этих данных убедительно свидетельствовала об однотипных ответах ("стандартных" формах дистрофических реакций) организма на разнообразные сверхсильные, чрезвычай­ ные раздражители и о ведущей роли нервной системы в реализа­ ции этих однотипных генерализованных ответных реакций. Начиная с 1936 года, проблема неспецифических реакций организма приобретает новое звучание в трудах канадской школы патологов под руководством Г. Селье, сконцентрировавших вни­ мание на значении гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в процессах адаптации и дезадаптации. С именем Г. Селье связано широкое распространение в научной литературе пред­ ставлений о стрессе, он предложил и обосновал концепции обще­ го адаптационного синдрома и болезней адаптации. На основании экспериментальных материалов Г. Селье ус­ тановил, что разнообразные повреждающие воздействия способ­ ны вызвать стереотипный неспецифический ответ в виде триады функциональных и морфологических изменений во внутренних органах в виде гипертрофии коры надпочечников, атрофии тимико-лимфатического аппарата и изъязвлении слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Общий адаптационный синдром характеризуется повы­ шением активности гипофиза, увеличением массы коркового слоя надпочечников с уменьшением содержания в них липидов и холес­ терина, увеличением выведения из организма кортикостероидов, инволюцией тимико-лимфатического аппарата, возникновением язв слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Возникающий при стрессе общий адаптационный синд­ ром, проходит три фазы: 1) реакция тревоги (РТ); 2) стадия резис­ тентности (CP) и 3) стадия истощения (СИ). 17 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев Реакция тревоги развивается сразу после действия чрезвы­ чайного раздражителя и продолжается в течение 24-48 часов. В ее ос­ нове лежат сложные изменения нейрогормональной и других систем и органов целостного организма, которые приводят к развитию адап­ тивных реакций. Резистентность организма изменяется двухфазно: после первоначально снижения (подстадия шока) несколько повыша­ ется (подстадия контршока). Комплекс приспособительных сдвигов в организме в этот период можно считать защитными реакциями. Если сила и продолжительность действия раздражителя не превышает компенсаторных возможностей организма, то наступа­ ет стадия резистентности. Для нее характерно стойкое и длитель­ ное повышение устойчивости организма как к фактору, вызвавше­ му стресс, так и к другим патогенным воздействиям. В результате действия сильного или часто повторяющегося раздражителя происходит истощение адаптивных возможностей организма - резистентность организма к патогенным факторам резко снижается. Следствием этого является переход реакции тре­ воги или стадии резистентности в стадию истощения, что сопро­ вождается угнетением функционирования гипофиза, надпочечни­ ков, щитовидной и половых желез, снижением содержание АКТГ и глюкокортикоидов, угнетением иммунитета. Таким образом, сни­ жается приспособляемость организма к условиям существования и устойчивость к действию сильных раздражителей. В основе общего адаптационного синдрома лежит стандар­ тная биологическая реакция, в которой ведущая роль отводится системе гипоталамус-гипофиз-эндокринные железы. Пусковые механизмы стресса реализуются через эту систе­ му, гормонами которой являются адренокортикотропный (АКТГ), соматотропный (СТГ), тиреотропный (ТТГ), вазопрессин, гонадотропные гормоны (ФСГ и ЛГ), пролактин, кортикостероиды, тиреоидные гормоны (тироксин и трийодтиронин). Одновременно акти­ вируется система симпатических нервов и мозгового вещества над­ почечников. Повышение в крови содержания катехоламинов вызы­ вает дальнейшее усиление активности гипоталамуса и гипофиза. 18 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме Оптимальной экспериментальной моделью, позволяющей исследовать адаптационный синдром при ТБ системно (на уров­ не всего организма) и местно (на тканевом, клеточном и молеку­ лярном уровнях), является нанесение животному стандартной (одинаковой по силе и месту приложения) Ч М Т в модификации В.Н. Ельского, С.В. Зяблицева (1996). Ч М Т наносится за счет свободного падения груза на фик­ сированную голову животного. Преимуществами метода явля­ ются, с одной стороны, простота и легкая воспроизводимость, а с другой - широкая возможность изменения степени тяжести трав­ мы за счет изменения силы удара. Последнее зависит от высоты и массы падающего груза. Для воспроизведения Ч М Т использу­ ют стандартное устройство, представляющее собой вертикально установленную в штативе металлическую направляющую трубку внутренним диаметром 1 см и высотой 65 см (рис. 1.1). Рис. 1.1. Устройство для нанесения стандартной травмы свободно падающим грузом. Ш - штатив; Т - металлическая труб­ ка; П - подставка 19 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев Моделирование осуществляют следующим о б р а з о м . Под легким э ф и р н ы м наркозом ж и в о т н о е располагают под трубкой таким образом, чтобы голова находилась четко под о т в е р с т и ­ ем и фиксировалась экспериментатором. В этот момент груз совершает свободное падение и последующий удар по чере­ пу животного. Таким о б р а з о м , четко стандартизуются сила и место нанесения удара. Для о т р а б о т к и силы удара подбирают грузы возрастающей массы. Важно подобрать такой груз, ч т о б удар вызывал ф о р м и р о в а н и е общего а д а п т а ц и о н н о г о с и н д р о ­ ма, не приводя к переломам костей черепа и к р о в о и з л и я н и я м (масса груза 67 г, энергия удара 0,425 Д ж ) . Модель п о з в о л я е т ис­ следовать реакции Ц Н С (отмечается в о з б у ж д е н и е ж и в о т н о г о , вокальные реакции, в некоторых случаях - наоборот, с у п о р о з ное состояние или потеря сознания, изменение тонуса конеч­ ностей, нарушение к о о р д и н а ц и и ) ; к р о в о о б р а щ е н и я (разнона­ правленные р е а к ц и и системной и регионарной гемодинамики); нейрогуморальной регуляции (состояние регуляторных систем гомеостаза) [15, 128, 136,146-148,151, 154,168, 169, 171]. О с о б ы й интерес модель вызывает в связи с в о з м о ж н о с т ь ю получения широкого спектра и н д и в и д у а л ь н ы х з а щ и т н ы х и компенсатор­ ных реакций, о т р а ж а ю щ и х р е а л и з а ц и ю р а з н о н а п р а в л е н н ы х ге­ нетических адаптационных п р о г р а м м . Действие стрессора (травмы) вызывает в организме цепь защитно-приспособительных реакций, которые включают измене­ ния нервных, гормональных, метаболических и физиологических процессов (Схема 1.1). Пусковыми являются рефлекторные реакции нервной и гуморальной систем вследствие изменения состояния экстеро- и интерорецепторов. Нейроны внебарьерных зон головного моз­ га (передний и вентромедиальный гипоталамус, гиппокамп, ядра шва и дна III желудочка) обладают прямой хемочувствительностью и также могут воспринимать информацию о составе крови и ликвора. 20 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме Схема 1.1. П р и м е ч а н и я : ГНГС - гипоталамо-нейрогипофизарная система, ГГКС - гипоталамо-гипофизарно-картикоадреналовая система, ГГТС - гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная сис­ тема, РААС - ренин-ангиотензин-альдостероновая система, СТГ - соматотропный гормон Начальные реакции при стрессе являются неспецифически­ ми, они заложены на генетическом уровне и являются эволюционно детерминированными. Реализация этих программ начинается с вы21 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев сших регуляторных висцеральных центров - подкорковых ядер (та­ ламус и гипоталамус), гиппокамп, ретикулярная формация ствола. Ведущая роль в этом процессе отведена гипоталамусу как центральному звену мозговой интеграции вегетативных процес­ сов в организме и регулятора процессов запуска общего адаптаци­ онного синдрома. Гипоталамическая область с тесно прилегающей к ней рети­ кулярной формацией является местом стыка нервной и гумораль­ ной регуляции. На уровне гипоталамо-ретикулярных структур происходит переключение нисходящих нервных влияний на гу­ моральные и гормональные, а последние опосредуются в нервные. Гипоталамическая область, осуществляя интеграцию функций ве­ гетативной нервной системы и обменно-эндокринных процессов, путем многочисленных нейрогуморальных и нейроэндокринных влияний поддерживает в организме состояние гомеостаза. Одной из важнейших гомеостатических систем организма является САС, которая быстро и сильно реагирует на действие лю­ бого стрессора. Ее активация приводит к резкому увеличению содержания в крови катехоламинов (адреналина и норадреналина). Адреналин имеет преимущественно надпочечниковое происхождение (гор­ мональное звено САС), тогда как норадреналин - выбрасывается из симпатических нервных терминалей (нейромедиаторное звено САС). Значение неспецифической активации САС, сопровождаю­ щееся повышением выработки и действия катехоламинов, заклю­ чается в срочном переключении обменных процессов и работы жизненно важных гомеостатических систем организма (ЦНС, сер­ дечно-сосудистая, эндокринная) на более высокий, энергетичес­ ки расточительный уровень, а так же в мобилизации механизмов адаптации и резистентности организма. При действии стрессора большой интенсивности (например, шокогенная травма) содержа­ ние в крови норадреналина повышается в 2 раза, а адреналина - в 6 раз. Степень активации САС коррелирует с выраженностью сис­ темных расстройств: гиповолемии, гипоксии и ацидоза. Высокий уровень катехоламинов в крови сохраняется до 48 часов после травмы, а при летальном исходе - достигает своего максимума. 22 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме Существенно возрастает и содержание в плазме крови больных с Ч М Т содержание серотонина [83], особенно при сотрясении и ушибе головного мозга средней степени тяжести. Устойчивость животных при травматическом стрессе на­ ходится в прямой зависимости от исходного функционального со­ стояния коры надпочечников. На различных моделях травматического стресса показано профилактическое и лечебное действие введения АКТГ, что про­ являлось высокими показателями артериального давления, выра­ женным расширением мозговых сосудов, менее выраженными рас­ стройствами кровообращения, рефлекторной сферы и дыхания. Функция щитовидной железы при стрессе изменяется двухфазно: сначала наблюдается ее повышение, затем угнетение. Между изменением функции коры надпочечников и щитовидной железы существуют обратные отношения. В части случаев пре­ обладает тиреоидная функция, а в других (большинство случаев) - адренокортикальная. Наряду с этим повышается утилизация тироксина тканями, что вызвает падение его уровня в крови. У животных, реагирующих на стресс возбуждением, имеется преоб­ ладание мозгового вещества надпочечников и щитовидной желе­ зы. У ж и в о т н ы х с преобладанием торможения функции нервной системы (которые были более устойчивы) преобладает адренокортикотропная функция передней доли гипофиза. При этом повы­ шение секреции АКТГ и глюкокортикоидов коры надпочечников является приспособительными реакциями, тогда как чрезмерные реакции щитовидной железы и мозгового вещества надпочечни­ ков относятся к числу патологических явлений. В настоящее время большое внимание уделено роли ин­ дивидуальных механизмов реализации стресс-реакции. Так, при травматическом стрессе выявлено четыре типа реакции САС, гипоталамо-гипофизарно-кортикоадерналовая (ГГКС) и гипофизарно-тиреоидной (ГТС) систем, а также секреции инсулина: 1) по­ вышенная активность всех исследованных систем; 2) повышенная функция САС и ГГНС на фоне сниженной - ГГТС; 3) увеличение содержания адреналина и глюкокортикоидов на фоне понижения активности ГГТС; 4) повышение концентрации глюкокортикоидов 23 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев и тиреоидных гормонов на фоне торможения САС. Для леталь­ ного исхода характерна максимальная концентрация в крови ад­ реналина, кортизола, альдостерона и инсулина на фоне снижения трийодтиронина в венозной крови. В многолетних исследования В.Н. Ельского и его школы на­ чиная с 1970 года на различных моделях травматического стресса показано, что важнейшее значение для развития защитных реак­ ций организма имеет функция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система (ГГНС), которая характеризуется фазовыми изменениями (рис. 1.2). Влияние фармакологической блокады нейросекреции на суммарное отклонение параметров ГГНС от нормы (100%) при стрессе Рис. 1.2. Секреция глюко- и минераллокртикоидов при травматическом стрессе и на фоне фармакологической коррекции ГГНС влияет на обмен биогенных аминов и активность энергетических ферментов, установлены также обратные связи регуляции (Схема 1.2). При стрессе отмечается интенсивная секреция кортикотропин-рилизинг-фактора (КРФ) гипоталамуса, АКТГ гипофиза, гор­ монов надпочечников. В первую фазу процессы биосинтеза КРФ, АКТГ и глюкокортикоидов преобладают над параллельным про­ цессом их секреции. В дальнейшем секреция КРФ, АКТГ преобла24 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме дает над их синтезом и функция надпочечников стабилизируется на высоком уровне. Далее имеет место расхождение между цент­ ральным (гипоталамус, гипофиз) и периферическим (надпочечни­ ки) звеньями регуляции. В центральном звене отмечаются резкие и значительные перепады активности. Утрачивается обратная связь и преобладает секреция КРФ и АКТГ. Надпочечники постепенно утрачивают способность адекватно отвечать на усиливающееся влияние центрального звена регуляции. Секреция глюко- и минералокортикоидов снижается, наступает стадия истощения. Схема 1.2. Примечания: КРФ - кортикотропин-рилизинг-фактор, АГТ - адреногломерулотропин, МАО - моноаминоксидаза, ДО - диаминооксидаза, ЛДГ - лактатдегирогеназа, СДГ - сукцинатдегидрогеназа 25 В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев На фоне действия антистрессорной терапии существенно нивелируется течение стрессовой реакции (см. рис. 1.2). Исчезают резкие колебания активности органов и систем (гипер- затем гипоэргические компоненты), течение стрессовой реакции более «мяг­ кое» - отсутствует перенапряжение систем катаболизма и энерго­ образования. Можно отметить, что состояние нейрогормональной регуляции при травме в литературе освещено не достаточно. Имеющиеся данные часто противоречивы, а их трактовка носит спорный характер. Мало изучены особенности функционирова­ ния центральных и периферических звеньев эндокринной систе­ мы в зависимости от локализации, характера и тяжести травмы, а также от клинического течения и исхода ТБ. Не решен вопрос о диагностической и прогностической ценности использования при ТБ различных показателей состояния эндокринной системы. Не ясно, какие гормональные сдвиги при ТБ следует рассматривать как приспособительные, а какие - как патологические. Экспериментально обоснованной при Ч М Т (В.Н. Ельский, С.В. Зяблицев, 2005) можно считать теоретическую концепцию ин­ дивидуальной реактивности организма в условиях травматическо­ го стресса: устойчивые и неустойчивые к стрессу животные имели принципиально различные варианты гормонального баланса, что являлось проявлением индивидуальной резистентности (стрессустойчивости) организма. Адаптивной (защитной) реакцией гипоталамо-нейрогипофизарной, ренин-ангиотензин-альдостероновой, центрального и периферического звеньев гипоталамо-гипофизарно-кортикоадреналовой систем являлось усиление их функ­ циональной активности, которое при гиперактивации переходило в реакцию повреждения. Общей закономерностью является также снижение функциональной активности гипофизарно-тиреоидной и гипофизарно-гонадной систем. 26 Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме Участие и роль различных комплексов и звеньев нейрогормональных систем в интегративной реакции организма на травму в разные периоды ТБ неодинаковы [69]. Они зависят от тяжести и характера повреждения, а также от реактивности и резистент­ ности регуляторных и исполнительных функциональных систем организма, определяющих особенности клинического течения и исход заболевания. Большинство из выявленных при ТБ нейрогормональных реакций следует рассматривать как биологически целесообразные, некоторые же из них (избыточные либо недоста­ точные) являются патологическими и способны утяжелить тече­ ние и ухудшить исход ТБ. 27