пластичность нервной системы - Белорусская медицинская
реклама
ПЛАСТИЧНОСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА Г.Г. Шанько, Ю.Г. Шанько, Н.Г. Барановская Беларусская медицинская академия последипломного образования, Минский городской центр медицинской реабилитации детей с психоневрологическими заболеваниями у детей г.Минск Резюме. В представленной работе обсуждается сущность нейропластичности, дано ее определение. Указаны различные теоретические аспекты нейропластичности (физиологическая и патологическая) и пути ее реализации на различных уровнях (клеточном, синаптическом, биохимическом, молекулярном, органном, системном), выраженность пластичности в разных возрастных группах. Приводятся данные о скорости протекания нейропластичности (быстрая и медленная) и ее изменения в процессе обучения, возможность возникновения новых анатомических связей при повреждении головного мозга. Отмечены различия нейропластичности у животных и человека в плане самосохранения при внезапно возникающих изменениях внешней среды. Ключевые слова: пластичность, нейротрофичность, нейропротекция, головной мозг. Организм человека, как единая сложная функциональная система, характеризуется относительным динамическим постоянством внутренней среды и устойчивостью основных физиологических функций. Это в широком плане регулируется в основном генетическим гомеостазом, который обеспечивает максимальную жизнедеятельность, в том числе приспособляемость организма к условиям его существования. Компенсаторные процессы, как ведущий фактор адаптации организма на повреждение, присущи различным органам и тканям, но наиболее выражены в нервной системе и рассматриваются как пластичность нервной системы (нейропластичность). Приводятся различные определения пластичности нервной системы. Наиболее приемлемым в русско-язычной литературе является определение Е.И. Гусева и П.Р. Камчатнова [2 ]. Они рассматривают нейропластичность как способность нервной ткани изменять структурно-функциональную организацию под влиянием экзогенных и эндогенных факторов. Это обеспечивает адаптацию организма и эффективную его деятельность в условиях изменяющейся внешней и внутренней среды. Пластичность нервной системы способствует закреплению в памяти возникающих изменений, что необходимо для развития центральной нервной системы (ЦНС), приобретению новых навыков; она является основой памяти, обучения, формирования новых рефлексов, восстановления функции ЦНС после ее повреждения. Потенциал нейропластичности наиболее высокий в коре полушарий большого мозга в связи с наличием в ней различных в функциональном отношении клеток и многочисленных их связей. В то же время существенная роль и других отделов головного мозга – таламуса, ствола, ретикулярной формации, лимбической системы, а также глиальных структур. Установлено, что пластические изменения в различной форме осуществляются и совершенствуются во всех клетках и тканях организма. В этой связи пластичность является универсальным общебиологическим процессом, направленным на сохранение жизни на земле в условиях изменяющейся внешней среды [10 ]. Любые регулирующие церебральные воздействия на деятельность органов и тканей возможны благодаря нейропластичности. Она регулирует лабильность – скорость протекания элементарных физиологических реакций, гомеостаз, нейротрофику, обмен веществ и различные приспособительные реакции организма. Еще в 1972г. писали о том, что под пластичностью следует понимать любые изменения эффективности или направленности связей между нервными клетками, которые по длительности превышают обычные синаптические или импульсивные процессы. Предложена и другая точка зрения на нейропластичность, которая в 2008г. обсуждалась на 4-м конгрессе по нейропротекции и нейропластичности. Было высказано мнение, что фундаментальными биологическими процессами, постоянно протекающими в нервной системе, являются нейротрофика – естественный процесс, подразумевающий пролифекацию, нейропротекция миграцию, – дифференциацию комплекс механизмов, факторам и нейропластичность и выживание нервных противодействующий клеток; повреждающим – процесс постоянной регенерации в случае естественного или патологического повреждения, адаптирующий нервную систему к новым функциональным условиям. Однако при таком понимании эти три фундаментальных биологических процесса не имеют четко выраженных границ. Они наслаиваются и смешиваются друг с другом. К тому же эти процессы разделяют по механизму действия на абсолютные и относительные, что также невозможно дифференцировать в каждом конкретном случае и пока не имеет практической значимости. По нашему мнению, нейротрофика (в новом понимании) не является самостоятельным нервным процессом, а представляет собой механизм действия нейропластичности, хотя эти механизмы еще полностью не изучены. Следует также учитывать, что нейропротекция по механизму активации является как естественной (т.е. врожденной – генетически детерминированной, примером может быть неспецифический иммунитет, наличие болевой и противоболевой системы и др.), так и фармакологической, повышающей активность пластической функции. С учетом приведенных данных в настоящее время вряд ли целесообразно расчленять нейропластичность и пластическую функцию других органов и тканей – как ведущий фактор сохранения организма в ответ на эндогенные и экзогенные повреждения, на отдельные физиологические фрагменты. Необходимо более детально изучать протекающие при этом процессы и научиться управлять ими. Экспериментальными исследованиями на животных было установлено, что нейрональная пластичность сопровождается изменениями структуры астроглии, модификацией размеров астроцитов, увеличением зон контактов астроцитов и синапсов, площади отростков дендридов, количества синапсов, дополнительных (запасных) зон конкретных анализаторов стимуляцией других и другими процессами, протекающими в нервной и глиальной ткани [ 4,6,19 ]. Изучение в эксперименте нейропластической функции, несомненно, является важным для понимания этого теоретически и практически значимого процесса, но нельзя результаты экспериментальных исследований у животных всецело переносить на человека. Известно, что в животном мире хорошо развита способность чувствовать («предсказывать») события, которые должны свершиться. Например, дикие животные накануне землетрясения или наводнения спешно покидают насиженные места, птицы улетают на зимовку в теплые края еще до наступления холода. Это так называемое предвидение или шестое чувство. В настоящее время этим вопросом занимаются нейропсихологи Вашингтонского университета под руководством профессора Джошуа Брауна. Ими было установлено, что центр предвидения расположен в корковых структурах лобной доли головного мозга, откуда идут сигналы грозящей опасности. А может ли человек предсказывать события, которые должны свершиться? Официальная наука это отрицает, хотя известны случаи правильного предвидения некоторых событий даже через несколько столетий. Имеются в виду сбывшиеся пророчества Нострадамуса [8], Тимура (возможное), предсказания евангелистов, современных прорицателей – Ванга (Болгария), Глоба (Россия) и многие другие. В перечень известных предсказаний будущего не случайно включены предсказания евангелистов, ибо в настоящее время нет противопоставления материалистической науки религиозной идеологии. Материальное и духовное – едины, как едины теория и практика медицины. «Голая» теория без практики мертва, а практика без теории слепа. Известный исследователь работы мозга академик Н.П. Бехтерева (внучка ученого с мировым именем В.М. Бехтерева) в одном из своих выступлений сказала, что изучение мозговой деятельности подтверждает религиозные воззрения. К сожалению, эти вопросы рассматриваются парапсихологами, астрологами и другими экспертами схоластического направления. Возможно, это и хорошо, что человек практически не может достоверно прогнозировать социальное и биологическое будущее, хотя якобы имеет для этого морфологические церебральные структуры. На всех этапах жизни происходят структурные и функциональные изменения нервной системы. Они обеспечивают адекватную деятельность мозга в зависимости от потребностей организма в определенный возрастной период. Это требует изменения воззрений на церебральную патологию у новорожденных и детей раннего возраста. Еще и теперь повсеместно пишут о том, что одной из причин частой встречаемости неврологических расстройств на этом этапе жизни является незрелость мозга. А зачем новорожденному или ребенку грудного возраста иметь зрелый мозг, окончательное созревание которого заканчивается в 21-24 года? Поэтому правильнее говорить об особенностях строения мозга, но не о его незрелости. Известно, что наибольшей пластичностью обладает мозг в раннем онтогенезе. По образному выражению П.К. Анохина [1], «онтогенез мозга идет навстречу экологии». В первую очередь идет развитие тех нервных центров, которые обеспечивают после рождения выживание и адекватное приспособление организма к новым условиям существования. Установлено, что с возрастом снижается пластичность нервной системы, которая выражена не одинаково в различных отделах мозга. Начиная с 50 лет вес мозга снижается на 2-3% за каждое десятилетие. У пожилых людей (после 60 лет) мужского пола объем лобных долей уменьшается на 12%, височных на 9% при минимальном изменении объема теменных и затылочных долей. У женщин при старении наиболее выражено уменьшение теменных долей [14 ]. В возрасте 90 лет наступает потеря 10% из 20 миллиардов нейронов, а взрослый человек каждую секунду теряет 1 нейрон [4,15]. В оставшихся «выживших» нейронах изменяется проницаемость оболочки, снижается объем перикариона, количество миелинизирующих волокон и синапсов. Однако эти изменения в большинстве случаев носят субпороговый характер и не сопровождаются очаговыми и мнестическими нарушениями. По результатам патоморфологических исследований у 18-65% лиц пожилого возраста обнаружены изменения, аналогичные таковым при болезни Альцгеймера, но без деменции [4,15]. При этом существенным барьером между изменениями эволюционного характера или прогрессирующим патологическим процессом является так называемый «церебральный резерв» [4]. Основные его составляющие – количество клеточных элементов и проводящих путей, а также эффективность их функционирования и способность формирования новых церебральных путей и способов передачи сигналов. На выраженность нейропластических изменений влияют климатические условия, двигательная активность, питание, загрязнение окружающей среды и других факторов природного или искусственного происхождения. Весьма существенная роль обучения и образования, что доказано клиническими и экспериментальными исследованиями. Еще в 1928г. Рамон-и-Кахаль [20] обосновал положение о том, что совершенствование нервной системы обосновано жизненным опытом (праксисом). Это приводит к образованию новых нервных отростков, увеличению синаптических связей между нейронами и возникновению новых функциональных систем. Такие «клеточные ансамбли» являются единицами памяти [21]. В процессе обучения наступают нейропластические изменения в виде реорганизации работы синапсов и ремоделирования нейрональных сетей [6 ]. Установлена связь между уровнем образования и ветвистостью (арборизацией) дендритов [17]. Наибольшее дендритное поле имело место у лиц с высшим образованием, значительно меньшее при среднем образовании и минимальное при низком образовании. Аналогично с этим был меньшим риск болезни Альцгеймера у лиц с академическим образованием, постоянной творческой деятельностью и большими размерами головного мозга, а при низком уровне образования и небольшими размерами головного мозга риск деменции был выше в 4 раза [15]. Различают быструю и медленную нейропластичность. Первая обычно наступает при острых стрессовых ситуациях (угроза жизни и благополучию, защита, нападение и др.). В ее основе лежит активация в коре головного мозга ранее не задействованных горизонтальных связей и изменением синаптической передачи. При этом облегчаются процессы нейропластичности вследствие глутаматергических NMDA-рецепторов, норадренергических, дофаминергических и серотонинергических рецепторов. В случае активации тормозных ГАМК-А-рецепторов наступает снижение интенсивности нейропластичности [10,13]. Поистине неисчерпаемы возможности нейропластичности. Они обусловлены особенностями строения и функционирования головного мозга и изменения его деятельности в ответ на воздействие различных повреждающих факторов. Известно, что каждая функция организма имеет свое корковое представительство, но в то же время все области коры являются функционально многозначимыми. Нет таких областей коры, которые бы обеспечивали только одну конкретную функцию, однако деятельность некоторых из них является доминирующей для данной функции, а другие, расположенные вблизи и на отдалении, имеют второстепенное значение и могут компенсировать соответствующие нарушения вследствие повреждения центрального отдела. Активизация центральной нейроплатичности особенно выражена при различных повреждениях мозга, особенно при инсультах и черепно-мозговой травме с двигательными нарушениями. Возникает усиленная пластическая реакция сохранившихся нейронов в зоне поражения, образуются новые межнейронарные связи, наступает перестройка аналогичных по функциям нейронов, ранее не задействованных и расположенных на отдалении от зоны повреждения; регенерирующие нейроны освобождаются от других функциональных нагрузок путем исчезновения с их поверхности афферентных синапсов и их замещения глиальными клетками [3,9]. Возникают новые межнейрональные связи, что сопровождается выраженной структурнофункционарной реорганизацией работы мозга. Изучение нейропластических процессов при инсультах и черепно-мозговой травме позволило несколько изменить проведение реабилитационных мероприятий. Было установлено, что чрезмерно активная нагрузка на пораженные конечности в первые 2 недели от начала болезни неблагоприятно влияет на восстановление двигательных нарушений и увеличивает очаг поражения [4,5,16]. Это может быть обусловлено повышенным образованием глутамата и катехоламинов, вызывающих повышенную возбудимость нейронов в перифокальной зоне [18]. Более интенсивно нагрузку на пораженные конечности рекомендуется проводить после стабилизации повреждения, что, по мнению И.В.Дамулина [4] обусловлено активизацией синаптогенеза. Восстановление утраченных функций после инсульта замедляется при назначении бензодиазепинов, фенобарбитала и фенитоина [5]. Вследствие усиленных пластических реакций при поражении ЦНС нередко возникает выраженная структурно-функциональная реорганизация мозга и он иногда приобретает новые необычные свойства. Описаны единичные случаи, когда после перенесенной тяжелой черепно-мозговой травмы или удара молнии человек может читать закрытый сверху текст, видеть через кожу внутренние органы и даже обладать определенным даром предвидения. К восстановлению утраченных функций, т.е. к нейропластичности имеют отношение диасхиз (феномен Монакова) – выпадение функций нейронов, возникающее при внезапном прекращении поступающих к ним возбуждающих импульсов из-за повреждения рядом расположенных или (реже) находящихся на отдалении участков мозга. Этот феномен может встречаться при различных патологических процессах, в том числе при ишемических инсультах. В ишеминизированном участке мозга происходят необратимые нейробиологические изменения в нейронах, как наиболее чувствительных к гипоксии. Менее чувствительные к недостатку кислорода клетки макроглии и еще меньше микроглии. В периферической части ядра инфаркта находится зона с редуцированным кровотоком, не вызывающим гибели нейронов, но они находятся в нефункционирующем состоянии («ишемическая полутень»). Функция этих нейронов может восстанавливаться при снижении отека и улучшении кровоснабжения. Такое состояние рассматривается как динамоз (от греч. dinamys – сила, усилие) [3]. Следовательно, часть нейронов не функционирует (как бы отдыхает), чтобы сохранить самого себя. О наличии диасхизадинамоза можно судить в том случае, когда вскоре после инсульта уменьшается выраженность двигательных нарушений. Новым разделом в нейропластичности и в медицине в целом является проблема стволовых нервных клеток, которые в небольшом количестве находятся в головном мозге человека и возможна их дифференциация в нейроны. Это поколебало классическое представление о том, что в организме человека новые нервные клетки не возникают. Еще примерно 25 лет тому назад в передаче зарубежного радио сообщалось о том, что учеными из США обнаружены в височной доле мозга новые нейроны, но неизвестна причина их возникновения и значение. Теперь ясно, что они формируются из стволовых клеток для продолжения жизни, стабилизации ума и праксиса. Широкое использование имплантации в мозг стволовых клеток – вопрос будущего. Однако в настоящее время эти операции уже проводятся, особенно в Москве и Санкт-Петербурге, а на Украине уже более 10 лет профессор В.И.Цымбалюк проводит имплантацию эмбриональных и стволовых нервных клеток при детском церебральном параличе и другой неврологической патологии, и с достаточной эффективностью. С учетом приведенных данных о механизмах нейропластичности необходимо кратко ответить на вопрос: а что нам дает нейропластичность? Она в меру своих возможностей защищает организм от патогенных внешних и внутренних воздействий и сохраняет жизнь с оптимальным (или адекватным) функционированием различных органов и тканей. Она не дает возможности возникновения болезни у всех зараженных во время даже самых тяжелых эпидемий и пандемий. Хорошо известна частота возникновения полиомиелита у инфицированных диким полиовирусом во время вспышек и эпидемий этой болезни в довакцинальный период (до 1959г). Установлено, что у 90% и более инфицированных лиц носительство вируса бессимптомное, у 4-8% наблюдается абортивный, или висцеральный полиомиелит, в 1% случаев – непаралитическая (менингеальная) форма болезни и только у 0,1-1% инфицированных возникают парезы и параличи [12]. При восточном клещевом энцефалите у многих местных жителей были обнаружены антитела к возбудителю этой болезни, хотя у них не было клиники заболевания [11]. Все это является результатом хорошего функционирования защитной пластичности. В настоящее время имеет место снижение потенциала физиологической нейропластичности. Это обусловлено загрязнением внешней среды, что приводит к экологической дезатаптации детей, необоснованным частым приемом различных медикаментов, полученных путем химического синтеза и другими причинами. Для активации нейропластичности были использованы различные нейропротекторы: актовегин, кортексин, церебролизин, милдронат, нейромидин, карнитина хлорид, мексидол, пиридоксин и другие [7]. Мы также применяем антигомотоксические средства: коэнзим композитум, церебрум композитум, траумель, нервохель и др. Весьма перспективны исследования о наномедицине для адресной доставки лекарств при помощи полимерных наночастиц. Следует отметить, что наряду с полезной (физиологической) нейропластичностью существует и патологическая пластичность. Патологическая нейропластичность проявляется в том, что при включении механизмов нейроплатичности при повреждении мозга возникают новые ошибочные межнейрональные связи, которых не было в норме. Они нередко усугубляют имеющиеся церебральные расстройства или способствуют возникновению новых нарушений. Постепенно под влиянием патологической пластичности повышается активность деятельности патологических функциональных систем и они становятся резистентными к различным, в том числе медикаментозным, воздействиям. Патологическая пластичность способствует возникновению генераторов патологического возбуждения. На основании этих данных Г.Н.Крыжановский предложил новую теорию боли вследствие формирования генератора патологически усиленного возбуждения в анатомических структурах ноцицептивной системы. С позиции пластической перестройки деятельности мозга можно объяснить патогенез многих форм эпилепсии, которая обусловлена цикличностью возбуждения по вновь сформированным кольцевым связям. По нашему мнению таков механизм большинства симптоматической эпилепсии при детском церебральном параличе, которая по данным нашего диссертанта В.В. Голиковой встречается у 28 % больных. Патологически эффекты нейропластичности в эксперименте и клинике детально изучаются Г.Н. Крыжановским. Автор рассматривает пластичность, как некую силу, которая формирует и закрепляет не только биологически полезные, но и патологические связи и системы. Слава Богу, что в жизни чаще встречается физиологическая пластичность, чем патологическая, хотя последняя изучена недостаточно. Список литературы 1. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы.- М:Медицина, 1980. 2. Гусев Е.И., Камчатнов П.Р. Пластичность нервной системы//Журн. неврол. и психиат.-2004.-№3.-С.73-79. 3. Гусев Е.И., Коновалов А.Н., Бурд Г.С. Неврология и нейрохирургия. – М:Медицина, 2000.- 656с. 4. Дамулин И.В. Основные механизмы нейропластичности и их клиническое значение// Журн. неврол. и психиат.-2009.-№4(109).-С.4-8. 5. Дамулин И.В., Кононенко Е.В. Статолокомоторные нарушения у больных с полушарным инсультом// Клин. геронтол.- 2007.-№8.-С.42-49. 6. Живолупов С.А., Самарцев И.Н. Нейропластичность: патофизиологические аспекты и возможности терапевтической модуляции// Журн. неврол. и психиат.2009.-№4(109).-С.78-85. 7. Зозуля И.С., Мартыненко В.Ю., Майструк О.А. Нейропротекторы, ноотропы, нейрометалоболиты в интенсивной терапии поражений нервной ситстемы.- Киев: Интермед, 2005.-132с. 8. Кинг Ф., Скиннер С. Нострадамус: сбывшиеся пророчества и предсказания на будущее тысячилетие/ Пер. с англ.- М.:Издательский дом «Ниола-Пресс», 2000.176с. 9. Крыжановский Г.Н. Дизрегуляционная патология// В кн.: Дизрегуляционная патология/ Под ред. Г.Н. Крыжановского.-М.: Медицина, 2002.-С.18-78. 10. Нейропластичность// Дизрегуляционная патология нервной системы/ Под ред. Е.И. Гусева, Г.Н. Крыжановского.- М.:Медицинское информационное агентство, 2009.-С.32-44. 11. Протас И.И. Энцефалиты// Энциклопедия детского невролога/ Под ред. Г.Г. Шанько.- Минск: «Белоруская энцыклапедыя», 1993.- С. 527-534. 12. Руцкий А.В., Шанько Г.Г. Нейроортопедические и ортопедоневрологические синдромы у детей и подростков.- Минск, 1998.-336с. 13. Butefisch C.M. Plasticity in the human cerebral cortex: lessons from the normal brain and from stroke// Neuroscientist.- 2004.- Vol.10.-P.163-173. 14. Cowell P.E., Sluming V.A., Wilkinson L.D. et al. Effects of sex and age on regional prefrontal brain volume in two human cohorts// Eur. J.Neurosci.- 2007.-Vol.25.-P.307318. 15. Drachman D.A. Aging of the brain, entropy and Alzheimer disease// Neurology.- 2006.Vol.67.-P.1340-1352. 16. Grotta J.C. et. al. Constraint-in duced movement therapy// Stroke.- 2004.- Vol.35. Suppl.1.- P.2699-2701. 17. Jacobs B., Schall M., Scheibel A. A quantitative dendritis analysis of Wernicke’s area. 11 Gender, Hemispheric and environmental factors// J. Comp. Neurol.- 1993.- Vol.237.P.97-111. 18. Johansson B.B. Brain plasticity and stroke rehabilitation// Stroke.-2000. Vol.31.-P.223230. 19. Nieto-Sampedro M.., Nieto-Dias M. Neural plasticity: changes wits age// J. Neural. Trans.- 2005. V.112.- P.3-27. 20. Ramon-y-Cajal S. Degeneration and Regeneration of the Nervous System.- London: Oxford Univ. Press,1928/ 21. Singer W. Development and plasticity of cortical processing architectures// Science.1995.- Vol.270.-P.758-764.
