CC BY
112
УДК 616.831-001.31-08:612.015.86 КОРШНЯК в.о.
ДУ «1нститут невролог'И, псих/атрИ та наркологи АМН Укра'/ни», м. Харюв
НЕЙРОПЛАСТИЧНЮТЬ У ХВОРИХ ¡3 НАСАДКАМИ ЗАКРИТИХ ЧЕРЕПНО-МОЗКОВИХ ТРАВМ, ТЕРАПЕВТИЧН МОЖЛИВОСТi II АКТИВАЦП
Резюме. Нейропластичшсть — одна з важливих властивостей нервово'1 системи, що обумовлюе не тыьки вiдновлення пошкоджених функцш, але й виникнення nатологiчних сташв. Розглядаються загальш мехашзми нейропластичностi, зокрема синаптично!, наводиться И класифтащя та немедикаментозний метод стимуляци кортикального нейрогенезу.
Ключовi слова: нейропластичшсть, нейроглья, синапс, транскрашальна мтроелектростимулящя, на^дки черепно-мозковоИ травми.
ш
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НЕВРОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
ПРАКТИКУЮЩЕМУ НЕВРОЛОГУ
/TO PRACTICING NEUROLOGIST/
Одшею з важливих властивостей нервово! системи е пластичшсть — ушверсальна загальнобюлопчна категорiя. У тш або шшш мiрi та формi пластичшсть бере участь у в«х реакщях нервово! системи, забез-печуючи таким чином адекватну вщповщь на дш зо-внiшнього чинника та збереження слщу вiд ще! дп i вiд реакци на не'!. Окрiм того, пластичнiсть закрiплюе змiни, як виникли i е необхiдним мехашзмом роз-витку нервово'! системи, вона шдукуе та консолiдуе новi зв'язки, системи, що утворилися, та мiжсистемнi вщношення [3].
У нормi структурно-функщональш змiни нервово! системи вiдбуваються постшно. Вони мають кшьюс-ний характер та забезпечують адекватну дiяльнiсть нервово! системи при постшних змiнах зовшшньо-го середовища. Така пластичнiсть е фiзiологiчною. Проте пластичнiсть бере участь у виникненш та закрiпленнi не тшьки бiологiчно корисних, але й патолопчних змiн у нервовiй системi й тому умовно може бути визначена як фiзiологiчна та патолопчна нейропластичнiсть.
Бiльше того, всi динамiчнi процеси повиннi бути збалансованими для нормального функщонування органiзму в щлому, формуючи, таким чином, гомео-статичну нейропластичшсть [17], основу яко! станов-лять механiзми синаптично! стабшзацп.
Отже, шд нейропластичнiстю розумiють власти-вють нервово! системи вiдновлювати свою функцш за допомогою якiсних та кшьюсних нейрональних перебудов, змiною нейрональних зв'язюв та глiальних елементiв [18].
Без нейропластичност неможливi формування нi генотипу, ш фенотипу нервово! клiтини, ш набуття
нових навичок, нi розвиток адаптацшних механiзмiв. Нейропластичнiсть лежить в основi пам'ятi, навчання та вщновлення нервово! системи пiсля пошкодження. Будь-яке пошкодження шдукуе пластичш перебудо-ви та необхщну реорганiзацiю вiдповiдних вщдМв нервово! системи. Крiм того, вс саногенетичнi ме-ханiзми одужання реалiзуються нейропластичними процесами.
У центральнiй нервовiй системi (ЦНС) процеси нейропластичностi виникають на рiзних рiвнях (молекулярному, кл^инному, синаптичному, ана-томiчному — у цьому випадку захоплюючи великi групи нейрошв) не тiльки у вщдшах кори мозку, але й шдюркових структурах. При цьому, окрiм струк-турних змiн, мають мiсце i динамiчнi зрушення, що послiдовно змшюють одне одного [8].
Змiна функщонально! активностi синапсiв, змiна кiлькостi, довжини та конф^урацп !х активних зон, змша числа шипикiв дендритiв i синапсiв на них, формування нових синапов, регулювання ефектив-ностi синаптично! передач^ змiна порогу збудливостi потенщалзалежних мембранних каналiв — все це належить до основних механiзмiв пластичност головного мозку [16].
Одшею зi складових нейропластичностi е синап-тична пластичнiсть, що розглядаеться як властивють синапсiв реагувати на фiзiологiчнi та патологiчнi впливи змiною ефективност транссинаптично! пере-дачi iнформацi!' [1, 16]. Видшяють такi види пластич-ностi синапсiв: 1) еволюцiйна — забезпечуе розвиток простих нейронних мереж у надскладш мульти-модальнi мереж^ здатнi здiйснювати вищi психiчнi функцп; 2) онтогенетична — пов'язана з шдивщуаль-
ним розвитком особи та забезпечуе пристосування оргашзму до зовшшнього та внутршнього сере-довища; 3) фiзiологiчна — пов'язана з фiзiологiчною активацieю функщональних систем; 4) реактивна — забезпечуе короткочасну активащю синапсiв пiсля дп рiзних патологiчних факторiв; 5) адаптацшна — тривала активацiя iснуючих функщональних систем мозку в процес адаптацп органiзму до зовнiшнього середовища; 6) репаративна — забезпечуе вщновлення функщональних систем мозку шсля ix пошкодження.
Рiзнi вiддiли ЦНС мають рiзний нейропластичний потенцiал: найбiльш пластичною частиною ЦНС вважають кору головного мозку, що обумовлено рiзноманiтнiстю складовоi ii клiтинних елементiв та ix зв'язюв. Окрiм того, мае значення оргашзащя церебральних функцiй у корi, з одного боку, чггко локалiзована в певних зонах, з шшого — «розшире-на», багата на паралельш та реципрокнi зв'язки та зони перекриття, що в першу чергу характерно для таких функцш, як увага, гнозис, складш руxовi акти, мовлення [2].
Дослщження останнix роюв [10] дозволяють стверджувати, що синапс являе собою не статичне, а динамiчне утворення, нейропластичний потенщал якого лежить в основi функцiональниx змiн на ультраструктурному рiвнi. Сама структура та функщя синапсу знаходяться в постшнш змiнi вiдповiдно до дii екзогенних та ендогенних чинниюв та потреб у даний момент. Ус цi змiни становлять пластичнiсть синапсу [6]. 1снують стабiльнi, «сильш» синапси (що завжди включаються в реакцiю), змшюк^ синапси, «мовчазш» синапси (що активуються при вщповщ-них умовах); новоутвореш синапси (синаптогенез). Останнi можуть виникати при посилених наванта-женнях, а також, що особливо важливо, в умовах патологи, та бути мехашзмом ii подальшого розвитку.
Вс щ синапси належать до класичних (деколи ix називають синапсами Екклса). У даний момент пильну увагу дослщниюв привертають синапси Хеб-ба, який показав, що при одночаснш активацп двох ней-ронних популяцiй мiж ними встановлюються функщональш зв'язки. 6 також дат, що вони беруть участь у формуванш патологiчниx iнтеграцiй у ЦНС.
Окрiм того, виявлено, що деяю синапси здатнi регулювати власну актившсть — це явище називаеться метанейропластичшстю [11].
Як змiну бюелектрично'1' активностi iзольованиx нервових клiтин та синаптичних зв'язюв у системi взаемодтчих центрiв можна уявити нейропластич-шсть на нейрофiзiологiчному рiвнi.
Стабiльнiсть роботи систем кори головного мозку шдтримуеться роботою шпб^орних встав-них ГАМК-нейрошв, що блокують горизонтальнi зв'язки, особливо мiж пiрамiдними клiтинами, в нормальних умовах. Але шд час сенсорно'1' депри-вацii iнгiбування пригнiчуеться, i зв'язки в серед-инi кори стають функщонально активними, що е основою короткочасних нейропластичних змш. Цьому процесу сприяе також особливють таламо-
кортикальних зв'язкiв та механiзмiв, в основi яко! е швидка змiна рiвня збудливостi нейрошв i синапсiв при модулящ! ГАМК-шпбування [15].
Окрiм того, нейроглiя вшграе провiдну роль у модулящ! нейронально! активностi. Обмiнюватися мiж собою шформащею глiальнi клiтини можуть за допомогою потоку мiжклiтинного кальцiю та шляхом хiмiчних месенджерiв. Але потрiбно вщзначити, що мiкроглiя знаходиться пiд контролем iз боку нейронiв. При пошкодженш нейронiв контроль послаблюеться та мжротя розгальмовуеться, видiляе цитокiни, що викликають загибель змiнених нейронiв i шсля фагоцитують !х [15].
Астроцити завдяки анатомiчному розмiщенню мiж синапсами i судинами являють собою важливу скла-дову нейроваскулярного бар'ера, що регулюе енер-гетичний метаболiзм. За рахунок вившьнення ней-ротрансмiтерiв та шших позаклiтинних сигнальних молекул глiя може регулювати збуджешсть нейронiв, а також модулювати активнiсть синаптично! передачi в нейрональних мережах у щлому.
Блальш клiтини мають виражену мiнливiсть фенотипу. 1хня морфологiя зазнае значних змш шд час мiграцi'í, спещалiзащí та дегенерацп нейронiв. Таким чином, астроцити повинш постiйно пристосовува-тися до змш, що виникають у структурi речовини головного мозку [9].
Було показано, що новi нейрони можуть утворю-ватися в головному мозку [12] та вшгравати певну роль у навчанш, запам'ятовуванш, що реалiзуються шляхом модуляцií' нейросинаптичних зв'язюв, ви-никнення нових контактiв та формування нейро-нальних мереж.
Вважають, що в основi клМчного прояву струсу мозку лежить асинапия, переважно функцiональна. Морфолопчним субстратом струсу мозку е порушення коло!дно! рiвноваги в нейронах, що призводить до набряку синапшв та блокади аферентних i еферент-них нервових iмпульсiв. У бiльш тяжких випадках до них приеднуеться порушення ультраструктури осьових цилiндрiв нейрошв у результат лшшного або кругового прискорення, що викликае змщення великих швкуль щодо жорстко фiксованого стовбура. У результат цього мае мюце натяжшня та скручуван-ня довгих аксошв у глибинi бiлоí' речовини швкуль, мозолистому тш та стовбурi.
Унаслщок цього вiдбуваються такi змiни: реф-ракцiя та розрив аксонiв iз виходом аксоплазми iз нейрона, надалi йде формування реакщ! мжрогль оципв та астроцитiв iз подальшою демiелiнiзацiею провiдних шляхiв у бiлiй речовиш мозку. Аналiз ультраструктурних змiн дозволяе зробити висновок, що мшенню пошкоджуючо! дп та основною ареною шсля травматичного процесу е кл^инш мембрани. Найбшьшу питому вагу в ультраструктурному суб-стратi струсу мозку займають змши синаптичного апарату.
Проведенi морфометричнi дослщження через шв-року та рж пiсля експериментально! ЧМТ показали,
що кiлькiсть глiальних клiтин у травмованш пiвкулi збiльшилося щодо контролю у 2 рази. У дшянщ ядер гшоталамуса цей коефiцiент дорiвнював 1,7. При-чому iндекс «нейрон — гл!я» у травмованiй пiвкулi був у 3 рази нижчим. Але потрiбно вiдмiтити, що функцюнально активнi нейрони, а також нейрони з вираженою гiперфункцiею були у значнш кiлькостi в травмованiй швкуль У всiх вiддiлах мозку проходило вщновлення морфофункцiонального стану синапсiв, мали мюце процеси виражено! внутрiшньоклiтинно! регенерацп, що сприяе функцiональному вщновлен-ню значно! частини нейронiв [4]. Тобто мае мшце нейрогенез у процес пiслятравматично! нейроплас-тичностi.
Перiод вщновлення пiсля закрито! черепно-моз-ково! травми може займати вщ декiлькох тижшв до декiлькох рокiв залежно вщ зони пошкодження головного мозку. Шсля певного латентного перiоду запускаються внутршш нейропротекторнi реакцп, що призводять до активацп механiзмiв реактивно! та репаративно! нейропластичностi. Перша е безпо-середньою вщповщдю на пошкодження нейронiв, що збереглися, в той же час, як при репаративнш нейропластичносп, включаються в« компенсаторно-вiдновлювальнi механiзми [14].
1снуе декiлька напрямкiв регуляцп синаптично! пластичностi мозку: 1) вибiрковий вплив на певш ком-поненти системи мжнейронно! трансдукцп (рецепто-ри, юнш канали) та рiзнi рiвнi внутршньоклггинно! регуляторно! системи; 2) пiдвищення адаптивних можливостей нейрошв головного мозку в цшому; 3) цiлеспрямована нейропротекцiя за допомогою рiзних медикаментозних та немедикаментозних засобiв [2]. Самi механiзми нейропластичност мозку дуже рiзнi, а найбшьш удосконалений при пошкодженнi мозку — регенеращя, що мае макро- та мiкрорiвень. Макро-рiвень пов'язаний зi змiною мереж структури мозку, що забезпечуе сполучення мiж рiзними дшянками в межах кожно! пiвкулi та мiж пiвкулями. У мiкрорiвнi проходять молекулярш змiни власне в нейронах та синапсах. На цих рiвнях нейропластичшсть включае швидкi та повшьш процеси, що дае можливiсть ви-дiлити два етапи у вщновленш ушкодженого мозку. Перший етап — мехашзми нейропластичностi швидко демаскують та посилюють юнукт нервовi шляхи. Другий етап — формуються новi структурш змiни. Однак використання нейропластичностi можливе лише при збереженш пiдкiркових зв'язюв. Сам мозок надiлений регенерацiйною здатшстю тiею мiрою, в якiй це доцшьно в еволюцiйному аспектi розвитку да-ного виду. Тодi виникае запитання: що обмежуе нейрогенез при пошкодженш мозку, який потрiбний для вщновлення? Численнi експерименти показали, що низька регенерацшна властивiсть мозку не обумовле-на внутрiшнiми обмеженнями потенщалу розмiщених у ньому невральних клггин-попередниюв, а швидше за все вщображае вiдсутнiсть вiдповiдних сигналiв мжрооточення, якi необхiднi для нейронально! ди-ференцiацi! [13]. Все це стимулювало пошук такого
системного впливу, який б викликав рух молекул власне в нейронах та в !х оточенш, тобто переводячи мозок у новий функщональний стан. Оскшьки бшь-шють молекул мае заряд, подiбне збурення в мозку можна викликати за допомогою зовшшшх слабких iмпульсних токiв, що за сво!ми параметрами набли-жаються до бiотоков самого мозку. У зв'язку з цим було висунено припущення [7], що повшьнохвильова (0,5—6 Гц) бюактившсть мозку обумовлюе здатнiсть дитячого мозку до вщновлення пошкоджених функ-цiй. Тад транскранiальна мiкроелектростимуляцiя мозку з пею ж частотою струму буде запускати подiбнi механiзми в доросло! людини. При цьому молекулярнi зрушення скорше за все будуть у мiжклiтиннiй рiдинi та на поверхнi кл^ин — найбiльш сильно почнуть коливатися малi молекули в мiжклiтиннiй рщиш, низькомолекулярнi регуляторнi фактори, слабко пов'язаш з клiтинними рецепторами, вiдiрвуться вщ них, змiнюються потоки iонiв iз клiтини в клiтину i т.д. Вщповщно даний метод викликае негайну змшу в мiжклiтинному середовищi в мющ пошкодження, змiнюе патологiчний гомеостаз та шдукуе перехiд до нових функщональних вiдношень у речовинi мозку. У результат клШчна картина захворювання швидко покращуеться, а нейродефiцит зменшуеться. Все це здiйснюеться за допомогою гомеостатично! нейро-пластичностi.
Таким чином, знаючи патофiзiологiчнi механiзми, що лежать в основi нейропластичностi як на макро-, так i на мжроскошчних рiвнях, можна вдосконалити терапевтичнi методи з вщновлення втрачених функцiй у хворих iз вiддаленими наслiдками закритих череп-но-мозкових травм.
Список лператури
1. Боголепов Н.Н. Ультраструктура синапсов в норме и патологии. — М, 1975.
2. БоголеповаА.Н, Цуканова Е.И. Проблема нейропластич-ности в неврологии // Мiжнародний неврологiчний журнал. — 2010. — № 8(38). — С. 69-72.
3. Дисрегуляционная патология нервной системы (Под ред. Е.И. Гусева, Т.Н. Крыжановского). — М.: ООО «МИА», 2009. — 512 с.
4. Копьев О.В. Ультраструктурный и ультрацитохимический анализ экспериментального сотрясения головного мозга. — Киев: Наукова думка, 1988. — 38 с.
5. Лескова Г.Ф., Крыжановский Т.Н. Дисрегуляция обмена фосфолипидов нейрональных мембран в патологии нервной системы //Журнал неврологии и психиатрии. — 2010. — № 6. — С. 102-106.
6. Скребицкий В.Г. Синаптическая пластичность как проблема нейрофизиологии // Вестник РФФИ. — 2004. — № 4. — С. 5-81.
7. Харченко Е.П. Транскраниальная электростимуляция индуцирует быстрые механизмы пластичности в мозге //Докл. РАН. — 2001. — Т. 378, № 5. — С. 708-710.
8. Agnati L.F., Guidolin D, Fuxe K. The brain as a system of nested but partially overlapping networks. Heuristic relevance of the model for brain physiology and pathology // J. Neurol. Transm. — 2007. — № 114. — P. 3-19.
9. Chen R., Cohen G. Nervous system reorganization following injury // Neuroscience. — 2002. — № 111 (4). — P. 761-773.
10. Foeller E, Feldman D. Synaptic basis for developmental plasticity in somatosensory cortex // Curr. Opin. Neurobiol. — 2004. — № 14-p. — 89-95.
11. Finney E, Fine I., Dobkines K. Visual stimuli activate auditori cortex in the deaf// Nat. Neurosci. — 2001. — № 2. — P. 1171-1173.
12. Gould E, Reeves A.J., Graziano M.S. et al. Neurogenesis in the neocortex of adult primates // Science. — 1999. — № 15. — P. 548-552.
13. Horner P.J., Gage F.N. Generating the damage central nervous system //Nature. — 2000. — Vol. 407, № 6807. — P. 963-970.
14. Johansen-Berg H, Dawes H, Guy C. Correlation between motor improvements and altered MRI activity after
rehabilitative therapy // Brain. — 2002. — № 125(12). — P. 2731-2742.
15. Luppino G, Rizzolatti G. The organization of the frontal motor cortex//News Physiol. Sci. — 2000. — № 15. — P. 219-224.
16. Manto M, Oulad ben Taib N, Luft A.R.. Modulation of excitability as an early change leading to structural adaptation in the motor cortex//J. Neurosci. Res. — 2006. — № 83 (2). — P. 177-180.
17. Turrigano G, Nelson S. Homeostaticplasticity in the developing nervous system // Nat. Neurosci. Rev. — 2004. — № 5. — P. 97-107.
18. Wayne D.C. Neuroplasticity in mood disorders // Dialog Clinical Neurosci. Neuroplast. — 2004. — № 6. — P. 199-216.
OmpuMaHO 15.08.11 D
Коршняк В.А.
ГУ «Институт неврологии, психиатрии и наркологии АМН Украины», г. Харьков
НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ У БОЛЬНЫХ С ПОСЛЕДСТВИЯМИ ЗАКРЫТЫХ ЧЕРЕПНО-МОЗГОВЫХ ТРАВМ, ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ АКТИВАЦИИ
Резюме. Нейропластичность — одна из важных особенностей нервной системы, которая обусловливает не только восстановление поврежденных функций, но и возникновение патологических состояний. Рассматриваются общие механизмы нейропластичности, а именно синаптической, приводится ее классификация и немедикаментозный метод стимуляции кортикального нейрогенеза.
Ключевые слова: нейропластичность, нейроглия, синапс, транскраниальная микроэлектростимуляция, последствия черепно-мозговой травмы.
Korshnyak V.O.
SI «The Institute of Neurology, Psychiatry and Narcology of the AMS of Ukraine», Kharkiv, Ukraine
NEUROPLASTICITY IN PATIENTS WITH CONSEQUENCES OF CLOSED CRANIOCEREBRAL INJURIES, THERAPEUTIC POSSIBILITIES OF ITS ACTIVATION
Summary. Neuroplasticity is one of the important features of the nervous system which determines not only the restoration of the damage functions, but also the occurring of the pathological conditions. There were discussed the general mechanisms of neuroplasticity, especially synaptic, there was given its classification and non-medicamental method of stimulation of cortical neurogenesis.
Key words: neuroplasticity, neuroglia, synapse, transcranial microelectrostimulation, consequences of closed craniocerebral injury.
