Патофизиология нервной системы

Этиология и патогенез патологических процессов в нервной системе, наряду с общностью с этиологией и патогенезом нарушений деятельности других систем и органов, имеют свои особенности. Общность, прежде всего определяется единством основных молекулярных, мембранных и клеточных процессов в нейроне и соматической клетке, а особенности – специальной функцией нервной системы, которая характеризуется как важнейшая интегративная система организма.

Патогенные факторы, вызывающие повреждение нервной системы, могут быть как экзогенной, так и эндогенной природы. Эндогенные патогенные факторы подразделяются на первичные и вторичные.

К экзогенным патогенным факторам относятся различные химические и физические агенты внешней среды, а также биологические возбудители, например, вирусы, бактерии и их токсины (ботулинический, столбнячный), токсины растительного происхождения

Особым, специфическим для человека патогенным фактором, слово. Являясь информационным символом, отражающим определенную ситуацию, которая имеет биологическое и социально важное отрицательное значение, слово может вызвать патологическое состояние. Кроме этого, патогенное значение имеет перегрузка информацией, особенно если она требует быстрой обработки и принятия важных значений. Более того, сам процесс принятия ответственного решения может приобрести значение фактора, оказывающего отрицательное влияние, особенно на нервную систему слабого типа или ослабленную патологическим процессом. Наряду с этим, недостаточность информации может также может иметь патогенное значение и вызывать психические и эмоциальные расстройства.

К первичным эндогенным патогенным факторам относят некоторые изменения внутренней среды организма, возникающие при нарушениях деятельности внутренних органов и систем. В эту группу входят: а) нарушения кровообращения непосредственно в разных отделах центральной нервной системы; опухоли и воспалительные процессы в ЦНС; б) влияние продуктов нарушенного метаболизма (например, при заболеваниях печени, почек и др.); в) эндокринные нарушения (поражение нервной системы при диабете, гипо- и гипертиреозе и др.); г) генетические факторы: а) обусловливающие наследственные формы патологии нервной системы (болезнь Дауна, болезнь Альцгеймера, фенилкетонурия и др.); д) предраположенность к возникновению нервных заболеваний (эпилепсия, психозы, неврозы и т.д.).

К вторичным эндогенным патогенным факторам относятся те факторы, которые, которые появляются в самой нервной системе после повреждающего действия экзо- или первичных эндогенных агентов в ходе развития патологического процесса. К их числу относятся изменения нейронов, секреции медиаторов, генома нейрона, межнейрональных и системных отношений, образование генераторов патологически усиленного возбуждения и патологических систем. Важную роль вторичного эндогенного патогенного фактора играют количественно или качественно измененные нейротрофические факторы – вещества белковой природы, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность, рост и развитие нейронов. К их числу которых относят фактор роста нервов, мозговой трофический фактор, эпидермальный фактор роста, инсулиноподобные факторы и др. Кроме этого, в эту группу факторов также входят и антитела к нервной ткани, образующиеся обычно на более поздних стадиях патологического процесса.

Необходимо отметить, что многие возбудители, токсины и другие вещества приобретают значение патогенных агентов для нервной системы в специальных условиях, при повреждении барьерных механизмов, в ходе развития разных патологических процессов (например, вирус гриппа, эндотоксин кишечной палочки и др.). Кроме этого имеет значение длительность действия возбудителя и его сила. Незначительные по силе и продолжительности раздражающие воздействия активируют защитные механизмы, а, напротив, интенсивные воздействия вызывают повреждение нервной системы.

Продолжительность сохранения изменений в ЦНС зависит:

• от характера патогенного агента. Так, длительное сохранение и развитие патологического процесса могут иметь место и при кратковременном действии токсинов и фармакологических агентов. Такой эффект возникает , например, при действии столбнячного столбнячного или ботулиничексого токсинов, которые вызвают расщепление белков, ответственных за выделение нейромедиаторов.

• от локализации повреждения в разных отделах ЦНС. Так, лимбические структуры (особенно гиппокамп и миндалина) могут развивать длительно сохраняющуюся гиперактивность даже при однократном патогенном воздействии.

Собственно патологические изменения в нервной системе представляют собой два рода явлений:

1. альтерация, нарушение и прерывание функциональных связей, повреждение и дезинтеграция существующих связей. При некоторых формах патологии деструктивные изменения являются главенствующими, например, при повреждении мозговых структур и выпадение их функции при инсультах;

2. возникновение новых образований из поврежденных и вторично измененных образований нервной системы, которые являются по характеру и результатам своей деятельности патологическими. На уровне межнейрональных взимоотношений таким образованием является агрегат гиперактивных нейронов, генерирующие патологоически усиленное возбуждение. На уровне системных нарушений патологической генерацией является патологическая система.

ПАТОЛОГИЯ НЕЙРОНА

Нейрон – специализированная, в высшей степени сложно организованная клетка. Главная задача нейрона – передача и переработка информации, в которой участвуют различные структупные элементы клетки. Это определяет разнообразие патологии нейрона. Оно определяется, в первую очередь, тем, какие части нейрона вовлечены в патологический процесс, а также природой патогенного агента. Тем не менее, многие формы патологии нейрона представляют собой типовые, внутриклеточные патологические процессы.

Проведения возбуждения по аксону нарушается при различных видах патологии периферических нервов и нервных волокон в ЦНС: при воспалительных процессах, рубцовых изменениях нерва, сдавливании нервных волокон, при ожогах и при других состояниях и процессах. При дегенерации аксона процесс проведения возбуждения прекращается. Ведущим патогенетическим звеном в нарушении проведения возбуждения является недостаточное поступление ионов натрия в клетку, что необходимо для деполяризации клеточной мембраны и генерации клеткой потенциала действия и его проведения. Это может быть вызвано действием фармакологическими препаратами, в частности, местными анастетиками и рядом химических агентов, например, тетродотоксином. Блокирование возбуждения также может быть вызвано веществами, блокирующими реполяризацию мембраны, например, инсектицидами, в частности, ДДТ. К нарушению проведения возбуждения также ведет энергетический дефицит, что наблюдается при разобщении окислительного фосфорилирования метаболическими ядами, при ишемии и длительном охлаждении участка нерва.

Наряду с этим, участки демиелинизации могут стать местами эктопического возбуждения, возникающих спонтанно при механических или химических воздействиях. При этом возбуждение распространяется по нервному волокну в обоих направлениях, что может вызвать в ЦНС усиленную активность нейронов.

Проведение возбуждение тесно связано с транспортом по аксону различных веществ из тела нейрона в нервное окончание и обратно. Поэтому нарушение аксоплазматического кровотока играет значительную роль в развитии патологического процесса в нейроне. Это может быть связано с действием: а) химических веществ, в том числе и лекарственных препаратов, разрушающих систему транспорта в клетке– колхицина, винбластина, винкристина и других цитостатиков; б) метаболических ядов, нарушающих дыхание клетки, например, цианидов, или при других причинах, вызывающих энергетический дефицит; в) промышленных ядов, например, акриламида, гексахлорана; г) солей тяжелых металлов (свинца); д) алкоголя Кроме этого, нарушение транспорта веществ в нейроне может быть вызвано недостатком витамина В6 и витамина В12, приводящим к дегенерации нейрона; сдавливанием нервных стволов, а также некоторыми видами эндокринной патологией, в частности, сахарным диабетом.

Все вышеперечисленные нарушения обусловлены, прежде всего, повреждением целостности мембран нейрона, как клеточной, так и внутриклеточных. Универсальным механизмом повреждения мембран клеток является активация перекисного окисления липидов, входящих в их состав. Вследствие увеличения проницаемости мембран из нейрона выходят различные вещества, в том числе и те, которые имеют свойства аутоантигенов, что является причиной развитие аутоиммунного процесса, усугубляющего повреждение нейронов.

Важным моментом в активации ПОЛ в мембранах нейронов является их структурные изменения, приводящие к изменению рецепторного аппарата клетки и, в конечном итоге, к нарушению регуляции. Нарушение рецепторного аппарата приводит к нарушению связывания фармакологических препаратов, что может быть причиной неэффективности проводимой терапии.

Гипоксическое и ишемическое повреждение повреждение мозга.

Гипоксия мозга как патологическое состояние возникает при недостатке кислорода в притекающей крови, что может быть при асфиксии плода и новорожденного, при блокаде связывания гемоглобина кислородом (например, при действии угарного газа) и др. Тотальная ишемия проявляется при прекращение кровообращения мозга (например, при остановке сердца), локальная ишемия – при инсультах, эмболиях. В обоих случаях возникает сложный комплекс патологических процессов. При ишемии важным дополнительным патогенетическим фактором является отсутствие снабжение глюкозой и действие местно образующихся веществ.

В связи с высокой потребностью в энергии, нейроны и ЦНС в целом требуют значительного кислородного обеспечения. Хотя масса мозга составляет всего около 2,5 % общей массы тела, мозг утилизирует 20 %–25% всего потребляемого кислорода. Снижение всего лишь на 20 % потребления кислорода мозгом может вызвать потерю сознания. Принято считать, что существующие изменения в корковых нейронах наступают в течение 5-8мин, а исчезновение импульсной активности нейронов возникает уже через десятки секунд ишемии мозга.

К гипоксии весьма чувствительны тормозные механизмы и они повреждаются раньше и больше, чем возбуждающие. Поэтому функциональные нарушения в ЦНС при этом связаны также с нарушением тормозных механизмов. Это выражается прежде всего в гиперактивации нейронов, обусловленной с открытием Na+ и Ca+ каналов в мембране клеток, в связи с чем ионы натрия и кальция из внеклеточной жидкости активно поступают в нейрон. Гиперактивация нейрона также наступает и при накопление внеклеточного K+.

При ишемии в популяции нейронов возникает комплекс взаимосвязанных вне- и внутриклеточных процессов, которые служат причиной событий, приводящих к дегенерации и гибели нейронов. К ним относятся: 1) резкое возрастание содержания внеклеточного калия; 2) значительное снижение количества внеклеточного натрия и внеклеточного кальция; 3) резкое возрастание концентрации кальция в нейронах; 4) падение рН внутри нейронов с 7,4 до 6,2; 5) резкое повышение уровня внеклеточного глутамата; 6) значительная деполяризация мембран нейронов (падение мембранного потенциала).

Пусковым моментом повреждения нейронов при глубокой гипоксии и ишемии является снижение содержания АТФ, что ведет к энергетическому дефициту и нарушению натрий-калиевого насоса в мембране клеток. Существенный вклад в возникновение событий, приводящих в конечном итоге к гибели нейронов, вносит резкое повышение содержание глутаминовой кислоты во внеклеточной среде. Его возрастание от базового уровня (1 мкмоль) до нейротоксического (100 мкмоль) происходит в течение 3 секунд. Аппликация глютаминовой кислоты в концентрации 100 мкмоль в течение 5 мин вызывает необратимые изменения нейронов в культуре. Считается, что это способствует входу Na+ и Ca++ в клетку. Токсическим действием также обладает оксид азота (NO), образующийся в нейроне под влиянием высокой концентрации ионов кальция.

Кроме этого, начало ишемии мозга характеризуется резким повышением содержания некоторых вторичных внутриклеточных мессенджеров. Так, содержание циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) увеличивается более, чем в 20 раз. Это, в конечном итоге приводит, с одной стороны, к активации нейрона, а с другой – способствует развитию изменений приводящих к его гибели.

Интересно, что реперфузионная оксигенация мозга после ишемии может вызвать дальнейшее его повреждение. Это связано с тем, что с увеличением концентрации кислорода в притекающей крови происходит еще большее усиление процессов перекисного окисления липидов.

Существуют два типа смерти нейрона – некроз и апоптоз. Некроз является завершением глубокой и необратимой дегенерации нейрона, которая сопровождается набуханием, отеком и распадом внутриклеточных структур нейрона. Апоптоз определяется как запрограмированная, или, физиологическая, смерть клетки. Он возникает также и в нормальных условиях в развивающейся нервной системе и культуре нервных клеток. Он заключается в уменьшении размеров клетки, фрагментации ее ДНК, появлении выпячиваний и распаде тела клетки на тельца, которые фагоцитируются соседними клетками. Усиление апоптоза при патологических процессах в нервной ткани может быть связано с повышенной концентрацией продуктов распада сфингомиелина и фосфатаз, усиливающих, в свою очередь, активацию белков, являющихся посредниками в передаче сигнала генам, его контролирующего.