1.2.2. Клеточные реакции при ишемии головного мозга

При развитии острой фокальной ишемии происходит запуск патологических биохимических процессов во всех типах клеток нервной ткани, вызывающих нейрональные нарушения, астроцитоз (повышенное содержание астроцитов), микроглиальную активацию, а также изменения нейтрофилов, макрофагов, эндотелиальных клеток [51].

В области ишемической полутени (пенумбры) раньше и в большей степени поражаются глиальные клетки, чем нейроны коры головного мозга [52]. Глиальные клетки количественно значительно преобладают над нервными, занимая объём между сосудами и нейронами, причём нейроны настолько тесно окружены нейроглией, что иногда нелегко отделить одну фракцию от другой. Такая тесная взаимосвязь нейронов и глии является основой для их физиологических взаимодействий. Глия выполняет не только трофическую и защитную функции, но и способна тормозить гиперактивность нейронов, а также участвовать в регуляции энергетического потока при активации нейронов, окисляя глюкозу с выделением лактата. Астроциты способны захватывать и метаболизировать глутаминовую кислоту - медиатор возбуждения, способный при высокой концентрации оказывать цитотоксическое действие на нейроны. Глия участвует в синтезе цитокинов (пептидных молекул, регулирущих межклеточные взаимодействия, стимуляцию и подавление роста клеток, дифференциацию, функциональность, ответ на повреждающие воздействия и апоптоз), цГМФ (циклогуанозинмонофосфата, выступающего в качестве посредника передачи сигнала, в регуляции клеточного цикла), NO (оксида азота (II), обладающего разнообразным биологическим действием). Также глия принимает участие в синтезе глиальных факторов роста нейронов, участвующих в репарации нейронов и их трофике [53].

По результатам исследований на моделях экспериментального ишемического инсульта у крыс была установлена последовательность реакций разных типов клеток мозга на ишемию. Существуют различия в развитии процессов в мозге грызунов и приматов, однако многочисленные общие черты позволяют частично экстраполировать полученные данные на понимание механизма развития ишемии у человека. В первую очередь при ишемии мозга наблюдается изменение глиальных клеток. В случае астроцитов наблюдается их набухание, фрагментация отростков, дезинтеграция. При этом снижается экспрессия астроцитарного маркера - кислого глиального фибриллярного белка GFAP [52], [54]. Однако через 4 - 6 часов наблюдается активация астроцитов и повышение экспрессии GFAP. Примерно через 24 часа вокруг ишемического ядра образуется сеть GFAP-позитивных астроцитов. В конечном итоге это ведёт к образованию глиального рубца через 5 - 10 дней после начала ишемии [55].

Наблюдаются и изменения микроглиальных клеток. Микроглия - представительство иммунокомпетентных клеток, защищающих мозг от вредных факторов [56], [57]. В нормальных условиях микроглиальные клетки имеют ветвистую отростчатую форму [58] и находятся в состоянии функционального покоя. Они способны на короткое время активироваться, выделяя токсичные провоспалительные медиаторы, но быстро возвращаются в состояние покоя [59]. При ишемии и некоторых других патологических состояниях они втягивают отростки, принимая амёбовидную форму, при этом активируясь и не возвращаясь в состояние покоя, а продолжая синтезировать токсичные для клеток нервной ткани соединения. При этом поддерживается воспалительная реакция, происходят гибель нейронов и ухудшение микроциркуляции, повреждается гематоэнцефалический барьер [60], [61]. Особенно сильно эти нарушения выражены в области пенумбры [62], [63]. С течением времени область локализации активированной микроглии расширяется, и к 5-му дню изменённые клетки микроглии наблюдаются в областях, отдалённых от очага ишемии [63], [64], [65].

Первые изменения в нейронах - их сморщивание - наблюдаются через 30 минут после проведения операции по перевязке артерии. Ещё через час наблюдается увеличение количества гетерохроматина (что говорит о затормаживании экспрессии ряда генов), расширение ЭПР, вакуолизация, набухание митохондрий. Эти изменения сохраняются на протяжение примерно 6 часов и являются обратимыми. Через 10 - 12 часов в ядре ишемии обнаруживаются признаки необратимого повреждения нейронов: разрушение мембранных структур, отложение солей кальция на внутренней мембране митохондрий [52], [66], в зоне ишемической полутени изменения сохраняются дольше. Первые погибшие нейроны обнаруживаются в тканях мозга в среднем через 50 часов после инсульта.

Наряду с клетками, подвергшимися некротической гибели, вдоль внутренней границы зоны ишемического ядра обнаруживаются клетки, подвергающиеся запрограммированной клеточной гибели – апоптозу [67], [68], [69], [70], [71]. Максимальное количество таких клеток появляется на вторые сутки после инсульта, затем их количество снижается [72], но тем не менее апоптозные нейроны продолжают появляться в зоне полутени и спустя 4 недели после начала заболевания.

Через 6-8 часов после начала заболевания наблюдаются изменения нейтрофилов в микроциркуляторном русле. Это связано с активацией микроглии и повышением синтеза противовоспалительных факторов и молекул клеточной адгезии: иммуноглобулин-подобных, интегринов, селектинов и т.п. Нейтрофилы прилипают к эндотелию капилляров, проникают через гематоэнцефалический барьер и внедряются в ишемизированную ткань. Максимум инфильтрации нейтрофилов в ткани мозга наблюдается через 48 - 96 часов с момента наступления инсульта, после чего их количество постепенно снижается [73], [74], [75]. Помимо нейтрофилов в ишемизированную ткань проникают макрофаги, но максимум инфильтрации макрофагами наступает несколько позже - на 5-е - 7-е сутки после начала инсульта [76]. С этого момента ишемизированная область уменьшается в размерах за счёт прогрессирующей атрофии.

Изменению подвергаются и клетки эндотелия микроциркуляторного русла, причём это происходит уже с первых минут ишемии. Клетки набухают, проницаемость их мембран увеличивается. Примерно через 6 часов наблюдается некроз отдельных клеток, живые клетки (как эндотелиальные, так и гладкомышечные) пролиферируют, причём максимум происходит на 2-е - 3-и сутки ишемии [77]. С 5-го - 7-го дня наблюдается также ангиогенез, обеспечиваемый ангиогенными факторами роста, молекулами адгезии, в первую очередь интегринами. В целом это благоприятный признак, прогнозирующий улучшение восстановительных процессов в тканях мозга [78], [79].