Влияние анестетиков на развитие цнс

На основе растущего понимания важной роли нейромедиаторных систем в развитии ЦНС, таким образом, не удивительно, что за последние несколько лет отмечен бурный рост публикаций о неблагоприятных эффектах анестетиков на незрелый головной мозг. В следующем разделе, мы проведем обзор существующих лабораторных данных, обращая внимание на препараты, которые, как было четко показано, влияют на некоторые стороны развития ЦНС in vitro или in vivo .

Кетамин

Кетамин - неконкурентный антагонист фенилциклидинового ( PCP ) рецептора NMDA рецепторного комплекса. Кетамин посредством предотвращения токсического действия эндогенных возбуждающих аминокислот, например, глютамата и аспартата, может оказывать нейропротективную роль при индуцированной ишемии и повреждении головного мозга с судорожным синдромом [50-52]. Первые указания на то, что помимо возможных положительных эффектов кетамин может вызывать патологические изменения в ЦНС, появились на основе наблюдений, когда подкожное введение PCP взрослым крысам вызывало цитопатологические изменения (вакуолизация цитоплазмы нейронов) в цереброкортикальных нейронах [53]. Эти эффекты определялись в течение 2 часов после применения препарата, а морфология нейронов восстанавливалась до нормального состояния, если применялась только однократная доза PCP . В этом же самом исследовании кетамин симулировал эффект PCP при подкожном назначении в дозе 40 мг/кг, хотя более низкие дозы не вызывали вакуолярной дегенерации нейронов [53]. Эти наблюдения в дальнейшем расширились до изучении развивающегося головного мозга в другом исследовании, в котором серии из семи подкожных инъекций кетамина (20 мг/кг в каждой дозе), введенные с равными интервалами времени в течение 9 часов, вызывали большую апоптическую нейродегенерацию у 7-дневных крысят [43].

Значимость этих данных у грызунов в настоящее время подтверждена у приматов: кетамин вызывал обширную гибель нейронов в коре головного мозга у плодов макак-резус, когда матерям в течение 24 часов назначался этот анестетик [54]. Множество этих экспериментов, таким образом, четко поддерживает спор, что длительное применение кетамина в анестетических концентрациях, на самом деле, может оказывать нейротоксические эффекты на развивающуюся ЦНС.

Вопрос - может ли кратковременное применение кетамина, что часто используется в современной анестезиологической практике у детей, вызывать гибель клеток в развивающемся головном мозге - является спорным. Несколько независимых исследований показывают, что в отличие от повторных инъекций кетамина с целью краткосрочной анестезии, однократная анестетическая доза этого препарата не вызывает апоптоза нейронов [53, 55, 56]. Однако, эти результаты ставились под сомнение новыми экспериментами показывающими, что даже относительно умеренное воздействие кетамином может запустить апоптоз в развивающемся головном мозге мыши [57]. В этом последнем исследовании с применением иммуноцитохимической маркировки специфическими антителами против раннего апоптического маркера каспазы 3 тела апоптических клеток были определены в нескольких областях головного мозга в течение 4 часов после однократных подкожных инъекций кетамина у 7-дневных мышей, с рассчитанной введенной анестетической или субанестетической концентрациями (40 и 10 мг/кг, соответственно). Хотя понятно, что необходимы дальнейшие эксперименты для объяснения влияния однократной дозы кетамина на нейронные реакции, эти результаты поднимают интригующий вопрос, что даже краткий апоптический стимул может изменять развитие нейронов в период пика синаптогенеза.

Важная проблема с точки зрения нейротоксичности заключаются в том, что апоптоз нейронов является не единственным параметром, который рассматривается при оценке возможных неблагоприятных эффектов кетамина или других анестетиков на развитие нейронов. Сейчас четко установлено, что вмешательства в тонко настроенные молекулярные механизмы, управляющие формированием дендритной структуры нейронов в развивающемся головном мозге, могут приводить к устойчивой дисфункции ЦНС [58]. Таким образом, понимание - изменяют ли анестетики развитие дендритной структуры в период развития ЦНС - является крайне интересным. Чтобы изучить этот вопрос, в настоящее время нами разработана система модели in vitro , в которой незрелые нейробласты изолируются из субвентрикулярной зоны новорожденных крыс [59]. Эта очищенная популяция клеток развивается в ГАМК-эргических промежуточных нейроны на культурах с низкой плотностью с выраженной дендритной структурой. Основываясь на предшествующих экспериментальных и клинических исследованиях, измеряющих концентрации кетамина в плазме после однократного введения или повторного назначения у грызунов и человека [56, 60, 61], мы в настоящее время исследовали доза-зависимые эффекты и эффекты, зависимые от времени воздействия кетамина, на дифференцировку и выживание ГАМК-эргических нейронов в этих культурах [62]. Мы нашли, что кетамин, а не неконкурентный антагонист рецептора NMDA MK 801, быстро вызывает апоптоз развивающихся нейронов, если назначается в ранее сообщенных концентрациях, вызывающих гибель клеток in vivo (? 10 мкг/мл ) [56]. Ни выживаемость, ни длительное развитие дендритов не изменялись, когда на дифференцирующиеся нейроны воздействовали более низкими, субанестетическими концентрациями ( ? 2 мкг/мл) этого анестетика в течение 8 часов. И наоборот, длительное воздействие (> 24 часов) на нейроны кетамином в концентрациях менее чем 0,01 мкг/мл сильно нарушало развитие структуры дендритов. Эти новые данные предполагают, что длительное применение даже низких концентраций кетамина, например, в качестве адъюванта для седации после операции и для купирования боли, могло потенциально влиять на развитие дендритов в незрелых нейронах. ­

Хотя кетамин первоначально рассматривался как блокатор NMDA рецепторов, мы нашли основные различия между этим анестетиком и другим неконкурентным антагонистом NMDA рецептора, MK 801, в эффекте на дифференцировку нейронов и их выживание [62]. Тот факт, что назначение кетамина (а не MK 801) в течение 1 часа было достаточно для запуска значимого апоптоза ГАМК-эргических нейронов, указывает на возможность что, в режимах высокой дозы кетамин-индуцированная нейротоксичность, по крайней мере, отчасти независима от блокады NMDA рецепторов. Эти данные в дальнейшем были подтверждены экспериментами, которые показали, что воздействие MK 801 на культуру в течение 4 часов не поражает ни выживание, ни дифференцировку развивающихся нейронов. Одно правдоподобное объяснение этих наблюдений будет заключаться в том, что помимо блокады NMDA рецептора, кетамин также взаимодействует с множеством путей передачи сигналов, вызывающих нейротрансмиссию в ЦНС [63]. На самом деле, кетамин индуцирует высвобождение допамина, серотонина и норадреналина в головном мозге [64, 65], и современные экспериментальные доказательства показывают, что этот анестетик также вмешивается в ре-поглощение этих аминов из внеклеточного пространства, подавляя моноамин-содержащие переносчики [65, 66].

Интересно , что накопление моноаминов, как уже сообщалось, запускает широкую нейродегенерацию у грызунов [67] и блокаду переносчика серотонина, которая в свою очередь снижает сложность структурной архитектуры дендритов пирамидных нейронов гиппокампа [68]. Кетамин индуцирует высвобождение аденозина из нервных окончаний [69], и есть современные доказательства, что аденозиновые A 2 A рецепторы играют решающую роль в метаботрофическом потенцировании NMDA передачи сигналов, вызванным через глютамат рецепторы [70]. Таким образом, возможно, что при наличии более высоких концентраций кетамина, дополняющие или синергичные эффекты между этими молекулярными механизмами и путями передачи сигналов могли быстро вызывать ре-моделирование дендритов и/или апоптоз. Альтернативно, большие дозы кетамина могли вызывать неспецифический нейротоксический эффект.

Немного известно относительно потенциально неблагоприятных эффектов кетамина на пролиферацию предшественников нейронов и миграцию клеток. Современные наблюдения показывают возможную роль кетамина в пролиферации предшественников в постнатальных нейрогенных зонах. У взрослых крыс после введения субанестетических концентраций кетамина в течение 5 последовательных дней, маркер пролиферации бромдезоксиуридин показал усиленный нейрогенез в субгранулярной зоне гиппокампа [71]. Как нам известно, нет других исследований о влиянии кетамина на незрелый головной мозг до периода синаптогенеза. Учитывая важную роль этих более ранних стадий развития в формировании собственно ЦНС, дальнейшие исследования необходимы для получения ответов на эти спорные вопросы.