1. Биохимические основы некоторых нервно-психических заболеваний Для понимания развития миастении гравис необходимо разобраться в механизме нервно-мышечной передачи

Для этого заболевания характерны периодические приступы мышечной слабости. В заболевание преимущественно вовлекаются мышцы, которые иннервируются черепно-мозговыми нервами. Улучшение наступает после приема лекарственных препаратов, ингибирующих ацетилхолинэстеразу. При миастении гравис, по непонятным причинам, в организме образуются аутоантитела против ацетилхолиновых рецепторов, локализованных в нервно-мышечных синапсах. Эти антитела вызывают разрушение рецепторов и, таким образом, приводят к заметному уменьшению их количества.

Функционирование нервно-мышечных синапсов и их блокада

Схематическое изображение некоторых событий, происходящих в нервно-мышечном синапсе Часть нервного окончания расположена в тесном соседстве с мышечной концевой пластинкой. Весь процесс, посредством которого АХ стимулирует свой рецептор, можно разделить на 6 этапов (см. текст). Ац - ацетил; КоА - кофермент А; АХ - ацетилхолин; АХЭ - ацетилхолинэстераза; АХР - ацетилхолиновый рецептор.

На рис. схематически изображен нервно-мышечный синапс и основные события, которые там происходят. Синапс состоит из нервного окончания, отделенного от постсинаптического пространства синаптической щелью. В синапс вовлечена также специальная часть мембраны миоцита (мышечного волокна) - моторная концевая пластинка. В синаптических ямках в непосредственной близи к нервному окончанию содержится большое количество ацетилхолиновых рецепторов (АХР). Каждый нервно-мышечный синапс содержит несколько миллионов рецепторов. По меньшей мере, 400 тысяч из них обеспечивают ток ионов, достаточный для деполяризации концевой пластинки, развития потенциала действия и последующего сокращения мышцы.

Весь процесс проведения нервного импульса в мышцу можно разделить на 6 этапов.

1) В цитозоле нервного окончания синтезируется ацетилхолин (АХ). Реакцию взаимодействия ацетил-КоА с холином с образованием АХ и КоА-SH катализирует фермент - холинацетилтрансфераза или ацетилхолинэстераза (АХЭ).

2) Затем АХ включается в малые мембраносвязанные частицы, получившие название "синаптические пузырьки".

3) На следующем этапе происходит высвобождение АХ из синптических пузырьков в синаптическую щель. Это происходит путем экзоцитоза, который включает слияние пузырьков с пресинаптическими мембранами. Этот процесс в достаточной степени комплексный (рис.18.8). Импульс достигает нервного окончания и деполяризует его плазматическую мембрану. Деполяризация приводит к непродолжительному открытию потенциалозависимых Са²⁺-каналов в этой мембране. Поскольку концентрация Са²⁺вне клетки более чем в 1000 раз превышает концентрацию свободного Са²⁺внутри её, он устремляется внутрь нервного окончания. Растущая концентрация Са²⁺в его цитозоле и приводит к высвобождению ацетилхолина в синаптическую щель.

Система ионных каналов в нервно-мышечном синапсе

4) Высвободившийся АХ быстро диффундирует через синаптическую щель к рецепторам, локализованным в синаптических складках. Связывание двух молекул АХ с рецептором приводит к конформационной перестройке последнего. Тогда в рецепторе открывается специальный канал, с помощью которого через мембрану проникают катионы. Поступление ионов Na+ приводит к деполяризации мышечной мембраны и формированию потенциала концевой пластинки. Это, в свою очередь, обусловливает деполяризацию прилежащих мышечных мембран и генерацию потенциалов действия. Последний распространяется на все мышечное волокно, и оно сокращается.

5) Когда канал закрывается, АХ подвергается гидролизу под влиянием АХЭ. Происходит следующая реакция:

Ацетилхолин + Н2О Ацетат + Холин

Большое количество этого важного фермента присутствует в базальной пластинке синаптического пространства.

6) Холин путем активного транспорта возвращается в нервное окончание, где он может повторно использоваться для синтеза ацетилхолина.

Ацетилхолиновый рецептор в нервно-мышечном синапсе выполняет функцию ионного канала,обеспечивающего прохождение Na+ и K+,, открываемого медиатором

На рис.18.9 изображено расположение рецептора к ацетилхолину в мышечной мембране.

Структура рецептора к ацетилхолину в нервно-мышечном синапсе. А: трехмерная модель никотинового ионного канала, активируемого ацетилхолином. Он состоит из нескольких субъединиц. Сначала по одной молекуле АХ связывается с каждой -субъединицей. Б: после этого происходит изменение конформации, и в части рецептора, погруженной в липидный бислой, открывается пора. К+ и Na+ проходят через открытый канал по своему электрохимическому градиенту.

Все 5 субъединиц пронизывают мембрану и участвуют в образовании ионного канала. В отсутствие ацетилхолина канал закрыт. Когда с рецептором связываются 2 молекулы медиатора, по одной к каждой из -субъединиц, белок подвергается конформационной перестройке. В результате на 1мс открывается ионный канал. За этот период Na+ входит, а К+ выходит из мышечной клетки. Поступление в мышечное волокно (клетку) Na+ приводит к деполяризации плазматической мембраны. Возникает потенциал концевой пластинки. В силу такого механизма рецептор к ацетилхолину называют ионным каналом, открываемым нейромедиатором. Его следует отличать от двух других типов каналов, открывающихся механическим или электрическим путем.

При миастении гравис аутоантитела повреждают рецеторы к ацетилхолину и уменьшают их количество

Электрофизиологические исследования (в частности, электромиография) показали, что при миастении гравис нарушение происходит на уровне моторной концевой пластинки, а не в пресинаптической мембране. При этом высвобождается фактически нормальное количество ацетилхолина.

У 100% людей с тяжелой формой миастении гравис обнаруживаются аутоантитела к этому рецептору. Аутоантитела прикрепляются к ацетилхолиновым рецепторам в нервно-мышечных синапсах и повреждают их. Развивается так называемый фокальный лизис (см. рис. 18.10). Поврежденные рецепторы подвергаются эндоцитозу. В результате уменьшается время жизни рецептора и снижается их количество. Важную роль в этом типе клеточного повреждения выполняют белки системы комплемента. До сих пор не понятно, почему начинается выработка аутоантител к рецепторам. Причина образования аутоантител к рецепторам неизвестна.

Схема развития миастении гравис

Ингибиторы холинэстеразы увеличивают количество ацетилхолина в нервно-мышечном синапсе, позволяя лечить миастению гравис

Лекарственные препараты, действие которых направлено на ингибирование ацетилхолинэстеразы, способны эффективно повысить концентрацию АХ на моторной концевой пластинке и, тем самым, продлить его действие. Они составляют базу для лечения миастении гравис. Имеются два типа ингибиторов холинэстеразы: обратимые и необратимые. При этом заболевании с успехом используются обратимые ингибиторы короткого и пролонгированного действия. Первые наибольшее применение нашли в диагностике. При подозрении на миастению гравис в ходе лабораторного обследования, помимо электромиографии и измерении количества циркулирующих аутоантител, проводятся специальные тесты. Один из диагностических тестов включает введение в организм соответствующей дозы обратимого ингибитора короткого действия эдрофония (тензилона). При наличии заболевания вслед за этим наступает быстрое, но короткое восстановление мышечной силы. Препараты с большим периодом действия (пиридостигмин, неостигмин) широко используются для лечения миастении.

Примером необратимого ингибитора холинэстеразы является диизопропилфторфосфат (ДФФ). Это вещество ковалентно связывается с остатком серина в активном центре ацетилхолинэстеразы. ДФФ - это токсичный газ нервно-паралитического действия, который также нашел применение в качестве инсектицида.

Для уменьшения уровня аутоантител при миастении гравис целесообразно снизить иммунный ответ в организме. С этой целью обычно используют кортикостероиды, но в тяжелых случаях показано применение цитотоксичных иммуносуппрессантов, таких как азатиоприн. В ряде случае может быть эффективным удаление вилочковой железы (тимэктомия). Временно снизить уровень аутоантител в крови может плазмаферез.

2. Биохимические механизмы повреждения мозга в результате инсульта

Повреждение мозга при инсульте обусловлено снижением кровотока. В результате повреждения, в зависимости от локализации и размеров очага поражения, наблюдается потеря сознания, развитие паралича, потеря зрения, речи. Для того, чтобы назначить таким больным соответствующее лечение, необходимо представлять основные механизмы, которые вовлекаются в повреждение мозга при инсульте. Прежде всего, следует знать, что в большинстве случаев инсульт развивается в результате тромбоза мозговых артерий. Поэтому ухудшается снабжение мозга важными для его метаболизма кислородом и глюкозой. Достаточно сказать, что в их отсутствие клетки погибают менее, чем за 1 час. Различают три последовательных стадии в развитии поражения мозга вследствие тромбоза мозговых артерий.

1. Индукция. Ишемия вызывает деполяризацию нейрональной мембраны, которая приводит к высвобождению глутамата. Это ведет к перевозбуждению одного из 5 глутаматных рецепторов - NMDA (N-метил-D-аспартат) рецепторов на прилежащих нейронах. Как уже указывалось ранее, в результате большие количества Са2+ и Na+ устремляются в клетку, вызывая её повреждение и гибель. Помимо этого, глутамат стимулирует АМРА (-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол пропионовая кислота) рецепторы и каинатные (каинат - соединение, выделенное из морских водорослей) рецепторы, что приводит к дополнительному поступлению Na+, а также метаботропные рецепторы. Последние обусловливают расщепление фосфатидилинозитолдифосфата на инозитолтрифосфат и диацилглицерол.

2. Умножение. Последующее формирование внутриклеточного пула Са2+ осуществляется благодаря следующим механизмам: (а) увеличение внутриклеточного Na+ активирует переносчики Na+/ Са2+; (б) деполяризация активирует потенциало-зависимые Са2+ каналы; (с) под влиянием инозитол трифосфата Са2+ поступает в цитозоль из эндоплазматического ретикулума. Все три механизма благоприятствуют созданию такого уровня Са2+ внутри клетки, который стимулирует дополнительное высвобождение глутамата, активирующего все новые близлежащие нейроны.

3. Экспрессия. Высокий уровень внутриклеточного Са2+ активирует Са2+-зависимые нуклеазы, протеазы и фосфолипазы. Усиленное расщепление фосфолипидов ведет к образованию фактора, активирующего тромбоциты и усиленному высвобождению арахидоновой кислоты. Образующиеся из арахидоновой кислоты эйкозаноиды могут вызывать сужение сосудов, усугубляя тромбоз. К тому же последующий метаболизм эйкозаноидов ведет к образованию свободных радикалов кислорода, которые вызывают перекисное повреждение липидов мембран нейронов. Поскольку в вышеназванной серии событий глутамату принадлежит решающая роль, весь процесс получил название "глутаматный каскад". Лечение инсульта направлено на снижение повреждения мозга в результате тромбоза. Имеются экспериментальные наработки терапевтических мероприятий, направленных на ограничение глутаматного каскада (табл. 18.5). Назначение в начальный период тромболитической терапии может восстанавливать кровоток. С этой целью изучается возможность использования тканевого активатора плазминогена. Полагают, что при инсульте он может оказаться более приемлемым, чем стрептокиназа. Дело в том, что при применении стрептокиназы существует большая вероятность развития геморрагий, которые могут оказаться катастрофическими для мозга.

Таблица 18.5. Экспериментальные подходы к ограничению глутаматного каскада во время инсульта (3 стадии каскада приведены в тексте выше)

Стадия каскада	Биохимические проблемы	Подходы
Индукция	Избыточное высвобождение глутамата Активация NMDA-рецепторов	Ингибирование синтеза глутумата метионин сульфоксимином. Понижение температуры тела, если она повышена; при этом снижается метаболизм в мозге, тем самым может ингибироваться высвобождение глутамата Применение антагонистов NMDA-рецепторов, таких как декстрофан, CGS 19755 и МК-801
Умножение	Поступление Са2+ через потенциал-зависимые Са2+- каналы	Для блокирования этих каналов использование производных дигидропиридина (в частности, нимодипина)
Экспрессия	Образование свободных радикалов	Ингибиторы свободных радикалов (в частности, 21-аминостероиды)

В качестве профилактики инсульта необходимо лечить факторы риска, такие как гипертензия, сахарный диабет, курение и гиперлипидемия. При появлении преходящих признаков ишемии в целях снижения угрозы инсульта целесообразно назначение низких доз аспирина.

3. Симптомы болезни Паркинсона появляются вследствие недостатка дофамина в substantia nigra и в corpus striatum

Для болезни Паркинсона характерны тремор, брадикинезия (слабость и ограниченность двигательной активности) и ригидность мышц. Оно редко встречается в возрасте до 40 лет, но в возрасте свыше 50 лет этим заболеванием страдают 1% людей. Понятие паркинсонизм - более широкое. Оно включает и другие заболевания, которые сопровождаются вышеназванными симптомами.

Ключевым патологическим признаком болезни Паркинсона является дегенерация пигментных клеток в substancia nigra. В норме эти клетки синтезируют и используют дофамин в качестве нейромедиатора, за что и получили свое название - дофаминергические.

На рис.18.11 изображен весь процесс действия дофамина в качестве нейромедиатора. Его, как и в случае ацетилхолина, можно разделить на 6 этапов. Аналогичным образом, но с некоторыми особенностями, действуют другие моноаминовые медиаторы (в частности, адреналин и норадреналин).

Рис. 18.11. Схематическое изображение высвобождения дофамина из нейрона в substantia nigra и мест действия лекарственных препаратов, которые устраняют или вызывают явления паркинсонизма.

6 этапов, описанных в тексте, показаны на схеме, но не пронумерованы. Показаны точки приложения действия лекарственных препаратов (L-ДОФА, депренил, амантадин, агонисты дофаминовых рецепторов [такие как бромокриптин]), используемых для лечения паркинсонизма. В общем плане, эти препараты локально увеличивают концентрацию дофамина, которая низка при паркинсонизме. С другой стороны, помечены места действия ряда препаратов (резерпина и антагонистов дофаминовых рецепторов, в частности, нейролептиков), которые вызывают паркинсонизм за счет снижения уровня дофамина и конкуренции с ним за место связывания на рецепторах.

1) Дофамин образуется из тирозина с помощью ряда ферментативных реакций. Ключевой реакцией этого синтеза является та, которую катализирует тирозин гидроксилаза.

2) На следующем этапе происходит депонирование дофамина в синаптические пузырьки. Дофамин направляется к месту этой своей своеобразной упаковки с помощью градиента рН. Градиент создает специальный белок, локализованный в везикулярной мембране. Он закачивает протоны в пузырек за счет гидролиза АТФ.

3) Высвобождается дофамин из места хранения механизмом экзоцитоза.

4) Затем происходит связывание дофамина с постсинаптическими рецепторами. Для этого медиатор диффузией проходит через синаптическую щель. Различают 5 классов дофаминовых рецепторов. В результате взаимодействия с ними дофамина активируется или ингибируется аденилатциклаза. Возможно, по крайней мере в одном случае, воздействие на другую сигнальную систему (фосфолипаза С и инозитолтрифосфатный механизм).

5) Затем происходит повторное поступление дофамина в пресинаптическое нервное окончание. Его обеспечивает специальный переносчик, который использует для своей работы энергию гидролиза АТФ. Он локализован в пресинаптической мембране. Дофамин, подвергшийся обратному поступлению, вновь включается в синаптические пузырьки и используется в качестве медиатора.

6) Часть дофамина разрушается в синаптической щели или в пресинатической терминали после повторного поступления с помощью моноамин оксидазы B (МАО-В). На рис.18.11 показаны также точки приложения действия лекарственных препаратов, которые используются для лечения паркинсонизма и те, которые, наоборот, вызывают явления паркинсонизма в качестве своего побочного действия.

Дегенеративный процесс, приводящий к нарушению вышеописанного механизма, является причиной существенного снижения синтеза дофамина, в результате падает его уровень в substantia nigra и corpus striatum (хвостатое ядро и путамен). Снижение уровня дофамина приводит к росту в клетках нигростриатальной системы отношения ацетихолин/дофамин, так как концентрация ацетилхолина не подвергается при этом значительным изменениям. Подобный дисбаланс служит причиной различных двигательных расстройств, наблюдаемых при болезни Паркинсона.

До сих пор непонятно, почему в механизме клеточного повреждения при этой патологии на первом месте находится повреждение дофаминергических клеток в substantia nigra. Отсутствуют доказательства участия генетического компонента при болезни Паркинсона. Частично, повреждение клеток может быть следствием процесса старения, поскольку, начиная с 25 лет, за каждые последующие 10 лет в substantia nigra исчезает 13% клеток. Установлено, что симптомы болезни Паркинсона появляются тогда, когда уровень дофамина в нигростриатальной системе снижается на 80%. Паркинсонизм могут вызывать вирусные инфекции, однако в настоящее время это встречается достаточно редко. У шахтеров в результате длительного контакта с высокими концентрациями Mn2+ также может развиваться этот синдром. Важной причиной паркинсонизма могут быть лекарственные средства (резерпин и нейролептики-антипсихотики), причем после прекращения терапии этими препаратами явления паркинсонизма могут исчезать.

Как показано на рис.18.11, резерпин снижает уровень дофамина, ингибируя процесс его депонирования в пресинаптических нервных окончаниях, а нейролептики блокируют рецепторы к дофамину.

Один из подходов в заместительной терапии болезни Паркинсона состоит в том, что L-ДОФА проходит через гематоэнцефалический барьер и превращается в мозге в дофамин

Как только стало известно (в начале 60-х годов), что в нигростриатальной системе снижается уровень дофамина, в лечении болезни Паркинсона началась новая эра. В настоящее время имеются 3 подхода. (1) До установления важности низкого уровня дофамина ведущим направлением была антихолинергическая терапия. Оно все ещё используется для лечения некоторых больных. (2) Введение предшественников дофамина восстанавливает его уровень до близкого к норме. Сам дофамин не способен проникать через гематоэнцефалический барьер, поэтому сам по себе он не может использоваться при лечении. Препаратом выбора является L-ДОФА (L-3,4-дигидроксифенилаланин). Он проникает через гематоэнцефалический барьер и в последующем превращается в дофамин с помощью фермента ДОФА декарбоксилазы (другое название - декарбоксилаза ароматических аминокислот). Следует отметить, что большая часть поступающего в организм ДОФА подвергается декарбоксилированию в других периферических органах и тканях, и только 1% достигает мозга. Причем, использование более высоких доз не является решением проблемы, поскольку они вызывают тошноту и рвоту. Выход был найден в совместном введении в организм L-ДОФА и карбидопа, соединения, которое ингибирует активность ДОФА декарбоксилазы в периферических органах и тканях. При этом оно не проходит через гематоэнцефалический барьер и поэтому не тормозит превращение L-ДОФА в дофамин в мозге. Интересно, что высокобелковая диета является источником аминокислот, которые конкурируют с L-ДОФА при всасывании в клетки кишечника. Низкобелковая диета благоприятствует всасыванию этого соединения. Применение L-ДОФА стало основным способом лечения больных, страдающих болезнью Паркинсона. Собственно, сама диагностика болезни Паркинсона основана на ответной реакции на введение в организм L-ДОФА. Если после этого наступает улучшение, значит у пациента болезнь Паркинсона. В значительной части случаев у людей с явлениями паркинсонизма не наблюдается существенного улучшения состояния после введения L-ДОФА. К сожалению, через 5 лет приема благотворное влияние L-ДОФА исчезает, и тогда требуется альтернативная терапия. Введение агонистов дофаминовых рецепторов (бромокриптин), которые оказывают действие, подобное дофамину

В лечении болезни Паркинсона полезны и другие лекарственные препараты, которые оказывают влияние на метаболизм дофамина или являются нейропротекторами

Их использование базируется на знании механизмов снижения дофамина и повреждения substantia nigra нейротоксинами. Антивирусный препарат амантадин усиливает высвобождение дофамина из пресинаптических нервных окончаний дофаминергических клеток и, таким образом, увеличивает его концентрацию на постсинаптической мембране (рис.18.11). Мазиндол ингибирует поглощение дофамина, опять-таки повышая концентрацию дофамина на постсинаптической мембране. Растет интерес к использованию L-депренила (селегилина). Предварительное введение этого препарата в организм животных препятствует развитию паркинсонизма, вызванного МФТП. Предполагается, что он оказывает нейропротекторное действие, уменьшая оксидантное повреждение клеток. Депренил ингибирует МАО-Б, снижая разрушение дофамина и, тем самым, увеличивая концентрацию последнего. Испытывается эффективность использования в клинике витамина Е в качестве антиоксиданта.

Ещё один подход заключается в ведении в организм фибробластов с измененным геномом, позволяющим им продуцировать большое количество тирозин гидроксилазы, ключевого фермента в синтезе дофамина.