Метаболические особенности нервной ткани — как фактор риска развития структурных и функциональных изменений при действии патогенных раздражителей

Выраженность поражения нервной системы при воздействии различных патогенных факторов во многом определяется особенностями метаболизма нервной ткани. Наиболее характерной особенностью метаболизма является его очень высокая интенсивность. Головной мозг человека, на долю которого приходится лишь около 2 % общего веса тела, потребляет до 20 % всего кислорода, используемого организмом в покое, и около 20 % всех углеводов. Таким образом, мозг отличается необыкновенно высоким энергетическим обменом. Особенно интенсивно протекает обмен веществ в сером веществе мозга. Потребление кислорода мозгом мало зависит от изменения кровотока и парциального давления кислорода. Высокий уровень обмена сохраняется и при отсутствии большой физиологической активности, например при сне. Вместе с тем следует отметить, что обмен веществ в периферических нервных проводниках коренным образом отличается от обмена самих нервных клеток (ткани мозга). Возбудимость нервного волокна сохраняется в течение многих часов в анаэробных условиях. Это и позволило Н.Е. Введенскому говорить о «неутомляемости» нерва.

Важной особенностью энергетического метаболизма нервной ткани является резкое преобладание в ней аэробных процессов. Весьма характерно для энергетического метаболизма нервной ткани преимущественное использование в качестве субстрата клеточного дыхания глюкозы. Энергия макроэргических фосфатов, образующихся в мозге при окислении глюкозы, расходуется на поддержание ионных градиентов по обе стороны цитоплазматической мембраны, на осуществление аксоплазматического транспорта питательных веществ и внутриклеточных органелл и на синтез структурных компонентов клетки.

Поскольку содержание богатых энергией лабильных фосфатов в нервной ткани невелико, становится понятной необходимость высокой скорости обновления АТФ в мозгу. Наряду с аэробным метаболизмом углеводов, мозговая ткань способна к интенсивному анаэробному гликолизу. Однако гликолиз как источник энергии ни в коем случае не может заменить в ткани мозга клеточное дыхание. Наряду с ярко выраженным катаболизмом, нервная ткань отличается и интенсивными анаболическими процессами.

Нервная система и особенно ее центральные отделы (например, кора и мозжечок) очень чувствительны к гипоксии. При внезапном прекращении подачи кислорода мозгу (вдыхание бескислородных газовых смесей, нарушение мозгового кровообращения) у человека через 6–7 с наступает потеря сознания, а через 10–20 с прекращается нормальная биоэлектрическая активность мозга. Через 4–5 мин после возникновения аноксии мозга наступают необратимые изменения в метаболизме и функции нервных клеток. Филогенетически старые структуры являются более устойчивыми к гипоксии. Так, нейроны мозгового ствола, входящие в состав дыхательного и сосудодвигательного центров, способны переносить аноксию длительностью до 30 мин. При гипоксических состояниях запас макроэргических соединений истощается, прекращаются биосинтетические процессы, накапливается значительное количество недоокисленных метаболитов, прежде всего молочной кислоты, возрастает концентрация неорганического фосфата, аммиака, нарушается внутренняя упорядоченность биохимических процессов. Резко сокращается содержание ацетилхолина, происходит значительный сдвиг в распределении электролитов (калий выходит из нервных клеток, натрий входит в них). Увеличение концентрации внеклеточного калия приводит к деполяризации мембраны нейронов и способствует возникновению судорог. Увеличение концентрации внутриклеточного кальция приводит к активации протеаз, фосфолипаз и эндонуклеаз. Избыточное накопление Са²⁺ приводит к альтерации внутриклеточных белков и различных структур, фрагментации ДНК и нарушению деятельности генома. Извращение обменных процессов нередко сопровождается накоплением в клетках гликогена. Нарушения обменных процессов сопровождаются резкими изменениями функции нейронов.

Причинами нарушения обмена веществ нервной ткани могут быть гипогликемия, отсутствие или недостаток некоторых витаминов, появление в среде, окружающей нервные клетки, специфических ингибиторов тканевого дыхания или гликолиза и т.д.

При недостаточном поступлении в нервную ткань глюкозы развертывается цепь событий, аналогичная той, что возникает при гипоксии. В этом случае причиной развития патологического процесса редко является нарушение проницаемости гематоэнцефалического барьера для глюкозы. Хотя переход глюкозы из крови в нервные клетки и носит активный характер, однако этот механизм, в отличие от механизма транспорта сахара через мембраны мышечных и печеночных клеток, не контролируется гормонами (в частности, инсулином) и обладает высокой автономностью.

Чаще всего причиной энергетических расстройств, связанных с недостатком глюкозы, является гипогликемия. Именно благодаря высокой чувствительности к гипогликемии нервной системы гипогликемия опасна для организма в целом. Причинами гипогликемии, вызывающей мозговые симптомы, могут быть тяжелые физические нагрузки, почечный диабет, передозировка инсулина, инсулиновая кома, надпочечниковая недостаточность, болезни печени. Падение уровня сахара в крови до 2,2–1,7 ммоль/л вызывает нарушение биотоков мозга, гипогликемические судороги, потерю сознания. При этом интенсивность окислительных процессов в нервной ткани, несмотря на достаточное количество кислорода, снижается на 20–30 %. Конечный итог, тот же, что и при гипоксии, — уменьшение выработки макроэргических соединений. Длительная гипогликемия вызывает необратимые повреждения коры большого мозга. При сильно выраженной гипогликемии нарушаются и функции, регулируемые стволовыми механизмами.

Зависимость энергетического обмена в нервной ткани от уровня глюкозы в крови, в известной мере, обусловлена отсутствием стабильных запасов гликогена в нервных клетках. Хотя в первый период углеводного голодания в них и наблюдается использование аминокислот в качестве субстрата дыхания, однако такое нарушение обычного типа обмена быстро приводит к серьезным повреждениям нервной клетки.

Авитаминозы, особенно недостаточность витаминов группы В, сопровождаются серьезными расстройствами функции нервной системы. Как известно, одним из узловых процессов обмена углеводов в нервных клетках является окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. В сложной коферментной системе пируватоксидазы необходимым компонентом является пирофосфорный эфир тиамина. При его недостатке в организме и в первую очередь в нервной ткани накапливается пировиноградная кислота, дальнейшее окисление которой в цикле трикарбоновых кислот задерживается, что приводит к выпадению наиболее эффективного в общем энергетическом балансе этапа окисления углеводов. Клинической формой недостаточности витамина В1 является полиневрит (болезнь бери-бери). При этом наблюдается не только нарушение энергетического метаболизма, но и накопление обычно быстро окисляющихся метаболитов, нарушение образования ацетилкоэнзима А, необходимого для синтеза медиатора ацетилхолина. Возникают расстройства координации движений, спутанность сознания. Недостаточность тиамина сопровождает, как правило, хронический алкоголизм.

Из других витаминов необходимо назвать витамин РР — никотиновая кислота. Депрессия, головокружение и другие проявления ослабления функции центральной нервной системы являются наиболее ранними клиническими симптомами недостаточности этого витамина. В тяжелых случаях возникают дегенеративные изменения в нейронах коры головного мозга, базальных ганглиях и в мотонейронах спинного мозга и развитие деменции.

Дефицит витамина В12 приводит к расстройствам тактильной и проприоцептивной чувствительности, мышечной слабости, к нарушениям рефлексов и походки. Морфологические исследования обнаруживают очаги демиелинизации и повреждения аксонов в боковых и дорсальных столбах спинного мозга с явлениями валлеровского перерождения. Нарушения деятельности нервной ткани развиваются также при недостатке витамина В6 и Е.

Вызывают нарушения функции нервной системы ряд токсических веществ (цианистые соединения, сероводород, угарный газ), соли тяжелых металлов (ртуть), мышьяк содержащие яды (арсениты, люизит).

Заметно снижают поглощение кислорода мозгом наркотики и снотворные вещества. Близким к наркотикам действием обладает алкоголь. При острой интоксикации им потребление кислорода мозгом снижается на 30 %.

Мозговые симптомы при уремии также сопряжены с заметным понижением интенсивности дыхания мозга (на 30–35 %) в результате токсического действия азотистых шлаков на ферменты нервных клеток.

При значительном накоплении билирубина в крови развивается билирубиновая энцефалопатия, в результате расстройства энергетического метаболизма.

Причинами ослабления окислительных процессов в мозгу могут быть и изменения в содержании гормонов в плазме крови. Так, отчетливое ослабление дыхания мозга отмечается при микседеме и кретинизме — патологических состояниях, вызванных недостаточностью функции щитовидной железы. Поражение нервной системы имеет место при сахарном диабете.

Интенсивность потребления кислорода мозгом зависит также от концентрации ионов калия в окружающей нервные клетки среде.

Нарушения деятельности нервной системы возможны в результате развития типических патологических процессов — воспаления, опухоли, местных нарушений кровообращения.

Опухоль оказывает раздражающее действие на тот или иной нервный центр, вызывая его чрезмерное возбуждение. По мере роста опухоли развивается атрофия нервных клеток и нервных волокон. Увеличение массы опухоли сопровождается повышением внутричерепного давления, уменьшением кровенаполнения головного мозга и его ишемией.

Воспаление является одной из причин нарушения функций нервной системы. Невриты сопровождаются нарушениями проведения нервного импульса, чувствительности, двигательными расстройствами или нарушениями деятельности внутренних органов. Воспаление, возникшее в центральной нервной системе, приводит к нарушению продукции и оттока спинномозговой жидкости, повышению внутричерепного давления, нарушению мозгового кровообращения.

В патогенезе нарушений деятельности центральных отделов нервной системы может иметь значение появление в нервных центрах группы нейронов, которые работают автономно и продуцируют избыточное возбуждение. Такие нейроны Г.Н. Крыжановский (1997) обозначил как генератор патологически усиленного возбуждения (ГПУВ), который в зависимости от локализации может быть причиной чувствительных, двигательных и вегетативных расстройств, нарушений высшей нервной деятельности.

Реализация патогенных воздействий зависит от локализации поражения, его силы и продолжительности: чем сильнее и длительнее эти воздействия, тем значительнее их эффект. Однако даже слабые патогенные воздействия, если они продолжительны и постоянны, могут вызвать глубокие и устойчивые изменения нервной системы. Например, при хроническом действии нейротропных токсинов в очень малых количествах могут возникать глубокие и стойкие патологические изменения в нервной системе. Постоянные и длительные стрессорные психогенные и невротизирующие воздействия могут вызвать устойчивые нарушения высшей нервной деятельности и поведения, психические изменения. Кроме того, возможно потенцирование действия различных факторов.

Повреждения нервной системы, возникающие при действии различных патогенных факторов, являются необходимым условием развития патологических процессов в нервной системе.

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

1) альтерация морфологических структур, нарушение функциональных связей, повреждение и разрушение физиологических систем;

2) возникновение новых, патологических по характеру и результатам деятельности интеграций из первично и вторично измененных образований нервной системы.

При этом разнообразные агенты вызывают:

1) изменение электрогенеза мембран нейронов (мембранного потенциала покоя, потенциала действия, емкости и сопротивления мембраны);

2) нарушение проведения нервного импульса по нервным стволам;

3) нарушение синаптической передачи нервного импульса;

4) изменение нейротрофических влияний, образование патотрофогенов;

5) нарушение генома клетки;

6) возможно формирование генераторов патологически усиленного возбуждения.

Одна из важнейших интегративных функций нервной системы — функция управления движениями. Расстройства нервных механизмов управления движениями возникают при повреждении различных отделов центральной нервной системы, хотя наиболее тяжелые расстройства наблюдаются при повреждении двигательной системы, мозжечка и базальных ганглиев.

Поиск по сайту: