Патологическая физиология нервной системы
Общие сведения и этиология
Патологическая физиология нервной системы изучает закономерности возникновения, развития и исходов нарушений функций центральной и периферической нервной системы. Этиологические факторы, вызывающие данные нарушения, классифицируются на экзогенные и эндогенные.
К числу физических экзогенных факторов относятся механические черепно-мозговые и спинальные травмы, ионизирующее излучение, поражение электрическим током, воздействие шума, вибрации, электромагнитных полей, а также экстремальные температурные воздействия (гипертермия и гипотермия). Химические факторы представлены широким спектром нейротропных токсинов, солями тяжелых металлов, промышленными ядами, а также психоактивными веществами (наркотиками, алкоголем) и рядом лекарственных препаратов при их передозировке. Биологические патогенные агенты включают нейротропные вирусы (бешенство, полиомиелит), бактерии и их токсины (возбудители столбняка, ботулизма), а также прионы, вызывающие специфические нейродегенеративные заболевания.
К эндогенным факторам относятся наследственные генетические мутации, приводящие к аномалиям развития структур мозга или нарушениям метаболизма нейронов, патологии эндокринной системы (например, дефицит йода и тиреоидных гормонов, ведущий к развитию кретинизма в детском возрасте), расстройства кровообращения, ишемия и опухолевый рост. Отдельную группу составляют социальные и психоэмоциональные факторы: хроническое информационное перенапряжение и длительный стресс, не свойственные биологической природе человека, ведут к истощению адаптационных резервов высшей нервной деятельности и развитию неврозов.
С возрастом также наблюдаются дегенеративные изменения в нервной системе. Вопреки устаревшим представлениям о массовой необратимой гибели нейронов (так как доказано наличие стволовых клеток, способных к нейрогенезу), старение преимущественно связано с дегенерацией глиальных клеток, нарушением миелиновых оболочек и снижением эффективности синаптической передачи.
Энергетический обмен и чувствительность к гипоксии
Центральная нервная система обладает колоссальной потребностью в энергообеспечении и исключительной чувствительностью к гипоксии (дефициту кислорода). Головной мозг человека, составляя около 2 процентов массы тела, потребляет порядка 20 процентов всего поступающего в организм кислорода. В случае внезапного прекращения мозгового кровообращения человек теряет сознание через 6–7 секунд, а уже через 15 секунд начинаются процессы гибели клеток. Полное восстановление высших функций мозга (интеллекта, памяти) возможно лишь в том случае, если кровообращение отсутствовало не более 5–6 минут.
Различные отделы центральной нервной системы обладают неодинаковой устойчивостью к гипоксии. Филогенетически более молодые образования (кора больших полушарий) погибают первыми. Более древние структуры, такие как нейроны ствола мозга, обеспечивающие базовые витальные функции (дыхание, сердечную деятельность), способны переносить аноксию до 30 минут. Это обусловливает возможность формирования вегетативного статуса («состояния овоща»), при котором витальные функции сохранены на фоне необратимой утраты коры и личности.
Вторым критическим фактором является зависимость нейронов от глюкозы. Головной мозг не способен синтезировать глюкозу или депонировать ее в виде гликогена. Длительная гипогликемия вызывает необратимые деструктивные изменения в коре головного мозга, а при углублении процесса — и в стволовых структурах. Для обеспечения энергетического метаболизма и нормальной работы ферментативных систем нейронов также критически необходимо постоянное поступление витаминов группы В.
Патология нейронов и нервных волокон
Фундаментальным проявлением дисфункции нервной ткани является нарушение способности нейрона генерировать потенциал действия. В ответ на повреждающее воздействие в нервном волокне развивается особое состояние — парабиоз. Согласно классическому учению, парабиоз протекает в несколько стадий. В уравнительную стадию мышца отвечает одинаковыми по силе судорожными сокращениями как на сильные, так и на слабые раздражения нерва. При углублении поражения наступает парадоксальная фаза: сильные стимулы вызывают слабый ответ, а слабые — сильный. Финальной стадией является фаза торможения, при которой нерв утрачивает проводимость, и любые раздражители не способны вызвать мышечное сокращение.
При физическом повреждении (перерезке) нервного волокна развивается процесс дегенерации. Отрезанный от тела нейрона дистальный конец аксона прекращает проведение тока и погибает. Уже через сутки миелин начинает отделяться от перехватов Ранвье, собираясь в капли, а нейрофибриллы фрагментируются. Нервные окончания отсоединяются от постсинаптической мембраны и фагоцитируются нейролеммоцитами (шванновскими клетками). Периферические нервы обладают способностью к регенерации (прорастанию новых волокон), тогда как в центральной нервной системе аксоны подвергаются ретроградной дегенерации без выраженной способности к функциональному восстановлению.
Нарушения синаптической передачи
Синапс — структурно-функциональное образование, обеспечивающее передачу сигнала между нейронами или от нейрона к эффекторной клетке посредством нейромедиаторов. Патология синаптической передачи может развиваться на нескольких этапах.
Нарушение синтеза медиатора возникает при гипоксии, дефиците энергии в митохондриях или блокаде специфических ферментов (например, семикарбазид блокирует синтез тормозного медиатора ГАМК из глутаминовой кислоты). Нарушение аксонального транспорта связано с повреждением цитоскелета (микротрубочек, состоящих из белка тубулина) под действием токсинов (колхицина), анестетиков или протеолитических ферментов, что препятствует доставке везикул с медиатором в пресинаптическую терминаль. Нарушение выделения медиатора в синаптическую щель опосредовано дисфункцией кальциевых каналов или действием специфических ядов. Столбнячный токсин блокирует высвобождение тормозного медиатора глицина, вызывая спастические судороги, а ботулотоксин подавляет выброс ацетилхолина, приводя к вялым параличам. Нарушение взаимодействия с рецепторами постсинаптической мембраны лежит в основе действия большинства психоактивных веществ, наркотиков и фармакологических препаратов. Эти молекулы выступают в роли агонистов или антагонистов, связываясь с рецепторами вместо эндогенных медиаторов. Хроническое избыточное воздействие на рецептор вызывает десенсибилизацию (снижение чувствительности) и даун-регуляцию (уменьшение количества рецепторов на мембране), что формирует механизм толерантности и физической зависимости. Нарушение инактивации медиатора ведет к патологическому пролонгированию сигнала. Это достигается блокадой ферментов деградации (например, ингибирование холинэстеразы) или блокадой обратного захвата медиатора пресинаптическим окончанием (механизм действия многих антидепрессантов, повышающих уровень серотонина и дофамина в синаптической щели).
Патофизиология чувствительности и боли
Система восприятия чувствительности включает проводящие пути и корковые анализаторы. Лемнисковая система (система медиальной петли) проводит импульсы проприоцептивной (мышечно-суставной) и тонкой тактильной чувствительности от толстых миелиновых волокон, перекрещиваясь на уровне продолговатого мозга. Антеролатеральная система передает болевую и температурную чувствительность, перекрещиваясь на уровне спинного мозга. Половинное повреждение спинного мозга вызывает синдром Броун-Секара: на стороне поражения утрачивается глубокая (мышечно-суставная) чувствительность, а на противоположной стороне — болевая и температурная.
Патологические изменения в постцентральной извилине теменной доли головного мозга приводят к утрате способности определять положение тела в пространстве, распознавать предметы на ощупь (астереогноз). При массивном повреждении теменной доли, синтезирующей пространственную картину мира, возникает синдром аморфосинтеза: пациент игнорирует половину своего тела и окружающего пространства.
Боль является важнейшим защитным сигналом, однако ее хронизация приводит к истощению организма. Болевая импульсация проводится по двум типам волокон: быстропроводящим миелиновым А-дельта волокнам (вызывают первичную, острую, колющую боль; медиатор — глутамат) и медленнопроводящим безмиелиновым С-волокнам (вызывают вторичную, длительную, жгучую боль; медиатор — субстанция Р). Внутренние органы имеют мало болевых рецепторов, поэтому висцеральная боль диффузна. Феномен иррадиирующей боли (когда патология желчного пузыря ощущается в лопатке, а инфаркт миокарда отдает в левую руку) объясняется конвергенцией висцеральных и соматических афферентных волокон на одних и тех же нейронах задних рогов спинного мозга.
Согласно теории «воротного контроля», передача болевого импульса регулируется нейронами студенистого вещества (substantia gelatinosa) спинного мозга. Активация толстых не болевых волокон (при поглаживании, массаже) «закрывает ворота» для боли, активируя тормозные интернейроны, тогда как массивный поток по С-волокнам «открывает» их. Повреждение нервов с гибелью толстых волокон оставляет «ворота» постоянно открытыми, что объясняет развитие каузалгии (невыносимой жгучей боли при малейшем прикосновении) и фантомных болей после ампутации.
В головном мозге функционируют мощные антиноцицептивные (обезболивающие) системы: опиатная (работающая посредством эндорфинов и энкефалинов) и неопиатная (использующая серотонин, дофамин, адреналин, вазопрессин). Эти системы способны подавлять болевую чувствительность в состояниях крайнего стресса или аффекта, препятствуя развитию болевого шока.
Нарушения двигательной функции
Патология двигательной системы проявляется гипокинезиями (ослаблением или отсутствием движений) и гиперкинезиями (избыточными, насильственными движениями).
Паралич (плегия) — полная утрата произвольных движений, парез — их ослабление. Периферический (вялый) паралич возникает при поражении альфа-мотонейронов спинного мозга или периферических нервов; он характеризуется атонией, арефлексией и глубокой атрофией мышц. Центральный (спастический) паралич развивается при повреждении пирамидных путей коры или ствола мозга; для него типичны гипертонус, гиперрефлексия и появление патологических рефлексов, поскольку сегментарный аппарат спинного мозга освобождается от тормозящего контроля коры.
Полное поперечное повреждение спинного мозга вызывает спинальный шок — временное, но глубокое угнетение всех рефлекторных центров ниже места перерезки. У человека он длится до нескольких недель, после чего рефлексы (включая непроизвольное опорожнение мочевого пузыря) патологически гипертрофируются.
Поражения мозжечка нарушают координацию (атаксия), плавность (асинергия) и точность движений (дисметрия), вызывают интенционный тремор (дрожание, усиливающееся к концу целенаправленного движения) и адиадохокинез (неспособность к быстрой смене противоположных движений).
Поражения экстрапирамидной системы (базальных ядер) приводят к тяжелым дискинезиям. Дегенерация дофаминергических нейронов черной субстанции вызывает болезнь Паркинсона (дрожательный паралич), проявляющуюся ригидностью мышц, брадикинезией и тремором покоя. Поражение полосатого тела (хвостатого ядра и скорлупы) дает обратную картину — неконтролируемые быстрые размашистые движения (хорея) или медленные червеобразные движения пальцев (атетоз).
Нейрогенная дистрофия
Нервная система осуществляет трофическую функцию, регулируя интенсивность метаболизма в иннервируемых тканях. При денервации (повреждении нерва) синтез и аксональный транспорт специфических нейротрофинов (таких как фактор роста нервов, NGF) прекращается. Развивается нейрогенная дистрофия, характеризующаяся сдвигом метаболизма от окислительных процессов к гликолитическим, снижением энергетического потенциала и формированием трофических язв, эрозий и некрозов. Срабатывает «закон денервации»: лишенные нервного контроля структуры (мышцы, сосуды, железы) приобретают патологическую гиперчувствительность к циркулирующим в крови гуморальным факторам (катехоламинам), что приводит к хаотичным вазоспазмам и усугублению тканевой гипоксии.
Патофизиология автономной нервной системы и эмоций
Автономная (вегетативная) нервная система обеспечивает регуляцию внутреннего гомеостаза и адаптацию организма к изменениям среды. Высшим центром интеграции вегетативных функций является гипоталамус, структурно и функционально связанный с лимбической системой (миндалевидным телом, гиппокампом), которая ответственна за формирование эмоций.
С позиций объективной физиологии (бихевиоризма) эмоции рассматриваются как адаптивные физиологические реакции организма, сопровождающиеся мощным вегетативным и эндокринным компонентом (выбросом адреналина, глюкокортикоидов, изменением артериального давления). Повреждение структур гипоталамуса и лимбической системы ведет к грубым поведенческим сдвигам: патологической агрессии, гиперсексуальности, полной утрате страха или, напротив, глубокой апатии. Длительное, хроническое перенапряжение эмоциональных центров (эмоциональный стресс), часто обусловленное социальными факторами и конфликтом инстинктивных программ с социальными нормами, приводит к перенапряжению процессов высшей нервной деятельности и формированию неврозов.
Экстремальные состояния: кома
Кома представляет собой экстремальное, угрожающее жизни состояние, характеризующееся глубоким угнетением функций центральной нервной системы, полной утратой сознания, отсутствием реакций на внешние раздражители и прогрессирующим расстройством регуляции витальных функций (дыхания, кровообращения).
Коме предшествуют прекоматозные состояния: обнубиляция (оглушение) и сопор (состояние глубокого сна, при котором сохранена реакция на сильную боль). При глубокой коме рефлексы исчезают. Запредельная кома эквивалентна смерти мозга.
Патогенез комы многообразен. Экзогенные причины включают черепно-мозговые травмы, интоксикации тяжелыми ядами, тепловые удары. Эндогенные комы развиваются на фоне критической недостаточности внутренних органов (печеночная, уремическая кома), тяжелых эндокринных расстройств (диабетический кетоацидоз, гиперосмолярная кома) и нарушений кислотно-основного состояния (ацидоз). Важнейшим звеном развития церебральной комы является повышение внутричерепного давления (вследствие опухоли, абсцесса, внутримозгового кровоизлияния или отека мозга). Нарастание давления в замкнутом пространстве черепа неизбежно приводит к смещению и вклинению структур мозга, сдавливанию ствола и ретикулярной формации. Угнетение активирующих влияний ретикулярной формации на кору вызывает стойкую потерю сознания, а прямое повреждение дыхательного и сосудодвигательного центров ствола приводит к остановке дыхания и смерти. Дефицит АТФ, вызванный гипоксией, блокирует работу мембранных ионных насосов нейронов, делая невозможной генерацию потенциалов действия, что полностью парализует работу мозговых структур.
См. также
Патологическая физиология Неврология Нейробиология Кома Высшая нервная деятельность