Регуляція мозкового кровообігу давно є актуальною проблемою. Незважаючи на великий фактичний матеріал, накопичений з даної проблеми, питання про фізіологічні механізми лежать в основі регулювання мозкового кровообігу залишається відкритим. Мозок людини, складаючи лише 2% від загальної маси тіла, утилізує 20-25% споживаного організмом кисню. Кровообіг у головному мозку не можна розглядати ізольовано від кровообігу всього організму в цілому. У нерозривному зв'язку з МК знаходяться такі параметри, як системний артеріальний тиск (САТ), загальний периферичний опір судин, центральний венозний тиск, об'єм циркулюючої крові і т.д. Кровопостачання мозку характеризується наявністю оптимального режиму, що забезпечує в процесі життєдіяльності безперервне і своєчасне поповнення його енергетичних та інших витрат. Це досягається послідовним включенням ряду чинників, що приводять у дію механізми саморегуляції мозкового кровообігу.
Регуляція мозкового кровотоку вкрай складна. З літератури можна зробити висновок, що в регуляції бере участь кілька взаємозалежних регуляторних контурів, кожен з яких може функціонувати самостійно. Дія їх направлено на підтримку в певних межах хімічного складу тканини мозку (а відповідно і оптимальних режимів живлення) та регулювання фізичного статусу мозкової тканини (її обсягу, кількості рідини і т.д.). Виділяють 4 регуляторних контуру: нейрогенний, гуморальний, метаболічний і міогенних.
Роль нервової системи
В даний час вважається загальновизнаним активну участь нервової системи в регуляції мозкового кровообігу. Результати морфологічних досліджень показали наявність в стінках мозкових судин адренергічної і холінергичеськой іннервації.
Симпатичну іннервацію судини головного мозку отримують від вузлів шийного відділу симпатичного прикордонного стовбура, включаючи зірчастий ганглій. На різних тварин було встановлено, що роздратування шийних і хребетних нервів викликає звуження судин мозку і зменшення мозкового кровотоку. У ряді досліджень показано важливе значення клітин синьої плями, яке представляє собою основне норадренергіческіе освіта мозку. У них виявлено високий вміст катехоламінів.
Важливе значення в регуляції МК має холінергічна система. Парасимпатичні волокна відходять від лицьового нерва і колінчатого ганглія, приєднуючись до синокаротидной сплетіння, проникають у порожнину черепа. Холінергічні сплетення виявлені в адвентиції артерій і пиальной судин. Гістохімічні дослідження показали, що волокна симпатичних і холінергічних нервів слідують поруч, створюючи єдине термінальне сплетіння.
Роль парасимпатичної системи в регуляції мозкового кровообігу неоднозначна. Дослідження показали суперечливі результати. При стимуляції парасимпатичних нервів та введення ацетилхоліну виявили розширення судин мозку, яке знімалося атропіном. Активне розширення пиальной артерій у відповідь на зниження системного артеріального тиску усувається внутрішньовенним введенням атропіну. Тоді як стимуляція холінергічних гілок великого кам'янистого нерва не приводила до зміни тотального мозкового кровотоку.
Особливий інтерес представляє вивчення ролі аортальних і каротидного рефлексогенних зон, що містять баро-і хеморецептори в регуляції мозкового кровообігу. У ряді досліджень активація каротидних барорецепторів підвищенням тиску в каротидному синусі або електрична стимуляція синокаротидной нервів викликали розширення судин мозку паралельно зниженню артеріального тиску. У відповідь на включення каротидних барорецепторів пережатие загальної сонної артерії або денервації каротидних зон - судини звужувалися, і артеріальний тиск підвищувався. Інші дослідники спостерігали протилежні реакції судин. Поряд з холінергічної іннервації мозкових судин сучасні дослідники виявили наявність пурінергіческіх і пептідергіческіх нервових волокон у стінках мозкових судин. В артеріях головного мозку знайдені моноаміноаціти (гладкі, хромафінної клітини, меланофорів), які функціонально пов'язані в єдину систему біологічних регуляторів.
Дослідження останніх років підтверджують важливу роль стовбура мозку в забезпеченні адекватного церебрального кровотоку. Показані порушення регуляції кровотоку в експерименті при руйнуванні стовбурових і спінальних шляхів. Роль нервового компонента в місцевих судинних реакціях головного мозку була показана Ю.А. Москаленко і його співробітниками.
В даний час була узагальнена велика група хімічних передавачів сигналів між нейронами і від нейронів на ефекторні клітини отримала назву нейротрансмітери (НТ). Саме НТ створюють можливість об'єднання окремих нейронів у цілісний головний мозок і дозволяє йому успішно виконувати всі його різноманітні і жізненонеобходімие функції.
Нейротрансмітери ділять на нейромедіатори - прямі передавачі нервового імпульсу, що дають пускові ефекти (зміна активності нейрона, скорочення м'язи, секрецію залози), і нейромодулятора - речовини модифікуючі ефект нейромедіаторів. Співвідношення концентрації і активності нейромедіаторів визначає функціональний стан більшості постсинаптичних клітин. Нейромодулятора зазвичай діють більш локально в певних зонах мозку.
Більшість НТ синтезується в нейронах. Потім вони транспортуються в везикули в обмін на накопичені там Н + (акумуляція протонів у везикулах здійснюється особливою Н +-АТФази за рахунок енергії АТФ). Ці везикули розташовані в нервовому закінченні, НТ зберігаються в них у високих концентраціях (до 100-500 мМ). Коли поширюється по нерву потенціал дії приходить в зону везикул, він відкриває потенціалзалежні Са 2 +-канали, іони Са 2 + входять в нервові клітини, що призводить до викиду їх з НТ у синапс.
Розрізняють збуджуючі і інгібуючі, або гальмують НТ. Ефекти перших переважають в стані неспання і високої функціональної активності, друге - у спокої і особливо під час спокійного сну без сновидінь. По хімічній структурі НТ можна розділити на 5 класів: амінокислоти, аміни та їх похідні, нейропептиди, нуклеозиди та нуклеотиди, стероїди. Останні 2 класу поки представлені єдиними речовинами.
Всі НТ дифундують через синапс і на зовнішній стороні плазматичної мембрани постсинаптической клітини зв'язуються зі специфічними рецепторами. НТ не потрібно проникати через мембрану клітини, всередину клітини надходить не сам НТ, а сигнал, що виникає при зв'язуванні НТ з рецептором. Сприйняття, перетворення, посилення і передачу сигналу всередину клітини і потім всередину її органел здійснюють сигнал-трансдукторние системи (СТС). Рецепторами нейромедіаторів є регуляторні субодиниці швидких іонних каналів (Na + - або Сl -) - це іонотропного рецептори. Ефекти нейромодулятора реалізуються більш складними СТС, що включають рецептори, ГТФ-залежні G-білки, мембранні ферменти, Ca 2 + - або К + - канали, другі посередники і їх білкові рецептори (найчастіше протеїнкінази) - це метаботропние рецептори. Різні механізми реалізації сигналів визначають тимчасові відмінності: нейромедіатори діють за час нервового імпульсу - мілісекунди (швидкі відповіді клітин), модулятори - за секунди або хвилини, такі ефекти називаються повільними.
Головні медіатори головного мозку - амінокислоти. До збудливим відносяться глутамат і аспартат. При звільненні у синапс вони через іонотропного рецептори відкривають швидкі натрієві канали, що призводить до швидкого входу в постсинаптичний нейрон іонів натрію. Це деполярізует плазматичну мембрану і викликає збудження нейрона. Збуджуючі амінокислоти необхідні для всіх функцій мозку, включаючи підтримку його тонусу, неспання, психологічної та фізичної активності, регуляцію поведінки, навчання, пам'ять, сприйняття чутливих і больових імпульсів. Проте їх надлишок викликає важкі захворювання. Наприклад, надлишок глутамату призводить до судомних нападів. При ішемії в синапс виділяється так багато глутамату, що викликає надмірне накопичення іонів Ca 2 + у постсинаптическом нейроні і його перезбудження (нейротоксична дія) - виникає інсульт.
Ще один збудливий медіатор - ацетилхолін (АХ), який активує іонотропного N-холінорецептори з відкриттям тих же швидких натрієвих каналів. Через ці рецептори АХ бере участь у функціях базальних гангліїв головного мозку, пов'язаних з регулюванням рухової активності та м'язового тонусу.
Головний ингибирующий нейромедіатор головного мозку - гамма-аминомаслянной кислота (ГАМК). Утворюється з глутамату, зв'язується з ГАМК іонотропного ГАМК А рецепторами (субодиницями хлоридних каналів), що призводить до їх відкриття і швидкому входу в постсинаптичний нейрон іонів Cl -. Ці іони викликають гіперполяризацію і в результаті - гальмування нейрона
Амінокислота гліцин - особливий ингибирующий нейромедіатор спинного мозку. Він діє за аналогічним механізмом, а антагоністом його рецепторів є стрихнін.
До нейромодулятора відносяться всі нейромедіатори, але їх модулирующие ефекти реалізуються не через іонно-, а через метаботропние рецептори. Ацетилхолін через М-холінорецептори включає 3 різні СТС, що знижує рівень цАМФ, відкриває К + - канали і викликає накопичення ліпідних другий посередників і потім іонів Са 2 +. Через М-холінорецептори (їх в мозку більше ніж N-рецепторів) АХ стимулює утворення умовних рефлексів і пам'ять. Так при хворобі Альцгеймера характерна рання загибель холінергічних нейронів. Через ці рецептори АХ реалізує активність мотонейронів спинного мозку і регуляцію внутрішніх органів парасимпатичними нервами системи. ГАМК та її синтетичні агоністи через обидва типи рецепторів ГАМК А і ГАМК В - знижують активність головного мозку.
Існує велика кількість спеціалізованих нейромодулятора. У головному мозку з прогестерону утворюються активуючі мозок нейромодулятора - нейростероіди. На відміну від більшості стероїдних гормонів вони діють не шляхом проникнення в ядро клітини і з'єднання з ядерними рецепторами, а в результаті активації ГАМК А - рецепторів нейронів.
Описані 3 типи СТС опосередковує дію і деяких інших інгібуючих модуляторів, в тому числі і поки єдиного нуклеозидного НТ - аденозину. Через свої А 1-рецептори він знижує концентрацію іонів Са 2 + у нейронах, що уповільнює вивільнення багатьох НТ, знижує тонус головного мозку, сприяє ранкової млявості.
Важливий клас нейромодулятора - моноамiни: катехоламіни (КА) і Індолілалкіламіни. КА синтезуються з амінокислоти тирозину, активність ключового ферменту синтезу тірозінгідроксілази збільшується системою цАМФ - протеїнкіназа А. КА забезпечують функціонування симпатико-адреналової системи. Дофамін звільняється в основному в синапсах базальних ядер головного мозку, норадреналін - у стовбурі мозку і закінченнях симпатичних нервів. Дофамін - гальмівний модулятор, що знижує ефекти збудливого медіатора АХ.
Норадреналін викликає накопичення в клітині іонів Са 2 + (через α 1-адренорецептори) і цАМФ (через β-адренорецептори). Активується ретикулярна формація стовбура, що тонізує головний мозок, включаючи кору великих півкуль.
Однак ті ж КА через α 2-адренорецептори знижують концентрацію іонів Са 2 + і цАМФ, що призводить до зменшення виділення норадреналіну та інших НТ. ГАМК, аденозин і селективні антагоністи α 2-адренорецепторів реалізують і іншу пристосувальну стратегію - толерантну. Для неї характерне зниження споживання кисню, температури тіла і катаболізму із зменшенням активності головного мозку та інших фізіологічних систем. У результаті значно збільшується стійкість організму до багатьох екстремальних факторів.
Індолалкіламіни утворюються з амінокислоти триптофану: серотонін - у стовбурі головного мозку і ентерохромаффінних клітинах кишечника, мелатонін - в епіфізі. Серотонін - знижує агресивність, страх, депресію, стимулює харчову поведінку, сон і знижує больові умовні рефлексу, сприяє навчанню та лідерства. Мелатонін переважно виробляється вночі і сприяє сну, гальмує виділення гонадотропних гормонів. Обидва індолалкіламіна знижують статеву активність.
Поряд з цим великі успіхи, досягнуті в останнє десятиліття у вивченні синаптичних молекул дозволяють виділити групу атипових трансмітерів або нейрональних мессенжеров. До таких сполук відносять газ - оксид азоту (NO), цинк, що виконує функції антагоністичного котрансміттера NMDA-рецепторів, а також локалізований в гангліальних клітинах d-серин, що є ендогенним лігандом місця зв'язування гліцину, що входить до складу NMDA-рецепторного комплексу.
Метаболічна, міогенна і гуморальна регуляція
Миогенная регуляція мозкового кровотоку здійснюється за рахунок зміни внутрішньоартеріального тиску і прямої відповідної реакції м'язів судинної стінки у вигляді звуження артерій при його підвищення або їх розширення при його зниженні (феномен Остроумова - Бейлисс). Дія цієї реакції короткочасно.
Важливою особливістю головного мозку є його висока метаболічна активність. При ураженнях головного мозку порушення кровообігу призводять до зв'язаних змін метаболічних процесів незалежно від характеру пошкоджуючого впливу - травми, компресії, гіпоксії мозку. Порушення кровообігу та метаболізму мозку розвиваються в певній послідовності - накопичення лактату, тканинний ацидоз, параліч вазомоторов, порушення ауторегуляції, порушення регуляції внутрішньочерепного тиску, зникнення реакції церебральних судин на зміну концентрації вуглекислого газу, втрата контролю метаболізму, розвиток набряку мозку.
Активним чинником, що впливає на судинну стінку, є напруга вуглекислоти в артеріальній крові. Механізм дії СО 2 на судини мозку вивчений в роботах багатьох авторів.
Величина просвіту артерій залежить від напруги СО 2 в капілярах і тканинах, концентрації іонів Н + у навколосудинних просторі і напруги О 2. Підвищення напруги СО 2 викликає виражену дилатацію судин. Так, при підвищенні рСО 2 вдвічі мозковий кровотік також подвоюється. Дія СО 2 опосередковано відповідним збільшенням концентрації Н +, що утворюються при дисоціації вугільної кислоти. Інші речовини, при накопиченні яких збільшується концентрація іонів водню, також підсилюють мозковий кровообіг. Зменшення напруги кисню викликає розширення судин, а збільшення - звуження. Проте вплив рО 2 на просвіт судин нижчі, ніж вплив рСО 2. Вплив вуглекислоти на церебральну гемодинаміку пояснюється або безпосереднім впливом на судинну мережу, розташовану поблизу артеріального кінця капілярів, або змінами рН цереброспінальної рідини, що оточує артериолу.
Багато авторів вважають, що дію СО 2 на судини мозку реалізується за допомогою нервових механізмів. Істотна роль у механізмі дії СО 2 відводиться також місцевим нервовим механізмам. Реакція мозкового кровотоку на гіперкапнію слабшає при гіпотензії, ішемії мозку. Цей ефект пояснюють дилатацією артерій під дією накопичилися в умовах патології кислих продуктів метаболізму і зменшенням резервних можливостей для їх подальшого розширення.
Вплив кисню на цереброспінальної кровопостачання виражено слабше в порівнянні з СО 2. Однак гіпероксія і надлишкова оксигенація крові ведуть до звуження судин мозку, а гіпоксія навпаки викликає дилатацію і збільшення церебрального кровотік. Вважають, що вазоконстрикторное реакція при гіпербаричної оксигенації носить пристосувальний характер, захищаючи мозок від проникнення в нього надлишкового кисню.
У процесі адаптації судинного тонусу мозку до гіпоксії передбачається участь тканинного метаболізму шляхом збільшення анаеробної передачі продукції АТФ в гладких м'язах мозкових судин.
У літературі є дані про участь іонів К + і Н + у регуляції тонусу судин мозку. Біохімічні дослідження свідчать про те, що під впливом Са 2 + інтенсивність споживання кисню і величина дихального контролю мозку підвищуються, в той же час збільшення концентрації іонізованого Са 2 + в розчинній цитоплазмі забезпечує метаболічні ефекти синаптичної передачі нервових імпульсів. Іони Са 2 + є важливим компонентом судинної стінки, що запускає скорочувальний м'язовий механізм. Концентрация Са 2+ оказывает влияние на диаметр пиальных артерий: увеличение ее приводит к их сужению, а снижение к расширению этих сосудов.
К метаболическим факторам регуляции мозгового кровотока относятся сдвиги газового состава крови, напряжения в ней кислорода, углекислоты. Изменения газового состава крови изменяет рН среды, окружающей сосуды, вызывает сдвиг концентрации различных вазоактивных веществ.
При различных изменениях системной гемодинамики роль данного механизма уникальна.
Монооксид азота образуется в эндотелии сосудов, способствует расширению микрососудов и является постоянным регулятором микроциркуляции. Согласно данным, большое количество этого вещества образуется в эндотелии капилляров. Угнетение его синтеза существенно изменяет скорость кровотока в капиллярах мышц. Предполагается, что угнетение синтеза монооксида азота в эндотелии после тяжелой ишемии ведет к массовой адгезии нейтрофилов к стенкам микрососудов и к ухудшению или прекращению их «проходимости» для крови.
В регуляции МК проявляют себя гуморальные механизмы, которые разделяют на 2 группы: 1 – гормоны, вырабатываемые нервными окончаниями железистых и тучных клеток, действие которых направлено на тонус прилежащих сосудов; 2 – гормоны, вырабатываемые специализированными органами внутренней секреции. Гуморальные факторы обладают выраженными вазоактивными свойствами. Брадикинин вызывает у человека церебральную дилатацию и увеличение кровотока.
Под влиянием ацетилхолина в опытах описано как расширение, так и сужение пиальных артерий. Аппликация серотонина на поверхность мозга вызывает длительную констрикцию крупных пиальных артерий за счет преимущественного действия на Д-рецепторы сосудистой стенки. Отмечено двухфазное действие дофамина – первичное сужение с последующей дилатацией. Важная роль принадлежит b-адренорецепторам в регуляции тонуса сосудов и метаболизма мозга у человека. Установлены региональные различия в распределении a- и b-адренорецепторов в сосудах мозга. Каротидная артериальная система более чувствительна к норадреналину, чем позвоночная. Простагландины вызывают неоднозначные реакции на внутри- и внечерепные сосуды. Теория, объясняющая многосторонние действия простагландинов основаны на способности их влиять на синтез циклических нуклеотидов, главным образом цАМФ.
Метаболизм головного мозга носит аэробный характер и для обеспечения жизнедеятельности и анатомической целостности его структуры мозгу необходимо до 20% всей циркулирующей крови и 25% всего кислорода. Этим определяется такой высокий кровоток, высокий уровень потребления кислорода, многоуровневая, дублированная система регуляции мозгового кровообращения и механизмы компенсации при поражении одного или нескольких бассейнов кровоснабжения. При полном прекращении поступления кислорода и глюкозы, вследствие нарушения кровотока или при других причинах через 1-3 секунды происходит потеря сознания, через 4-6 минут необратимая гибель мозга. Период 4-6 минут критический. При этом последующая перфузия не приводит к восстановлению кровотока на различных территориях мозга вследствие перекрытия капиллярного отдела микроциркуляторного русла. Перемещение крови происходит из областей мозга, менее активных в функциональном отношении, в области с интенсивной деятельностью. Величина локального кровотока в это время значительно повышается в одних областях, снижаясь одновременно в других на фоне стабильного или, реже, несколько увеличенного кровотока в мозге в целом. Но этот критический период в 4-6 минут может расширяться до десятков минут при переохлаждении и наличии в организме седативных веществ (барбитураты, нейролептики, транквилизаторы). Следует отметить, что при падении парциального давления кислорода ниже 65 мм рт.ст. нарушается синтез медиаторов и начинаются изменения сознания.
Література
Скворцова, В.І. Лікування і профілактика ішемічного інсульту / шпакових В.І., Стаховська Л.В. / / Діагностика і терапія в клініці внутрішніх хвороб: лекції для практикуючих лікарів, 10 Ріс. нац. конгр. - М., 2004. - С. 142-160.
Кузнєцов, Г.П. Клінічне значення селенодефеціта у хворих з серцево-судинними захворюваннями самарського регіону та його корекції препаратом «Cелена» / Г.П. Кузнєцов, П.Л. Лебедєв / / т фіз. і клинич. фармакологія. - 2005. - Т.58, № 5. - С. 26-28.
Демченко, І.Т. Кровопостачання бодрствующего мозку / І.Т. Демченко. - Л.: Наука, 2007. - 174 с.
Фізіологія ЦНС: Учеб. посібник. - Ростов н / Д: Фенікс, 2007. - 450 с.
Балуєва, Т.В. До питання про центральну норадренергической регуляції мозкового кровообігу / Т.В. Балуєва / / фізіолого. журн. СРСР ім. Сєченова. - 2006. - № 7. - С. 913-917.
Анатомія людини: У 2 т. / За ред. М.Р. Сапін. - М.: Медицина, 2007. - Т.2. - 479 с.
Регуляція мозкового кровотоку вкрай складна. З літератури можна зробити висновок, що в регуляції бере участь кілька взаємозалежних регуляторних контурів, кожен з яких може функціонувати самостійно. Дія їх направлено на підтримку в певних межах хімічного складу тканини мозку (а відповідно і оптимальних режимів живлення) та регулювання фізичного статусу мозкової тканини (її обсягу, кількості рідини і т.д.). Виділяють 4 регуляторних контуру: нейрогенний, гуморальний, метаболічний і міогенних.
Роль нервової системи
В даний час вважається загальновизнаним активну участь нервової системи в регуляції мозкового кровообігу. Результати морфологічних досліджень показали наявність в стінках мозкових судин адренергічної і холінергичеськой іннервації.
Симпатичну іннервацію судини головного мозку отримують від вузлів шийного відділу симпатичного прикордонного стовбура, включаючи зірчастий ганглій. На різних тварин було встановлено, що роздратування шийних і хребетних нервів викликає звуження судин мозку і зменшення мозкового кровотоку. У ряді досліджень показано важливе значення клітин синьої плями, яке представляє собою основне норадренергіческіе освіта мозку. У них виявлено високий вміст катехоламінів.
Важливе значення в регуляції МК має холінергічна система. Парасимпатичні волокна відходять від лицьового нерва і колінчатого ганглія, приєднуючись до синокаротидной сплетіння, проникають у порожнину черепа. Холінергічні сплетення виявлені в адвентиції артерій і пиальной судин. Гістохімічні дослідження показали, що волокна симпатичних і холінергічних нервів слідують поруч, створюючи єдине термінальне сплетіння.
Роль парасимпатичної системи в регуляції мозкового кровообігу неоднозначна. Дослідження показали суперечливі результати. При стимуляції парасимпатичних нервів та введення ацетилхоліну виявили розширення судин мозку, яке знімалося атропіном. Активне розширення пиальной артерій у відповідь на зниження системного артеріального тиску усувається внутрішньовенним введенням атропіну. Тоді як стимуляція холінергічних гілок великого кам'янистого нерва не приводила до зміни тотального мозкового кровотоку.
Особливий інтерес представляє вивчення ролі аортальних і каротидного рефлексогенних зон, що містять баро-і хеморецептори в регуляції мозкового кровообігу. У ряді досліджень активація каротидних барорецепторів підвищенням тиску в каротидному синусі або електрична стимуляція синокаротидной нервів викликали розширення судин мозку паралельно зниженню артеріального тиску. У відповідь на включення каротидних барорецепторів пережатие загальної сонної артерії або денервації каротидних зон - судини звужувалися, і артеріальний тиск підвищувався. Інші дослідники спостерігали протилежні реакції судин. Поряд з холінергічної іннервації мозкових судин сучасні дослідники виявили наявність пурінергіческіх і пептідергіческіх нервових волокон у стінках мозкових судин. В артеріях головного мозку знайдені моноаміноаціти (гладкі, хромафінної клітини, меланофорів), які функціонально пов'язані в єдину систему біологічних регуляторів.
Дослідження останніх років підтверджують важливу роль стовбура мозку в забезпеченні адекватного церебрального кровотоку. Показані порушення регуляції кровотоку в експерименті при руйнуванні стовбурових і спінальних шляхів. Роль нервового компонента в місцевих судинних реакціях головного мозку була показана Ю.А. Москаленко і його співробітниками.
В даний час була узагальнена велика група хімічних передавачів сигналів між нейронами і від нейронів на ефекторні клітини отримала назву нейротрансмітери (НТ). Саме НТ створюють можливість об'єднання окремих нейронів у цілісний головний мозок і дозволяє йому успішно виконувати всі його різноманітні і жізненонеобходімие функції.
Нейротрансмітери ділять на нейромедіатори - прямі передавачі нервового імпульсу, що дають пускові ефекти (зміна активності нейрона, скорочення м'язи, секрецію залози), і нейромодулятора - речовини модифікуючі ефект нейромедіаторів. Співвідношення концентрації і активності нейромедіаторів визначає функціональний стан більшості постсинаптичних клітин. Нейромодулятора зазвичай діють більш локально в певних зонах мозку.
Більшість НТ синтезується в нейронах. Потім вони транспортуються в везикули в обмін на накопичені там Н + (акумуляція протонів у везикулах здійснюється особливою Н +-АТФази за рахунок енергії АТФ). Ці везикули розташовані в нервовому закінченні, НТ зберігаються в них у високих концентраціях (до 100-500 мМ). Коли поширюється по нерву потенціал дії приходить в зону везикул, він відкриває потенціалзалежні Са 2 +-канали, іони Са 2 + входять в нервові клітини, що призводить до викиду їх з НТ у синапс.
Розрізняють збуджуючі і інгібуючі, або гальмують НТ. Ефекти перших переважають в стані неспання і високої функціональної активності, друге - у спокої і особливо під час спокійного сну без сновидінь. По хімічній структурі НТ можна розділити на 5 класів: амінокислоти, аміни та їх похідні, нейропептиди, нуклеозиди та нуклеотиди, стероїди. Останні 2 класу поки представлені єдиними речовинами.
Всі НТ дифундують через синапс і на зовнішній стороні плазматичної мембрани постсинаптической клітини зв'язуються зі специфічними рецепторами. НТ не потрібно проникати через мембрану клітини, всередину клітини надходить не сам НТ, а сигнал, що виникає при зв'язуванні НТ з рецептором. Сприйняття, перетворення, посилення і передачу сигналу всередину клітини і потім всередину її органел здійснюють сигнал-трансдукторние системи (СТС). Рецепторами нейромедіаторів є регуляторні субодиниці швидких іонних каналів (Na + - або Сl -) - це іонотропного рецептори. Ефекти нейромодулятора реалізуються більш складними СТС, що включають рецептори, ГТФ-залежні G-білки, мембранні ферменти, Ca 2 + - або К + - канали, другі посередники і їх білкові рецептори (найчастіше протеїнкінази) - це метаботропние рецептори. Різні механізми реалізації сигналів визначають тимчасові відмінності: нейромедіатори діють за час нервового імпульсу - мілісекунди (швидкі відповіді клітин), модулятори - за секунди або хвилини, такі ефекти називаються повільними.
Головні медіатори головного мозку - амінокислоти. До збудливим відносяться глутамат і аспартат. При звільненні у синапс вони через іонотропного рецептори відкривають швидкі натрієві канали, що призводить до швидкого входу в постсинаптичний нейрон іонів натрію. Це деполярізует плазматичну мембрану і викликає збудження нейрона. Збуджуючі амінокислоти необхідні для всіх функцій мозку, включаючи підтримку його тонусу, неспання, психологічної та фізичної активності, регуляцію поведінки, навчання, пам'ять, сприйняття чутливих і больових імпульсів. Проте їх надлишок викликає важкі захворювання. Наприклад, надлишок глутамату призводить до судомних нападів. При ішемії в синапс виділяється так багато глутамату, що викликає надмірне накопичення іонів Ca 2 + у постсинаптическом нейроні і його перезбудження (нейротоксична дія) - виникає інсульт.
Ще один збудливий медіатор - ацетилхолін (АХ), який активує іонотропного N-холінорецептори з відкриттям тих же швидких натрієвих каналів. Через ці рецептори АХ бере участь у функціях базальних гангліїв головного мозку, пов'язаних з регулюванням рухової активності та м'язового тонусу.
Головний ингибирующий нейромедіатор головного мозку - гамма-аминомаслянной кислота (ГАМК). Утворюється з глутамату, зв'язується з ГАМК іонотропного ГАМК А рецепторами (субодиницями хлоридних каналів), що призводить до їх відкриття і швидкому входу в постсинаптичний нейрон іонів Cl -. Ці іони викликають гіперполяризацію і в результаті - гальмування нейрона
Амінокислота гліцин - особливий ингибирующий нейромедіатор спинного мозку. Він діє за аналогічним механізмом, а антагоністом його рецепторів є стрихнін.
До нейромодулятора відносяться всі нейромедіатори, але їх модулирующие ефекти реалізуються не через іонно-, а через метаботропние рецептори. Ацетилхолін через М-холінорецептори включає 3 різні СТС, що знижує рівень цАМФ, відкриває К + - канали і викликає накопичення ліпідних другий посередників і потім іонів Са 2 +. Через М-холінорецептори (їх в мозку більше ніж N-рецепторів) АХ стимулює утворення умовних рефлексів і пам'ять. Так при хворобі Альцгеймера характерна рання загибель холінергічних нейронів. Через ці рецептори АХ реалізує активність мотонейронів спинного мозку і регуляцію внутрішніх органів парасимпатичними нервами системи. ГАМК та її синтетичні агоністи через обидва типи рецепторів ГАМК А і ГАМК В - знижують активність головного мозку.
Існує велика кількість спеціалізованих нейромодулятора. У головному мозку з прогестерону утворюються активуючі мозок нейромодулятора - нейростероіди. На відміну від більшості стероїдних гормонів вони діють не шляхом проникнення в ядро клітини і з'єднання з ядерними рецепторами, а в результаті активації ГАМК А - рецепторів нейронів.
Описані 3 типи СТС опосередковує дію і деяких інших інгібуючих модуляторів, в тому числі і поки єдиного нуклеозидного НТ - аденозину. Через свої А 1-рецептори він знижує концентрацію іонів Са 2 + у нейронах, що уповільнює вивільнення багатьох НТ, знижує тонус головного мозку, сприяє ранкової млявості.
Важливий клас нейромодулятора - моноамiни: катехоламіни (КА) і Індолілалкіламіни. КА синтезуються з амінокислоти тирозину, активність ключового ферменту синтезу тірозінгідроксілази збільшується системою цАМФ - протеїнкіназа А. КА забезпечують функціонування симпатико-адреналової системи. Дофамін звільняється в основному в синапсах базальних ядер головного мозку, норадреналін - у стовбурі мозку і закінченнях симпатичних нервів. Дофамін - гальмівний модулятор, що знижує ефекти збудливого медіатора АХ.
Норадреналін викликає накопичення в клітині іонів Са 2 + (через α 1-адренорецептори) і цАМФ (через β-адренорецептори). Активується ретикулярна формація стовбура, що тонізує головний мозок, включаючи кору великих півкуль.
Однак ті ж КА через α 2-адренорецептори знижують концентрацію іонів Са 2 + і цАМФ, що призводить до зменшення виділення норадреналіну та інших НТ. ГАМК, аденозин і селективні антагоністи α 2-адренорецепторів реалізують і іншу пристосувальну стратегію - толерантну. Для неї характерне зниження споживання кисню, температури тіла і катаболізму із зменшенням активності головного мозку та інших фізіологічних систем. У результаті значно збільшується стійкість організму до багатьох екстремальних факторів.
Індолалкіламіни утворюються з амінокислоти триптофану: серотонін - у стовбурі головного мозку і ентерохромаффінних клітинах кишечника, мелатонін - в епіфізі. Серотонін - знижує агресивність, страх, депресію, стимулює харчову поведінку, сон і знижує больові умовні рефлексу, сприяє навчанню та лідерства. Мелатонін переважно виробляється вночі і сприяє сну, гальмує виділення гонадотропних гормонів. Обидва індолалкіламіна знижують статеву активність.
Поряд з цим великі успіхи, досягнуті в останнє десятиліття у вивченні синаптичних молекул дозволяють виділити групу атипових трансмітерів або нейрональних мессенжеров. До таких сполук відносять газ - оксид азоту (NO), цинк, що виконує функції антагоністичного котрансміттера NMDA-рецепторів, а також локалізований в гангліальних клітинах d-серин, що є ендогенним лігандом місця зв'язування гліцину, що входить до складу NMDA-рецепторного комплексу.
Метаболічна, міогенна і гуморальна регуляція
Миогенная регуляція мозкового кровотоку здійснюється за рахунок зміни внутрішньоартеріального тиску і прямої відповідної реакції м'язів судинної стінки у вигляді звуження артерій при його підвищення або їх розширення при його зниженні (феномен Остроумова - Бейлисс). Дія цієї реакції короткочасно.
Важливою особливістю головного мозку є його висока метаболічна активність. При ураженнях головного мозку порушення кровообігу призводять до зв'язаних змін метаболічних процесів незалежно від характеру пошкоджуючого впливу - травми, компресії, гіпоксії мозку. Порушення кровообігу та метаболізму мозку розвиваються в певній послідовності - накопичення лактату, тканинний ацидоз, параліч вазомоторов, порушення ауторегуляції, порушення регуляції внутрішньочерепного тиску, зникнення реакції церебральних судин на зміну концентрації вуглекислого газу, втрата контролю метаболізму, розвиток набряку мозку.
Активним чинником, що впливає на судинну стінку, є напруга вуглекислоти в артеріальній крові. Механізм дії СО 2 на судини мозку вивчений в роботах багатьох авторів.
Величина просвіту артерій залежить від напруги СО 2 в капілярах і тканинах, концентрації іонів Н + у навколосудинних просторі і напруги О 2. Підвищення напруги СО 2 викликає виражену дилатацію судин. Так, при підвищенні рСО 2 вдвічі мозковий кровотік також подвоюється. Дія СО 2 опосередковано відповідним збільшенням концентрації Н +, що утворюються при дисоціації вугільної кислоти. Інші речовини, при накопиченні яких збільшується концентрація іонів водню, також підсилюють мозковий кровообіг. Зменшення напруги кисню викликає розширення судин, а збільшення - звуження. Проте вплив рО 2 на просвіт судин нижчі, ніж вплив рСО 2. Вплив вуглекислоти на церебральну гемодинаміку пояснюється або безпосереднім впливом на судинну мережу, розташовану поблизу артеріального кінця капілярів, або змінами рН цереброспінальної рідини, що оточує артериолу.
Багато авторів вважають, що дію СО 2 на судини мозку реалізується за допомогою нервових механізмів. Істотна роль у механізмі дії СО 2 відводиться також місцевим нервовим механізмам. Реакція мозкового кровотоку на гіперкапнію слабшає при гіпотензії, ішемії мозку. Цей ефект пояснюють дилатацією артерій під дією накопичилися в умовах патології кислих продуктів метаболізму і зменшенням резервних можливостей для їх подальшого розширення.
Вплив кисню на цереброспінальної кровопостачання виражено слабше в порівнянні з СО 2. Однак гіпероксія і надлишкова оксигенація крові ведуть до звуження судин мозку, а гіпоксія навпаки викликає дилатацію і збільшення церебрального кровотік. Вважають, що вазоконстрикторное реакція при гіпербаричної оксигенації носить пристосувальний характер, захищаючи мозок від проникнення в нього надлишкового кисню.
У процесі адаптації судинного тонусу мозку до гіпоксії передбачається участь тканинного метаболізму шляхом збільшення анаеробної передачі продукції АТФ в гладких м'язах мозкових судин.
У літературі є дані про участь іонів К + і Н + у регуляції тонусу судин мозку. Біохімічні дослідження свідчать про те, що під впливом Са 2 + інтенсивність споживання кисню і величина дихального контролю мозку підвищуються, в той же час збільшення концентрації іонізованого Са 2 + в розчинній цитоплазмі забезпечує метаболічні ефекти синаптичної передачі нервових імпульсів. Іони Са 2 + є важливим компонентом судинної стінки, що запускає скорочувальний м'язовий механізм. Концентрация Са 2+ оказывает влияние на диаметр пиальных артерий: увеличение ее приводит к их сужению, а снижение к расширению этих сосудов.
К метаболическим факторам регуляции мозгового кровотока относятся сдвиги газового состава крови, напряжения в ней кислорода, углекислоты. Изменения газового состава крови изменяет рН среды, окружающей сосуды, вызывает сдвиг концентрации различных вазоактивных веществ.
При различных изменениях системной гемодинамики роль данного механизма уникальна.
Монооксид азота образуется в эндотелии сосудов, способствует расширению микрососудов и является постоянным регулятором микроциркуляции. Согласно данным, большое количество этого вещества образуется в эндотелии капилляров. Угнетение его синтеза существенно изменяет скорость кровотока в капиллярах мышц. Предполагается, что угнетение синтеза монооксида азота в эндотелии после тяжелой ишемии ведет к массовой адгезии нейтрофилов к стенкам микрососудов и к ухудшению или прекращению их «проходимости» для крови.
В регуляции МК проявляют себя гуморальные механизмы, которые разделяют на 2 группы: 1 – гормоны, вырабатываемые нервными окончаниями железистых и тучных клеток, действие которых направлено на тонус прилежащих сосудов; 2 – гормоны, вырабатываемые специализированными органами внутренней секреции. Гуморальные факторы обладают выраженными вазоактивными свойствами. Брадикинин вызывает у человека церебральную дилатацию и увеличение кровотока.
Под влиянием ацетилхолина в опытах описано как расширение, так и сужение пиальных артерий. Аппликация серотонина на поверхность мозга вызывает длительную констрикцию крупных пиальных артерий за счет преимущественного действия на Д-рецепторы сосудистой стенки. Отмечено двухфазное действие дофамина – первичное сужение с последующей дилатацией. Важная роль принадлежит b-адренорецепторам в регуляции тонуса сосудов и метаболизма мозга у человека. Установлены региональные различия в распределении a- и b-адренорецепторов в сосудах мозга. Каротидная артериальная система более чувствительна к норадреналину, чем позвоночная. Простагландины вызывают неоднозначные реакции на внутри- и внечерепные сосуды. Теория, объясняющая многосторонние действия простагландинов основаны на способности их влиять на синтез циклических нуклеотидов, главным образом цАМФ.
Метаболизм головного мозга носит аэробный характер и для обеспечения жизнедеятельности и анатомической целостности его структуры мозгу необходимо до 20% всей циркулирующей крови и 25% всего кислорода. Этим определяется такой высокий кровоток, высокий уровень потребления кислорода, многоуровневая, дублированная система регуляции мозгового кровообращения и механизмы компенсации при поражении одного или нескольких бассейнов кровоснабжения. При полном прекращении поступления кислорода и глюкозы, вследствие нарушения кровотока или при других причинах через 1-3 секунды происходит потеря сознания, через 4-6 минут необратимая гибель мозга. Период 4-6 минут критический. При этом последующая перфузия не приводит к восстановлению кровотока на различных территориях мозга вследствие перекрытия капиллярного отдела микроциркуляторного русла. Перемещение крови происходит из областей мозга, менее активных в функциональном отношении, в области с интенсивной деятельностью. Величина локального кровотока в это время значительно повышается в одних областях, снижаясь одновременно в других на фоне стабильного или, реже, несколько увеличенного кровотока в мозге в целом. Но этот критический период в 4-6 минут может расширяться до десятков минут при переохлаждении и наличии в организме седативных веществ (барбитураты, нейролептики, транквилизаторы). Следует отметить, что при падении парциального давления кислорода ниже 65 мм рт.ст. нарушается синтез медиаторов и начинаются изменения сознания.
Література
Скворцова, В.І. Лікування і профілактика ішемічного інсульту / шпакових В.І., Стаховська Л.В. / / Діагностика і терапія в клініці внутрішніх хвороб: лекції для практикуючих лікарів, 10 Ріс. нац. конгр. - М., 2004. - С. 142-160.
Кузнєцов, Г.П. Клінічне значення селенодефеціта у хворих з серцево-судинними захворюваннями самарського регіону та його корекції препаратом «Cелена» / Г.П. Кузнєцов, П.Л. Лебедєв / / т фіз. і клинич. фармакологія. - 2005. - Т.58, № 5. - С. 26-28.
Демченко, І.Т. Кровопостачання бодрствующего мозку / І.Т. Демченко. - Л.: Наука, 2007. - 174 с.
Фізіологія ЦНС: Учеб. посібник. - Ростов н / Д: Фенікс, 2007. - 450 с.
Балуєва, Т.В. До питання про центральну норадренергической регуляції мозкового кровообігу / Т.В. Балуєва / / фізіолого. журн. СРСР ім. Сєченова. - 2006. - № 7. - С. 913-917.
Анатомія людини: У 2 т. / За ред. М.Р. Сапін. - М.: Медицина, 2007. - Т.2. - 479 с.