Международный неврологический журнал 8 (46) 2011

Однією з важливих властивостей нервової системи є пластичність — універсальна загальнобіологічна категорія. У тій або іншій мірі та формі пластичність бере участь у всіх реакціях нервової системи, забезпечуючи таким чином адекватну відповідь на дію зовнішнього чинника та збереження сліду від цієї дії і від реакції на неї. Окрім того, пластичність закріплює зміни, які виникли і є необхідним механізмом розвитку нервової системи, вона індукує та консолідує нові зв’язки, системи, що утворилися, та міжсистемні відношення [3].

У нормі структурно-функціональні зміни нервової системи відбуваються постійно. Вони мають кількісний характер та забезпечують адекватну діяльність нервової системи при постійних змінах зовнішнього середовища. Така пластичність є фізіологічною. Проте пластичність бере участь у виникненні та закріпленні не тільки біологічно корисних, але й патологічних змін у нервовій системі й тому умовно може бути визначена як фізіологічна та патологічна нейропластичність.

Більше того, всі динамічні процеси повинні бути збалансованими для нормального функціонування організму в цілому, формуючи, таким чином, гомео-статичну нейропластичність [17], основу якої становлять механізми синаптичної стабілізації.

Отже, під нейропластичністю розуміють властивість нервової системи відновлювати свою функцію за допомогою якісних та кількісних нейрональних перебудов, зміною нейрональних зв’язків та гліальних елементів [18].

Без нейропластичності неможливі формування ні генотипу, ні фенотипу нервової клітини, ні набуття нових навичок, ні розвиток адаптаційних механізмів. Нейропластичність лежить в основі пам’яті, навчання та відновлення нервової системи після пошкодження. Будь-яке пошкодження індукує пластичні перебудови та необхідну реорганізацію відповідних відділів нервової системи. Крім того, всі саногенетичні механізми одужання реалізуються нейропластичними процесами.

У центральній нервовій системі (ЦНС) процеси нейропластичності виникають на різних рівнях (молекулярному, клітинному, синаптичному, анатомічному — у цьому випадку захоплюючи великі групи нейронів) не тільки у відділах кори мозку, але й підкіркових структурах. При цьому, окрім структурних змін, мають місце і динамічні зрушення, що послідовно змінюють одне одного [8].

Зміна функціональної активності синапсів, зміна кількості, довжини та конфігурації їх активних зон, зміна числа шипиків дендритів і синапсів на них, формування нових синапсів, регулювання ефективності синаптичної передачі, зміна порогу збудливості потенціалзалежних мембранних каналів — все це належить до основних механізмів пластичності головного мозку [16].

Однією зі складових нейропластичності є синаптична пластичність, що розглядається як властивість синапсів реагувати на фізіологічні та патологічні впливи зміною ефективності транссинаптичної передачі інформації [1, 16]. Виділяють такі види пластичності синапсів: 1) еволюційна — забезпечує розвиток простих нейронних мереж у надскладні мультимодальні мережі, здатні здійснювати вищі психічні функції; 2) онтогенетична — пов’язана з індивідуальним розвитком особи та забезпечує пристосування організму до зовнішнього та внутрішнього сере- довища; 3) фізіологічна — пов’язана з фізіологічною активацією функціональних систем; 4) реактивна — забезпечує короткочасну активацію синапсів після дії різних патологічних факторів; 5) адаптаційна — тривала активація існуючих функціональних систем мозку в процесі адаптації організму до зовнішнього середовища; 6) репаративна — забезпечує відновлення функціональних систем мозку після їх пошкодження.

Різні відділи ЦНС мають різний нейропластичний потенціал: найбільш пластичною частиною ЦНС вважають кору головного мозку, що обумовлено різноманітністю складової її клітинних елементів та їх зв’язків. Окрім того, має значення організація церебральних функцій у корі, з одного боку, чітко локалізована в певних зонах, з іншого — «розширена», багата на паралельні та реципрокні зв’язки та зони перекриття, що в першу чергу характерно для таких функцій, як увага, гнозис, складні рухові акти, мовлення [2].

Дослідження останніх років [10] дозволяють стверджувати, що синапс являє собою не статичне, а динамічне утворення, нейропластичний потенціал якого лежить в основі функціональних змін на ультраструктурному рівні. Сама структура та функція синапсу знаходяться в постійній зміні відповідно до дії екзогенних та ендогенних чинників та потреб у даний момент. Усі ці зміни становлять пластичність синапсу [6]. Існують стабільні, «сильні» синапси (що завжди включаються в реакцію), змінюючі синапси, «мовчазні» синапси (що активуються при відповідних умовах); новоутворені синапси (синаптогенез). Останні можуть виникати при посилених навантаженнях, а також, що особливо важливо, в умовах патології, та бути механізмом її подальшого розвитку.

Всі ці синапси належать до класичних (деколи їх називають синапсами Екклса). У даний момент пильну увагу дослідників привертають синапси Хебба, який показав, що при одночасній активації двох нейронних популяцій між ними встановлюються функціональні зв’язки. Є також дані, що вони беруть участь у формуванні патологічних інтеграцій у ЦНС.

Окрім того, виявлено, що деякі синапси здатні регулювати власну активність — це явище називається метанейропластичністю [11].

Як зміну біоелектричної активності ізольованих нервових клітин та синаптичних зв’язків у системі взаємодіючих центрів можна уявити нейропластичність на нейрофізіологічному рівні.

Стабільність роботи систем кори головного мозку підтримується роботою інгібіторних вставних ГАМК-нейронів, що блокують горизонтальні зв’язки, особливо між пірамідними клітинами, в нормальних умовах. Але під час сенсорної депривації інгібування пригнічується, і зв’язки в середині кори стають функціонально активними, що є основою короткочасних нейропластичних змін. Цьому процесу сприяє також особливість таламокортикальних зв’язків та механізмів, в основі якої є швидка зміна рівня збудливості нейронів і синапсів при модуляції ГАМК-інгібування [15].

Окрім того, нейроглія відіграє провідну роль у модуляції нейрональної активності. Обмінюватися між собою інформацією гліальні клітини можуть за допомогою потоку міжклітинного кальцію та шляхом хімічних месенджерів. Але потрібно відзначити, що мікроглія знаходиться під контролем із боку нейронів. При пошкодженні нейронів контроль послаблюється та мікроглія розгальмовується, виділяє цитокіни, що викликають загибель змінених нейронів і після фагоцитують їх [15].

Астроцити завдяки анатомічному розміщенню між синапсами і судинами являють собою важливу складову нейроваскулярного бар’єра, що регулює енергетичний метаболізм. За рахунок вивільнення ней- ротрансмітерів та інших позаклітинних сигнальних молекул глія може регулювати збудженість нейронів, а також модулювати активність синаптичної передачі в нейрональних мережах у цілому.

Гліальні клітини мають виражену мінливість фенотипу. Їхня морфологія зазнає значних змін під час міграції, спеціалізації та дегенерації нейронів. Таким чином, астроцити повинні постійно пристосовуватися до змін, що виникають у структурі речовини головного мозку [9].

Було показано, що нові нейрони можуть утворюватися в головному мозку [12] та відігравати певну роль у навчанні, запам’ятовуванні, що реалізуються шляхом модуляції нейросинаптичних зв’язків, виникнення нових контактів та формування нейрональних мереж.

Вважають, що в основі клінічного прояву струсу мозку лежить асинапсія, переважно функціональна. Морфологічним субстратом струсу мозку є порушення колоїдної рівноваги в нейронах, що призводить до набряку синапсів та блокади аферентних і еферентних нервових імпульсів. У більш тяжких випадках до них приєднується порушення ультраструктури осьових циліндрів нейронів у результаті лінійного або кругового прискорення, що викликає зміщення великих півкуль щодо жорстко фіксованого стовбура. У результаті цього має місце натяжіння та скручування довгих аксонів у глибині білої речовини півкуль, мозолистому тілі та стовбурі.

Унаслідок цього відбуваються такі зміни: рефракція та розрив аксонів із виходом аксоплазми із нейрона, надалі йде формування реакції мікрогліоцитів та астроцитів із подальшою демієлінізацією провідних шляхів у білій речовині мозку. Аналіз ультраструктурних змін дозволяє зробити висновок, що мішенню пошкоджуючої дії та основною ареною після травматичного процесу є клітинні мембрани. Найбільшу питому вагу в ультраструктурному субстраті струсу мозку займають зміни синаптичного апарату.

Проведені морфометричні дослідження через півроку та рік після експериментальної ЧМТ показали, що кількість гліальних клітин у травмованій півкулі збільшилося щодо контролю у 2 рази. У ділянці ядер гіпоталамуса цей коефіцієнт дорівнював 1,7. Причому індекс «нейрон — глія» у травмованій півкулі був у 3 рази нижчим. Але потрібно відмітити, що функціонально активні нейрони, а також нейрони з вираженою гіперфункцією були у значній кількості в травмованій півкулі. У всіх відділах мозку проходило відновлення морфофункціонального стану синапсів, мали місце процеси вираженої внутрішньоклітинної регенерації, що сприяє функціональному відновленню значної частини нейронів [4]. Тобто має місце нейрогенез у процесі післятравматичної нейропластичності.

Період відновлення після закритої черепно-мозкової травми може займати від декількох тижнів до декількох років залежно від зони пошкодження головного мозку. Після певного латентного періоду запускаються внутрішні нейропротекторні реакції, що призводять до активації механізмів реактивної та репаративної нейропластичності. Перша є безпосередньою відповіддю на пошкодження нейронів, що збереглися, в той же час, як при репаративній нейропластичності, включаються всі компенсаторно-відновлювальні механізми [14].

Існує декілька напрямків регуляції синаптичної пластичності мозку: 1) вибірковий вплив на певні компоненти системи міжнейронної трансдукції (рецептори, іонні канали) та різні рівні внутрішньоклітинної регуляторної системи; 2) підвищення адаптивних можливостей нейронів головного мозку в цілому; 3) цілеспрямована нейропротекція за допомогою різних медикаментозних та немедикаментозних засобів [2]. Самі механізми нейропластичності мозку дуже різні, а найбільш удосконалений при пошкодженні мозку — регенерація, що має макро- та мікрорівень. Макрорівень пов’язаний зі зміною мереж структури мозку, що забезпечує сполучення між різними ділянками в межах кожної півкулі та між півкулями. У мікрорівні  проходять молекулярні зміни власне в нейронах та синапсах. На цих рівнях нейропластичність включає швидкі та повільні процеси, що дає можливість виділити два етапи у відновленні ушкодженого мозку. Перший етап — механізми нейропластичності швидко демаскують та посилюють існуючі нервові шляхи. Другий етап — формуються нові структурні зміни. Однак використання нейропластичності можливе лише при збереженні підкіркових зв’язків. Сам мозок наділений регенераційною здатністю тією мірою, в якій це доцільно в еволюційному аспекті розвитку даного виду. Тоді виникає запитання: що обмежує ней- рогенез при пошкодженні мозку, який потрібний для відновлення? Численні експерименти показали, що низька регенераційна властивість мозку не обумовлена внутрішніми обмеженнями потенціалу розміщених у ньому невральних клітин-попередників, а швидше за все відображає відсутність відповідних сигналів мікрооточення, які необхідні для нейрональної диференціації [13]. Все це стимулювало пошук такого системного впливу, який б викликав рух молекул власне в нейронах та в їх оточенні, тобто переводячи мозок у новий функціональний стан. Оскільки більшість молекул має заряд, подібне збурення в мозку можна викликати за допомогою зовнішніх слабких імпульсних токів, що за своїми параметрами наближаються до біотоков самого мозку. У зв’язку з цим було висунено припущення [7], що повільнохвильова (0,5–6 Гц) біоактивність мозку обумовлює здатність дитячого мозку до відновлення пошкоджених функцій. Тоді транскраніальна мікроелектростимуляція мозку з тією ж частотою струму буде запускати подібні механізми в дорослої людини. При цьому молекулярні зрушення скоріше за все будуть у міжклітинній рідині та на поверхні клітин — найбільш сильно почнуть коливатися малі молекули в міжклітинній рідині, низькомолекулярні регуляторні фактори, слабко пов’язані з клітинними рецепторами, відірвуться від них, змінюються потоки іонів із клітини в клітину і т.д. Відповідно даний метод викликає негайну зміну в міжклітинному середовищі в місці пошкодження, змінює патологічний гомеостаз та індукує перехід до нових функціональних відношень у речовині мозку. У результаті клінічна картина захворювання швидко покращується, а нейродефіцит зменшується. Все це здійснюється за допомогою гомеостатичної нейропластичності.

Таким чином, знаючи патофізіологічні механізми, що лежать в основі нейропластичності як на макро-, так і на мікроскопічних рівнях, можна вдосконалити терапевтичні методи з відновлення втрачених функцій у хворих із віддаленими наслідками закритих черепно-мозкових травм.