Введение к работе
Актуальность проблемы. Несмотря на достижения современных нейронаук остается открытым вопрос о патогенезе синдрома гипервозбудимости при эпилептическом поражении головного мозга у человека. Статистика указывает на непрерывный рост заболеваемости эпилепсией и закономерное преобладание парциальных припадков над первично-генерализованными.
Согласно данным Гехт и соавт. (2006) стандартизированная по полу и возрасту взрослого населения распространенность эпилепсии в России составляет 3,39 человек на 1000 населения. Среди выявленных пациентов 82,47% страдают фокальными синдромами эпилепсии (Мухин, Петрухин, 2005; Зенков, 2002; Henshall, 2007). При хирургическом лечении фармакорезистентных форм эпилепсий в 94,6% случаев очаг эпилептиформной активности локализуется в височной доле (Гайкова, 2001).
Механизмы эпилептогенеза в новой коре развиваются в условиях повышенной эффективности глутаматергической трансмиссии пирамидных клеток при снижении ГАМК-ергической активности тормозных интернейронов: корзинчатых клеток, клеток-канделябров и нейроглиеформных клеток (Дудина и др., 2006). Поврежденные («эпилептизированные») пирамидные нейроны генерируют сверхмощное возбуждение, которое реализуется в избыточной выработке глутамата и экстрасинаптической диффузии медиатора. В свою очередь, цитотоксическое действие возбуждающих аминокислот ведет к истощению ГАМК-ергических интернейронов, не способных ингибировать объёмный пул глутаматергической медиации (Dalby, Mody, 2001). В последние годы разработаны эффективные модели для изучения нейрофизиологических основ эпилепсии у человека. Результаты этих исследований свидетельствуют об изменении формы нейронов после генерации эпилептической активности и о разной чувствительности нейрохимических паттернов клеток к эпилептогенным веществам.
Гиперпродукция глутамата и его токсическое влияние на клетки-мишени со стороны патологически расторможенных пирамидных клеток инициируют нейродеструктивные процессы в эпилептическом очаге, которые реализуются посредством образования свободных радикалов, перекисного окисления липидов и индукции NO-синтазы. Чрезвычайно токсичным для нейронов остаются дериваты NO, особенно его недоокисленные продукты и пероксинитриты (Bao, Liu, 2003). Их накопление усиливает цитотоксические эффекты свободных радикалов с непременным развитием некроза и апоптоза нервных клеток, находящихся в зоне эпилептического повреждения. Исследование этих особенностей дает ключ к пониманию важнейших феноменов, ведущих к развитию эпилепсии.
Структурная реорганизация корковых нейронов вследствие перевозбуждения сводится к метаболическим изменениям цитоплазмы и синапсомодификации (Morris et al., 2006). Ранним признаком этого процесса является появление в дендритах включений различной степени плотности. Структурные изменения в фокусе ишемии показывают наличие неспецифических дистрофических и некротических изменений нейронов и синапсов, очаговые выпадения клеток, нейронофагии, разрежение нейропиля и глиоз. При эпилептическом статусе в височной коре крыс постоянно обнаруживается интенсивная реакция зрелых астроцитов с иммунореактивным глиальным кислым фибриллярным белком. Выработка белка является маркером раздраженных клеток, обычно сопровождается активацией трофических факторов, защищающих астроциты и нейроны от перевозбуждения и гибели (Hanbury et al., 2003; Дудина, 2003).
Протективные механизмы коры включают утилизацию глутамата глиальными клетками, индукцию нейрональной формы NO-синтазы, супероксиддисмутазы, нейротрофинов и антиапоптотических ферментов. На уровне отдельных нейронов и синапсов эти механизмы реализуются через локальную регуляцию гемодинамики, которую опосредуют нейровазальные мессенджеры и нейротрансмиттеры. Баланс нейротоксического и цитопротективного эффектов определяет избирательную устойчивость отдельных хемотипов нейронов к эпилептическому перевозбуждению и окислительному стрессу, что в перспективе может служить основой для разработки направленной фармакологической коррекций этих нарушений.
Диагностика нейронных структур, метаболизирующих NO и свободные радикалы, ведет к выяснению механизмов, возникающих при взаимодействии между синаптической медиацией определенных нейроанатомических паттернов и окислительным стрессом, что, вероятно, позволит вскрыть ключевые связи, которые развиваются в новой коре в период становления эпилептической активности. Перспективность этого направления связана также с выяснением динамики апоптоза корковых нейронов и его патогенетического значения при эпилепсии.
Целью настоящей работы является исследования гистофизиологии слуховой коры при парциальной эпилепсии и установление роли апоптоза и окислительного стресса в механизмах эпилептогенеза.
Задачи исследования:
-
Установить значение структурных изменений внутримозговых сосудов при эпилепсии.
-
Исследовать гистофизиологию нейронов и глии и участие апоптоза в развитии феномена гипервозбудимости при эпилепсии.
-
Исследовать топохимическое распределение конститутивной и индуцибельной NO-синтаз и кальций-связывающих белков в эпилептических очагах.
-
Изучить изменение активности гидролаз (кислой и щелочной фосфатазы) и оксиредуктаз (цитохромоксидазы и сукцинатдегидрогеназы) как возможно наиболее ранних признаков поражения нейронов при развитии эпилептогенеза.
-
Исследовать миелиновые волокна в зонах белого вещества, прилежащих к эпилептическому очагу.
-
На основе собственных и литературных данных обосновать патогенетическое значение структурной реорганизации слуховой коры, апоптоза и оксида азота в развитии височной эпилепсии.
Научная новизна и теоретическое значение работы: а) впервые на материале височной коры человека проведен комплексный анализ локализации и активности ферментов, запускающих механизмы окислительного стресса и цитотоксичности от эпилептического перевозбуждения; б) изучено состояние оксиредуктаз и гидролаз в эпилептических нейронах; в) проведен анализ участия ГАМК/NO-ергических нейронов неокортекса в формировании судорожной реакции; г) проведена иммуноцитохимическая диагностика кальций-связывающих белков – кальретинина, кальбиндина и парвальбумина – в височной коре крыс с каинат-индуцированной эпилепсией, установлена нейрохимическая гетерогенность ГАМК-ергических корковых нейронов и дана их детальная количественная характеристика; д) описаны морфологические изменения внутримозговых сосудов в эпилептогенном фокусе и в зоне его проекции, а электронномикроскопическое исследование капилляров и гистохимическое выявление щелочной фосфатазы в микрососудах позволило установить характер поражения микроциркуляторного русла при парциальной эпилепсии у человека и экспериментальных животных; е) впервые на материале головного мозга человека и крысы описана динамика апоптоза корковых нейронов при судорожном синдроме; ж) впервые установлено наличие индуцибельной NO-синтазы в пирамидных нейронах эпилептогенного очага у человека при парциальной эпилепсии; з) исследованы глиальные реакции серого и белого вещества головного мозга человека и крысы в проекции эпилептогенного очага.
Полученные данные позволяют дополнить существующие концепции коркового эпилептогенеза. Выявленные изменения состояния NADPH-диафоразы, индуцибельной NO-синтазы и цитохимических маркеров ГАМК-ергической нейропередачи достаточно объективно свидетельствуют о прямом и неоднозначном влиянии оксида азота на дискретные хемотипы нейронов. Данные по апоптозу поврежденных корковых нейронов у человека являются приоритетными. Результаты работы важны для обоснования закономерностей, лежащих в основе формирования эпилептического статуса и разработки препаратов его фармакологической коррекции.
Практическая ценность работы: Полученные данные о значении апоптоза и окислительного стресса в развитии височной эпилепсии могут быть использованы в различных областях медицинской науки: нейрохимии, психофармакологии, психиатрии, клинической и экспериментальной неврологии и токсикологии. Эти результаты важны для выяснения патогенетических механизмов височной эпилепсии, а также для поиска и оценки фармакологических протекторов направленного действия.
Положения, выносимые на защиту:
-
Структурные изменения при локализации эпилептогенного очага в височной доле происходят в артериях, венах и капиллярах.
-
Эпилептический очаг височной коры формируется не только в результате альтерации NO-ергических интернейронов, но и за счет повреждения пирамидных нейроцитов при индукции в них нитроксидсинтазы. Гибель нервных клеток происходит путем некроза и апоптоза.
-
При синдроме гипервозбудимости отмечается раннее статистически достоверное изменение активности гидролаз (кислой и щелочной фосфатазы) и оксиредуктаз (цитохромоксидазы и сукцинатдегидрогеназы).
-
Характер поражения NO-ергических тормозных интернейронов обусловлен содержанием в них различных кальций-связывающих белков (парвальбумина, кальретинина и кальбиндина).
-
Эпилептическое поражение сопровождается демиелинизацией аксонов белого вещества головного мозга в проекции очага гипервозбудимости.
-
Эпилептический очаг характеризуется выраженным глиозом белого и серого вещества, а астроциты экспрессируют NO-синтазу и NADPH-диафоразу.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на I Тихоокеанской научно-практической конференции с международным участием, г. Владивосток, 2000; Международном симпозиуме «Сознание и наука: взгляд в будущее», г. Владивосток, 2000; конференции Института мозга РАМН «Организация и пластичность коры больших полушарий головного мозга», г. Москва, 2001; 4-ом Международном конгрессе по интегративной антропологии, г. Санкт-Петербург, 2002; Международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Догеля, г. Томск, 2002; Международной научной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере», г. Сургут, 2002; IV Тихоокеанской научно-практической конференции с международным участием, г. Владивосток, 2003; конференции: «Механизмы синаптической пластичности. Структурно – функциональные основы организации мозга в норме и патологии», г. Москва, 2004; I Международной научно-практической конференции «Научный потенциал мира 2004», г. Днепропетровск, 2004; Международном конгрессе по клинической патологии, Таиланд, 2005; Первом и Втором Международных Междисциплинарных Конгрессах «Достижения нейронауки для современной медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 2005, 2006; VIII Конгрессе Международной ассоциации морфологов, г. Орёл, 2006; IX Конгрессе Международной ассоциации морфологов, г. Бухара, Узбекистан, 2008.
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано: 1 монография и 29 статей в отечественных и международных журналах и сборниках.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, 6 глав собственных исследований, обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Объём диссертации составляет 293 страницы машинописного текста. Иллюстративный материал включает 21 таблицу, 18 рисунков и 211 микрофотографий. Библиографический указатель включает 427 источников. Диссертация изложена на русском языке.
