CC BY
10
Актуальт проблеми сучасно! медицини
УДК 616.831-005.1-005.4 Макаренко О. М., Чорна С. I.
МОРФОЛОГ1ЧНО-СТРУКТУРН1 ЗМ1НИ В КЛ1ТИНАХ ЦЕРЕБРОКОРТЕКСУ, ЩО РОЗВИВАЮТЬСЯ ПРИ 1НСУЛЬТ1 У ГОСТРИЙ ТА В1ДДАЛЕНИЙ ПЕР1ОДИ ЗАХВОРЮВАННЯ
Мехатзми розвитку гострого тсульту активно досл{джуються протягом десятир{ч, але останш 10-15 ротв, у зв'язку iз високою смерттстю хворих, зростае ттерес до досл{джень в першу чергу гемораг1чного тсульту. У 80-тi роки XX столття вперше було описано реакцю тканини мозку на гостре порушення мозкового кровообку i важливим аспектом вивчення гх розвитку стало дослiдження структурно-функцюнальних порушень, що розвиваються в нервових пятинах.
Ключовi слова: гострий Ысульт, церебральна ше1шя, гематоецефалiчний бар'ер, матриксна металопротеТназа.
Вступ
Деструктивы змши при ГНМК спостер1гаються в р1зних кл1тинах - нейронах, гли, ендотел1аль-них кл1тинах судин та сполучн1й тканиш. Пстоло-г1чн1 досл1дження стану нервових кл1тин при гос-трому шсульт1 св1дчать про пол1морфний характер змш в кл1тинах в цтому та в Тх окремих структурах.
Встановлено, що в зон1 1з найб1льш вираже-ним зниженням мозкового кровооб1гу структурн1 порушення набувають необоротного характеру впродовж перших 6-8 хвилин. Ця зона дютала назву «ядерно'» зони 1шеми. Ядерну зону оточуе 1шем1зована, але жива тканина - т.зв. зона 1ше-м1чноТ «нап1втш1», або пенумбри, як1й притаманн1 активы метабол1чн1 процеси I яка розповсюджу-еться в1д ядерно' зони до перифершноТ, оточую-чоТ вогнище, тканини [1].
Структура порушення в органелах нейронiв
В умовах ппоксп в нейронах дуже швидко ре-агуе базофтьна субстанц1я Н1ссля, структурн1 змши в якш проявляються у вигляд1 часткового, субтотального або центрального хроматол1зу. В 1нших кттинах спостер1гаеться повна деструкц1я тигроТду 1з виникненням пперхроми протоплазми та зморщенням нейрон1в. Встановлено, що про-цес перифер1йного хроматол1зу в1дбуваеться вже через 3-4 години шсля моделювання 1шем1Т та 1шем1чного 1нсульту [2]. В той же час наяв-н1сть в п1кнозно зм1нених ядрах скупчень гетеро-хроматину 1з розташованими м1ж глибками гра-нулярних рибонуклеопротеТ'д1в вказуе на частко-ве збереження в цих кттинах синтезу РНК. Пе-рикар1они таких нейрошв витягнут1, ядра кл1тин характеризуються неправильною формою [3].
Встановлено, що на першу добу пюля розвитку шсульту нейрони та Тх вщростки перебува-ють в стаж набряку, а на 8-10 день експеримен-ту пом1тн1 г1стоструктурн1 змши незворотного, тобто дистроф1чного характеру. Максимально виражен процеси дегенерац1Т спостер1гаються на 12-14 день. Кл1тини характеризуються тота-льним хроматол1зом, р1зким набряком перикарн ону, в ядрах нейрон1в розвиваеться карюцитол1з. Для таких кл1тин характеры ектошя ядер I яде-рець, р1зка вакуол1зац1я цитоплазми, фрагмен-тац1я I, в подальшому, дем1ел1н1зац1я нервових волокон (в неокортеш-головним чином рад1аль-них), поява кл1тин-т1ней [4].
В кор1 великих п1вкуль в1дзначають наявнють значноТ к1лькост1 перицелюлярних та периваску-лярних набряк1в - т.зв. «губчастють». Ц1 зм1ни носять дифузний характер I часто супроводжу-ються зморщенням значних груп нейрошв та п-пертроф1ею 1нших, появою поодиноких колб, в тому числ1 в плексиморфному шар1 цереброкор-тексу [5].
Формування губчастоТ структури цього в1дд1лу мозку додатково спричиняеться р1зким пору-шенням гемодинам1ки. Результатом цих порушень стають циркуляторна ппошя, порушення юнного балансу нервових кл1тин, п1двищення проникносп судин. Морфолог1чно це проявля-еться у вигляд1 розширень матриксу I структур-них порушеньм1жкл1тинного простору, при цьому розвиток периваскулярного набряку пояснюеть-ся астроцитарним гщропсом в1дростк1в, що при-лягають до ст1нок судин. Спостер1гаеться одно-часний набряк бтоТ речовини мозку в результат! штраламелярного набряку I набухання м1ел1но-вих оболонок. В механ1зм1 Тх розвитку ютотну роль в1д1грае механ1чне порушення ГЕБ, зокре-ма при 1шем1чнш травм1 мозку та 1нсульт1. У стаж гщропсу дендрити нейрон1в характеризуються розвитком варикозних розширень 1з одночасним ушкодженням просторовоТ структурноТ орган1за-цп м1кротрубочкового апарату та деструкц1ею цитоскелету I дендрит1в в ц1лому [6,7].
При виконанш ультраструктурних досл1джень в шрамщних нейронах рееструються числен! темы осмюфтьы гранули, спостер1гаються роз-ширення гранулярного ЕПР, набряк м1тохондрш та р1зка деструкц1я крист в них. Вакуол1зац1я кл1-тин характеризуеться збтьшенням к1лькост1 л1-зосом, локал1зованих в перикар1он1 та нейритах, але особливо значна Тх ктькють спостер1гаеться в цих зонах. В ряд1 кл1тин зустр1чаються аутофа-госоми, ктькють яких суттево зростае на третю-четверту добу розвитку шсульту, що свщчить про суттеве ушкодження кл1тин. 1ншим проявом апоптозу нейрон1в вважаеться поява апоптичних ттець, проте останш виявляються не завжди [8, 9].
Ультраструктурш зм1ни в м1тохондр1ях спо-стер1гаються в кл1тинах ус1х шар1в цереброкор-тексу, характерним проявом яких е набряк. Ор-ганели р1зко зб1льшуються в розм1рах, Тх матрикс стае електроннопрозорим. Ц| м1тохондр1Т практично повнютю втрачають кристи I перетворю-
В1СНПК ВДНЗУ «Украгнсъка медична сгпомагпологгчна академ1я»
ються на збтьшеш ультраструктури, обмежеш подвшною або одинарною мембраною. При гос-трому iнсультi цi порушення досягають критичного рiвня, стають незворотними, що супрово-джуеться повним руйнуванням органел. Зрщка в мiтохондрiях нейронiв цереброкортексу виника-ють електроннощтьш гранули з пiдвищеним вмiстом кальцю При цьому мтохондрп дефор-муються, Тх матрикс стае електроннощiльним, а перимiтохондрiальний простiр суттево збтьшу-еться. Спостер^аеться швидке руйнування внут-ршньоТ та зовшшньоТ мембран (протягом 24 год з моменту розвитку шемп), що доводить провщ-ну роль пошкодження мiтохондрiй в розвитку апоптозу, а саме значення вивтьнення в цитоплазму кл^ин молекул цитохрому С та ензимiв (зокрема, ендонуклеази G) [10, 11].
Функцюнaльнi та бюхiмiчнi порушення, що розвиваються в нейронах
Структуры порушення нейрошв при ппокси характеризуются превалюючими змiнами будо-ви мiжнейрональних контактiв. При цьому спо-стерiгаеться значна кiлькiсть дезоргашзованих синапсiв, а найiстотнiшi змiни вщбуваються та вiзуалiзуються в пресинаптичних аксональних закшченнях. Змiненi аксональнi закiнчення на-брякають, частково збiльшуються в розмiрах. №-лькiсть синаптичних пухирцiв зменшуеться, по-рушуеться Тх розподiл. У бтьшосп аксодендри-тичних закiнчень синаптичн везикули формують компактнi групи, або групи по типу «виноградних грон» в областi пресинаптичноТ мембрани. Кон-гломерати таких везикул, розташованих в центрi пресинаптичного закiнчення, формуються знач-но рiдше. В таких же пресинаптичних вщростках спостерiгаються i патолопчно змiненi мiтохондрiТ [12].
Одночасно в нейронах спостер^аються озна-ки окислення протеТшв та лiпiдiв iз одночасним порушенням структурних компонентiв. Цi проце-си характеризуются накопиченням в перикарю-нах лтщних гранул, лiпофусцину, що може за-повнювати значний об'ем цитоплазми, ексцент-рично змiщуючи ядро до нейролеми. Накопи-чення лiпiдiв вважаеться вщносно пiзньою реак-цiею нейрошв при розвитку шсульту. За умов ефективного переб^у репаративних процесiв за-значенi процеси суттево гальмуються, а ктькють гранул зменшуеться [13].
Змiни в клтинах субинно! системи головного мозку
За умов розвитку ппокси та шсульту вщбуваються суттевi змши i в судиннш системi головного мозку. Спостер^аеться пiдвищення проникно-стi гематоенцефалiчного бар'еру (ГЕБ) до компонент плазми та формених елемен^в кровi. Зростання проникносл ГЕБ пов'язано iз розвит-ком структурних порушень в кттинах судин (i капiлярах), руйнуванням елемен^в базальноТ' мембрани та позаклiтинного матриксу (колагену) активованими ензимами, наприклад матриксною металопротеТшзою-9 (ММР-9) та iншими [14].
Встановлено, що синтез мРНК, яка кодуе ММР-9 в перифершних моноцитах кров^ прямо пропор-цiйно корелюе зi ступенем ушкодження головного мозку [15].
В цитоплазмi ендотелiальних клiтин крiм порушення цтюносп внутршньоТ мiтохондрiальноТ мембрани, вiдбуваеться руйнування крист. Збн льшуеться кiлькiсть пухир^в рiзного об'ему, вщ-буваеться розширення цистерн комплексу Голь-дж1 та агранулярного ендоплазматичного рети-кулуму (ЕПР). В той же час, ктькють фксованих на ЕПР рибосом зменшуеться.
В ядрах ендотелiальних кл^ин спостер^а-ються процеси конденсацiТ хроматину та збть-шення перинуклеарного простору (блеббшг). Рь зко збiльшуеться i число мiкроворсинок на аш-кальнiй поверхш активованих ендотелiоцитiв. Товщина базальноТ мембрани кл^ин стае нерiв-номiрною iз супутнiми проявами розшарування, про що свщчать рiзкi змiни Т'Т контуру. Збтьшен-ня перикапiлярного простору свщчить про вини-кнення периваскулярного набряку. ВираженоТ некротичноТ змiни навколо судин не спостер^а-еться. Розвиток зазначених порушень вважаеться одним iз чинниш розвитку геморагiчного ш-сульту [16].
При iшемiчному iнсультi в дтянках некротич-них змiн в ядернш зонi часто вiдзначаеться ге-морагiчна трансформацiя вогнища. Наявнiсть таких змш зумовлена видiленням значноТ ктько-стi ензимiв ушкодженими ендотелiоцитами в мiжклiтинний простiр. В першу чергу це стосу-еться групи матриксних металопротеТназ (MMPs), висока активнiсть яких спостер^аеться саме при моделюваннi експериментального ге-морагiчного iнсульту. Ферменти руйнують моле-кули позакл^инного матриксу, що сприяе розвитку геморапчноТ трансформаци в зонах гiпоксiТ, тобто е провщними в розвитку вторинного шсульту [15].
Було показано, що плазмш, що приймае участь у формуванш тромбу при iшемiчному ш-сультi, одночасно руйнуе бiлковi молекули стшки судин (колаген IV, ламшш, фiбронектин) та ос-новний бток мiелiну. Це, в свою чергу, також сприяе розвитку геморагiчноТ трансформаци та ушкодженню судинноТ стiнки та нервовоТ ткани-ни в зош iшемiчного iнсульту.
При церебральнiй шеми спостерiгаються також суттевi змши в цитоплазмi клiтин сполучноТ тканини (перици^в). В цитоплазмi рiзко зростае ктькють лiзосом та фагосом, мюцями спостерн гаеться виражена деструкцiя мтохондрш, вакуо-лiзацiя клiтин. Навколо капiлярiв зростае кть-кiсть глiальних кл^ин - астроцитiв, мiкроглiТ, ма-крофапв [17]. Одночасно спостерiгаеться вщша-рування ендотелш, вздовж судин рееструеться виражена лiмфоцитарна iнфiльтрацiя та дiапе-дез формених елемен^в в нервову тканину. Збн льшення кiлькостi лейкоцитiв в зош шсульту пщ-вищуе вiрогiднiсть розвитку iнфаркту та форму-вання «завершеного» iнсульту. Активна експре-
Актуальт проблеми сучасно!" медицини
сiя та видтення в мiжклiтинний npocTip прозапа-льних цитокiнiв (IL-1 в, IL-8, IL-17, MIP-1) астро-цитами, ендотелiальними клiтинами i макрофагами шдукують розвиток процесiв запалення та нейродегенерацп безпосередньо в вогнищi шсульту, у дтянках мозку [18, 19].
У деяких випадках в зонах значних кровови-ливiв у стшках судин вiдзначалось утворення кальцифка^в.У вiддаленi перiоди розвитку шсу-льту це явище спостер^алось у хворих вах вко-вих груп. Разом з тим, мехаызм розвитку каль-цифкацп залишаеться мало дослiдженим. Також вщзначаеться гiперплазiя судин.
Висновки
Отже, змши, що розвиваються в судинах при шсулыч, мають полiморфний характер. Це ви-кликае порушення обмшних процесiв в дiлянках iшемiзацil та спричиняе розвиток вторинного або повторного шсульту.
Описан змши морфолопчних та ультраструк-турних порушень в нервових кл^инах при ппоксп та шсульт носять виражений нейродегенерати-вний характер, а розвиток цитопатологп мiжней-рональних контак^в свiдчить про пошкодження кл^инних систем рiзних вiддiлiв мозку, чутливих до дм оксидативного стресу. Вони лежать в ос-новi розвитку динамiчних структурно-функцiональних порушень, що мае мюце у пацн етчв з гострим iнсультом.
Лiтература
1. Jankowitz B. Manual Aspiration Thrombectomy: Adjunctive Endovascular Recanalization Technique in Acute Stroke Interventions / B. Jankowitz, A. Aghaebrahim, A. Zirra // Stroke. -2012. - V. 2, № 3. - P. 234-245.
2. Srinivasan K. Augmentation of endoplasmic reticulum stress in cerebral ischemia/reperfusion injury associated with comorbid type 2 diabetes / K. Srinivasan, S.S. Sharma // Neurol Res. -2011. - V. 33(8). - P. 858-865.
3. Химион Л.В. Атеросклероз: современные подходы к ведению пациентов / Л.В.Химион, Г.И.Лысенко, О.Б.Ященко [ и др.] // Радиационная Фармакотерапия. - 2008. - № 1 (06). - С. 7783.
4. Rapp J.H. Microemboli composed of cholesterol crystals disrupt, the blood-brain barrier and reduce cognition / J.H.Rapp, X.M.Pan, M., Neumann [et al.] // Stroke. - 2008. - V. 39, № 8. - P. 23542361.
5. Ulrich N. Peripheral blood levels of matrix metalloproteinase-9 predict lesion volume in acute stroke / N. Ulrich // Neurol. Sci. -2012. - [Epub ahead of print]
6. Косицин Н. С. Специфика структурных перестроек и их коррекция при моделировании гипоксических состояний головного мозга / Н. С. Косицин, М. М. Свинов, Е. И. Захарова [и др.] // Мат. VI Росс. конф. с междунар. участием «Гипоксия: механизму адаптация, коррекция». - М., 2011.
7. Косицин Н. С. Микроструктура дендритов и аксодендритичес-ких связей в центральной нервной системе / Косицин Н. С. -М. : Наука, 1976. - 198 с.
8. Makarenko A.N. Development of encephalitis in modeling of acute hemorrhagic stroke-- a new variant of a somatic complication / A.N. Makarenko, A.E. Kul'chikov, T.I. Grigor'eva // Patol Fiziol Eksp Ter. - 2007. - V. 4. - P. 25-27.
9. Makarenko A.N. Simulation of local cerebral hemorrhage in different brain structures of experimental animals / A.N. Makarenko, N.S. Kositsyn, N.V. Pasikova, M.M. Svinov // Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova. - 2002. - V. 52 (6). - P. 765-768.
10. Stroev S. Preconditioning Enhances the Expression of Mitochondrial Antioxidant Thioredoxin-2 in the Forebrain of Rats Exposed to Severe Hypobaric Hypoxia / S.Stroev, T.Glushchenko // Journal of Neuroscience. - 2004. - V. 1, № 2. - P. 563-569.
11. Jeremy D. Marks. Mitochondrial Nitric Oxide Mediates Decreased Vulnerability of Hippocampal Neurons from Immature Animals to NMDA / D. Marks Jeremy, B. Chan, W.Janice // J Neurosc. -2005. - V. 5, №1. - P. 236-248.
12. Fullerton H.J. Recurrent hemorrhagic stroke in children: a population-based cohort study / H.J. Fullerton, Y.W. Wu, S. Sidney, S.C. Johnston .// Stroke. - 2007. - V. 38, № 10. - P. 2658-2662.
13. Adibhatla Rao Muralikrishna Lipids and Lipidomics in Brain Injury and Diseases / Rao Muralikrishna Adibhatla, J.F. Hatcher // The AAPS Journal. - 2006. - V. 8(2). - P. 314-321.
14. Виленский Б.С. Инсульт: профилактика, диагностика и лечение / Виленский Б.С. - СПб. : Фолиант, 2002. - 397 с.
15. Ulrich N. Peripheral blood levels of matrix metalloproteinase-9 predict lesion volume in acute stroke / N. Ulrich // Neurol. Sci. -2012. - [Epub ahead of print]
16. Fullerton H.J. Recurrent hemorrhagic stroke in children: a population-based cohort study / H.J. Fullerton, Y.W. Wu, S. Sidney, S.C. Johnston // Stroke. - 2007. - V. 38, № 10. - P. 26582662.
17. Prabhakaran S. Acute brain infarcts after spontaneous intracerebral hemorrhage. A diffusion-weighted imaging study / S.Prabhakaran, R.Gupta, B.Ouyang [et al.] // Stroke. - 2010. - V. 41. - P. 89-94.
18. Chen S.T. Brain abscess as a complication of stroke / S.T. Chen, L.M. Tang, L.S. Ro // Stroke. - 1995. - V. 26, №4. -Р.696-698.
19. Coulborne F. Electron microscopic evidence against apoptosis as the Mechanism of neuronal death in global ichaemia / F. Coulborne, G. R. Sutherland // J Neurosc. - 1999. - V. 19. - Р. 4200-4210.
Реферат
МОРФОЛОГИЧЕСКИ-СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КЛЕТКАХ ЦЕРЕБРОКОРТЕКСА, РАЗВИВАЮЩИХСЯ ПРИ ИНСУЛЬТЕ В ОСТРЫЙ И ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОДЫ ЗАБОЛЕВАНИЯ Макаренко О. М., Чорна С. И.
Ключевые слова: острый инсульт, церебральная ишемия, гематоэнцефалический барьер, матриксная металлопротеиназа.
Механизмы развития острого инсульта активно исследуются на протяжении десятилетий, но в связи с высокой летальностью больных увеличивается интерес к исследованиям в первую очередь геморрагического инсульта. В 80-е годы ХХ века впервые описана реакция ткани мозга на острое нарушение мозгового кровообращения и важным аспектом изучения их развития стало исследование структурно-функциональных нарушений, которые развиваются в нервных клетках.
Summary
MORPHOLOGICAL AND STRUCTURAL CHANGES IN CEREBROCORTEX CELLS WHICH DEVELOP IN ACUTE AND REMOTE PERIODS OF STROKE Makarenko O.M., Tchorna S.I.
Key words: acute stroke, cerebral ischemia, hematoencephalic barrier, matrix metalloproteinase.
The mechanisms leading to acute stroke have being studied for decades but because of high lethality it is hemorrhagic stroke that draws much attention. In the eighties of XX century the response of brain tissues on acute cerebral circulation disturbance was first described and much attention was paid to the study of structural and functional impairments which occur in neurons.
