Оглавление

Механизмы развития перинатальной патологии центральной нервной системы и их взаимосвязь с морфологическими особенностями нервной ткани

Плеханов Л.А.

Формирование функций нервной системы у ребенка напрямую связано с процессами  гистогенеза и эмбриогенеза  нервной ткани. Пролиферация, миграция  и дифференцировка нервных клеток в норме и при перинатальном повреждении мозга качественно отличается друг от друга, и проявляются нарушением программы развития моторных, интеллектуально-коммуникативных, перцептивных и  речевых  функций.  Состояние нервных клеток во внутриутробном периоде и после рождения в периоды активного спраутинга в нервной системе является предиктором развития здорового ребенка или заболевания. Напрямую связанный с критическими периодами развития нервной системы нейрональный спраутинг отражает степень патологического воздействия на мозг у плода.

Исследования влияния патологических факторов (гипоксии, ишемии, травмы, инфекции) на развивающейся плод и его органы, проведенные рядом авторов [5; 6; 7; 8; 10; 11; 15; 19] показали, что чем в меньшей степени ликвидирован патологический процесс в органе, тем в большей степени происходит его воспроизведение при действии уже минимального патологического фактора.  Известно, что функции глотания, сосания, дыхания, координации движений формируются и активно проявляются у плода уже в 13-16 недель. Можно предположить, что перинатальная патология нервной системы, хроническая и острая гипоксия и ишемия, в том числе интранатального периода, затрагивает те отделы нервной системы, которые были уже повреждены или несостоятельны на этапе внутриутробного формирования. Появление апноэ, псевдобульбарных нарушений, параличей при минимальном воздействии гипоксии и ишемии в перинатальном периоде ставит ряд вопросов перед врачами и родителями пациентов о происхождении нервной патологии, и ее  взаимосвязи  с теми патологическими факторами, которые влияли на плод и ребенка в период внутриутробного развития  и родов.

Изучение взаимосвязи морфологических особенностей нервной ткани и патогенеза перинатального поражения нервной системы с периодами  развития психомоторных функций позволит определить истинную причастность различных повреждающих факторов на формирование болезни нервной системы у ребенка, изучить  морфологические особенности  нервной ткани при  перинатальном поражении нервной системы и взаимосвязь выявленных структурных изменений с механизмами развития перинатальной патологии нервной системы.

Проведено клинико-морфологическое исследование пациентов  с перинатальной патологией центральной нервной системы с летальным исходом, вследствие ишемически-геморрагического поражения мозга. 

Непрямым иммунофлюоресцентным методом исследован аутопсийный материал 30 погибших детей с перинатальной патологией центральной нервной системы. Возраст детей от 1 до 35 (средний возраст 11,6±2,3) суток жизни, гестационный возраст 38±0,7 месяцев. Прижизненное исследование  апоптозных клеток ликвора была проведена 10 пациентам данной группы. Все пациенты имели клинические симптомы поражения центральной нервной системы (центральные параличи, псевдобульбарный синдром, длительные апноэ, церебральная депрессия, кома 1-3), что являлось критерием включения в группу исследования. Исследован клеточный материал ликвора, полученный при жизни у здоровых детей (группа сравнения),  соответствующего возраста (5 пациентов, средний возраст 10,5±1,7 суток). Инструментальная диагностика включала нейросонографию, транскраниальную допплерографию, исследование ликвора. Исследовались общие и биохимические показатели крови.

Для оценки состояния нервной ткани и клеток ликвора, использовались кроличьи моноклональные антитела против нуклеотидов ядерной ДНК клеток, находящихся в состоянии апоптоза фирма «RD systems» (США), против антигена ядер пролиферирующих клеток с Ki-67 - фирмы «Sigma», против нейронспецифической энолазы – «Dako» и серотонина, содержащихся в АПУД-клетках, – «Sigma» (США), против коллагена 1-го и 3-го типов, содержащихся в коллагеновых волокнах, – «Sigma». В качестве вторых антител применяли козьи антитела против Ig G кролика, меченные флюорохромом изогноционостом – фирмы «Sigma» (США). Исследование проводились на микроскопе фирмы «Leica» (Германия) в световом и люминесцентных режимах с использованием окуляра 10 ? , 20? , 40 ? , 100? .

Количественный анализ препаратов осуществлялся на компьютерном анализаторе цветового изображения «ДиаМорф» (Россия). При этом подсчитывали количество апудоцитов, апоптозных и пролиферирующих клеток на площади 1 мм2. С помощью морфометрической сетки, имеющей 100  тест - точек, определяли объемную долю в % поврежденных и нормальных клеток, коллагена.

Полученные данные подвергались статистической обработке [2; 3]. Статистическая обработка проводилась с помощью программы «Мастер построения диаграмм» и аппроксимации полученных данных с помощью различных функций «Microsoft Excel».

Результаты исследования и их обсуждение: Оценка по шкале Апгар у исследуемой группы пациентов на первой минуте равнялась 2±0,7 баллам, на пятой минуте 3±0,4 баллам. Поражение нервной системы сразу после рождения клинически проявлялось синдромом церебральной депрессии в 40 % случаев, комой 1–3 степени в 36%, нарушением глотания и дыхания в 30% случаев, центральным тетрапарезом в 28%, а также сочетанием всех перечисленных нарушений. Гипоксический генез повреждения нервной системы подтверждался при ультразвуковом сканировании головного мозга.

Ультразвуковое сканирование, проведенное в первые 3 суток, выявило перивентрикулярную лейкомаляцию и перивентрикулярный отек у 36% пациентов,  внутричерепные кровоизлияния 1–4 степени  у 55% больных, что подтверждало гипоксически-ишемически-геморрагическую этиологию повреждения  нервной системы.

Процессы, связанные с апоптозом, отмечались уже на 3-и сутки после рождения, а на 5–7 , 10, 21–23-сутки число апоптозных клеток прогрессивно и достоверно увеличивается. При этом, апоптозу подвергались нейроны, микроглия и олигодендроглия серого и белого вещества головного и спинного мозга, а также передних и задних корешков спинного мозга. Кроме того, результаты собственного иммунногистохимического исследования свидетельствуют о наличии апопотозных клеток в ликворе детей грудного возраста с перинатальной патологией центральной нервной системы (ППЦНС) и  об отсутствии этих клеток в ликворе детей контрольной группы (Плеханов Л.А., 2006).

Предлагается, что апоптоз глиоцитов, в частности, их самой многочисленной группы – олигодендроглиоцитов, входящих в состав оболочек нервных окончаний (нейролеммоциты), способствует аксональной дегенерации нервных волокон [1; 4; 12; 13]. Результаты собственного исследования подтверждают это предположение.

У умерших детей с  ППЦНС нами отмечен апоптоз олигоденроглиоцитов, и как следствие этого – демиелинизация нервных волокон с фрагментацией их осевых цилиндров, наиболее выраженные в эфферентных волокнах, передних корешках спинного мозга. Указанные повреждения нервных клеток ведут к нарушению их регенерации, о чем свидетельствует прогрессивное и достоверное уменьшение числа пролиферирующих олигодендроглиоцитов с Ki – 67 в нервных ткани у детей с ППЦНС. Вследствие этого, нарушаются процессы рецепции  и передачи нервного импульса к органам – мишеням, в том числе к скелетной мускулатуре, что выражается в нарушении мышечного тонуса.

Пролиферация нервных клеток в ЦНС при неблагоприятном течении ППЦНС, по нашим данным,  прогнозируемый процесс. Он поддается описанию математической формулой. Количество пролиферирующих клеток на разных сроках летального исхода мы подвергли аппроксимации  логарифмической функцией.

Условная величина пролиферации ткани ЦНС нами принята за 60% (эмпирический подбор величины при которой исследуемые показатели взаимосвязаны между собой). Данная величина не предполагает отрицательное значение «Х». При этом, с учетом формулы у=-4,9211Ln(х)+18,135, «Х» будет равен 0,29 минут, т.е. 17,5 секунд – первая минута жизни ребенка.

Таким образом, у новорожденного с ППЦНС при прогрессирующем течении болезни, при рождении в состоянии пролиферации находится около 60% нервных клеток. Первая минута жизни новорожденного является конечным временем внутриутробного пребывания его в состоянии интранатальной гибернации. В этот же период происходит начало массивного регресса пролиферации у детей с ППЦНС.

Нами отмечено достоверное и прогрессивное уменьшение числа  клеток, содержащих серотонин, на всех сроках летального исхода при ППЦНС. Показано, что серотонин стимулирует развитие  нейропиля, дифференцировку нейронов, миелинизацию аксонов и синаптогенез; при его дефиците нарушается передача нервных  импульсов к органам – мишеням (Gromova E.A. et al.1983г.).

В сером веществе головного и спинного мозга наблюдались нейронофагия и отек. В спинномозговом канале выявлялись дистрофические изменения и десквамация эпендимоцитов. Отмеченные изменения сопровождались выраженными расстройствами кровообращения в виде полнокровия, стазов, тромбоза сосудов, диапедезных кровоизлияний. В передних и задних рогах спинного мозга определялись разрыхление межуточного вещества, очаговый распад миелиновых оболочек и фрагментация осевых цилиндров в нервных волокнах, отек, воспаление и некроз переднего корешка. Демиелинизация нервных волокон с фрагментацией их осевых цилиндров была  наиболее выраженной  в моторных порциях черепных нервов, клетках передних рогов и передних корешков спинного мозга.

Полученные нами данные патоморфологического исследования нервной ткани у пациентов с ППЦНС подтвердили факт наибольшей сохранности афферентных клеток.

При иммуногистохимическом исследовании препаратов головного и спинного мозга выявлялись клеточные элементы в состоянии апоптоза, которые локализовались чаще в моторных ядрах и передних корешках спинного мозга. В то же время тучные клетки, содержащие нейронспецифическую энолазу и серотонин, обнаруживались чаще в задних рогах и задних корешках спинного мозга. Экспрессия маркера пролиферации Кi – 67 отмечалась, как правило, в олигодендроглиоцитах нервных волокон белого вещества головного и спинного мозга и передних корешках спинного мозга. В твердой мозговой оболочке регистрировались различные типы коллагена, причем, волокна, содержащие незрелый 3-й тип коллагена, значительно преобладали над волокнами, содержащими зрелый 1-й тип коллагена.

Морфометрический анализ препаратов нервной ткани умерших в различные сроки, выявил существенные изменения в содержании клеточных элементов и соединительно-тканных структур. Мы провели аппроксимацию полученных количественных показателей содержания нервных клеток линейной, логарифмической, экспоненциальной и степенной функциями. Нами установлено достоверное уменьшение количества нейронов, содержащих нейронспецифическую энолазу и серотонин у детей с ППЦНС происходит с 5–7-х до 21–23-х суток жизни.

Анализируя полученные данные выявлен диапазон показателей начала развития процесса уменьшения количества серотонин содержащих клеток в ЦНС. Начало вазоконстрикции у новорожденного ребенка с перинатальной патологией ЦНС, связанное с выбросом в ликвор серотонина, при прогрессирующем развитии заболевания, приходится на временной диапазон с 13 минут до 9–10 первых часов его жизни.

Возникновение этого феномена совпадает по времени с началом периода освобождения от интранатальной гибернации или родового наркоза (первые 2 часа жизни), окончанием «имитационного» периода развития нервной системы (2–12 первых часов жизни) и началом периода «первичной» настройки жизненно важных функций в качественно новых внеутробных условиях (первая неделя жизни). Названные периоды развития нервной системы являются критическими периодами, или периодами «функционального виража», определяющими запуск процессов качественной перестройки основных функций нервной системы, двигательных, чувствительных и интеллектуально-коммуникативных  навыков [9; 13; 14; 18]. Основываясь на полученных данных, можно предположить, что основные патологические изменения в ЦНС при ППЦНС происходят в период первичной настройки жизненно важных функций.

При дальнейшей качественной оценке состава клеток в ЦНС отмечено существенное уменьшение относительного числа нормальных клеток и увеличение поврежденных клеточных элементов. Процесс повреждения нервных клеток связан с выделением в ликвор и кровь нейронспецифической энолазы. ? -субъединица энолазы человека (нейронспецифическая энолаза – НСЭ) найдена в высоких концентрациях преимущественно в нейронах и нейроэндокринных клетках, широко распространена в глиальных клетках. Повышение фермента в крови при церебральной и цереброспинальной патологии наблюдали многие исследователи [16]. Полученные данные количественного содержания клеток, содержащих НСЭ, позволили выделить критические периоды этого процесса.

Патогенез развития повреждающих процессов при ППЦНС взаимосвязан с влиянием высвобождения серотонина и процессом ишемии, в результате вазоконстрикции – с 13 минуты жизни до 9–10 часов жизни и началом высвобождения НСЭ из поврежденных нейронов в период с 2 часов жизни по 16–17 часов жизни новорожденного. С увеличением высвобождения серотонина и НСЭ закономерно происходит процесс уменьшения содержания неповрежденных нейронов в нервной ткани и увеличения поврежденных клеток. Уменьшение количества неповрежденных нервных клеток происходит в диапазоне от 16,5 часов жизни до 1,2 суток жизни, совпадая также с началом одного из критических периодов развития ЦНС – периодом настройки жизненно важных функций (с 12 часов до 7 суток).

Основываясь на результатах аппроксимации степенной функцией содержания неповрежденных и поврежденных клеток в ЦНС погибших больных, критическое преобладание поврежденных клеток над неповрежденными клетками происходит на 8–9 сутки прогрессирования заболевания. У детей, погибших в 1-е сутки жизни, количество нервных клеток в состоянии апоптоза равнялось 3,5%. К 25–27 суткам их процент  прогрессивно увеличивался и достигал 26%. Содержание некротизированных клеток в головном и спинном мозге нарастало в соответствие со сроком летальности, так в 1-е сутки летального исхода оно равнялось 6%, к 25–27 суткам процент поврежденных нервных клеток увеличивался до 52%. Пролиферирующие клетки прогрессивно уменьшались с 8,7% в первые сутки летального исхода до 0,95% к 27 суткам. Количество неповрежденных нервных клеток уменьшалось также в зависимости от сроков длительности заболевания  и сроков наступления летального исхода от 39% в первые сутки, до 13% на 27 сутки. Таким образом, в первые сутки  летального исхода ППЦНС суммарное количество апоптозных и некротизированных клеток равнялось 9,5%.

Наиболее важный показатель течения патологического процесса – показатель количества апопотозных клеток взаимосвязан и коррелирует со всеми выше представленными показателями, характеризующими состояние ЦНС. При аппроксимации полученных нами данных различными функциями получены сведения об основных критических периодах развития ППЦНС: сокращение количества серотонин содержащих клеток – начало вазоконстрикции происходит на сроке от 13 минут до 10 часов жизни; сокращение количества НСЭ содержащих клеток – 2 часа–17 часов; уменьшение неповрежденных нервных клеток – 16,5 часов–1,2 суток. начало запрограммированной клеточной гибели происходит за 7,5 суток до родов.

регресс пролиферации происходит на разных сроках: 1) от 2,5 месяцев (10 недель) до 4 мес. внутриутробного развития, 2) 8–8,5 мес. внутриутробного развития 3) 1 (первая) минута жизни новорожденного; преобладание поврежденных нервных клеток над условно нормальными – 8,5–12 суток жизни новорожденного. Преобладание клеток в состоянии апоптоза над условно нормальными  начинается с 18,5–19,5 суток, преобладание апоптоза над пролиферацией – с 2–4 суток жизни новорожденного, преобладание апоптоза над НСЭ содержащими клетками – с 9,5–10,5 суток; преобладание поврежденных нервных клеток над пролиферирующими – с 1,5–3 суток, массовая клеточная гибель – с 17часов–1,5 суток. Коэффициент регрессии при исследовании данных процессов и аппроксимации полученных показателей  приближается к 1 и равен 0,9–0,95, что говорит о взаимосвязи изучаемых процессов.

Выводы

Таким образом, в основе пато- и морфогенеза ППЦНС лежит незрелость соединительной ткани, прогрессирующий апоптоз, уменьшение серотонинсодержащих нервных клеток в моторных ядрах, снижение пролиферативной активности олигодендроцитов, очаговый распад миелиновых оболочек и фрагментация осевых цилиндров в нервных волокнах белого вещества и передних корешках спинного мозга. Повреждение нервных клеток происходит на разных этапах развития ЦНС: внутриутробно с 10 недель развития, перед рождением ребенка за 7–8 суток до рождения, в первые часы после рождения и в критические периоды развития нервной системы.

Изучение патоморфогенеза ППЦНС у детей с применением иммунногистаохимических методов показало, что развитие неврологического дефицита при данной патологии обусловлено, в значительной мере, апоптозом нейронов и олигодендроглиоцитов, нарушением  их  регенерации. В связи с этим, представляется вполне обоснованным включение в патогенетическую терапию ППЦНС  антиапоптозных препаратов и стимуляторов регенерации нейронов, например, церебролизина. Диагностика ППЦНС должна проводиться в первые сутки после рождения ребенка, что позволит минимизировать неврологический дефицит и уменьшить количество летальных исходов.

Литература

• Басков, А.В. Иммуногистохимическое изучение апоптоза клеток спинного мозга при его экспериментальном повреждении / А.В. Басков, А.Г. Коршунов, И.А. Борщенко, Ф.С. Сатанова // Арх. патологии.-2002.- №2.-С.23-27.
• Гублер, Е.В. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях / Е.В. Гублер, А.А. Генкин. - Л.: Медицина, 1973.- 141с.
• Иванов, Ю.И. Обработка результатов медико - биологических исследований на микрокалькуляторах по программам /Ю.И. Иванов, О.Н. Погорелюк. – М.: Медицина, 1990.-224с.
• Клюшник, Т.П. Нейротрофические факторы как возможное эффекторное звено при терапии с использованием фетальных клеток и тканей /Т.П. Клюшник // Трансплантация фетальных тканей и клеток  человека. – М., 1996.- С. 103-107.
• Крыжановский, Г.Н. Общая патофизиология нервной системы: руководство / Г.Н. Крыжановский.- М.: Медицина, 1997. –351с.
• Оленев, С.Н. Развивающийся мозг/ С.Н. Оленев; под ред. А.Г. Кнорре. – Л,: Наука,1978.- 273с.
• Оленев, С.Н. Конструкция мозга / С.Н. Оленев. – Л.: Медицина, 1987. – 207с.
• Пальчик, А.Б. Диагноз и прогноз перинатальных поражений головного мозга гипоксического генеза: дис.…д-ра мед. наук./ А.Б. Пальчик. - СПб., 1997. – 340с.
• Скворцов, И.А. Развитие нервной системы у детей (нейроонтогенез и его нарушения) / И.А. Скворцов. – М.: Тривола, 2001. -36с.
• Bredesen, N.  Neuronal apoptosis: genetic and biochemical modulation / N. Bredesen // Apoptosis II: The Molecular Basis of Apoptosis in Disease. - 1994. - P. 397-421.
• Brewer, G.J. Regeneration and proliferation of embryonic and adult rat hippocampal neurons in culture / G.J.  Brewer // Exp. Neurol. -1999.- Vol. 159.- P. 237-247.
• Cafforio, P. Methods for assessing programmed cell death /P.Cafforio, A. Romito, M.A. Grizzuii // Recent Prog  Med. - 1996. - Vol. 87, N 7-8. - P. 366-373.
• Gleeson, J.G. Neuronal migrations disorders Gleeson / J.G. Gleeson // Ment Retard Dev Disabil Res Rev. -2001  .-Vol.7,№3. –P.167-171.
• Guzzetta, F. Periventricular intraparenchymal echodensities in the premature newborn: critical determinant of neurologic outcome / F. Guzzetta , G.D. Shakelford , S. Volpe // Pediatrics.- 1986.- Vol. 78.- P. 995-1006.
• Luskin, M.B. Restricted proliferation and migration of postna-taly generated neurons derived from the forebrain sub-ventricular zone / M.B. Luskin // Neuron. -1993.- Vol. 11.- P. 173-189.
• Рarma, A.M .A more sensitive radioimmunoassay for neuron-specific enolase suitable for cerebrospinal fluid determinations / A.M. Рarma , P.J. Marangos, F.K. Goodwin, .// J Neurochem .- 1981.- Vol.36.-P. 1093-1097.
• Stewart, B.W. Mechanisms of apoptosis: integration of genetic, biochemical, and cellular indicators  / B.W. Stewart // J  Natl Canaer Inst.- 1994.- Vol. 86.-P. 1286-1289.
• Szymonowicz, W. Neurodevelopmental outcome off periventricular haemorrhage and leukomalacia in 1250 g or less at birth / W. Szymonowicz , Yu Vyh , B. Bajuk // Early Hum Dev.- 1986.- Vol.14.- P. 1-7.
• Van Herreveld, A. Nerve cell destruction by asphyxiation of the spinal cord / A. Van Herreveld , J.P. Schade // Neuropath Exp Neurol.- 1962. – Vol. 21, №3.-Р. 410.
  

Оглавление