Старение головного мозга. Стриопаллидарная система и ствол мозга

Стриопаллидарная система

Стриопаллидарная система (базальные ганглии) состоит из хвостатого ядра, скорлупы и бледного шара.

Базальные ганглии участвуют в регуляции моторных функций (оказывая главным образом тормозящие влияния на моторную кору), сенсорных и некоторых вегетативных функций (в последнем случае в основном через ядра гипоталамуса).

Повреждение стриопаллидарной системы приводит к гиперкинезам, эмоциональной тупости, дезориентации, некоторым вегетативным нарушениям (афагии, адипсии).

Считают, что наряду с тормозными воздействиями базальные ганглии могут оказывать и активирующие влияния на некоторые двигательные функции.

Изучение возрастных изменений стриопаллидарной системы приобретает особое значение в связи с широким распространением в старости нарушений в двигательной сфере, нередкое развитие паркинсонизма. Предполагается, что возрастные изменения в стриопаллидарной системе являются основой для развития паркинсонизма у пожилых и старых людей.

Морфологические изменения

При старении объем базальных ганглиев (в частности, скорлупы и хвостатого ядра) человека уменьшается. Количество больших (дающих эфферентные проекции) и малых клеток (интернейронов между афферентами и большими клетками) в единице объема скорлупы с возрастом достоверно снижается (Bugiani et al., 1978) (табл. 34).

У старых людей и животных наиболее выраженные морфологические и функциональные изменения отмечаются в области ветвления средней мозговой артерии (Попова и др., 1976- Naritomi et al., 1979), т. е. в основном источнике кровоснабжения базальных ганглиев.

Обмен медиаторов 

Содержание и синтез дофамина в структурах стриопаллидарной системы людей и животных снижаются (McGeer et al., 1971- Finch, 1973) или не меняются (Ponzio et al., 1978- Makman et al., 1979). Вместе с тем резко замедляется обновление дофамина (Finch, 1973- Ponzio et al., 1978) и захват его синаптосомами стриатума (Jonec, Finch, 1975). Активность катехоламинсинтезирующих ферментов снижается.

Так, при старении падает активность тирозингидроксилазы в стриопаллидарных структурах людей и животных (Algeri et al., 1977- McGeer et al., 1971- McGeer, McGeer, 1975). Уменьшается активность и ДОФА-декарбоксилазы у людей (McGeer, McGeer, 1975), но не животных (Finch, 1973).

У людей в возрастных группах младше и старше 45 лет активность МАО в бледном шаре одинакова, а в хвостатом ядре выше у вторых (Robinson, 1975). Несколько менее выраженные изменения происходят в обмене ацетилхолина. Показано, что у людей и крыс линии Спрейг—Доули активность холинацетилтрансферазы в бледном шаре и хвостатом ядре снижается (McGeer, McGeer, 1975- Meek et al., 1977), а в хвостатом ядре крыс линии Вистар не меняется (McGeer et al., 1971).

Уровень ацетилхолина в хвостатом ядре старых крыс Спрейг-Доули не изменен (Meek et al., 1977). Активность ацетилхолинэстеразы (АХЭ) в структурах стриопаллидарной системы не меняется — полосатое тело у человека и обезьян (Samorajski, Rolsten, 1973), хвостатое ядро у крыс Вистар (McGeer et al., 1971) — или снижается — внутренняя капсула и передненаружная часть бледного шара у людей (McGeer, McGeer, 1975).

Активность глутаматдекарбоксилазы — фермента, катализирующего превращение глутаминовой кислоты в ГАМК, в бледном шаре, хвостатом ядре и скорлупе людей и хвостатом ядре крыс в старости снижается (McGeer et al., 1971- McGeer, McGeer, 1975).

Рецепторы

С возрастом в полосатом теле крыс базальный уровень цАМФ не меняется, а цГМФ несколько снижается (Puri, Volicer, 1981). При старении аденилатциклазная активность гомогенатов или срезов полосатого тела крыс и кроликов в исходном, неактивированном состоянии не меняется (Govoni et al., 1977) или снижается (Schmidt, Thornberry, 1978), вместе с тем ее стимуляция при действии катехоламинов у старых животных ниже, чем у молодых (Govoni et al., 1977- Schmidt, Thornberry, 1978- Makman et al., 1979).

Связывание рецепторов галоперидолом и спироперидолом в полосатом теле грызунов уменьшается (Govoni et al., 1978- Makman et al., 1979). Возможно, с этим связано уменьшение реакций на амфетамин, более частое развитие побочных реакций у старых пациентов при длительном использовании нейролептиков и транквилизаторов.

Функциональные изменения

Морфологические и метаболические изменения, развивающиеся в структурах стриопаллидарной системы при старении, лежат в основе нарушения регуляции тонких и точных движений конечностей, кистей и пальцев рук в старости.

Предполагается, что полосатое тело оказывает на бледный шар тормозные влияния. В связи со структурными и метаболическими изменениями в стриопаллидарной системе становится реальным ослабление этого тормозного влияния при старении, что и становится причиной нарушения экстрапирамидной регуляции в старости.

Отмечено, что даже у здоровых людей пожилого и старческого возраста регистрируются определенные сдвиги в электрической активности мышц и отдельных нейромоторных. единиц, свидетельствующие об изменении экстрапирамидной регуляции движений (Янковская, Подрушняк, 1979).

Считается, что возрастные изменения в обмене медиаторов, в частности дофамина, предрасполагают к развитию паркинсонизма у людей пожилого и старческого возраста (McGeer et al., 1971, 1977- Finch, 1973). Определенным доказательством роли нарушений обмена дофамина в возникновении возрастных изменений двигательной активности, в развитии паркинсонизма является эффективность применения в клинике L-ДОФА.



Учитывая важную роль - взаимодействия различных медиаторных систем (в частности, дофаминергической и холинергической) в нормальном функционировании стриопаллидарных структур, полагают, что изменение соотношения этих систем в старости приводит и к другим нарушениям как в двигательной сфере, так и в процессах мышления и памяти.

Ствол мозга

Основную часть ствола мозга составляют продолговатый мозг, варолиев мост и средний мозг. В стволе мозга размещены ядра черепных нервов, ядра ретикулярной формации и многочисленные афферентные и эфферентные пути, соединяющие ствол мозга со спинным мозгом и вышележащими отделами головного мозга.

Ядра ствола мозга оказывают выраженные специфические и неспецифические влияния на кору головного мозга, двигательные функции. В стволе мозга расположены жизненно важные центры поддержания вегетативного гомеостаза. Ретикулярной формации, её нисходящим и восходящим путям придается исключительное значение в регуляции состояния мозга.

Ее воздействия могут активировать или подавлять соответствующие структуры мозга, определяя состояние мышечного тонуса, движения, вегетативные реакции, ответы головного мозга и др. В старости происходят существенные сдвиги в энергетическом обмене, в обмене медиаторов, изменяются функциональные характеристики стволовых структур. С этим во многом связаны особенности развития торможения в старости, координации движений, характера рефлекторных реакций и др.

Морфологические изменения

По многочисленным данным, нейроны ствола головного мозга наиболее устойчивы по отношению к возрастному «изнашиванию». В большинстве изученных ядер ствола количество нервных клеток в старости не меняется или меняется незначительно: ядра лицевого нерва, вентральное кохлеарное, отводящего и блоковидного нерва, нижней оливы человека, зубчатое и красное ядра, а также ствол мозга крыс (см.: Brody, 1976- Peng, Lee, 1979- табл. 34).

Лишь в голубом пятне (Brody, 1976) и черной субстанции (McGeer et al., 1977) отмечено уменьшение числа нейронов при старении. В стволе мозга старых мышей обнаружены существенные морфологические изменения в телах нейронов, аксонах и дендритах, синаптическом аппарате (Machado-Salas et al., 1977). Несмотря на относительную неизменность популяции нейронов в стволе мозга, отложение липопигментов в перикарионе нейронов старых животных может достигать значительной выраженности (Brizzee et al., 1975).

Обмен медиаторов

При старении человека активность катехоламинсинтезирующих ферментов и содержание норадреналина в образованиях ствола мозга уменьшаются (Cote, Kremzner, 1975- McGeer, McGeer, 1975), а активность МАО нарастает (Robinson, 1975). У грызунов активность тирозингидроксилазы существенно не изменяется (Algeri et al., 1977), а содержание НА снижается (Ponzio et al., 1978) или не меняется (Finch, 1973).

Концентрация серотонина и его основного метаболита 5-ОИУК в стволе мозга людей существенно не меняется (Robinson et al., 1972- Robinson, 1975). После 65-летнего возраста отмечено возрастание концентрации 5-ОИУК (Robinson et al., 1972).

У старых крыс активность триптофан-5-гидроксилазы и содержание серотонина в серотонинергических ядрах ствола ниже, чем у 35—45-дневных животных (Meek et al., 1977). Существенных изменений в уровне холина, активности холинацетилтрансферазы и содержании АХ у этих животных не отмечено (Meek et al., 1977).



Вместе с тем существуют данные о падении активности АХЭ в черной субстанции человека (McGeer, McGeer, 1975) и стволе мозга крыс (Шибутович, 1969). У белых крыс уровень глутаминовой кислоты в продолговатом мозге 23-месячных крыс по сравнению с таковым у 1—1.5-месячных животных снижен на 1/4 (Леутский, Когут, 1975).

Активность глутаматдекарбоксилазы в стволе мозга крыс не изменена (Epstein, Barrows, 1969), а у людей в самых различных стволовых ядрах существенно снижена (McGeer, McGeer, 1975). Обращает на себя внимание, что нет прямого параллелизма между убылью нейронов в стволе мозга и метаболическими сдвигами. Возможно, это связано с разнонаправленным характером изменений в различных нейронах.

Рецепторы

Число в-адренорецепторов в стволе мозга старых крыс уменьшается, а ГАМК-рецепторов не меняется по сравнению с таковыми у молодых крыс (Maggi et al., 1979). Показано, что база льный уровень цАМФ и цГМФ в срезах ствола мозга 3-, 12-и 24-месячных крыс существенно не различается (Schmidt, Thornberry, 1978- Puri, Volicer, 1981).

Отмечено, что в обычных условиях аденилатциклазная активность гомогенатов черной субстанции, nucl. accumbens, зрительного бугорка крыс в возрасте 2—3 и 20—24 мес существенно не различается (Govoni et al., 1977). Вместе с тем активация аденилатциклазы ствола мозга под влиянием катехоламинов в старости уменьшается (Govoni et al., 1977) или не меняется (Schmidt, Thornberry, 1978).

В определенной мере об уменьшении числа соответствующих рецепторов в стволе мозга свидетельствуют данные Фролькиса и сотр. (1972а) о том, что эффекты нисходящих влияний РФ ствола мозга на спинальные мотонейроны у старых крыс блокировались меньшими дозами дигидроэрготоксина (150—200 мкг/кг массы тела), скополамина (120—180 мкг/кг) и глипина (400—500 мкг/кг), чем у взрослых животных (соответствующие дозы: 320—400, 400—500 и 900— 1000 мкг/кг).

Восходящие влияния

Многочисленные данные об ослаблении электрических реакций мозга (суммарной ЭЭГ, ВП) на зрительные, слуховые, соматосенсорные раздражители позволяют говорить о снижении активирующих влияний ретикулярной формации ствола головного мозга в старости (Маньковский, Минц, 1972).

Вместе с тем Синицкий (1976), изучая пороги реакции пробуждения в гиппокампе (синхронизация 0-волн) и мезенцефальной ретикулярной формации (десинхронизация биотоков) при электростимуляции ретикулярных ядер покрышки, показал, что у взрослых животных этот эффект возникал при более сильном раздражении, чем у старых (в гиппокампе — при токе 108±2 мкА у первых и 44±4мкАу вторых,в мезенцефальной ретикулярной формации — соответственно 566±34 и 264 ±40 мкА).

Отмечено, что у старых людей и животных активация или угнетение ЭЭГ при действии соответствующих веществ (адреналина, аминазина) развиваются при действии меньших дозировок, чем у молодых (Фролькис, 1970- Маньковский, Минц, 1972- Синицкий, 1976).

Нисходящие влияния

При старении отмечается неравномерное изменение нисходящих облегчающих и тормозных ретикуло-спинальных влияний.

Так, у старых крыс пороги облегчающих ретикуло-спинальных влияний составляли 0.60—0.94 В (в среднем 0.77 В), у взрослых — 0.36—0.56 В (в среднем 0.46 В). Соответствующие величины для тормозных влияний были 0.64—0.84 В (0.74 В) у старых и 0.37—0.47 В (0.42 В) — у взрослых животных (Фролькис и др., 1972а).

Влияние различных структур ствола на вегетативные показатели претерпевают неодинаковые по величине и характеру изменения (рис. 59). Так, вазоактивные элементы продолговатого мозга в области писчего пера в старости становятся менее возбудимыми (пороги прессорных реакций АД составляли 20±4 мкА у взрослых кроликов и 70+10 мкА у старых) (Фролькис, Безруков, 1971).

Значительное падение возбудимости структур продолговатого мозга, через которые замыкается ряд важных рефлекторных реакций, может привести к снижению возбудимости многих рефлексов на сердечно-сосудистую систему, к сокращению диапазона возникающие реакций, к ограничению важных адаптивных реакций.

В то же время пороги прессорных влияний ретикулярных ядер моста и покрышки среднего мозга были одинаковы: для моста — 60±10 мкА у взрослых и 70±20 мкА у старых, для покрышки — 40±10 мкА у тех и других (Фролькис, Безруков, 1971). Аналогичные данные получены при анализе изменения частоты дыхания в ответ на электростимуляцию соответствующих структур ствола.

Этими авторами отмечено, что микроинъекционное введение минимальных количеств А и АХ в ядра продолговатого мозга, моста и среднего мозга было более эффективным у старых животных (рис. 61). Сочетание повышения чувствительности к катехоламинам со снижением их синтеза в стволе мозга может иметь адаптивное значение.

Известно, что возбуждение при судорожном припадке, охватывая центральные нейроны блуждающего нерва, приводит к развитию брадикардии. У старых кроликов в условиях развернутого судорожного припадка брадикардия возникает реже, чем у взрослых (Фролькис, 1970). Есть основание полагать, что существенные изменения наступают и в дыхательном центре (Фролькис, 1975б).

Изменяются реципрокные отношения между центрами вдоха и выдоха, и это способствует частому возникновению, даже у здоровых старых людей, различных типов периодического дыхания. Изменения, развивающиеся при старении в стволовых структурах, приводят к существенным изменениям регуляции мышечной деятельности, к снижению мышечной работоспособности, к изменению вегетативного гомеостаза и нарушениям его, к изменениям в активирующих влияниях ретикулярной формации на деятельность коры головного мозга.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что старение мозга не должно рассматриваться как простое угасание его деятельности. Мозг стареет как сложная система, в которой ослабевают одни и активируются другие внутрицентральные механизмы. Обращает на себя внимание то, что благодаря разнонаправленности изменений разница в электровозбудимости структур мозга в какой-то мере нивелируется.

Это может способствовать возникновению иррадиированных, генерализованных реакций. В процессе старения морфологические и метаболические сдвиги в различных структурах головного мозга выражены неодинаково.

Наибольшая потеря нейронов отмечается в лобной коре, значительная в гиппокампе. Возможно, с этим связано ухудшение мнестических и некоторых других высших функций головного мозга. В большинстве изученных структур ствола мозга гибель нейронов не обнаружена, однако в ядре голубого пятна и черной субстанции снижение числа нейронов значительно.

Возможно, с изменениями.в голубом пятне связаны не только сдвиги в функциях, непосредственно контролируемых этой областью мозга (например, сон и его фазы, некоторые вегетативные функции), но также сдвиги в других областях мозга, получающих афференты из этого участка. В гипоталамусе наиболее выраженное уменьшение числа нейронов отмечено в преоптической области и ядрах срединного возвышения, с чем, вероятно, связано нарушение репродуктивной функции в старости.

Структурные и метаболические изменения в стволовых структурах (в первую очередь, существенные изменения в обмене медиаторов) могут привести к возрастному ухудшению функционирования не только собственно стволовых структур, но и образований, получающих соответствующий вход из нейронов ствола (дофаминергический — в гипоталамусе и стриопаллидарной системе, серотоницергический — в гипоталамусе).

Снижение обмена катехоламинов в стволе может быть причиной возрастного снижения реакций на стрессорные воздействия, может быть основой развития патологических состояний в пожилом и старческом возрасте (депрессивные состояния, психозы).

В старости при активации отдельных структур мозга изменяется соотношение различных компонентов сложной реакции (двигательных, респираторных, гемодинамических и др.). Иными словами, с возрастом изменяется характер центральной программы осуществления конечного приспособительного эффекта. Старение характеризуется нарастающим ограничением обратной афферентации с различных рецепторных приборов организма.

Наряду с этим чувствительность структур мозга к ряду гуморальных факторов с возрастом нарастает. Все это приводит к созданию в мозге иного «афферентного образа» о ходе реализации центральной программы, что может быть причиной нарастания числа ошибок в выполнении ее. Стареющий мозг — это качественно иная, по-своему новая функциональная система.