Старение головного мозга. Мозжечок

Видео: Продолговатый мозг Варолиев мост Мозжечок

Мозжечок

Мозжечок играет важную роль в регуляции двигательной активности (позного тонуса, фазических реакций), оказывает влияние на лабиринтные рефлексы, на образование моторных компонентов условных рефлексов, на некоторые вегетативные функции.

Существуют данные об уменьшении или неизменности в старости количества клеток Пуркинье в мозжечке человека.

У животных отмечается снижение плотности расположения и числа нейронов в мозжечке (табл. 34).

Так, у крыс линии Лонг— Эванс число нейронов в возрасте 5 мес составляет (41.8+2.1)*10 6, а в возрасте 24—30 мес — (25.2+1.4)*10 6 (Peng, Lee, 1979)- популяция глиоцитов не изменяется, а отношение глиоциты/нейроны увеличивается с 3.6+0.2 до 5.9+0.4.

С возрастом существенных изменений в обмене катехоламинов и ацетилхолина в мозжечке грызунов не происходит (Finch, 1973- Algeri et al., 1977- Vijayan, 1977). У людей в 50-летнем возрасте активность холинацетилтрансферазы (ХАТ) в зубчатом ядре мозжечка наполовину ниже, чем у 20-летних (McGeer, McGeer, 1975). Содержание глутаминовой кислоты в мозжечке людей и крыс снижается (Леутскйй, Когут, 1975- McGeer, McGeer, 1975) или не меняется (Epstein, Barrows, 1969).

При старении уменьшается связывание в-адренорецепторов меченым дигидроальпренололом в мозжечке как людей, так и животных (Maggi et al., 1979- Weiss et al., 1979). Вместе с тем связывание ГАМК-рецепторов антагонистом гамма-аминомасляной кислоты — меченым мусцимолом — у крыс при старении не меняется (Maggi et al., 1979). Содержание цАМФ в мозжечке крыс при старении не меняется, а цГМФ — снижается (Puri, Volicer, 1981).

Базальный уровень активности аденилатциклазы и гуанилатциклазы, а также их реакция на катехоламины и каинат (циклический аналог ГАМК) в мозжечке старых крыс уменьшаются (Walker, Walker, 1973- Schmidt, Thornberry, 1978). Как можно судить на основании возникновения так называемой «ацетилхолиновой волны» при меркуриметрическом титровании водорастворимой фракции белков мозжечка (Рогова, Хилько, 1971), у старых крыс число холинорецепторов в мозжечке уменьшается.

Прямых данных о функциональных изменениях мозжечка при старении нет. Вместе с тем с возрастными изменениями в мозжечке может быть связано ослабление контроля над двигательными функциями, равновесием и положением тела в пространстве.

Лимбическая система

Образования старой и древней коры (архипалеокортекса) и непосредственно связанных с ними структур особое внимание геронтологов привлекли лишь в последние несколько лет.

Морфологические и метаболические изменения

При старении отмечаются некоторое снижение количества нейронов (табл. 34), резкое внутринейронное накопление липофусцина, существенное обеднение аппарата межклеточного взаимодействия, изменения в структуре и ультраструктуре клеток гиппокампа.

В перикарионе нейронов гиппокампа старых крыс площадь, занимаемая липофусцином, на 169% больше, чем у молодых — 11-месячных, и на 67% больше, чем у зрелых — 17-месячных животных (Brizzee, Ordy, 1979). В гиппокампе старых людей и животных (крыс, мышей) отмечается дегенерация нейронов и гипертрофия астроглии (Lindsey et al., 1979), обеднение синаптического аппарата, потеря аксосоматических и аксодендритических синапсов, атрофические и дегенеративные изменения в дендритах и аксонах с последующим уменьшением их числа, атрофия шипиков (Bondareff, 1979- Machado-Salas, Scheibel, 1979).

Замедляется аксоплазматический ток гликопротеинов в системе перегородка—зубчатая извилина (Geinisman et al., 1977). При изучении зубчатой извилины гиппокампа 3—4- и 24—25-мессячных крыс таких разительных возрастных отличий в морфологии гиппокампа не отмечено (Gottman, Scheff, 1979). Вместе с тем пластичность структур лимбической системы в старости существенно снижается.

Так, при одностороннем удалении энторинальной коры реиннервация и реактивный синаптогенез в гиппокампе (зубчатой извилине) были значительно менее выражены ж протекали более медленно, чем у молодых животных. Аналогичное возрастное замедление реиннервации ядер перегородки было при перерезке фимбрий (Cottman, Scheff, 1979).

Как и в других областях мозга, в сосудах гиппокампа и миндалевидного комплекса происходят уплотнение и утолщение сосудистых стенок за счет гиперплазии соединительнотканных элементов, замещения гладкомышечных клеток коллагеном, накопления межуточного вещества.



Эти изменения в сочетании с особым типом ветвления сосудов в гиппокампе (концевой тип отхождения под прямым углом) и расположением гиппокампа на водоразделе между бассейнами сонной и вертебробазиллярной артерий ведут к существенному ухудшению кровоснабжения этого образования в старости.

Отмечено, что у людей склеротические изменения особо выражены именно в этой области мозга. У крыс поглощение кислорода гомогенатами гиппокампа и миндалины снижается в период созревания (с 3-недельного до 4-месячного возраста), а при старении существенно не изменяется (Peng et al., 1977). Не меняется и скорость утилизации макроэргических фосфорных соединений в гиппокампе старых мышей (Ferrendelli et al., 1971).

Обмен медиаторов

Судя по немногочисленным работам, в структурах лимбической системы основные изменения происходят в обмене катехолгаминов и СТ и значительно меньше — АХ (Eleftheriou, 1975- McGeer, McGeer, 1975- Robinson, 1975- Meek et al., 1977- Vijayan, 1977). Отмечено, что снижается активность ферментов синтеза катехоламинов и их распада — тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы, КОМТ у людей и грызунов (мышей).

Активность же МАО — одного из основных ферментов, катализирующих распад катехоламинов, — при старении растет или не меняется (Robinson, 1975). Активность триптофан-5-гидроксилазы и уровень СТ в гиппокампе и перегородке старых, 24-месячных крыс линии Спрейг—Доули ниже, чем у незрелых, 35—45-дневных животных (Meek et al., 1977).

Обмен AX в изученных структурах лимбической системы этих животных существенно не изменяется (Meek et al., 1977). В миндалине людей и гиппокампе мышей линии C57BL/6J отмечается снижение активности холинацетилтрансферазы (McGeer, McGeer, 1975- Vijayan, 1977). Показано также уменьшение в гиппокампе и миндалине пожилых людей активности глутаматдекарбоксилазы — фермента, катализирующего синтез гамма-аминомасляной кислоты (McGeer, McGeer, 1975).

Обращает на себя внимание то, что изменения в обмене медиаторов в лимбической системе, в гиппокампе более выражены, чем в филогенетически более позднем образовании — неокортексе. Вообще говоря, возрастные изменения каждого отдела мозга характеризуются специфическим сочетанием различных структурных, метаболических, функциональных изменений, отличающих их друг от друга, и не укладываются в простую схему, связывающую выраженность нарушений с филогенетическим уровнем развития.

Рецепторы

Базальный уровень цАМФ и цГМФ в гиппокампе крыс в возрасте от 4 до 30 мес одинаков (Puri, Volicer, 1981). Реакция аденилатциклазы гиппокампа на катехоламины у старых крыс снижается (Walker, Walker, 1973) или не меняется (Schmidt, Thornberry, 1978). В опытах с использованием меченого антагониста дофамина — спироперидола — показано, что количество в-адренорецепторов в передней лимбической коре у старых (5-летних) кроликов меньше, чем у молодых, 5-месячных (Makman et al., 1979).

Функциональные изменения

В последнее время наряду с исследованием морфологических и метаболических сдвигов начато изучение функциональных изменений в различных структурах лимбической системы. Барнес (Barnes, 1979) провел обширное исследование электрофизиологических характеристик нейронов гиппокампа в хронических опытах на ненаркотизированных старых (28—34-месячных) и зрелых (10—16-месячных) крысах с электродами, вживленными в зубчатую фасцию (регистрирующие электроды) и перфорированный пучок (раздражающие электроды).

Было показано, что при кратковременной высокочастотной стимуляции синаптический ответ гранулярных клеток у животных разного возраста не отличался. При повторных циклах раздражений зрелые животные продолжали реагировать длительным и стойким усилением синаптической реакции, а у старых отмечалось своеобразное «истощение» ответа синапсов.

В связи с тем что у старых крыс спайк популяции гранулярных клеток гиппокампа возникал при более низком уровне возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), чем у 10-16-месячных животных,  автор предположил, что потенциал покоя нейронов гиппокампа у старых животных снижен (Barnes, 1979). Анализ соотношения между силой раздражения и крутизной переднего ската ВПСП выявил, что при всех надпороговых раздражениях нейроны молодых животных реагировали сильнее (Barnes, 1979).

По данным Лэндфилда и Линча (Landfield, Lynch, 1977), пороговое напряжение тока, вызывавшее спайки популяции нейронов, и величина ответа при надпороговом раздражении у старых и молодых животных не отличались. Синаптические ответы пирамидных клеток срезов гиппокампа при низкочастотной (0.3 Гц) стимуляции коллатеральных волокон Шаффера у старых (25—27-месячных) и молодых (4—6-месячных) крыс не отличались, а при более высокой частоте раздражения (15 Гц) ответ и посттетаническая потенциация (увеличение амплитуды спайка популяции нейронов) у старых крыс были значительно слабее (Landfield, Lynch, 1977).

Авторы считают основной причиной ухудшения посттетанической потенциации торможение, развивающееся в синапсах нейронов старых животных при более высокой частоте стимуляции. Наиболее выраженным компонентом фоновой суммарной электрограммы гиппокампа является 0-ритм.

У старых (25-месячных) крыс по сравнению с молодыми (5-месячными) 0-ритм гиппокампа несколько замедляется (Cooper et al., 1975). Особенно выраженное замедление 0-ритма в гиппокампе отмечено авторами как у молодых, так и старых животных с легочной патологией. При сравнении электрограммы гиппокампа у 10—16- и 28—34-месячных крыс особых изменений в частотных характеристиках не отмечено (Barnes, 1979). Вместе с тем отмечены сглаживание и исчезновение суточной периодичности в электроэнцефалографических характеристиках у старых животных.

При изучении электровозбудимости лимбических структур обнаружено, что электрические пороги электрографических реакций для гиппокампа у старых крыс становятся меньше, чем у взрослых (Синицкий, 1976), а пороги влияния гиппокампа на вегетативные показатели — системное АД (рис. 59), внешнее дыхание — у взрослых кроликов существенно не отличаются (Фролькис, Безруков, 1971).

В других лимбических структурах обнаружены неодинаковые возрастные изменения возбудимости (рис. 59): грушевидная кора и центральное ядро миндалины становятся более возбудимыми, а медиальное ядро миндалины старых кроликов менее возбудимым, чем у взрослых животных (Фролькис, Безруков, 1971). Наряду с этим микроинъекционное введение минимальных количеств А и АХ в гиппокамп, ядра миндалины и грушевидную кору было, как правило, более эффективным у старых животных (рис. 61) (см. также: Фролькис, Безруков, 1971- Безруков, 1974).


В последнее время гиппокампу отводится важная роль в создании на основе зрительных, слуховых, обонятельных и соматосенсорных сигналов кратковременной «пространственной карты», в консолидации кратковременных, «текущих» следов в долговременную память.

Считают, что гиппокамп и другие лимбические структуры (в частности, миндалевидный комплекс, перегородка) принимают существенное участие в мотивации различных поведенческих реакций, в регуляции агрессивного и полового поведения, мышечной деятельности, сна и бодрствования, некоторых вегетативных компонентов целостных реакций.

Возрастные изменения в гиппокампе и других структурах лимбической системы не только изменяют эмоциональную окраску поведения в старости, отношение к действительности, но и влияют на вегетативное обеспечение этих реакций. Лимбическая система обладает многочисленными связями с другими структурами мозга.

К примеру, известна цепь: гиппокамп -> свод -> мамиллярное тело -> переднее ядро таламуса -> кора поясной извилины -> пресубикулум гиппокамп. Неравномерные изменения возбудимости структур лимбической системы и других областей мозга существенно изменяют ее функциональное состояние. Экспериментальный анализ поведенческих реакций свидетельствует об ослаблении у старых животных пространственно-дискриминационной памяти, об ухудшении кратковременной памяти, об ослаблении процессов преобразования текущих сигналов в долгосрочную память (Barnes, 1979- Brizzee, Ordy, 1979).

При этом отмечается, что ослабление кратковременной памяти в старости не обязательно связано с ухудшением способности к обучению (Brizzee, Ordy, 1979). Хотя мотивация нахождения туннеля-укрытия у старых и молодых крыс одинакова, выполнение проб старыми животными замедляется, люмбпльная пункция осуществления реакции увеличивается, пробы выполняются с большим числом ошибок (Barnes, 1979).

При болевом электрокожном раздражении агрессивное поведение по отношению к другому животному у старых, 29-месячных, крыс выражено слабее, чем у молодых, 11-месячных, и зрелых, 17-месячных,: животных (Brizzee, Ordy, 1979). Высокочастотное пресинаптическое раздражение гранулярных клеток гиппокампа у старых и молодых крыс избирательно ухудшало спонтанное альтернативное поведение старых крыс в Т-образном лабиринте (Barnes, 1979).

Таким образом, развивающиеся при старении морфологические и метаболические сдвиги приводят к существенному возрастному ослаблению функций структур лимбической системы, в первую очередь гиппокампа, к неодинаково выраженным сдвигам в деятельности различных лимбических структур, что имеет серьезные последствия для различных видов поведения, памяти, мотивации.