Перевод с английского канд мед наук Н. Н. Алипова, канд биол наук Н. Ю. Алексеенко, д-ра биол наук М. А. Каменской, канд биол наук О. В. Левашова, канд биол наук Ю. Б. Шмуклера под редакцией акад. П. Г. Костюка
|
|
Скачать 8.58 Mb.
|
|
Роль базальных ганглиев в двигательной системе. Патологические изменения в базальных ганглиях обычно сопровождаются серьезными нарушениями произвольных движений. Наиболее известным примером служит их ограничение (акинезия) при бо- ^
лезни Паркинсона. Собранные на сегодняшний день данные говорят о важной роли базальных ганглиев в переходе от замысла (фазы подготовки) к выбранной программе действия (фазе выполнения), как представлено на рис. 5.1. Этот крупный комп- лекс ядер расположен под корой больших полушарий, в глубине большого мозга. Базальные ганглии со своими обширными входами от коры больших полушарий служат интегративными центрами для разнообразных кортикофугальных потоков возбуждения. С другой стороны, они имеют выходы к лобной коре через ядра таламуса. Общая организация этой петли - от коры через базальные ганглии и назад к коре-схематически представлена на рис. 5.2 (вместе с аналогичной петлей, проходящей через мозжечок). ^ (рис. 5.22). Входная структура базальных ганглиев полосатое тело (striatum), состоящее из двух частей - скорлупы (putamen) и хвостатого ядра (п. caudatus) (на рис. 5.22 они не показаны), разделенных волокнами внутренней капсулы. Из стриатума информация поступает в ядра таламуса через либо бледный шар (pallidum), либо сетчатую часть черного вещества (substantia nigra) (есть также небольшие коллатеральные связи с крышей среднего мозга). Открытие того, что болезнь Паркинсона вызывается дефицитом дофаминергической системы, привело к обнаружению синтезирующих дофамин нейронов в компактной части черного вещества. Их аксоны идут к стриатуму и в существенной мере отвечают за нормальную деятельность базальных ганглиев. Многие связи стриатума - тормозные (рис. 5.22). Ниже описаны наиболее изученные функциональные петли базальных ганглиев. Вероятно, в будущем обнаружатся и другие [24]. При описании функциональных петель не будут учитываться некоторые уже известные анатомические связи - например, с медиальным таламусом (ЦМПФЯ на рис. 5.22), с субталамическим ядром (реципрокные) и (по-видимому, малопротяженные и непрямые) нисходящие пути к спинному мозгу; их функциональное значение недостаточно изучено. Несмотря на впечатляющие успехи в исследовании базальных ганглиев, мы находимся только на пороге понимания этой невероятно сложной системы, не уступающей по своей организации коре больших полушарий. ^ Важнейшая входная информация поступает в базальные ганглии от коры больших полушарий. Вероятно, в кортикост риатных проекциях представлены все ее области, но особенно-лобные доли. Эти проекции строго топографические. Нейромедиатором кортикостриатных нейронов служит, по-видимому, аминокислота глутамат. Как показано схе- ^ матически на рис. 5.22, базальные ганглии связаны с таламусом тормозными цепями из двух последовательных нейронов с ГАМК в качестве медиатора. Такая организация характерна как для пути, проходящего через паллидум, так и для пути через черное вещество. Известно, что у нейронов этих выходных структур высокая фоновая активность. По-видимому, возбуждение, вызываемое в таламусе сигналами от коры мозга, принимает форму растормаживания; такой механизм часто встречается в ЦНС. Подробное исследование локализации кортикофугальных нейронов и их связей в составе нейронных сетей базальных ганглиев привело к концепции множественных раздельных, параллельно действующих функциональных петель (рис. 5.23; см. Carpenter в [2], Kitai в [2] и [24]). ^ имеет входы от премоторной, моторной и соматосенсорной областей коры мозга. Основной поток информации идет через скорлупу, внутреннюю часть бледного шара или каудолатеральную область сетчатой части черного вещества, затем через двигательные ядра таламуса и назад к области 6 коры больших полушарий (рис. 5.23, слева). При регистрации активности индивидуальных клеток скорлупы и бледного шара у обезьян, обученных стандартным движениям, обнаружены четкие корреляции между этими движениями и активностью определенных нейронов. Наблюдается четкая топографическая организация: активность нейронов строго определенной области базальных ганглиев всегда соответствует специфическим движениям конкретных частей тела (рис. 5.24). Кроме того, она во многих случаях строго коррелирует с особыми параметрами движения, например силой, амплитудой или направлением. Очевидно, двигательная петля, проходящая через скорлупу и бледный шар, служит для регуляции именно таких параметров. Регистрация активности индивидуальных клеток показала также, что путь от стриатума через латеральную область сетчатой части черного вещества управляет главным образом движениями лица и рта. Окуломоторная (глазодвигательная) петля (рис. 5.23, посередине). Эта петля анатомически отличается от скелетомоторной и специализирована, по-видимому, на регуляции движений глаз. Входные сигналы поступают от областей коры, контролирующих направление взгляда: фронтального глазного поля (поле 8 по Бродману) и каудальной части поля 7 теменной коры (см. также рис. 5.26). Путь продолжается через хвостатое ядро к дорсомедиальному сектору внутренней части бледного шара или вентролатеральной области сетчатой части черного вещества. Следующий этап - ядра таламуса, которые в свою очередь дают проекции к фрон-
^ талыюму глазному полю. Следует упомянуть и о том, что аксоны нейронов сетчатой части черного вещества раздваиваются и одна из их ветвей идет к верхнему двухолмию среднего мозга; как известно, оно также связано с движениями глаз. На рис. 5.25 показана положительная корреляция между активностью этих нейронов и саккадами. Частота импульсации резко падает перед саккадой, что обусловлено тормозной стрионигральной связью. Такое отключение тормозного выхода черного вещества ведет к фазической активации следующего пункта-таламуса или верхнего двухолмия. О полном пространственном разделении скелетомоторной и окуломоторной петель свидетельствует, в частности, корреляция нейронной активности сетчатой части черного вещества с движениями либо глаз, либо рта, но никогда-с теми и другими одновременно. ^ (рис. 5.23, справа). К настоящему времени накоплены анатомические данные о существовании ряда «сложных» петель, начинающихся и заканчивающихся в лобных ассоциативных областях коры (дорсолатеральной префронтальной, латеральной орбитофронтальной, передней поясной), пройдя через ассоциативные ядра таламуса. В ходе филогенеза значительно возрастают размеры и значение корковых структур, стриатума и таламуса, участвующих в сложных петлях, так что у человека они становятся более обширными, чем двигательные петли. Однако функции сложных петель экспериментально не исследованы. Правда, регистрация активности индивидуальных клеток соответствующих участков коры, опыты с избирательным разрушением структур, а также клинические наблюдения на больных с поражениями лобных долей и лимбической системы свидетельствуют о том, что ассоциативные области коры ответственны за «высшие» (сложные) функции мозга. Как будет подробно рассматриваться в гл. 6 и 17, они играют определенную роль в формировании общего побуждения (драйва) и в регуляции конкретных драйвов, например голода, полового влечения. Они участвуют также в контроле мотивации, выборе стратегии и когнитивной деятельности. С другой стороны, все эти сложные функции могут нарушаться и у больных с поражениями базальных ганглиев. Следовательно, от базальных ганглиев принципиальным образом зависит проявление подобных функций и их включение в нормальную двигательную активность. ^ Если в пределах базальных ганглиев отдельные функциональные петли отделены друг от друга, возникает трудный вопрос, как и где происходит объединение когнитивных и мотивационных компонентов двигательной активности с элементами двигательных команд? В настоящее время любой ответ на
него будет умозрительным. Учитывая отсутствие связей между петлями в базальных ганглиях, можно, по крайней мере, утверждать, что они объединяются не здесь, а на уровне коры больших полушарий. Возможно, роль связующего звена принадлежит полю 6, которое, с одной стороны, является важнейшей мишенью двигательной петли, а с другой -получает входные сигналы от ассоциативной лобной коры. ^ Прохождение информации в описанных выше множественных параллельных трансстриатных функциональных петлях может облегчаться или подавляться модулирующими системами. Эти механизмы представляют значительный интерес для клиники, поскольку в итоге функция базальных ганглиев определяется, очевидно, тонким балансом между ее облегчающей и тормозной модуляцией (см. ниже раздел «Патофизиология базальных ганглиев»). Уже продемонстрированы или предполагаются несколько модулирующих систем. Особого внимания среди них из-за своей роли в болезни Паркинсона заслуживает дофаминергическая. Дофаминергические интростриатные пути начинаются в сетчатой части черного вещества. Содержащие дофамин нейроны обнаружены также поодиночке или группами вне этого вещества, но только поблизости от него. Очень тонкие дофаминергические аксоны сильно ветвятся, образуя по всему стриатуму относительно диффузную (т.е. без отчетливой топографической организации) сеть. Вдоль этих волокон находится множество крошечных, заметных в световой микроскоп утолщений. ^ называемых варикозностями. На электронных микрофотографиях они идентифицируются как пресинаптические элементы. У нейронов сетчатой части черного вещества довольно регулярная импулъсация с частотой около 1 Гц. Таким образом, каждую секунду импульс одной дофаминергической клетки вызывает высвобождение дофамина в многочисленных рассеянных по стриатуму синапсах. Из-за своего диффузного строения дофаминергическая система непригодна для передачи детализированной, топографически организованной информации. Скорее ее можно рассматривать как своего рода «ирригационную систему», модулирующую передачу информации по главному каналу. Действительно, недавно было показано, что высвобождаемый в стриатуме дофамин модулирует глутаминергическую кортикостриатную передачу, хотя не вполне ясно, вызывает он торможение, облегчение или и то и другое. Восходящие дофаминергические волокна от среднего мозга направляются не только к стриатуму, но и к лимбическим структурам, и к префронтальной коре. Аналогичное модулирующее влияние на базальные ганглии, возможно, оказывают серотоиинергические волокна от ядер шва, норадренергические волокна от голубого пятна, а также волокна с медиатором неизвестной природы от интраламинарных ядер таламуса и от миндалины; все они идут к стриатуму. Наконец, следует отметить, что в базальных ганглиях содержится множество местных нейронов (интернейронов), модулирующих поток информации в трансстриатных петлях. К ним относятся холинергические нейроны стриатума и различные, открытые лишь недавно пептидергическне нейроны. ^ Медиаторные микромодули. В течение длительного времени стриатум рассматривали как крупную однородную массу клеток, и лишь недавно была обнаружена его модульная организация ([29, 49], Delong, Georgopoulos в [2]). Окончания двух обширных систем афферентных волокон от коры больших полушарий и от интраламинарных ядер таламуса образуют здесь небольшие четко ограниченные центры. Анатомические эксперименты с дифференциальным окрашиванием волокон, относящихся к разным системам, показали, что в хвостатом ядре сложным образом перемешаны скопления нервных окончаний от лобной и височной ассоциативной коры. Гистохимические методы дают аналогичную картину: разные медиаторы (глутамат, ГАМК, ацетилхолин, различные пептиды) обнаруживаются в пределах мелких, четко очерченных участков. Сейчас эти центры считаются независимыми компартментами, или микромодулями. Даже на срезах стриатума при окрашивании клеточных тел традиционными методами (по Нисслю) можно различить области с высокой плотностью клеток (небольшие островки вытянутой формы), окружен- ные матриксом, в котором они расположены гораздо свободнее. ^ личными медиаторами успешно устанавливаются. Уже можно утверждать, что подразделение на функционально специализированные группы нейронов представляет собой общий принцип организации стриатума. Известно лишь одно исключение-дофаминергическая система, волокна которой с их варикозностями образуют в стриатуме диффузную сеть. Интересно, что у молодых животных эти волокна, входя в стриатум, группируются в виде дофаминергических островков (стриосом). ^ Недавно удалось проследить топографическую организацию в виде продольных колонок, идущих через весь стриатум. Именно таким образом организованы, в частности, проекции лобной и височной ассоциативной коры. С помощью высокочувствительного микроэлектрофизиологического тестирования выявлены соматотопические продольные колонки, относящиеся к скелетомоторной петле. Например, в колонке верхней конечности, по-видимому, собираются сигналы от премоторной, моторной (двигательной) и соматосенсорной областей коры. Нейроны в такой колонке объединены по сходству их соматотопических свойств. ^ Исключительно сложное, устанавливаемое по медиаторным и топографическим критериям дробление базальных ганглиев, безусловно, имеет важнейшее функциональное значение и требует новых рабочих гипотез. Отмеченная выше конвергенция разных полей коры больших полушарий в «колонке верхней конечности» (в составе скелетомоторной петли), очевидно, представляет собой структурный коррелят процесса сенсомоторной интеграции, обеспечивающего движение руки. ^ Тяжелые двигательные симптомы, сопровождающие нарушения в базальных ганглиях, можно разделить на две категории-гипофункциональные (недостаточность) и гиперфункциональные (избыточность). К первым относят акинезию (буквально - отсутствие движений); ко вторым - ригидность (повышение мышечного тонуса), баллизм (крупноразмашистый гиперкинез конечностей), атетоз («червеобразные» движения), хорею (быстрые подергивания), тремор (дрожание). Симптомы второй категории - признаки избыточной возбудимости двигательной системы, объясняемой растормажива- ^ нием. Современный подход заключается в стремлении выяснить природу этих расстройств с точки зрения гипо- или гиперфункции медиаторных систем. ^ [37]. Триада симптомов, характеризующая болезнь Паркинсона (паркинсонизм), наиболее распространенное заболевание базальных ганглиев, включает ригидность, тремор и акинезию. Вследствие мышечного гипертонуса усилены тонические (но не фазические) рефлексы растяжения; даже при медленном вытягивании конечности возникает восковая ригидность, часто периодического характера («симптом зубчатого колеса»). Особенно сильно дрожат пальцы, а иногда также губы и другие части тела. Акинезия проявляется рядом симптомов. Больному трудно начать и завершить движение, временами произвольные движения могут «замирать». Становится чрезвычайно трудно выполнять одновременно два действия. Лицо больного невыразительно, как маска, модуляция речи ослаблена; во время ходьбы он не может нормально взмахивать руками, идет мелкими шажками, обычно - согнувшись вперед. ^ проводят с помощью автоматического усреднения электромиографических записей, что повышает точность оценки патофизиологических процессов и результатов лечения. Как и следовало ожидать, время реакции часто увеличивается, главным образом из-за замедленности движений. Нарушается также предварительная коррекция позы перед произвольными движениями. Больному паркинсонизмом очень трудно отслеживать пальцем подвижный источник света, особенно при неожиданных сменах направления его движения. Если эта траектория изменяется регулярно (например, «мишень» перемещается по синусоиде), палец больного следует по ней с запозданием, тогда как у здорового человека-с опережением. Больной паркинсонизмом часто не в состоянии выполнить два или несколько движений одновременно (например, сжимая кисть, согнуть руку в локте). Каждое из них завершается до начала следующего. Обобщая, можно считать главным дефектом при болезни Паркинсона нарушение планирования движений. В 1919 г. в докторской диссертации Третьякова было впервые упомянуто о том, что на свежих срезах посмертных препаратов мозга больных паркинсонизмом черное вещество выглядит гораздо светлее, чем в норме. Это наблюдение привело в конечном итоге к выводу о дегенерации при этой болезни его дофаминергических нейронов (темный цвет здесь обусловлен пигментом меланином — побочным продуктом синтеза дофамина, откладывающимся в дофаминергических клетках компактной части). После их гибели в стриатуме резко падает содержание дофамина. У этого открытия были далеко идущие последствия. Когда выяснилось, что симптомы паркинсонизма вызваны потерей дофаминергической иннервации стриатума, удалось разработать чрезвычайно эффективный метод заместительной терапии. Введение больному непосредственно дофамина не имеет смысла, поскольку он не проникает через гематоэнцефалический барьер. Преодолевают это затруднение, используя его предшественникL-дофа (леводофа), который может проходить из крови в мозг. Обычно одновременно вводят ингибитор декарбоксилазы, чтобы предотвратить превращение L-дофа в дофамин в периферических тканях (ингибитор через гематоэнцефалический барьер не проникает). Таким образом, весь введенный L-дофа поступает в мозг, где декарбоксилируется с образованием дофамина. К счастью, основное улучшение касается акинезии, ранее практически не поддававшейся лечению; на ригидность и тремор дофамин влияет меньше. Очевидно, между дефицитом дофамина и акинезией существует причинная связь. После приема L-дофа в течение нескольких лет лечение становится менее эффективным, вероятно, вследствие вторичных изменений дофаминовых рецепторов. В некоторых случаях тяжелые симптомы паркинсонизма развиваются у людей с зависимостью от синтетических наркотиков. Это обусловлено примесью в них производного пиридина N-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина (МФТП) [35]. Один из его метаболитов обладает нейротоксическими свойствами и действует преимущественно на дофаминергические нейроны черного вещества. МФТП применяется также для индукции напоминающих паркинсонизм симптомов в экспериментах на животных (например, мышах), что очень важно для изучения еще остающихся проблем этой болезви. Антагонисты дофамина, например производные фенотиазина и галоперидол, используемые в психофармакологии, также могут вызывать близкие к симптомам паркинсонизма нежелательные побочные эффекты. Интересно, что еще до начала применения L-дофа некоторого улучшения у больных удавалось добиться с помощью антагонистов ацетилхолина (производных атропина). Как сейчас считается, в отсутствие дофаминергической системы происходит растормаживание холинергических нейронов. Согласно этой теории, в норме действие этих двух медиаторных систем тонко взаимосбалансировано. ^ Хорея, впервые описанная Гентингтоном, представляет собой наследственное дегенеративное заболевание базальных ганглиев, характеризующееся непроизвольными судорожными подергиваниями. При посмертном исследовании отмечается резкое уменьшение количества нейронов стриатума. Поражаются прежде всего синтезирующие ГАМК стриопаллидарные и стрионигральные нейроны, а также местные холинергические клетки. Отсутствие осуществляемого стрионигральными нейронами торможения ведет к гиперактивности дофаминергических клеток. Это еще один случай нарушения баланса, в данном случае - между дофаминовой, ацетилхолиновой и ГАМК-системами. При гемибаллизме наблюдаются резкие непроизвольные размашистые движения с одной стороны ^ тела, обычно как результат одностороннего повреждения сосудов субталамического ядра. Поскольку его ^ дают проекции к бледному шару, вполне вероятно, что такие движения обусловлены растормаживанием последнего. Однако попытки лечения этой болезни путем введения ГАМК или ее агонистов не принесли успеха. ^ История вопроса. Издавна известно, что поражения одной половины мозга могут сопровождаться нарушениями произвольных движений противоположной стороны тела. В XVIII в. был открыт пирамидный перекрест при переходе от головного мозга к спинному; а позднее-непрерывный тракт, идущий в спинной мозг от коры больших полушарий через пирамиды. В XIX в. эти наблюдения легли в основу представлений о системе пирамидного тракта как о морфологическом корреляте системы произвольных движений. Этой концепции соответствуют наблюдения за больными после инсульта (апоплексии), который нередко случается у пожилых людей в результате внезапного нарушения мозгового кровообращения. Типичный его симптом -паралич стороны тела, противоположной пораженному полушарию; аутопсия в большинстве случаев обнаруживает дегенерацию пирамидного тракта. Клинические наблюдения крупного английского невролога Хьюлингса Джэксона легли в основу важной концепции соматотопии, т. е. топографических связей между корой и индивидуальными группами скелетных мышц. Джексон первым указал, что приступ эпилепсии часто начинается с сокращений отдельных мышц. Сначала подергивается только большой палец, через несколько секунд судороги распространяются по кисти, потом по руке и, наконец, по всей стороне тела. Джексон истолковал это так: приступ начинается с очагового возбуждения коры и судороги прежде всего охватывают управляемые данной ее областью мышцы, а по мере распространения патологического возбуждения по коре генерализуются. Это объяснение впоследствии полностью подтвердилось: у таких больных были действительно обнаружены патологические очаги (например опухоль мозга) в контралатеральной коре, например в представительстве большого пальца, находящемся в ее прецентральной области. Вскоре после работ Джэксона во многих клинических лабораториях было показано, что прецентральная область коры больших полушарий «электрически возбудима», причем при стимуляции ее участков выявлены их топографические связи с определенными мышечными группами противоположной стороны тела. В настоящее время, разумеется, хорошо известно, что весь мозг обладает электрической возбудимостью, однако в конце XIX в. единственным видимым признаком эффективности его стимуляции служили мышечные сокращения. Так или иначе, теперь принято говорить не «возбудимая», а двигательная кора. В это определение, первоначально основанное на результатах опытов со стимуляцией мозга и клинических наблюдениях за последствиями его поражений (паралич произвольных движений), впоследствии были включены анатомические критерии-в частности цитоархитектоника (особенности строения клеточных слоев) и связи коры с двигательными ядрами таламуса. Опыты с электростимуляцией мозга стали началом современного этапа его исследований. Объединенные усилия экспериментаторов и неврологов-клиницистов оказались настолько плодотворными, что в первой четверти XX в. были созданы междисциплинарные институты изучения мозга. Здесь с помощью тонких методов его стимуляции, экспериментальных повреждений и морфологического анализа были составлены двигательные карты коры больших полушарий для нескольких видов млекопитающих. Такие карты, построенные супругами Бродманом и Фогте и состоящие из множества пронумерованных полей с характерными цитоархитектоникой и связью стимул двигательная реакция, до сих пор широко применяются при описании функциональной организации коры (см. рис. 6.3 6.5, а также 5.26). Имеются подробные обзоры соответствующей литературы [3, 53]. ^ Пример карты коры больших полушарий, составленной на основании опытов с электрической стимуляцией, представлен на рис. 5.26. В принципе двигательные реакции с весьма различными характеристиками и значениями порогов вызываются ритмичным раздражением достаточно обширных областей коры. В строгом смысле слова двигательная кора, или первичная двигательная (моторная) область, соответствует тем участкам, которые характеризуются наиболее низкими порогами электрических стимулов для вызова сокращений небольших групп мышц (например, синхронно с раздражением возникает сгибание большого пальца руки). Эта область примерно совпадает с прецентральной извилиной (включая переднюю стенку центральной борозды) и цитоархитектоническим полем 4 Бродмана. Здесь кора особенно толстая; ее внутренний гранулярный слой отсутствует, а пятый слой содержит очень крупные пирамидные клетки, называемые гигантскими клетками Беца (отсюда другой термин для обозначения первичной моторной коры - агранулярная гигантопирамидная область). При достаточно длительной (несколько секунд) ритмической стимуляции постцентральных полей 1, 2, 3 и 5 поверхности коры, а также лобного поля 6 тоже возникают двигательные ответы, но обычно сложного характера и только при интенсивном раздражении. В случае поля 6 это обычно вращение туловища и глаз с подниманием контралатеральной руки; аналогичные движения могут наблюдаться у людей во время эпилептических приступов с очагом локализации в этой области. Сложные эффекты стимуляции поля 6 обусловлены, очевидно, обширной пространственной и временной суммацией возбуждения, сопровождающейся активацией сложных полисинаптических нейронных цепей. Поле 6 называют вторичной моторной областью и различают в ней медиальную (дополнительная моторная область) и латеральную (премоторная кора) части (рис. 5.26). В качестве альтернативы более раннему словесному описанию двигательных реакций Byлси схе- ^
^
матически представил их рисунками [57]. На схеме, приведенной на рис. 5.27, А, изображения тех частей тела, в которых возникает сократительный ответ, наложены на участки коры, которые при этом подвергались стимуляции (обратите внимание, что корковые двигательные представительства перекрываются). Дальнейшим упрощением стало наложение на кору мозга соответствующим образом ориентированного силуэта всего тела (рис. 5.27, Б). Такой способ символического отражения соматотопии в виде маленькой обезьянки («симиускулуса») облег- чает запоминание наиболее важных (сильно упрощенных) характеристик двигательной области. Размеры различных частей тела на схеме пропорциональны их корковому представительству; оно особенно обширно у мышц лица, кисти и стопы. Это искажение пропорций убедительно свидетельствует о том, что двигательная регуляция частей тела, обладающих наибольшей свободой движений, требует участия более обширных участков коры мозга. Двигательные карты коры мозга человека составлены по данным, полученным во время ^ нейрохирургических операций [16]; двигательный гомункулус (рис. 5.27, В) представляет собой еще более утрированную карикатуру; огромные кисти отражают нашу способность к сложным манипуляциям различными орудиями (см. также сенсорный гомункулус на рис. 9.24). ^ Активация нейронов двигательной коры во время усвоенных движений [8]. Анатомические исследования и опыты со стимуляцией и повреждениями коры дают хотя и важные, но лишь косвенные сведения об участии ее двигательной области в регуляции движений. Новый шаг вперед обеспечило сочетание методов экспериментальной психологии с безболезненной регистрацией микроэлектродами активности индивидуальных нейронов. Это позволяет установить прямые корреляции между естественными усвоенными движениями и активностью ЦНС. В классическом эксперименте такого типа регистрируют импульсы нейронов двигательной коры обезьяны, когда животное совершает воспроизводимые движения верхней конечности, чтобы получить пищевое подкрепление (рис. 5.28). В какой степени индивидуальная клетка кодирует конкретное движение? Каковы временные соотношения между активацией коры, электромиографической реакцией и началом движения? Рис. 5.28 демонстрирует возможность экспериментального изучения этих вопросов (хотя выводы всегда основаны на анализе целой популяции нейронов). По существу такие опыты показывают, что нейронная активность двигательной «области верхней конечности» прецентральной извилины предваряет движение (на 50-100 мс), причем вскоре после его начала эта фазическая активация прекращается. Временные соотношения очень часто зависят от направления движения (дирекционально специфичны). Сильное отставание движения от начала нейронной активности свидетельствует о необходимости для вовлечения двигательных единиц значительной временной суммации на спинальном уровне. Регистрация Η-рефлекса у человека (см. разд. 5.2) косвенно показывает, что возбудимость мотонейронов спинного мозга возрастает до начала движения: амплитуда этого рефлекса значительно выше при тестировании непосредственно перед произвольным движением, чем в отсутствие последнего. И здесь облегчение начинается примерно за 100 мс до начала реакции. Следует, наконец, упомянуть, что современные методы автоматического усреднения сигналов позволяют регистрировать двигательный потенциал в центральной области коры человека с помощью поверхностных электродов. Этот потенциал наблюдается перед самым началом произвольного дви- жения и соответствует суммарной активности нейронов двигательной коры (см. также рис. 5.30). ^ Существуют анатомические данные об обширных связях между двигательной корой и соседней (расположенной каудальнее) соматосенсорной областью, причем многие физиологические эксперименты подтвердили, что нейроны двигательной коры получают сенсорные сигналы (отсюда общий термин «сенсомоторная кора»). Каково функциональное значение этой афферентной обратной связи? На рис. 5.28 показано, как во время выполнения произвольных движений к двигательной коре передаются сигналы о внешних помехах. В этом эксперименте условнорефлекторные движения животного в случайном порядке затрудняют (кратковременно нагружают рычаг, препятствуя его перемещению). Такая неожиданная стимуляция вызывает коротколатентный рефлексоподобный залп импульсов в клетках коры, который добавляется к сигналу «центральной команды». Некоторые из активируемых при этом клеток - кортикоспинальные нейроны; следовательно, их возбуждение влияет на нейроны спинного мозга. Эти наблюдения убедительно свидетельствуют о том, что внешние помехи воздействуют на спинальные нейроны не только через сегментарные рефлекторные дуги, но и через транскортикальную петлю. Служит ли она, как сегментарные петли, для «перехвата» и компенсации помех, пока неясно [56]. ^ Пирамидный тракт [53, 17]. Мотонейроны ядер черепно-мозговых нервов и спинного мозга получают прямые входы от коры через кортикобульбарные и кортикоспинальные волокона пирамидного тракта. Спинальные нейроны опосредованно связаны с двигательной корой и через двигательные стволовые центры (см. разд. 5.4). Экспериментальная перерезка пирамидного тракта у обезьяны не устраняет всех ее произвольных движений. Напротив, на первый взгляд, общая подвижность животного выглядит очень слабо нарушенной; оно карабкается по клетке и хватает корм. Однако подробные наблюдения демонстрируют аномалии тонких двигательных программ, особенно в работе кисти (рис. 5.29). Ее движения замедлены, во время хватания пальцы не разводятся, и животному очень трудно точно взять предмет, например вытащить с помощью большого и указательного пальцев изюминку из небольшого углубления и отправить ее в рот. Считают, что такие тонкие движения пальцев зависят от прямых связей между корой и мотонейронами. Эта моносинаптическая кортикомотонейронная система в составе пирамидного тракта впервые появляется у ^
приматов и достигает максимального развития у человека. Она связана главным образом с дистальными мышцами, что подчеркивает их значение для человека, отличающегося от прочих животных чрезвычайной «ловкостью рук». Если пропускать через введенный в кору микроэлектрод стимулирующий ток силой менее 10 мкА, будет возбуждаться область коры радиусом около 90 мкм. содержащая примерно 30 клеток. Такая минимальная зона возбуждения может активировать лишь несколько двигательных единиц одной мышцы или группы мышц, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Теперь известно, что определенной группе мотонейронов-мишеней соответствует целый ряд таких эфферентных микрозон, рассеянных по относительно крупной области двигательной коры между эфферентными зонами других мотонейронов. По-видимому, в двигательных программах участвуют несколько таких микрозон в различных сочетаниях - в зависимости от характера движения. ^ в значительной степени (а у неприматов - исключительно) управляет мотонейронами через другие нейроны спинного мозга. Можно показать экспериментально, что импульсы многих кожных и проприоцептивных сегментарных афферентов конвергируют на одиночных местных интернейронах с импульсами от систем нисходящих трактов. Следовательно, корковая регуляция осуществляется частично путем мобилизации сегментарных рефлекторных путей. Обнаружено моносинаптическое влияние пирамидного тракта и других нисходящих путей на проприоспинальные нейроны верхнего шейного отдела спинного мозга; это открытие представляет большой интерес в теоретическом плане. Проприоспинальные нейроны образуют сложные цепи, охватывающие несколько ^
сегментов. Как обсуждалось в разд. 5.4, это позволяет коре инициировать и модулировать двигательные синергии, организованные на уровне спинного мозга. Кроме гого, волокна многих нейронов пирамидного тракта, тела которых находятся в постцентральных соматосенсорных областях, оканчиваются преимущественно в дорсальных рогах. Вероятно, они обеспечивают кортикофугальную модуляцию соматосенсорной передачи (см. также разд. 9.12). ^ Нисходящих путей к супраспинальным центрам у приматов намного больше, чем спинальных проекций. Главные мишени здесь двигательная область таламуса (комплекс вентролатеральных ядер), скорлупа, ядра моста и каудального отдела ствола мозга. В функциональном отношении эти нисходящие проекции можно рассматривать как компоненты внутренних цепей обратных связей, передающих копии эфферентации (копии двигательных команд). Хотя об этих системах известно пока немного, возможно, что с повышением филогенетического уровня роль внутренних цепей обратной связи в корковой регуляции движений возрастает (см. также разд. 5.5 и 5.6). ^ Поле 6 находится непосредственно перед полем 4 по Бродману (ростральнее него) и включает медиальную дополнительную двигательную и латеральную премоторную области коры (рис. 5.26).
Ранее они считались добавочными двигательными полями или частями первичной двигательной коры с представительствами туловищной мускулатуры, но в последние годы мнение изменилось. Хотя нельзя отрицать, что поля 6 и 4 функционируют параллельно, недавно доказано (особенно у человека) иерархически главенствующее положение поля 6. В пользу этого свидетельствуют последствия его повреждения, изученные по потенциалам готовности (рис. 5.30), и локальные изменения обмена веществ в мозге при выполнении движений (рис. 5.31). Прямая регистрация активности индивидуальных клеток поля 6 также подтверждает его ведущую роль в качестве ассоциативного двигательного поля [8, 54, 55]. ^
^ [26]. Если попросить испытуемого самостоятельно (т.е. без всяких сенсорных сигналов) ритмично двигать пальцем, электронное усреднение активности, регистрируемой электродами с поверхности черепа, показывает медленно нарастающий отрицательный потенциал, возникающий примерно за 1 с до начала движения. Этот потенциал готовности (рис. 5.30) регистрирует- ся с обеих сторон головы на обширном пространстве, но с максимальной амплитудой - над теменем, т.е. приблизительно над дополнительной двигательной корой. Следовательно, последняя особенно важна для планирования движения. Вместе с тем, у обезьян предшествующие движению потенциалы выявляются также в лобной, теменной и лимбической ассоциативных зонах коры. ^ Регистрация метаболизма. Еще один подход к выяснению локализации мозговых процессов, связанных с произвольными движениями, состоит в определении местных изменений кровотока в коре больших полушарий (см. рис. 6.14). Исходя из электрофизиологических данных можно ожидать повышения интенсивности метаболизма в определенных областях коры во время произвольного движения, а соответствующие изменения кровотока представить в виде цветных компьютерных изображений. Прежде всего, кровоток усиливается в пределах той соматотопической области первичной моторной коры, где находится представительство совершающей движение части тела. В зависимости от природы этого движения могут дополнительно активироваться лобные и теменные ассоциативные области. Однако наиболее заметный очаг активности находится в каждом полушарии медиальнее и ростральнее двигательной коры, т.е. в дополнительной двигательной области (рис. 5.31). Особенно интересно, что метаболизм в этой фронтомедиальной зоне больше всего усиливается при таких движениях, которые требуют повышенного внимания (например, при работе пальцами в определенной последовательности), причем даже в том случае, когда испытуемого просят только мысленно представить себе заданную последовательность действий (в данном случае первичная двигательная кора не активируется). Отсюда еще раз следует, что дополнительная двигательная область коры обеспечивает скорее планирование, а не выполнение движений [42]. ^ аналогичным выводам приводит анализ двигательных расстройств после повреждений поля 6. При патологии премоторной коры нарушается позная адаптация. Обезьяны, лишенные этой области мозга, с трудом выполняют сложные комплексы движений в правильной временной последовательности, особенно в случае необходимости их зрительного контроля. Медиальные повреждения, затрагивающие дополнительную двигательную область, вызывают у человека резкое ограничение двигательной активности. В частности, сильно обедняется спонтанная речь, хотя больной способен вполне нормально повторять слова за другим человеком; это также свидетельствует о высших функциях поля 6. После удаления ее у обезьян нарушается двусторонняя координация движений кистей. Анатомически показано, что в дополнительной двигательной области коры оканчивается большинство проходящих через таламус эфферентных путей от базальных ганглиев. Это представляет особый интерес в связи с тем, что некоторые заболевания этих ганглиев сопровождаются общими нарушениями произвольной двигательной системы (см. также разд. 5.6). ^ (см. Brinkman, Porter и Tanji, Kurata в [5]). Активация нейронов поля 6, как и нейронов двигательной коры, предшествует движению. Не совсем ясно, опережает ли в среднем их импульсация разряд нейронов поля 4, но очевидно, что она коррелирует с движением более разнообразно, например с движениями и контралатеральной, и ипсилатеральной кисти. Оказывается, нейроны поля 6 часто кодируют сенсорные «команды». Это выявлено по времени реакции: в определенный момент животное получает сенсорный сигнал к выполнению строго определенного движения (допустим, зеленый свет-вправо, красный свет-влево). Активность нейронов поля 6 лучше коррелирует с сигналом, а не с началом движения. ^ Восстановление после острых повреждений. Травмы двигательных структур головного и спинного мозга-частый результат дорожных происшествий или острых нарушений кровообращения. При ранениях спинного мозга часто наблюдается двусторонний паралич ног (параплегия) или даже всех четырех конечностей (квадриплегия), а при сосудистой эмболии или кровоизлияниях в его внутреннюю капсулу - односторонний паралич (гемиплегия). В обоих случаях прерываются пути, связывающие супраспинальные двигательные центры со спинальными. К счастью, со временем у многих больных функции частично восстанавливаются. Рассмотрим вкратце возможные механизмы этого. Их понимание, несомненно, очень важно для медицины, но процесс реабилитации исключительно сложен, и многие его аспекты остаются неясными [53]. Обычно непосредственный результат спинальной травмы-вялый паралич с гипорефлексией. Как правило, исчезают даже висцеральные рефлексы. Это состояние всегда возникает после разрыва спинного мозга (спинальный шок), но может наблюдаться и при супраспинальных повреждениях. Восстановление спинальных рефлексов начинается только через несколько недель. Если разрыв нисходящих путей неполный, возвращается и способность к произвольным движениям (сначала лишь проксимальных групп мышц), причем на первых порах очень слабым и требующим большого сознательного усилия. Постепенно рефлекторная активность, а также сила и возможность выполнения произвольных движений возрастают. Улучшение подвижности может продолжаться в течение месяцев или даже лет; как правило, с наибольшим ^ трудом восстанавливаются тонкие движения кистей. В хронической стадии наступает рефлекторная гиперактивность. Часто проявляется спастичность, т. е. значительное усиление фазического рефлекса растяжения. Признаком повреждения пирамидного тракта служит рефлекс выпрямления пальцев стопы и выгибания вверх ее большого пальца в ответ на поглаживание подошвы («рефлекс Бабинского»). Немецкий нейрохирург О. Ферстер описал исключительный случай восстановления функций, особенно интересный ввиду того, что аутопсия показала полную дегенерацию пирамидного тракта. Больной смог вновь обрести навыки письма: он нормально держал пальцами ручку и прекрасно владел ею [28]. Поразительное восстановление наблюдалось также у обезьян после удаления двигательной области коры или перерезки пирамидного тракта на уровне ствола мозга. Уже через один- три месяца животные двигались почти нормально. Только при тщательном наблюдении выявлялись неловкость кистей при хватании мелких предметов и общее замедление движений [17, 53]. ^ При длительных исследованиях в процессе регулярной тренировки двигательных функций у индивидуальных больных были получены примерно такие же результаты, как и у здоровых людей. Возникает вопрос, не является ли функциональная реабилитация просго результатом двигательного научения, при котором сохранившиеся нервные структуры используются для приобретения новых двигательных навыков или «приемов». Или же, напротив, восстановление-следствие структурной реорганизации (см. ниже)? В настоящее время определенного ответа на этот вопрос не существует. Наиболее вероятно, что мотивация, интенсивная тренировка и научение действуют здесь параллельно процессам структурной реорганизации. ^ Принято считать, что после утраты одной структуры ее роль берет на себя другая, с аналогичными функциями, т.е. она замещает первую. Это подразумевает исходную избыточность структур. Например, у кошки описана взаимная замещаемость функций пирамидного и кортикоруброспинального трактов; у обезьяны постцентральная кора способна выполнять некоторые функции двигательной [44]. После разрыва пирамидного тракта ипсилатеральные кортикоспинальные связи могут взять на себя роль дегенерировавших перекрестных путей. Однако во всех подобных случаях доказательства замещения спорны и имеют косвенный характер. Известно, что в ЦНС взрослых млекопитающих нейроны не способны регенерировать. Остается загадкой, почему перерезанные аксоны периферических нервов могут вновь отрастать и реиннерви-
ровать мышечные волокна, тогда как регенерация цен гральных аксонов после перерезки гораздо более ограничена. Тем не менее есть данные о локальном спраутинге (разрастании) поврежденных волокон с формированием новых синапсов (рис. 5.32) [51]. Первые наблюдения заключались в том, что после частичной перерезки дорсальных корешков проксимальнее ганглиев образуются новые окончания. По-видимому, они принадлежат разрастаниям интактных волокон и занимают освободившиеся места около мембранных рецепторов. Сообщается также, что после деафферентации происходит спраутинг нисходящих волокон, хотя сегментарные афференты обладают существенным приоритетом в процессе восстановления синапсов. Увеличение сегментарного входа, обусловленное таким спраутингом. может играть некоторую роль в появлении гиперрефлексии, которая тоже развивается постепенно. Однако процесс этого «разрастания» беспорядочен, так что он не обязательно приводит к функциональному улучшению. Другой повод для сомнений относительно его ведущей роли в реабилитации несовпадение некоторых сообщений о спраутинге в спинном мозге с результатами применения новейших анатомических методов. Интересной моделью спраутиига служит красное ядро, у которого два основных входа-от коры больших полушарий и от мозжечка (вставочного ядра). Внутриклеточная запись синаптических потенциалов в этой области показала, что корковые афференты оканчиваются на расстоянии от тела нейрона, а мозжечковые —ближе к его телу. После необратимого разрыва последних корковые афференты образуют окончания все ближе к телу; следовательно, реорганизация здесь идет таким образом, что при дегенерации синапсов мозжечковых путей освободившиеся места занимают в результате спраутинга окончания кортикорубральных путей. Дегенерирующие синапсы как будто стимулируют формирование новых окончаний, а незанятая субсинаптическая мембрана притягивает отрастающие волокна (рис. 5.32). ^ Процессы восстановления в незрелом мозгу. Когда повреждение головного мозга, особенно его коры, случается в раннем возрасте, последствия бывают обычно менее серьезными, чем после аналогичных нарушений во взрослом состоянии. Это справедливо как для двигательных систем, так и для речи (см. с. 158). После удаления участков коры у новорожденных обезьян развитие животных в течение первого года жизни почти не отличается от нормы. Однако, если обычно способность к хватанию предметов пальцами формируется через шесть-девять месяцев, в указанном случае эта специфическая функция двигательной коры и пирамидного тракта не появляется вообще [40]. У хомячков с перерезкой пирамидного тракта, произведенной вскоре после рождения, общая двигательная активность развиваегся, по-видимому нормально. При гистологическом исследовании мозга этих животных обнаружено, что ростральнее места повреждения формируется новый, «обходной», пучок пирамидного тракта, идущий в спинной мозг аномальным путем. Выявлены и синаптические контакты этих нисходящих волокон со спинальными нейронами. Означает ли это, что молодой мозг способен к формированию новых связей большой протяженности? Хотя опыты на хомячках как будто указывают на это, возможно и другое объяснение. Известно, что в процессе созревания исчезают многие связи, присутствующие в незрелом мозгу. К ним, например, относятся «избыточные» связи в составе мозолистого тела, значительная часть которых позднее утрачивается. На ранних стадиях онтогенеза зрительная кора грызунов содержит нейроны, дающие проекции в спинной мозг; затем они исчезают. Можно предполагать, что повреждение, подавляя процессы регрессии, позволяет волокнам, которые в норме обречены на отмирание, функционально замещать дегенерировавшие. Этим объясняется более высокая пластичность молодого мозга, его повышенная по сравнению со зрелым мозгом способность к реорганизации «нейронных схем». ^ Через несколько дней после денервации развивается значительная спонтанная активность индивидуальных мышечных волокон, проявляющаяся в виде фибрилляций. Мышечная мембрана становится сверхвозбудимой; область ее чувствительности к ацетилхолину постепенно расширяется от концевой пластинки на всю поверхность волокна. Аналогичные процессы характерны для ЦНС. По-видимому, сверхчувствительность денервированных структур представляет собой общий принцип. Большое клиническое значение имеет тот факт, что после утраты дофаминергической иннервации (при болезни Паркинсона) реакция нейронов стриатума на дофамин усиливается [48]. Развитие сверхчувствительности рецепторов связано с их молекулярными преобразованиями (рис. 5.53). Обсуждается возможность причинной связи между аномалиями рецепторов аминокислотных медиаторов и определенными неврологическими и психиатрическими заболеваниями. Перспективы. Одна из важнейших задач современных фундаментальных исследований состоит в выяснении условий среды, благоприятствующих процессам регенерации. Кроме того, привлекают интерес проблемы сверхчувствительности рецепторов, формирования и дегенерации синапсов, участия
глии в регенерации, а также поиск веществ, регулирующих рост нейронов. Весьма актуальное направление исследований связано с трансплантацией в стриатум ткани, содержащей синтезирующие дофамин клетки. Такие эксперименты могут привести к разработке альтернативного метода лечения болезни Паркинсона. не требующего введения L-дофа. Другой многообещающий экспериментальный подход - поиск возможностей регенерации ЦНС путем имплантации кусочков периферических нервов, которые направляли бы рост новых волокон. 5.9. ЛитератураУчебники и руководства
10. Gilman S., Bloedel J. R.. Lechtenberg R. Disorders of the ^ Cerebellum, Contemporary Neurology Series, Vol. 21, Philadelphia, Davis, 1981.
Оригинальные статьи и обзоры
ganglia. CIBA Foundation Symp. 107, London, Pitman p. 225, 1984.
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
 |
Общеобразовательная программа дошкольного образования Авторский коллектив Н., канд пед наук, Дякина А. А., доктор филол наук, Евтушенко И. Н., канд пед наук, Каменская В.... |
|
И иммунотерапия инфекционных заболеваний Авторы: канд мед наук, доц. Т. А. Канашкова; канд мед наук, доц. Ж. Г. Шабан; канд мед наук, доц.... |
|
Бвк 56. 8 А 92 Ц, канд мед наук Н. С. Дмитриев, проф С. Н. Лапченко, проф. В. Т. Пальчун, проф. О. К. Патякина,... |
|
Флюороз зубов Авторы: асс. Н. П. Руденкова; канд мед наук О. А. Козел; канд мед наук Н. И. Дмитриева; канд мед... |
|
Кафедра стоматологии детского возраста Авторы: д-р мед наук, профессор Т. Н. Терехова, канд мед наук, доцент А. Н. Кушнер, канд мед наук,... |
|
Учебно- методическое пособие утверждено на цикловой методической комиссии стоматологического факультета В. Ф. Михальченко, доктор мед наук, доцент Э. С. Темкин, канд мед наук, ассистент Н. М. Морозова,... |
|
Методические рекомендации Минск 2003 Удк 613. 6(075. 8) А в т о р ы: канд мед наук, доц. В. И. Дорошевич; полк мед служ. Ю. Ю. Варашкевич; канд мед наук... |
|
М. А. Тучинская*, канд мед наук; Салех С. Х. Нажар*; О. И. Шушляпин*, канд мед наук; Л. Л. Мищенко*; Патофизиологическая природа и патогенетическая коррекция реперфузионного синдрома c реперфузионным... |
|
Мэгид С. Михаил Перевод с английского под редакцией академика pamh а. А. Бунятяна, Издательство бином |
|
Методические рекомендации Минск 2004 удк Р е ц е н з е н ты, доцент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии, : канд мед наук Н. Ф.... |
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2019
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям