Кровоснабжение головного мозга

Головной мозг у высших позвоночных интенсивно снабжается кровью. Необходимость рассматривать сосудистые структуры, как необходимый и важный элемент организации нервной системы, оказывающий чрезвычайное значение в функционировании и пластичности нейронов, отмечал еще Б.А. Долго-Сабуров (1961).

Кровоснабжение головного мозга млекопитающих происходит по следующей схеме. К головному мозгу направляются две пары основных приносящих кровеносных сосудов: внутренние сонные артерии и позвоночные артерии. После того как позвоночные артерии достигают уровня над шейными позвонками, они сливаются в одну базальную артерию, которая проходит в специальной ложбине на основании моста. Внутренняя сонная артерия отдает среди прочих переднюю и среднюю мозговые артерии: первая ветвь разветвляется в мозолистом теле и внутренней поверхности полушария, вторая разветвляется и на наружной поверхности полушария. Артерии, погруженные в мозговые оболочки, и приносящее сосуды паренхимы мозга выстланы эндотелиальной выстилкой, имеющей типичное для подобного типа сосудов строение. В них хорошо развит цитоскелет, обильно представлены черепичные, замковые, десмосомальные, полудесмосомальные и плотные контакты. Базальная мембрана хорошо развита. Поверхностнее лежит слой циркулярно расположенных гладких миоцитов, формирующих медию. Более поверхностно выделятся адвентиция.

Адвентиция внутримозговых артерий является продолжением субарахноидального пространства и формирует пространство Вирхова-Роббинса. Последнее постепенно сжимается и вытесняется периваскулярными отростками глиоцитов, в первую очередь астроцитов (Risau W., Wolburg H., 1990; Peters A. et al., 1991).

Венозная кровь собирается в синусоидные вены мозговых оболочек и покидает пределы головного мозга по яремным венам. Внутримозговые вены формируются по рассыпному типу. В структурах головного мозга являются безмышечными. При сравительном исследовании артерий и вен, наряду с особенностями структуры стенки, обнаруживаются и другие особенности. Просвет венул и вен, при аналогичных порядках ветвлений сосудов, больше. Вены сливаются под прямым или более тупым углом, чем ветвятся артерии.

Кровеносные капилляры ЦНС имеют ряд общих черт организации, прибрижающих их к аналогичным микрососудам в органах с выраженными барьерными свойствами. В то же время их отличает отсутствие соединительно-тканного окружения. Имеются два важных типа клеток, формирующих кровеносные капилляры. Это эндотелиоциты и перициты. Эндотелиоциты сосудов образуются у взрослого организма из подобных им предшественников. Эндотелиоциты — поляризованные клетки и имеют апикальную (люменальную) и базальную поверхности. Перициты группируются вокруг сосудов и являются контрактильными клетками, которые контролируют диаметр просвета и движение крови в сосуде. В крупных сосудах эта роль принадлежит гладким миоцитам. Основная масса капилляров головного мозга относится к 1Аb типу, по H. Bennet (1959).

Морфологически эндотелий таких капилляров не имеет фенестр, окружен перицитами, заключен в хорошо выраженную и непрерывную базальную мембрану.

Дифференцированные эндотелиоциты характеризуются незначительным содержанием мембранных органелл, за исключением митохондрий и небольшого числа везикул. Между клетками большое число десмосомоподобных соединений. В перицитах много актиноподобных микрофиламентов. Имеется плотный перикапиллярный футляр, образованный астроцитами, в ножках которых выявляются пиноцитозные везикулы. В головном мозге есть участки, где гематоэнцефалический барьер отсутствует. Это нейроэндокринные ядра гипоталамуса, некоторые участки паренхимы мозга в непосредственном окружении III желудочка и вокруг полости IV желудочка (area postrema). Эти участки содержат кровеносные капилляры с истонченной, фенестрированной эндотелиальной выстилкой. Она обладает высокой степенью проницаемости для макромолекулярных комплексов, гормонов. В зонах со слабовыраженными барьерными функциями выявляется хорошо развитая система малых пор (Мотавкин П.А. и др., 1983;. Куприянов В. В. и др., 1993).

Исследование возрастных изменений кровеносных сосудов крыс, проведенное в коре больших полушарий, мозолистом теле, перегородке и хвостатом теле с помощью ангиографии и гистологического анализа, установило, что каждая из изученных областей имеет относительно близкий характер распределения сосудов. Однако плотность сосудов на единицу объема в участках мозга различна. В сроки от 2 до 20 месяцев число сосудов существенно не меняется, но после 17 месяцев выявлена тенденция к увеличению их диаметра (Levitman M.Kh. et al., 1990).

Распределение микрососудов в паренхиме мозга является важнейшим в организации энергоснабжения и трофического обеспечения нейрона. Уровень трофического обеспечения каждого из нейронов связан с удалением микрососудов от нейрона, размерами и формой тела клетки, ее энергопотреблением, условиями гемодинамики, содержанием в этом сосуде кислорода, нутриентов.

Исходя из примитивно-логического подхода, наличие модульной системы нейронной организации может быть связано с аналогичной структурой сосудистых сетей, особенно если полагать, что образование последних взаимообусловлено с организацией нейронных ансамблей. Существование модульной организации показано на примере некоторых нервных центров как ядерного, так и экранного типа. Однако вопросы структуры сосудистых модулей (если таковые имеются) и их соотношения с нейроархитектоникой изучены гораздо меньше (Антонова А.М., 1985; Васильев Ю. Г., Чучков В. М., 2003; Fonta C., Imbert M., 2002).

Показано, что в корковых модулях имеется как нейрональная, так и соответствующая сосудистая организация в первичной зрительной и в соматосенсорной коре (Семенова Л.К., Шумейко Н. С., 1994; Zheng D. et аl., 1991). Сосудистые структуры, согласно этим данным, соответствуют границам модулей и окружены прилежащими к сосудам астроцитами, изолируя, по мнению авторов, данные структурно-функциональные единицы мозга.

В целом мозговая сосудистая архитектура, которая определяет церебральный кровоток и кислородный метаболизм в мозговой ткани, подробно не проанализирована и по сей день. Имеются лишь отдельные исследования в этой области. Впрочем, и они довольно убедительно указывают на такую связь. Так, в соматической сенсорной коре дифференциальное распределение микрососудов между баррелями коры согласовано с распределением митохондриальных энзимов (как, например, цитохром оксидазы) и с электрической и метаболической нейрональной деятельностью (Riddle D.R. et al., 1993).

В париетальной коре кролика цитохром-оксидазная активность и плотность микрососудов не согласованы у очень молодых животных, но тесно связаны между собой у старых кроликов (Tuor U.I. et al., 1994). Данное обстоятельство подтверждается и в ходе наших исследований, проведенных по анализу активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ). При этом распределение сосудов носит динамический характер и взаимоотносится с устойчивыми тенденциями в энергетической активности мозговых центров.

В ходе изучения реакций мозга на повреждения, а также исследования возрастных изменений цитоархитектоники мозга крысы и кролика установлено, что в соматосенсорной коре и ядерных центрах ствола головного мозга динамика распределения микрососудов в эксперименте несколько отстояла от изменения его нейроархитектоники и энергетической активности тел нейронов и нейропиля. В целом ангиоархитектоника была относительно устойчивой. Однако в последующем происходили значительные структурные перестройки сосудистокапиллярных сетей, что всегда сопровождалось структурнофункциональными преобразованиями астроцитов. Динамика астроцитарно-сосудистого окружения в лонгитудинальном аспекте наиболее выражена именно в отдаленные сроки после повреждений и структурно-функциональных перестроек мозга и носит во многом необратимый характер, как бы закрепляя последствия таких воздействий.

У взрослого животного при нормальном развитии распределение микрососудов тесно связано со структрурно-функциональными особенностями его паренхимы. В корковом веществе головного мозга микрососуды распределены послойно и вполне соотносятся с характером распределения нейронов и нервных волокон, а также особенностями проникновения артерий в паренхиму мозга (Bдr T., 1972, 1978), таким образом, имеются параллели между нейроархитектоникой, миелоархитектоникой и локальными особенностями сосудистых сетей. Это же коррелирует с энергопотреблением в корковых структурах. Выраженные органотипические особенности обнаруживаются и в ядерных центрах ствола головного мозга, в частности, в изученных нами центрах среднего и продолговатого мозга, латеральном коленчатом теле, что обнаружено уже в ходе наших многолетних наблюдений. Еще более подтверждает это правило то, что участки серого вещества, где нейроны, располагаясь в виде последовательно повторяющихся структур с близкими структурно-функциональными особенностями, характеризуются аналогичным способом микроциркуляции (Mabuchi T. et al., 2005). Данное правило, однако, не является абсолютным и, по данным наших многолетних наблюдений, находится во взаимосвязи не только с морфологической, но и с функционально-энергетической составляющей организации нервных центров.

Обнаруживается, что области с близкой интенсивностью обменных процессов действительно близки по особенностям микрососудистого окружения, но при мультифункциональной активности отдельных нейронов в мозге даже морфологически близкие зоны не имеют единой структурной организации сосудисто-капиллярного окружения. Эти различия проявляются также в условиях повреждения и длительного функционального напряжения нервных центров. Наиболее яркая динамика обнаруживается под действием этих факторов в раннем онтогенетическом развитии млекопитающих.

Считается, что формирование сосудистой системы мозга в целом и микроциркуляции в частности, в норме осуществляется в основном в ходе нейрогенеза. Имеет место формирование новых сосудов и во взрослом мозге, но проявления этого процесса не столь незначительны (Robertson P.L. et al., 1985; Szpak G.M. et al., 1999). Последнее обстоятельство тем не менее не является признаком угасания динамики микрососудистых сетей. Динамика ангиоархитектоники в этом случае в основном связана с изменениями их пространственного распределения, возможности дегенеративного ангиогенеза с уменьшением числа сосудов в участках с низкой энергетической активностью мозга. Динамика активности нейронов и особенности метаболических процессов в нервных центрах играют ведущую роль в процессах ангиогенеза, приводя к особенностям распределения сосудов микроциркуляторного русла (Васильев Ю.Г., 2001; Paemeleire K., 2002).

Предполагается, что связь между сосудами и нейронами составлена как пространственными и количественными составляющими кровотока, так и собственно уровнем проницаемости эндотелия и функциональной активности нейронов (Guo S. et al., 2008). Она может быть обусловлена метаботропными и медиаторно-гормональными факторами. Последние могут осуществляться путем прямого или опосредованного через астроциты взаимодействия. Для части медиаторов (норадреналин, серотонин, ацетилхолин и ГАМК) такие влияния считаются доказанными (Ben-Menachem E. et al., 1982; Vaucher E., Hamel E., 1995; Cohen Z. at al., 1996; Cohen Z. et al., 1997; Tong X.K., Hamel E., 1999; Vaucher E. et al., 2000). Эта особенность, выявленная авторами, как и по данным предыдущих наших исследований (Васильев Ю.Г., 2003; Adair T.H. et al., 1990; Alonso G. et al., 2008), указывает на выраженную взаимосвязь между нейронально-синаптическими и капиллярными структурами мозга. К тому же даже распределение нейронов и микрососудов в пренатальном онтогенезе частично контролируется аналогичными факторами, в том числе ламинином (David S. et al., 1995).

Одним из способов передачи информации от крови к мозговым струкутрам, без динамического нарушения ГЭБ, как известно, являются простаноиды. Циклооксигеназа-2 участвует в их синтезе, в связи с чем были применены методы иммуногистохимии и гибридизации для выяснения локазизации этого фермента в мозге крысы. Для стимуляции образования простагландина животным вводили различные дозы интерлейкина-1 и бактериальных липополисахаридов. В крупных кровеносных сосудах, в сосудах сосудистого сплетения и мозговых оболочках содержание фермента в эндотелии было минимальным. Малые дозы введения препаратов не вызвали усиления активности в образовании простациклина, но стимуляция обнаруживалась в периваскулярных макрофагах мозга. Эндотелиальные клетки активируются в случае воздействия высоких доз интерлейкина и бактериальных липополисахаридов (Schiltz J.C., Sawchenko P.E., 2002, Ching S. et al., 2007). Связь между кислородом в крови и нейрональной деятельностью тщательно исследована (Васильев Ю.Г., Чучков В. М., 2003; Vanzetta I., Grinvald A., 1999; Logothetis N.K. et al., 1999, 2001). Показана связь функциональной активности нейронов и временных модификаций в местном кровяном потоке. Формирование этой связи происходит еще в детстве и юности. Предположим, что модули и другие структурнофункциональные единицы нейронных ансамблей сопровождаются соответствующими им схемами микрососудистого русла. В течение послеродового периода мозговой метаболизм является детерминантой, контролирующей синаптогенез и нервное созревание. Тогда образование сосудистого ансамбля, вероятно, будет управляться тонкими механизмами, связанными с деятельностью нейронов и сенсорными влияниями. Прямым следствием этого предположения должно явиться то, что изменения в нейрогенезе могут помешать формированию нормального сосудистого русла. Сенсорная недостаточность должна, таким образом, помешать процессам ангиогенеза, и, если это явление нереверсивно, замедление в ангиогенезе могло бы стать серьезной причиной для нарушения пластичности мозга. Эти механизмы в патологической мозговой активности редко рассматриваются и в настоящее время. Известно, что у крыс сложные зрительные сигналы и высокая нагрузка на зрительный анализатор вызывают увеличение плотности капилляров в зрительной коре (Васильев Ю.Г. с соавт., 2006; Sirevaag A.M. et al., 1988). Обнаружено, что данная тенденция присутствует не только в этом, но и в других нервных центрах млекопитающих. Интенсификация кровоснабжения сочетается со сроками терминальной дифференцировки нейронов и усилением функциональной нагрузки на нервные центры. В эти же сроки значимо возрастает частота встречаемости дегенеративных нейронов, бурно формируются элементы нейропиля. Уровень энергетического обмена возрастает, особенно в телах нейронов, а нередко и в синапсах.

Визуальная депривация вызывает модификацию ангиоархитектоники мягкой мозговой оболочки теменно-височных участков коры (Wolff J.R. et al., 1992) и задержку формирования сосудистой системы (Argandona E.G., Lafuente J.V., 1996). Аналогичные исследования должны выяснить корреляцию между нервным созреванием и ангиогенезом в развивающемся мозге. Проведенный нами анализ указывает на несколько специфических особенностей. В начальные сроки после повреждения изменения могут носить двойственный характер. Если повреждение имело грубый характер, то развитие ответов носило направление цитолитических реакций нейронов с последующей нейронофагией. В этом случае грубое нарушение структуры и функции митохондрий сопровождалось сниженной энергетической активностью в участках непосредственного повреждения. В отдаленные периоды зоны некроза характеризовались низкими уровнями оксидазной активности и нарастающим обеднением кровотока в этих участках. При этом зоны, не подергшиеся грубым изменениям, нередко имели повышенную или сохранную энергетичекую активность, признаки структурно-функциональной гипертрофии, что проявлялось также в усиленном их кровоснабжении. В целом это формировало мозаично-полиморфный характер организации нервных центров, который мог усиливаться в лонгитудинальном аспекте.

Структурные изменения в организации нервных центров, предполагающие, прежде всего, проапоптотические реакции, сопровождались транзиторным повышением энергетической активности. Это сочеталось со сморщиванием тел и ядер нейронов, их гиперхромией. По мере уменьшения численности популяций и плотности нейронов, происходит снижение окислительных процесов в нервном центре в целом при усливающейся мозаичности их организации. Аналогичным образом смещается их ангиоархитектоника и глиоархитектоника.

Головной мозг надежно защищен от проникновения инфекций так называемым гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ), который формируется уже в первую треть пренатального онтогенеза и включает в себя мозговые оболочки и стенки кровеносных капилляров мозга. Кровеносные капилляры являются сосудами соматического типа. Их особенностями являются многочисленные межклеточные соединения, что сопровождается высоким трансэндотелиальным сопротивлением перемещению ионов и предотвращает парацеллюлярные изменения особенно на целом мозге (Crone C., Olesen S.P., 1982; Fleegal M.A. et. al, 2005; Hawkins B.T., Davis T.P., 2005; Polakis P., 2008). В культуре тканей это сопротивление значимо снижается, но тем не менее остается значительным. Ведущим элементом ГЭБ является непрерывный нефенестрированный эндотелий кровеносных капилляров.

Эндотелиоциты в нем обязательно связаны плотными контактами. На сегодня известно несколько белков, составляющих плотные контакты. Композиция белковых комплексов, формирующих плотные контакты, состоит из связанных белковых комплексов: молекулы адгезии (JAM)-1 клаудин-3, клаудин-5, окклюдин, белки плотных контактов-1 и -2 (ZO-1 и ZO-2), бета-белки катенина и p120cas (Dejana E. et al., 2000; Rao R.K. et al., 2002; Wolburg H. et al., 2003; Song L. et al., 2007; Yamamoto M. et al., 2008). Одним из них является белок плотных контактов-1, который в свою очередь взаимодействует с элементами цитоскелета (Anderson J.M. et al., 1989; Nico B. et al., 1999).

Эндотелиоциты кровеносных капилляров ЦНС отличаются относительно хорошим развитием митохондрий, на фоне низкой активности транспортных пиноцитозных процессов (Oldendorf W.H. et al., 1977; Sedlakova R. et al., 1999). В большинстве капилляров мозга отсутствуют фенестры и наблюдается низкий уровень эндоцитоза с перемещением диспергированных полимерных и макромолекулярных соединений (Куприянов В.В. и др., 1993; Bradbury M., 1984).

Эндотелиоциты окружены непрерывной трехслойной базальной мембраной с обильным представительством перицитов между ее дупликатурами. Перициты лежат нерегулярно и в зависимости от особенностей цитоплазмы подразделяются на зернистые и фибриллярные (Tagami M. et al., 1990). Фибриллярные перициты содержат развитые структуры цитоскелета и способны к контрактильной активности. Их сокращения уменьшают просвет капилляров и регулируют местный капиллярный кровоток (Bandopadhyay R. et al., 2001).

При описании функций кровеносных капилляров и поддержания ГЭБ не следует забывать о значении перицитов и микроглиоцитов с периваскулярными макрофагами, которые могут играть роль в созревании эндотелиоцитов и их реакциях на повреждение (Balabanov R., Dore-Duffy P., 1998; Dore-Duffy P. et al., 2000). Например, перициты церебральных сосудов способны к образованию специфического пептида N/pAPN. Данный фактор, наряду с трансформирующим фактором роста в-1 (производным астроцитов), играет роль в поддержании структуры капилляров и их барьерных функций (Ramsauer M. et al., 2002). Еще один гормон белковой природы — ангиопоэтин-1, также синтезируемый перицитами, контролирует степень выработки окклюдина как основного белка плотных межэндотелиальных соединений (Hori S. et al., 2004). Наряду с этим влиянием, он способен предотвращать апоптозы эндотелиальных клеток и поддерживать структурные особенности микроциркуляторного русла. Таким образом, перициты способны путем секреторных реакций существенно изменять барьерную функцию эндотелия, контролируя ГЭБ на узколокальном уровне в пределах отдельных микрососудов, что весьма значимо с учетом выраженного полиморфизма нервных тканей в мозге.

Периваскулярные отростки астроцитов окружают своими расширенными отростками микрососуды. Их функциональная активность, а также активность нейронов, опосредованная через астроциты, во многом определяет состояние эндотелиальной выстилки (Nedergaard M., 2003; Simard M. et al., 2003; Zonta M. et al., 2003). Наряду с ролью астроцитов в поддержании деятельности эндотелия и капилляров в целом, выяснено, что астроциты контролируют дифференцировку стенки сосудов в ангиогенезе, определяя их специфические особенности (Holash J.A. et al., 1993; Ballabh P. et al., 2004; Willis C.L. et al., 2004). Эти взаимодействия могут осуществляться через динамику ионного состава (в частности ионов кальция), опосредуя состояние нейрональной активности (Zonta M. et al., 2003).

Ассиметричная локализация ферментных комплексов мембран эндотелия сопровождается выраженной поляризацией его структурно-функциональной организации с различными ответами даже на одинаковые вещества внеклеточного матрикса, в зависимости от люминального или базального распределения (Jin G. et al., 2008). В то же время эндотелиоциты, как и клетки периферических органов, способны к выделению адгезивных молекул для лейкоцитов, что обеспечивает иммиграцию последних в паренхиму мозга при его повреждении (Reese T.S., Karnovsky M.J., 1967; Brightman M.W., Reese T.S., 1969; Vorbrodt A.W., 1988).

Исследование организации мозгового кровообращения выявило весьма большое разнообразие распределения микрососудов в различных центрах мозга. Большие различия удельной плотности сосудов и формы капиллярных петель могут иметь место даже в пределах одной нервной структуры (Kroon M.E. et al., 2000; Васильев Ю. Г., 2001). Это связано с высоким разнообразием метаболической активности структур мозга. Предполагается, что пролонгированный дисбаланс между степенью метаболической активности и уровнем кровоснабжения в тканях (в том числе и нервной) сопровождается модификацией морфологической организации микроциркуляторного русла. Процессы носят двунаправленный характер и могут вести и к увеличению, и к снижению интенсивности кровоснабжения (Pantoni L. et al., 1998; Wei L. et al., 2001; Pries A.R., Secomb T.W., 2005). Данное явление во многом связано как с гипоксией, так и гипероксией тканей. Состояние кровоснабжения — это многофакторный процесс, запускаемый сочетанием местных и общих условий (Adair T.H. et al., 1990, 2005; Deveci D. et al., 2001; Fleegal M.A. et al., 2005).

В то же время их динамика может носить узкофокальный характер, в соответствии с крайним разнообразием конкретных трофических и функциональных особенностей даже близлежащих участков мозга. Важнейшую роль в контроле таких фокальных реакций играют астроциты (Liesi P., Silver J., 1988; Peters A. et al., 1991; Jain R.K., 2003; Васильев Ю. Г., 2003).

Рассматривая вопрос о возможности ангиогенеза в условиях нарушенного мозгового кровообращения, необходимо подтвердить, что микрососудистое русло, реагируя на ишемию, стимулирует процессы деления эндотелиальных клеток и формирования ими новых микрососудов. Особенно явно это заметно на пограничных к очаговой ишемии участках (Wei L., 2001).

Конкретные механизмы вторичного ангиогенеза универсальны и предполагают митотическую активность, миграцию клеток эндотелиобластического ряда, регулируемую контактными и дистантными клеточными взаимодействиями. Немаловажная роль в стимуляции ранних стадий ангиогенеза принадлежит местным гуморальным факторам, и в первую очередь активности фактора роста сосудистого эндотелия. Во взрослом ангиогенезе значение имеет основной фактор роста фибробластов. Этот фактор при повреждениях, в том числе гипоксической природы, образуется астроцитами и, возможно, нейронами (Folkman J., Klagsbrun M., 1987; Shweiki D. et al., 1992). Он активирует формирование новых микрососудов и, наряду с этим, стимулирует рост нейритов (Finklestein S.P. et al., 1988, 1990; Lyons M.K. et al., 1991; Takami K. et al., 1993; Kawamata T. et al., 1997).

Гипоксия, как мощный стимулятор вторичного ангиогенеза с активацией указанных и других факторов, проявляется типичными изменениями на ультраструктурном уровне. Как уже указывалось, внешне микрососуды реагируют на длительную гипоксию пролиферацией и элонгацией. Изменяется диаметр капилляров, структурной перестройке подвергаются перициты. Исследование морфологических реакций эндотелия в сосудах головного мозга выявило его высокую чувствительность к различным лекарственным и другим внешним воздействиям, что проявляется в усложнении контура ядер, увеличении представительства синтетического аппарата клеток и системы крупных пор, повышении проницаемости (Межибровская Н.А., 1981; Серденко М. М., 1984).

Таким образом, одной из особенностей микрососудов мозга является их непрерывное структурно-функциональное преобразование в соответствии с местными энергетическими и функциональными перестройками органов как в ходе развития, так и во взрослом состоянии.

Данные перестройки связаны с множеством эндогенных и экзогенных факторов, что сопровождает весьма сложный и динамичный характер организации сосудистых структур. Это перестройки диаметра микрососудов, уровня проницаемости эндотелия, участков разреженного или более плотного распределения капилляров и т. д. В частности, участки плотного распределения сосудов в органах обычно соответствуют местам наиболее выраженных энергетических процессов и для головного мозга являются показателями окислительного фосфорелирования, что ясно подтверждается при выявлении активности СДГ при одновременном анализе уровня васкуляризации.

В ходе описания сосудистых перестроек широко применяются математические методы моделирования (Adair T.H., 1990; Brownlee R.D., Langille B.L., 1991; Hudetz A.G., Kiani M.F., 1992; Pries A.R., 1994, 2001; Kalra M., Miller V.M., 2000). Одним из слабых мест в таких методах является то, что математические модели не могут учесть всего разнообразия факторов, влияющих на гемодинамику. Не менее важна проблема соотношения результатов моделирования с данными экспериментальных исследований. Трудности математического моделирования обусловлены также крайней сложностью и разнообразием некоторых капиллярных сетей (Folkow B., 1983; Hacking W.J.G. et al., 1996. Mulvany M.J. et al., 1996; Price R.J. et al., 2002). мозг капилляр артерия венозный Проблема моделирования гемодинамики и характера газообмена, распределения нутриентов и метаболитов осложняется и тем, что кровеносные капилляры и структурно-функциональные особенности эндотелия вдоль микрососудов отнюдь не идентичны. Различия связаны со многими факторами (гемодинамика, соотношение веществ в плазме крови, периэндотелиальное окружение и т. д.). В частности, показано, что при нормальном содержании нутриентов их концентрация в плазме крови различна. Отличается и плотность содержания глюкозо-натриевых насосов и насосов аминокислот (McCarron R.M. et al., 1990, 1991).

В последнее десятилетие значительно углубились представления о функциональной гетеротипности сосудов. Обнаружено, что сократительные элементы сосудов, по их чувствительности к вазоактивным веществам и активности калий-натриевого насоса, проявляют различия не только в различных органах и между параллельными паренхиматозными артериями и венами, но и по ходу одного сосуда. Это указывает на весьма сложную функциональную организацию контроля трофического обеспечения в сосудистом русле и на функциональную гетерогенность сосудов (Гурина О.Ю. и др., 1997).

Неоднородность подтверждается и морфологическими данными, согласно которым эндотелий гетероморфен по ходу сосуда по особенностям взаиморасположения, проницаемости, структуре органелл и количеству ядер. Наблюдаются особенности в реакциях средней оболочки по ходу мозговых артерий, а также при сравнении приносящих сосудов, вен и капилляров. Капилляры также отличаются разнообразием реактивности эндотелиальной выстилки (Маркарян Н.В., Маликсетян И. В., 1998). Артериальный конец капилляра по условиям гемодинамики (ширине просвета, гидростатическому давлению, скорости и сопротивлению кровотоку) гетеротипен по отношению к венозному концу.

При местном воспалении миграция лейкоцитов осуществляется в основном через посткапиллярные образования, что связано со способностью эндотелия венул к экспрессии молекул адгезии. Эта особенность характерна для большинства сосудистых струкутр млекопитающих (Haring H.P. et al., 1996). В последнее время некоторыми авторами к кровеносным сосудам мозга стал применяться термин «нейрососуды», что подчеркивает их значение в гомеостатической функции для паренхимы мозга. Особеннo точным этот термин стал в результате выявления фактов, что эндотелий и сосуды в целом не просто регулятор трофического обеспечения, но и поставщик гормональных и гормоноподобных факторов, существенно изменяющих деятельность мозга. Предполагаются, что факторы, выделяемые сосудистым эндотелием, способны оказывать протекторные эффекты при гипоксии и гипогликемии, поражениях, связанных с гипероксией, других нарушениях. Эти влияния обусловлены в том числе нейротрофным фактором, выделяемым сосудистым эндотелием мозга (НФСЭМ). Выделение НФСЭМ усиливается в-1 интегрином и интегрин-связанной киназой. Таким образом, при повреждениях эндотелий способен оказывать прямое протективное действие на нервные клетки (Guo S. et al., 2008).

Вновь несколько подробнее рассмотрим механизмы влияния факторов роста сосудистого эндотелия (ФРСЭ) и основного фактора роста фибробластов (ФРФ-2). Как мы уже указывали, выделение ФРСЭ особенно явно проявляется в условиях повреждения. Исследование динамики ультраструктурных проявлений отека мозга в перигематомных участках мозга (в пределах 1 см от края гематомы) выявило некоторые закономерности его образования. Уровень его выделения коррелирует с экспрессией аквапорина-4. Было обнаружено, что в сроки менее 6 часов проявления отека минимальны. После 6 часов усиливался отек нейроглии, что сочеталось с усиленным образованием аквапорина-4. Обнаруживалось выраженное набухание эндотелиоцитов на фоне уменьшения плотности соединений между клетками. К 12−72 часам степень отека достигала максимума. Отек сопровождался деформацией клеточной организации мозга, и выявлялась мощная экспрессия аквапорина. Повреждение подвергалось инволюции с конца 3-х суток, и к 8-м суткам основные проявления отека нивелировались. Это же сочеталось со снижением уровня аквапорина в эндотелии (Guo F.Q. et al., 2008). Выделение аквапорина сопровождалось нарушением функции, что активировало выделение ФРСЭ. Таким образом, нарушение поддержания ГЭБ, с одной стороны, нарушает функцию нейронов, активируя отек, с другой — одновременно усиливает вторичный ангиогенез. ФРСЭ, таким образом, в настоящее время считается важнейшим фактором регуляции развития и созревания сосудистого эндотелия (Rosenstein J.M., 1998; Ferrara N., Alitalo K., 1999;. Yancopoulos G.D., 2000; Yang G.Y. et al., 2003; Gustafsson T. et al., 2005). Этот же фактор, как уже указывалось влияет на состояние ГЭБ, но наши теоретические посылки подтверждаются данными, что влияние на состояние последнего трактуется не столь однозначно (McClure N. et al., 1994; Schoch H.J. et al., 2002).

Факторами, синергичными фактору роста сосудистого эндотелия на начальных стадиях ангиогенеза, являются ангиопоэтины, которые, возможно, не столь неоднозначны по своему влиянию на ГЭБ. Они также первоначально активируют эндотелиобласты, в дальнейшем активируя дифференцировку гладких миоцитов сосудов и перицитов. Эти же факторы, как полагают, способствуют дифференцировке барьерных функций сосудов (Jones N. et al., 2001). Ангиопоэтин-2 является естественным антагонистом ангиопоэтина-1 и способен тормозить или, наоборот, усиливать ангиопоэз в зависимости от условий (Thurston G. et al., 2000; Jones N. et al., 2001). В частности, этот ангиопоэтин активирует апоптозы эндотелиоцитов и вызывает регрессию сосудов. Это происходит при условии низкого уровня ФРСЭ (Lobov et al., 2002). В то же время сочетание данных тканевых гормонов ведет к увеличению вторичного ангиогенеза и усилению плотности микрососудов (Tanaka F. et al., 2002; Gavin T.P. et al., 2005).

Наряду с ангиопоэтинами серьезное внимание в последнее время уделяют металлопротеазам. Металлопротеазы 1 и 9 способны влиять на эндотелиальную выстилку, контролируя направление прорастания превазоидов (Jones N. et al., 2001). Эти же металлопротеазы повышают уровень проницаемости ГЭБ (Rosenberg G.A. et al., 1996). В то же время угнетение выработки металлопротеаз с помощью глюкокортикоидов уменьшает выраженность отека (Forster C. et al., 2007). Известно, что нарушение целостности ГЭБ уже само по себе может вести к выраженному отеку мозга и вызвать внутримозговые повреждения. Нарушение барьера состоит из нескольких взаимозависимых процессов. Это ионная дисрегуляция, воспаление, оксидативное и нитрозоактивное напряжение, активация ферментов и ангиогенез.

Несмотря на многочисленные данные о роли тканевых факторов роста в контроле процессов ангиогенеза, образование этих факторов и стимуляция процессов образования и дегенерации сосудов подчинены метаболическим процессам в кровоснабжаемых тканях. На сегодня кажется совершенно понятным, что по мере усиления трофических процессов в тканях, в них накапливаются продукты промежуточного обмена, что обусловлено нарушением процессов окислительного фосфорилирования на фоне недостатка кислорода. Эти метаболиты являются мощными стимуляторами ангиогенеза, запускающими весь остальной спектр процессов. С другой стороны, восстановление суммарного содержания кислорода сопровождается выравниванием метаболических процессов, что блокирует новообразование микрососудов. Предполагается также, что одним из важных факторов, активирующих ангиогенез, является аденозин, который дефосфорилируется экто-5нуклеотидазой из АМФ в повышенном количестве в условиях гипоксии. Одной из причин его накопления является недостаток энергетического обеспечения в связи с нехваткой кислорода и нутриентов, наблюдающиеся в условиях недостаточного кровоснабжения (Lutty G.A., McLeod D.S., 2003).

Внеклеточными рецепторами к аденозину являются A2-рецепторы, которые стимулируют выделение того же самого ФРСЭ клетками паренхимы. ФРСЭ значительно усиливает свою активность при гипоксии (Feoktistov I. et al., 2004; Ferrara N., 2004).

Однако влияние аденозина может быть связано и с другими механизмами. Предполагается, что аденозин стимулирует несколько проангиогенных факторов, возможно, через внутриклеточные механизмы (Feoktistov I. et al., 2002, 2003; Thomas H., 2005). Определенную роль аденозин играет в гемодинамике и за счет прямого вазодилатирующего влияния на сосуды (Ziada A.M. et al., 1984).

Это может играть значение и в ангиогенезе. Роль аденозина во многом обусловлена его повсеместной распространенностью в организме и, следовательно, универсальностью возможного влияния на ангиогенез, это обеспечивает биологическое единство подобных механизмов (Berne R.M. et al., 1983; Linden J., 2001; Marshall J.M., 2001). Показано подобное действие аденозина и на нервные тканевые структуры (Lutty G.A. et al., 2000, 2003).

В связи с этим установилась точка зрения, что аденозин способен вызвать активацию ангиогенеза в соответствии с концентрацией этого вещества в тканях. Подобное влияние может оказать как введение препарата, так и усиление его эндогенной продукции или блокирование утилизации (Ziada A.M. et al., 1984.). В центральной нервной системе соответствующие реакции близки к другим тканям организма (Zhou A.M. et al., 2004). Не менее важным представляется аналогичное действие аденозина и в эмбриональном развитии (Adair T.H. et al., 1989, 2000).

Иммуногистохимическими методами было выявлено наличие экто5'-нуклеотидазы во многих тканях и клетках, в том числе в клетках Мюллера сетчатки глаза и астроцитах (Zimmermann H., Braun N., 1996; Braun N. et al., 1997; Lutty G.A. et al., 2000). При этом наблюдается повышение его концентрации при гипоксии как в развивающемся, так и в зрелом мозге (Hagberg H. et al., 1987; Park T.S. et al., 1987). Динамика повышения аденозина и его ангиомодулирующего эффекта взаимосвязана с длительностью ишемии. Показано, что более эффективен пролонгированный вариант нарушений, что сопровождается значительным повышением содержания аденозина в поврежденной ткани (Kobayashi S. et al., 2000; Kuo N.T. et al., 1999).

Одной из ведущих причин для исследования микроциркуляции является разработка эффективных терапевтических методов лечения ишемических нарушений головного мозга. Наряду с ФРСЭ, ФРФ-2 влиянием может обладать и ангиопоэтин-2. Комбинированное использование этих веществ еще более усиливает процессы вторичного ангиогенеза. Однако эта же комбинация усиливает активность металлопротеазы-9 на фоне снижения синтеза белка плотных контактов-1, что указывает на возможность нарушения уровня ГЭБ под влиянием данных факторов и, как следствие, изменение гомеостаза мозга (Zhu Y. et al., 2005).

В классическом понимании, стимуляция ангиогенеза в зоне ишемии может уменьшить объем ишемического повреждения мозга, что, как предполагают, ускоряет нейрогенез и восстановление достаточного уровня перфузии из совместно обеспечиваемых участков мозга. Однако данная стратегия имеет и ряд недостатков. Особенно сомнительна она при гипоксии мозга, обусловленной артериальной ишемией за счет магистральных и крупных внемозговых артерий (Sakellaridis N., Panagopoulos D., 2007). Ангиопоэтические факторы практически неспособны активировать восстановление проходимости данных сосудов. Коллатеральное кровообращение также обеспечивается в первую очередь за счет крупных сосудов Виллизиева круга. В случае стимуляции ангиопоэза в этих ишемизированных участках возникает значительное число новых микрососудов, которые, однако, не в состоянии поддержать нормализацию поступления крови, так как не могут ни усилить коллатерального кровотока, ни увеличить уровень поступления крови в мозговую ткань. В результате формируются условия для замедления движения крови в каждом отдельном капилляре, вплоть до стаза, нарушаются возможности для адекватного распределения кровотока в зависимости от активности отдельных нейронов.

Установлено, что в ЦНС роль в поддержании местных барьерных свойств эндотелия во многом принадлежит астроцитам. Доказательством данному предположению может служить опыт с кокультивированием эндотелия и астроцитов. При удалении астроцитов происходит увеличение проницаемости эндотелия, но при этом структура его плотных контактов не изменяется. Таким образом, увеличение проницаемости, связанное с контролем барьера астроцитами, не связано с плотными контактами (Hamm S. et al., 2004).

Как известно, ангиогенез — поэтапный процесс. В его ходе, как мы выяснили, происходит увеличение сосудистой проницаемости, это сопровождается разложением прилежащего матрикса межклеточного вещества. В ходе структурных преобразований происходит формирование эндотелиально-сосудистых почек роста с делящимися эндотелиобластами. Делящиеся клетки формируют тяжи эндотелиобластов, которые, достигнув необходимой зоны, образуют превазоиды, начинают дифференцироваться и формировать просвет будущего сосуда (Roberts W.G., Palade G.E., 1997; Conway E.M. et al., 2001). Имеется множество веществ, контролирующих этот процесс, но среди них ФРСЭ, ФРФ-2, ангиопоэтин-1 и ангиопоэтин-2 могут играть ключевую роль (Roberts W.G., Palade G.E., 1995; Jain R.K., 2003). Эндотелий, кроме указанных факторов, синтезирует еще немало биологически активных веществ, играющих весьма важную роль во многих процессах в норме и в патологии (гемодинамика, гемостаз, иммунные реакции, регенерация и др.). Биологически активные вещества, вырабатываемые эндотелием, действуют в основном паракринно (на соседние клетки) и аутокриннопаракринно (на эндотелий). Биологически активные вещества эндотелия участвуют во многих механизмах гомеостаза, в том числе и в регуляции местного кровотока. Состав гормонов, вырабатываемых эндотелием, определяется состоянием последнего. В обычном состоянии эндотелиоциты создают условия для адекватного местного кровотока, синтезируя мощные антикоагулянты, являющиеся и вазодилататорами. Активность эндотелия в норме обеспечивает трофику органов и выполняет защитную функцию благодаря наличию в эндотелии высокоорганизованных механизмов ауторегуляции (Голиков П.П. и др., 2000; Осадчий Л. И. и др., 2003, 2004).

При нарушении функции или структуры эндотелия резко меняется спектр выделяемых им биологически активных веществ. Эндотелий начинает секретировать агреганты, коагулянты, вазоконстрикторы, причем часть из них (ренин-ангиотензиновая система) оказывают влияние на всю сердечно-сосудистую систему. При неблагоприятных условиях (гипоксия, нарушение обмена веществ, атеросклероз и т. п.) эндотелий становится инициатором (или модулятором) многих патологических процессов в ЦНС (Сергиенко В.Б. и др., 1999; Дроздова Г. А., 2000; Кудряшева О. В. и др., 2000; Гомазков О. А., 2001).

Таким образом, в гомеостазе и пластических перестройках мозга общее и локальное кровообращение имеет большое значение, оказывая эффекты, связанные с проявлениями дефицита или избыточности нутриентов и газообмена, возможностью локальных различий в распределении нейротропных и нейротоксических факторов, в чем немаловажную роль играет состояние локального кровотока. Эти различия могут быть основой для изменения функциональной активности нейронов, что, в свою очередь, может сопровождаться вероятными необычными ответами и решениями в экстремальных ситуациях. Воздействия сосудистых структур мозга связаны также с местными эндокринными влияниями сосудистого эндотелия, который может прямо модулировать функцию прилежащих астроцитов и прямо или опосредованно изменять динамические ответы нейронов. Немаловажное значение может иметь и динамическое локальное изменение состояния ГЭБ, с возможностью протечки через участки с повышенной проницаемостью биологически активных веществ, непосредственно поступающих из плазмы крови.