что такое репаративная функция
Что такое репаративная функция
В настоящее время травматизм входит в пятерку ведущих смертности в мире, угрожая экономическому и социальному развитию. Переломы длинных костей занимают ведущее место в структуре травматизма последних десятилетий и составляют, по данным различных авторов, составляют до 80% всех повреждений костей скелета.
Поэтому проблема лечения переломов костей последние годы сохраняет актуальность, хотя прогресс в области травматологии является несомненным. Остается нерешенным ряд вопросов, связанных с так называемой остеогенной недостаточностью.
Несмотря на применение современных медицинских технологий, процент осложнений, возникающих в результате лечения переломов длинных костей, остается высоким.
К ним относятся замедленная консолидация, формирование ложных суставов, несращение костных отломков и другие проблемы.
Так, нарушение консолидации костных отломков при переломах длинных костей составляет от 15 до 50%, а частота ложных суставов варьирует от 4 до 33%.
Согласно данным Американской ассоциации ортопедии, из двух миллионов переломов длинных костей в США ежегодно около 100 тысяч завершаются несращением.
По информации отечественных исследователей, нарушения консолидации костных отломков при переломах костей конечностей составляют около 25% в структуре инвалидности пострадавших от механической травмы.
Процент неудач в процессе лечении подобных нарушений классическими методами достигает 33%, что почти в два раза превышает число неудовлетворительных анатомо-функциональных результатов лечения переломов.
За последние годы отмечается и скрытый рост инвалидности вследствие травм и увеличения срока консолидации в каждом третьем случае.
Проблема лечения нарушений репаративной регенерации костной ткани, возникающих после диафизарных переломов костей, остается актуальной для современной ортопедии и травматологии. Случаи развития такой патологии составляют от 2,5 до 18%.
Обращает на себя внимание, что среди контингента с нарушениями репаративной регенерации костей преобладают лица трудоспособного возраста.
Данная патология отмечается стойкой утратой трудоспособности у 5 человек на 10000 населения, а образованные при этом анатомо-функциональные нарушения конечности являются причиной стойкой инвалидности в 12-45% больных.
Длительное лечение больных с большими материальными затратами, низкая эффективность, высокий уровень инвалидности позволяют считать осложнения при переломах длинных костей важнейшей социальной проблемой, с которой многим пострадавшим сложно справиться без социальной помощи.
Из этого следует, что лечение переломов длинных костей, осложненных репаративными нарушениями, является актуальной экономической и медико-социальной проблемой.
Основная задача современной травматологии заключается в совершенствовании существующих и разработке новых, экономичных и эффективных методов лечения.
Что такое регенерация костной ткани?
Кость представляет собой сложный орган, который выполняет механические и биологические функции в организме и имеет сложную иерархическую структуру.
Кости участвуют в обменных процессах благодаря содержанию значительного процента минеральных веществ организма, а также создают специфическое микроокружение для предшественников крови красного костного мозга.
Костная ткань являет собой динамическую систему, в которой в течение жизни организма происходят два взаимосвязанных противоположных процесса, составляющих природный цикл ремоделирования – резорбция (разрушение) и остеогенез (синтез).
Поэтому условия репаративного остеогенеза постоянно находятся в поле зрения практикующих врачей – травматологов и ортопедов.
Давно известно, что переломы в области компактной (кортикальной) и губчатой (трабекулярной) костной ткани отличаются сроками консолидации, что связано с особенностями ее структурной организации.
Перспектива заживления переломов губчатой кости более благоприятные, поскольку в структуре ее находятся элементы, необходимые для формирования регенерата. В свою очередь, компактная костная ткань характеризуется низкой плотностью сосудов по сравнению с губчатой, а также имеет особенности кровоснабжения.
Репаративная регенерация определяется как процесс восстановления ткани после травмы. Механизмы репаративной и физиологической регенерации одинаковые и основываются на единых биологических закономерностях.
Репаративная регенерация рассматривается как в той или иной степени усиленная физиологическая. Репаративная регенерации костной ткани – она же репаративный остеогенез – важная теоретическая и практическая проблема травматологии.
Действительно, в идеале консолидация перелома должна привести к образованию обновленной костной ткани, идентичной старой, существовавшей до травмы. Однако сращение перелома на практике является достаточно сложным, длительным многостадийным процессом, на который влияет множество факторов.
Кость имеет очень высокий репаративный потенциал.
Проблема состоит в том, что процессы репаративного остеогенеза возможно ускорить за счет активации обмена лишь в очень незначительной степени (порядка недель). С другой стороны, замедлить процесс нарушением физиологических условий очень легко, что нередко происходит из-за недостаточного понимания физиологии кости.
Согласно определению Руцкого и Ткаченко, репаративная регенерация – это сложный процесс, вызванный разрушением костных структур, который количественно превышает допустимые пределы физиологической регенерации и направлен на полное восстановление анатомической целостности и функции кости.
По мнению исследователя А. Корж, процессы регенерации кости являются сложным переплетением общих воздействий на системном уровне и локальных изменений тканевых обменных процессов, включая изменения на молекулярном уровне.
Д. Саркисов и соавторы представляют репаративный остеогенез как физиологическую регенерацию, которая протекает в условиях экстремальных воздействий на организм и отличается большей интенсивностью проявлений.
Другие же исследователи утверждают, что, в отличие от физиологической регенерации, которая фактически является адаптацией, репаративный остеогенез – компенсаторный процесс, восстанавливающий строение после гибели части или всего органа.
Репаративная регенерация каждого типа тканей имеет уникальные особенности, но всегда включает следующие процессы:
Разрушение поврежденных клеток и структур
Пролиферация жизнеспособных клеток в области дефекта
Дифференцировка жизнеспособных клеток регенерата
Формирование межклеточных связей и перестройка регенерата.
Репаративная регенерация костной ткани бывает неполной или полной.
Полная регенерация характеризуется замещением дефекта тканью, которая соответствует старой ткани. О неполной принято говорить в случаях, когда костный дефект замещается соединительной тканью или рубцом.
Репаративный остеогенез – это многокомпонентный процесс, основными этапами которого являются дифференцировка клеток, пролиферация, резорбция погибшей ткани и образование кости с ее ремоделированием, формирование органического внеклеточного матрикса и его минерализация.
Описанные процессы протекают параллельно, но один из них может стать доминирующим на тех или иных стадиях репаративного остеогенеза.
Практика подтверждает, что костная ткань действительно является уникальной, поскольку способна восстанавливать полностью даже большие по длине дефекты.
Причины нарушений репаративной регенерации кости
Известно, что репаративная регенерация костной ткани является сложным, генетически запрограммированным процессом. Стадийно-временные характеристики этого процесса зависят от действия ряда эндогенных и экзогенных факторов.
Течение остеорепаративного процесса связывают с такими факторами:
Особенности и интенсивность травмы
Характер повреждения кости и мягких тканей
Степень посттравматических расстройств периферического кровоснабжения
Качество оказания первичной и квалифицированной медицинской помощи
Особенности восстановительного лечения
Наличием сопутствующей патологии.
Одно из первых мест среди причин, способствующих развитию нарушения репаративного остеогенеза, занимает несвоевременность и неадекватность оказания квалифицированной медицинской помощи.
Экспериментально доказано, что в случаях отсроченной иммобилизации отломков при переломе костей предплечья уже на 3 сутки проявляются признаки нарушения процесса костной репарации с увеличением срока консолидации в 1,5 раза.
Отсроченное сопоставление отломков костей голени за 14 суток приводит к образованию ложного сустава, а при отсутствии стабильной фиксации отломков сроки формирования периостального костного сращения увеличиваются не менее чем в 4 раза.
Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что нарушение условий репаративной регенерации в виде отсроченного до 14 суток сопоставления костных отломков приводят к формированию ложного сустава на 50-е сутки.
При медленном заживлении перелома восстановление кости в обычные сроки не происходит, тормозится ремоделирования и созревания костной мозоли.
Как правило, заживление в подобных ситуациях наступает через год и более.
Перелом расценивают как несросшийся, если по истечении 6 месяцев отсутствуют рентгенологические признаки заживления, или когда отсутствует положительная динамика в течение трех месяцев наблюдения.
При несращении перелома наблюдается торможение репаративных процессов и остановка его заживления. Понятие «замедленная консолидация» принято считать относительным, поскольку сроки сращения переломов у каждого больного индивидуальны и зависят от многих факторов.
Условно эти факторы можно разделить на общие и местные.
Общие факторы связаны с общим состоянием организма, сопутствующей соматической патологией, медикаментозной терапией, наличием вредных привычек и тому подобное.
К факторам второй группы относят отсутствие надежной иммобилизации сегмента, недостаточную репозицию, фиксацию и нарушение кровоснабжения костных отломков, травматичность оперативного вмешательства, нарушения тактики лечения, использование массивных металлических имплантатов.
Важным звеном репаративной регенерации является состояние костной ткани на момент травмы, а также эндемическое состояние региона, где проживает травмированное лицо.
В последнее время увеличивается количество исследований относительно влияния неблагоприятных экологических факторов на репаративный остеогенез костной ткани. Отечественными и зарубежными авторами изучалось влияние экологического окружения человека на структуру и метаболизм костной ткани, от которых зависит ход репаративной регенерации.
Клинические исследования демонстрируют, что повышенное потребление фтора сопровождается ломкостью костей, при этом замедляется процесс репаративного остеогенеза и чаще формируются ложные суставы.
После проведения нескольких экспериментов in vitro ученые пришли к выводу о разрушительном действии радиации на костную ткань, которая также замедляет процессы регенерации и увеличивает количество осложнений.
Поэтому при лечении переломов костей необходимо учитывать воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды на регенерацию костной ткани.
В настоящее время темой научных дискуссий является вопрос зависимости частоты нарушений остеорепаративных процессов от механизма травмы. Согласно клиническим исследованиям, этиологический фактор травмы влияет на процессы заживления раны.
На течение репаративного процесса влияет как разновидность травмирующего агента, так и характер повреждения костной ткани. По данным ряда авторов, у 55% пациентов с нарушением репаративного остеогенеза травма получена в результате действия высокоэнергетического травмирующего агента.
Проведенные экспериментальные исследования выявили, что при воздействии травмирующей силы высокой интенсивности происходит гибель значительного числа клеточных источников остеорепарации, а сохранившиеся клетки претерпевают настолько значительные морфологических изменения, что не в состоянии поддерживать нормальное функционирование ткани.
Е. Побел и соавторы приводят целый ряд причин, которые приводят к нарушению процессов посттравматической остеорегенерации:
Характер травматического повреждения
Патологическое состояние костной ткани (остеопороз)
Отягощенный анамнез (хронические болезни печени и почек, ожирение)
Снижение остеорепаративного потенциала (дефицит факторов роста, остеокальцитонина, активной формы гормона витамина D3)
Травматичность процедуры металлоостеосинтеза.
Эти изменения приводят к нарушению процессов консолидации костных отломков и требуют проведения мероприятий по оптимизации репаративного остеогенеза.
Кость является высокоспециализированной тканью, которая существует в тесном взаимодействии связи с кровеносной системой. Взаимосвязь путей гемоциркуляции в костной ткани проявляется как в местных нутритивных процессах, поддержке общего минерального равновесия внутренней среды организма, так и непосредственно в физиологической и репаративной регенерации костной ткани.
Поэтому весомым фактором, обусловливающим расстройства репаративного остеогенеза, является нарушение кровообращения в участке повреждения.
Недостаточная степень кровоснабжения зоны перелома вследствие массивного повреждения мягких тканей, кости, отслоение и травматизация надкостницы, нарушение медуллярного кровообращения приводят к активизации хондрогенеза и неполноценности процесса срастания костных отломков.
Проведенные исследования выявили особенности структурно-функционального состояния сосудов при нарушениях репаративного остеогенеза. Эти расстройства могут быть обусловлены структурно-функциональнимы изменениями сосудов поврежденной конечности, которые определяют особенности его течения.
Большой интерес вызывает концептуальная модель механизма компенсации нарушений регионарного кровоснабжения при переломах костей, которую разработали исследователь Г.В. Гайко и его коллеги.
Проводя экспериментальные и клинические исследования периферического кровоснабжения при переломах, авторы пришли к выводу, что в основе восстановления регионарного кровоснабжения после перелома костей лежит перераспределение циркуляции крови и реваскуляризация тканей.
Компенсация регионарного и местного кровоснабжения, как правило, наступает в течение нескольких часов после травмы при переломах без смещения костных отломков, без обширного повреждения мягких тканей и магистральных сосудов.
Неполная компенсация сопровождается гипоксией, способствует развитию фиброзной соединительной ткани и стимулирует фиброзное сращение костных отломков.
На участке декомпенсации возникает некроз костной и мягких тканей, который и является причиной продления сроков лечения, формирования ложных суставов и возникновения гнойных осложнений.
Стадии репаративной регенерации костной ткани
Разработаны стадии репаративного остеогенеза в их взаимосвязи, при которых каждая стадия характеризуется определенным морфологическим клеточно-тканевой составом.
Изучение морфологических изменений при лечении перелома кости с использованием различных методических подходов позволило выделить в регенерации два этапа:
Построение соединительнотканной мозоли и замещение ее незрелой.
Перестройка в сформированную зрелой костью предшественницу костной мозоли.
Согласно результатом проведенных патоморфологических анализов заживления костных переломов выделяют следующие стадии восстановления дефекта кости:
I – дестабилизация клеточных элементов
II – интенсивная клеточная пролиферация
III – дифференциация различных тканей (хрящевой, фибробластической, остеобластической, недифференцированной ткани, похожей на мезенхиму, фибробластической соединительной ткани)
IV – эпигенез остеогенной ткани, при котором наблюдаются процессы прямой метаплазии, атипичной энхондральной оссификации и остеоидной модификации
VI – образование пластинчатой кости.
В другом варианте выделяются 4 стадии: пролиферацию остеобластных клеток, образование коллагеновых волокон, образование аморфного углеводно-белкового вещества и импрегнация межклеточного вещества минеральными солями.
Используя новые данные молекулярной биологии, биохимии, морфологии, иммуноморфологии и генетики Н. Корж и соавторы выделили 5 стадий репаративного процесса: воспаление, дифференцировку клеток и формирование тканеспецифических структур в области травмы, реорганизация тканевых структур и их минерализация, ремоделирование и завершения восстановительного процесса.
Такого же мнения придерживаются многие известные зарубежные авторы.
Вообще, восстановление кости – сложный биологический процесс, требующий изменений в экспрессии нескольких тысяч генов.
Чаще консолидация переломов происходит путем косвенного восстановления кости, состоит из нескольких последовательных этапов – воспаление, образование мягкой мозоли, образование твердой мозоли и ремоделирование.
Фаза воспаления начинается непосредственно после травмы и длится до 5 дней.
Эта стадия включает образование воспалительной гематомы вследствие разрыва кровеносных капилляров в зоне перелома, миграцию в зону воспаления мезенхимальных клеток, нейтрофилов и макрофагов для удаления фрагментов поврежденной ткани, которые дифференцируются в фибробласты, остеобласты иил хондробласты с последующим образованием хрящевого матрикса.
В течение второй стадии, которая продолжается до 40 дней, происходит замещение гематомы фиброзно-хрящевой тканью путем дифференцирования мезенхимальных клеток в хондроциты, а также синтеза матрикса из коллагена второго типа.
Далее матрикс постепенно кальцинируется и замещается костной тканью, синтезированной остеобластами.
В течение третьей стадии процесса происходит оссификация, образуются костные мостики между фрагментами переломанной кости.
Процесс репаративной регенерации заканчивается стадией ремоделирования, когда восстанавливаются ее исходная форма, структура и механическая прочность.
Нарушение течения любой из этих стадий могут привести к замедлению процесса остеорепарации в целом или даже несращению фрагментов кости.
Гистологически различают два варианта сращения костных отломков – первичное (прямое) и вторичное. Первичное заживление происходит благодаря активной пролиферации остеогенных клеток в фоне гиперваскуляризация тканей на участке перелома. Вторичное заживление протекает в несколько стадий.
На сегодняшний день было разработано несколько классификаций, подробно описывающих стадии заживления перелома.
Известны данные и о стадийности заживления переломов, которые основаны на конкретных морфологических преобразованиях в зоне дефекта кости:
Организация кровяного сгустка
Образование фиброзного предкистозного регенерата
Формирование полноценного регенерата костной ткани
Образование вторичного регенерата кости
Функциональная реконструкция регенерата.
Ряд авторов по совокупности структурно-морфологических и биохимических изменений, происходящих в костном регенерате, выделяют следующие фазы регенерации кости:
I – катаболическая, с дезинтеграцией и деградацией окружающих структур
II – прогрессирующая пролиферация клеток и дифференцировка клеточных элементов с секрецией органической основы костного регенерата
III – сложные биохимические, биофизические и физиологические процессы, приводящие к появлению первичной костной структуры
При сопоставлении с приведенными выше исследованиями оригинально выглядит вариант классификации стадий заживления перелома кости (воспаление, фагоцитоз, фиброзная мозоль, первичная и вторичная костные мозоли), в котором авторы недостаточно обоснованно отделили фагоцитоз от воспаления.
На основании системных представлений и оценки результатов многочисленных клинических и экспериментальных наблюдений динамики сращения костных отломков А.Т. Бруско и соавторы предложили свою стадийность репаративного остеогенеза. Здесь он рассматривается как однонаправленный процесс, протекающий с закономерной последовательностью морфологических изменений регенерата.
Авторы выделили следующие стадии заживления переломов костей:
I – репаративная реакция
II – формирование сращения костных отломков
III – сращение отломков, при котором возможны варианты: а) первичное костное сращение, b) фиброзно-хрящевое сращение, c) вторичное костное сращение
IV – функциональная перестройка костной мозоли и консолидированных отломков с формированием органной структуры кости.
Как мы видим, проблема регенерации костной ткани занимает особое место в биологических и медицинских знаниях. На данный момент определены ключевые особенности регенерации костной ткани и достигнуты определенные успехи в выяснении биологических механизмов, лежащих в основе репаративного остеогенеза, сформулированы основные тенденции развития науки.
Что такое репаративная функция
ФГБУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича» РАН, Москва
Трансформация нейральных стволовых клеток и репаративные процессы в мозге
Журнал: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014;114(8): 4-12
Гомазков О. А. Трансформация нейральных стволовых клеток и репаративные процессы в мозге. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014;114(8):4-12.
Gomazkov O A. Transformation of neural stem cells and reparative processes in the brain. Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2014;114(8):4-12.
ФГБУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича» РАН, Москва
Представлен обзор полученных в последнее время данных, касающихся роли стволовых клеток в процессах нейрогенеза, адаптации и пластичности нервной системы. Их изложение ориентировано на доказательства возможности развития и регенерации клеточных элементов в зрелом мозге как в норме, так и в условиях патологии. Последнее обосновано обсуждением результатов исследований болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, шизофрении и аффективных расстройств. Рассмотрены также вопросы фармакологического влияния на нейрогенез и перспективы развития этого направления исследований.
ФГБУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича» РАН, Москва
В ХХ веке остро встал вопрос о мере адаптивных возможностей мозга в условиях перенасыщения техническими, информационными и социальными привилегиями, так как именно он является органом выживания индивидуума и популяции в целом.
Нейрогенез управляется большим числом сигнальных молекул, действующих на различных его этапах и участвующих в контроле субклеточных процессов различного функционального назначения. Благодаря информации о сигнальном «полотне» нейрогенеза стирается граница физиологических, молекулярных и генетических принципов организации мозга. Становится возможным приблизиться к пониманию биохимических основ когнитивных и эмоциональных процессов. Более того, становится возможным извлечь из сложного клубка проблем, связанных с заболеваниями мозга, причинные звенья и рассматривать их как мишени фармакотерапевтического влияния.
Общие принципы нейрогенеза
Как говорилось выше, долгое время бытовала догма о неизменности морфологической структуры взрослого мозга. Это был скорее логический постулат, выдвинутый на основании цитологических исследований известного испанского ученого Сантьяго Рамона Кахаля, который в монографии «Дегенерация и регенерация нервной системы» («Degeneration and Regeneration of the Nervous System», 1913) писал: «Как только развитие закончено, рост и регенерация аксонов и дендритов прекращаются. Центры взрослого мозга представляют собой нечто установленное, законченное и неизменное. Все может умереть, ничто не может быть восстановлено. Для будущей науки это, по-видимому, неизбежная закономерность» (цит. по [2]). За этим следовал пессимистический вывод, что потеря клеток нервной системы, обусловленная болезнью, травмой или старением, носит фатальный характер.
Фактические опровержения этой догмы определили развитие концепции, постулирующей принципиально новые механизмы функционирования мозга. Впрочем, первые публикации [3] не привлекли внимания. И лишь спустя несколько десятилетий процесс получения доказательств обрел лавинообразный характер, когда впервые было продемонстрировано образование новых нейронов в гиппокампе человека [4]. В 1999 г. в журнале «Science» появилось исследование, продемонстрировавшее, что мозг высших приматов производит от 20 до 40 тыс. нейронов в день в течение всей жизни [5]. Скорость увеличения числа новых клеток в зубчатой извилине гиппокампа взрослого мозга определяется как 9000 ед. в течение суток, или около 250 тыс. в месяц. Число образующихся ежемесячно новых нейронов составляет 6% от общей популяции гранулярных клеток [6].
Важный методический прорыв определился внедрением специальной гистологической метки, аналога тимидина (5-бром-3′-деоксиуридин, BrdU), фиксировавшей S-фазу митоза и пролиферацию нервных клеток. Этот метод позволял визуализировать вновь формирующиеся клетки, реагирующие на специфические маркеры. Большинство исследований, связанных с нейрогенезом, базируется также на выявлении маркеров пролиферации и зрелых клеток: даблкортин и β-тубулин, белки, ассоциированные с микротрубочками, возникающие в дифференцирующихся пронейронах; винментин, который синтезируется в несформировавшейся глии; кислый глиальный белок GRAF; Neu-N, определяемый в ядрах зрелых клеток и др. Функциональный итог нейрогенеза документируется в виде изменений электрофизиологических, поведенческих или когнитивных критериев. Важными являются исследования с трансгенными или нокаутными животными, доказывающими наличие факта нейрогенеза и отдельных молекулярных звеньев его регуляции «от противного».
Хорошим подтверждением актуальности того или иного научного направления служит информация о количестве статей, посвященных соответствующей теме. Анализ числа публикаций, представленных в базе данных PubMed, демонстрирует резкий «взрыв» интереса к проблеме нейрогенеза в последнее десятилетие. Начиная с 2000 г. ежегодно появляется около 1500 статей в рейтинговых журналах мира. Заметная часть из них посвящена следующим аспектам проблемы нейрогенеза: нейрогенез и память, нейрогенез и терапия, нейрогенез и инсульт, нейрогенез и нейродегенеративные заболевания. Резко возросший технический уровень экспериментальных исследований за счет иммунофлюоресцентной цитохимии, конфокальной микроскопии, ген-трансферной технологии или модельных опытов на животных стимулировал поисковую мотивацию исследователей. С другой стороны, несмотря на сложность работы с клиническим материалом, в том числе био- и аутопсийным, в отношении которого существуют естественные ограничения технического и этического порядка, число работ по нейрогенезу в мозге человека составляет более ⅓ от общего количества опубликованных статей.
Изучение НСК привело к утверждению концепции «стволовой ниши». Понятие «ниши» предполагает сочетание клеточного микроокружения и внеклеточного матрикса, специфичное для определенного типа стволовых клеток, которое может служить местом их трансформации. В нише продуцируются химические факторы, регулирующие пролиферацию, селекцию и дифференцировку НСК.
Важно рассмотрение контакта клеточных элементов нервной ткани с клетками сосудистого эндотелия. Микрососудистое окружение играет большую роль в поддержании нейрогенеза. Трансформация предшественников и образование нейробластов в пределах субгранулярной зоны происходят в непосредственной близости с кровеносными сосудами, которые в комплексе составляют структурно-функциональные кластеры НСК, глиальных и эндотелиальных клеток новообразованных нейронов. В качестве важного химического регулятора нейро- и васкулогенеза отмечается роль сосудистого ростового фактора эндотелия (VEGF). Стимулируемый у подопытных крыс физическими упражнениями нейрогенез ассоциируется с активацией этого фактора. Инфузия VEGF в латеральный желудочек мозга стимулирует пролиферацию и последующую трансформацию клеток субвентрикулярной зоны; подобный эффект отмечен также при стимуляции комплекса рецепторов VEGFR2/Flk-1 [7, 8].
Нейрогенез. Нейропластичность и когнитивные функции
Исследование нейрогенеза как процесса возникновения новых структур утверждает новые возможности формирования и хранения памятных следов в зрелом мозге. Интеграция новых клеток в нейрональную сеть сопровождается изменением функциональных характеристик синапсов. Представлены морфологические доказательства конструирования синапсов из новообразованных гранулярных клеток, формирующих контакты с интернейронами и способных высвобождать глутамат в качестве основного нейротрансмиттера [9].
Накапливается материал, указывающий на значимость феномена нейрогенеза для процессов обучения, памяти, решения познавательных задач. На материале из образцов ткани гиппокампа, получаемых при хирургическом вмешательстве у больных эпилепсией, было установлено [10], что нарушения памяти коррелируют с низким уровнем пролиферации и дифференцировки стволовых клеток. Внутривенная инъекция культуры НСК приводила к улучшению памяти у животных, подвергнутых церебральной ишемии [11].
Была предпринята попытка компьютерного моделирования нейрогенеза и сопряженных показателей когнитивной функции. Один из принципиальных выводов этих построений сводится к ассоциации возниковения новых нейронов в структурах гиппокампа с кодированием паттернов памяти. На стадии, предшествующей окончательному созреванию, новообразующиеся нейроны могут функционировать как интеграторы событий памятного следа [12].
Нейрогенез и формирование медиаторного фенотипа
Можно резюмировать два основных положения о роли медиаторов в процессе нейрогенеза: 1) стимулирующее влияние нейротрансмиттеров, присутствующих в соответствующих нишах, на трансформацию прогениторов и последующее образование зрелых нейронов; 2) формирование клеток определенного медиаторного фенотипа, которые оказываются инструментом регуляции синаптической пластичности и коррекции нейромедиаторных нарушений.
Молекулярные механизмы регуляции нейрогенеза
Предшественники нервных клеток в процессе трансформации проходят несколько стадий, прежде чем превратятся в «зрелые» и фенотипспецифические клетки. Каждый этап этих трансформаций сопровождается активацией определенных регуляторных молекул, «инструктирующих» вступление в последующую фазу, число которых установить необычайно большим. Используя технологию мультидименсионной идентификации белков, удалось представить количественные характеристики нескольких сотен веществ, которые экспрессируются в нейросомах синапсов [14].
Можно суммировать несколько уровней «сигналинга», осуществляющего вариабельный контроль от трансформации нейральных прогениторов до реализации процессов физиологического назначения (нейропластичность, ремоделирование синаптических структур, долговременная потенциация, адаптивные реакции).
Благодаря информации об эпигенетических механизмах, в последние годы становится понятным молекулярный уровень регуляции поведенческих и эмоциональных актов взрослого мозга. Эпигенетические модификации, влияя на функциональные состояния гиппокампа, могут быть связаны с возникновением неврологических и психических расстройств, включая аффективные расстройства (депрессия) и шизофрению [15].
Нейрогенез как репаративная функция
Нейрогенез (последовательная трансформация стволовых клеток мозга) проходит регулируемые стадии, в результате чего в структуру взрослого мозга интегрируются новые нейроны, астро- и олигодендроциты. Установлено, что такие клетки обнаруживаются в местах повреждения мозга, будучи «доставленными» из вентрикулярной или субгранулярной зоны зубчатой извилины гиппокампа. Их функция способствует усилению адаптивных возможностей мозга в меняющихся условиях.
Нейрогенез при ишемии головного мозга
Данные, полученные в экспериментах на модели ишемического поражения мозга крыс, явились важным доказательством нейрогенеза и миграции новых клеток. При ишемическом инсульте в бассейне средней мозговой артерии усиливалась клеточная пролиферация в ипсилатеральном отделе вблизи желудочков мозга. Число новых BrdU-реактивных клеток увеличивалось в 12 раз. Конфокальная микроскопия показала, что BrdU-иммунореактивные клетки в гранулярном слое совпадали по локализации с нейронспецифическими маркерами ядерных антигенов, ассоциированных с микротрубочками белка-2 и калбиндина D28k. Это указывало на миграцию новообразующихся клеток из субвентрикулярной зоны в гранулярный слой и превращение в зрелые нейроны [16]. 5-10-минутная глобальная церебральная ишемия также вызывала у животных существенное увеличение нейрогенеза в субвентрикулярной зоне. Однако в процессе апоптотической селекции выжившими оставались около 40% клеток, которые далее мигрировали в направлении зубчатой извилины гиппокампа и среди этих клеток около ½ приобретали свойства астроцитов [17].
При исследовании аутопсийного материала пациентов с ишемическим инсультом [20], была отмечена увеличенная пролиферация клеток-прогениторов и нейробластов в субвентрикулярной зоне мозга. Индукция нестинпозитивных клеток (как свидетелей нейрональных предшественников) и клеток муссаши 1 (как показателя пролиферации нейробластов) наблюдалась в зоне ишемии уже в 1-е сутки после инсульта. С помощью иммунного анализа биопсийных образцов было установлено [21], что клетки, пограничные ишемическому поражению, экспрессировали типичные для новообразованных нейронов маркеры. Увеличенное число новых клеток было обнаружено после ишемического инсульта даже в мозге 60-87-летних пациентов. В зоне мозга, пограничной с ишемическим инфарктом, было выявлено большое число иммунопозитивных клеток, содержавших эндотелиальный ростовой фактор (VEGF), что свидетельствовало о сопряженной стимуляции васкуло- и нейрогенеза после ишемического поражения мозга человека [22].
Приведенные данные, полученные в клинических исследованиях, подтвердили, что для нейрогенеза, выявляемого в зоне пенумбры, характерна атипичная миграция клеток. Дифференцировка новообразованных нейробластов и обретение ими фенотипа нейронов свидетельствуют о замещении структур, повреждаемых ишемией. Данные о репаративном нейрогенезе в регионе стриатума и перигематомной зоне у пациентов с интрацеребральной геморрагией свидетельствуют в пользу этих представлений, еще недавно казавшихся фантастическими [23].
Нейрогенез и нейродегенеративная патология
Современные исследования подтверждают, что АРР и его фрагменты могут существенно влиять на пролиферацию нейральных прогениторов и последующие этапы их трансформации. Влияние АРР на нейрогенез реализуется за счет его фрагментов: секретируемого sAPPα и интрацеллюлярного амилоидного домена AICD (рис. 3). 
Рисунок 3. Влияние метаболитов предшественника амилоидного пептида на отдельные этапы трансформации нейральных стволовых клеток в мозге. Показано стимулирующее (+) и блокирующее (–) влияние пептидных фрагментов. Растворимая внутриклеточная форма sAPP стимулирует пролиферацию, дифференцировку и миграцию прогениторных клеток при нейрогенезе.
На трансгенных мышах, активно экспрессирующих фрагмент AICD, исследовался нейрогенез в возрастной динамике крыс от 1,5 до 12 мес. Было установлено, что пролиферация гиппокампальных НСК последовательно снижалась с возрастом у AICD-трансгенных животных, указывая на прогрессирующее нарушение нейрогенеза. Сниженная пролиферация и выживаемость трансформирующихся клеток предотвращались антивоспалительными препаратами ибупрофеном и напроксеном [24].
Болезнь Паркинсона. Это заболевание вызывается прогрессирующей дегенерацией дофаминовых нейронов компактной части черной субстанции, откуда, проецируясь через дорсальный стриатум, развивается дисфункция клеток моторной системы. БП связывается с экспрессией нейрального воспаления, активацией микроглии и увеличенным содержанием в цереброспинальной жидкости провоспалительных факторов TNF-α, IL-1β и оксида азота.
Разрушение дофамина и нейральное воспаление тормозят нейрогенез во взрослом мозге. Отмечено снижение числа пролиферирующихся клеток и нейральных прогениторов в субгранулярной зоне зубчатой извилины гиппокампа, субвентрикулярной зоне и ольфакторной луковице. У мышей, получавших 6-гидроксидофамин (модель патологии с деструкцией дофаминовых нейронов черной субстанции), число нейробластов уменьшилось до 40% [28]. Механизм подавления нейрогенеза при БП, по-видимому, сопряжен с пониженной секрецией прогениторными клетками цилиарного и эпидермального нейротрофических факторов (CNTF и EGF) [29, 30].
Нейрогенез и психические расстройства
Существует немало доказательств, связывающих нейрогенез и хронический стресс. В опытах на крысах и обезьянах было установлено [34], что даже кратковременный стресс ассоциируется со сниженной продукцией новых нейронов в гиппокампе. Связь нейрогенеза с депрессией была впервые обнаружена в 2000 г. [35], когда выяснилось, что длительное применение антидепрессантов стимулирует нейрогенез в зубчатой извилине с образованием новых клеток. Эти работы по сути продолжали исследование [36], установившее, что разрушение серотонинергических нейронов снижает нейрогенез в субвентрикулярной зоне и зубчатой извилине гиппокампа.
В заключение можно сделать несколько выводов по рассмотренному выше материалу.
2. Стимуляция нейрогенеза в гиппокампе была установлена при длительном применении лекарственных препаратов, используемых для терапии депрессии: трициклические антидепрессанты (имипрамин), ингибиторы моноаминоксидазы (транилципромин), селективные ингибиторы обратного захвата серотонина, (флуоксетин) и норадреналина (ребоксетин), антагонисты NMDA-рецепторов (мемантин). Некоторые антидепрессанты сами по себе не вызывали статистически значимого увеличения нейрогенеза, но могли нивелировать вызываемое стрессом подавление пролиферации НСК. Существенно, что поведенческие реакции на эти препараты отсутствовали, если нейрогенез был предварительно заблокирован.
Нейрогенез в зрелом мозге. Функциональный смысл
Современный уровень исследований позволяет обосновать тезис о том, что в мозге идет непрерывный процесс образования новых клеточных структур (нейроны, астро-, олигодендроциты). Речь идет не только о непосредственной «фактологии» нейрогенеза, но и этапах трансформации НСК, образовании нейронов определенного фенотипа, т.е. процессах, которые регулируются большим набором ростовых и нейротрофических факторов и сигнальных молекул. Нейрогенез у взрослых организмов является одним из важнейших механизмов пластичности мозга, которая выражается в увеличении числа клеток, участвующих в структурной перестройке нейрональных сетей, формировании и перекодировке синапсов как узлов информационного сигнала, увеличении функциональных возможностей мозга и его выживания в меняющихся условиях среды обитания. Таким образом, основная функция НСК заключается в постоянной и естественной компенсации клеток мозга, утрачиваемых организмом в процессе жизнедеятельности, или вследствие патологических причин. В этом огромная биологическая роль нейрогенеза как адаптивного фактора регуляции клеточного и тканевого гомеостаза.
Индукция нейрогенеза, трансформация прогениторов в зрелые интегрированные клетки рассматриваются с учетом сигнальных регуляторных процессов. Системы молекул, разновариантно контролирующие пролиферацию, выживание, фенотипическую трансформацию и интеграцию новых нейральных клеток, являются сложной динамической программой, которая оказывается необходимой для сбалансированного управления не менее сложной организацией функций здорового и больного мозга. Алгоритм механизмов нейрогенеза становится понятным, если учесть, какое большое число сигнальных молекул участвует в этой регуляции: а) нейротрофины и ростовые факторы; б) молекулы трансдукторного каскада; в) молекулы транскрипторной проводки сигнала в репликационный аппарат клетки; г) эпигенетические факторы, контролирующие реализацию и координацию процессов на уровне генома. Речь идет о едином функциональном континууме, когда сигналы внешнего мира посредством внутриклеточных трансдукторных мессенджеров и эпигенетических компонентов превращаются в акты физиологической реальности.