12.3. Метаболические энцефалопатии

Термин «энцефалопатия» применяют для обозначения диффузных расстройств головного мозга, обусловленных нарушением функций мно­гих нейронов различных отделов центральной нервной системы. В боль­шинстве случаев энцефалопатии возникают при нарушении процессов окислительного метаболизма, наблюдаемого при гипоксии или глобаль­ной ишемии мозга.

Гипоксическое повреждение мозга. Для мозга человека харак­терен высокий уровень окислительного метаболизма, и на его долю при­ходится примерно 20 % всего потребляемого организмом кислорода. Около 15% всей изгоняемой сердцем крови поступает в мозг. Энергия макроергических фосфатов, образующихся в мозге при окислении тех или иных продуктов (в нормальных условиях почти исключительно глюкозы) расходуется на поддержание трансмембранных концентрационных ион­ных градиентов, осуществление аксоплазматического транспорта моле­кул и внутриклеточных органелл, а также на синтез структурных компо­нентов клетки.

Поскольку мозг не имеет собственных запасов кислорода, снижение его поступления в мозг с кровью сопровождается немедленным расстройством функций, а затем и гибелью нервных клеток.

Нарушение психики выявляют уже тогда, когда напряжение кисло­рода в артериальной крови (Ра0₂) снижается до 40—50 мм рт.ст. Когда Ра0₂ падает ниже 30 мм рт.ст., через 20 с наступает потеря сознания, а еще через 20 с исчезает электрическая активность мозга. Хотя гипоксия мозга может быть вызвана различными причинами, самой частой ее фор­мой является ишемическая, обусловленная нарушениями мозгового кро­вотока вследствие расстройств системного кровообращения или увели­чения внутричерепного давления.

Ишемическое повреждение мозга обычно приводит к более тяже­лым последствиям, чем «чисто» гипоксическое, поскольку нарушение кро­вотока не только снижает поступление кислорода и питательных веществ к тканям, но и приводит к задержке в недостаточно перфузируемых тка­нях продуктов метаболизма, способных оказывать токсическое действие.

Последствием ишемии мозга на ранних стадиях является нарушение синтеза нейропередатчиков — катехоламинов, ацетилхолина, возбуждающих и тормозящих аминокислот.

Следом за этими изменениями, которые, по-видимому, ответствен­ны за ранние клинические проявления ишемии, развиваются более тяже­лые, обусловленные отеком мозга, накоплением в мозге молочной кис­лоты, свободных жирных кислот, образованием свободных радикалов, увеличением внеклеточного калия, поступлением в клетку избыточного количества ионов натрия и кальция, образованием оксида азота (N0).

Особую роль в ишемическом повреждении мозга играют возбужда­ющие дикарбоновые аминокислоты (глутаминовая, аспарагиновая), кон­центрация которых в мозге резко возрастает уже в самом начале ише­мии. Аминокислоты взаимодействуют с соответствующими рецепторами на мембране нейронов, что сопровождается увеличением проницаемос­ти цитоплазматической мембраны для ионов натрия и кальция. Неконт­ролируемое увеличение концентрации глутамата во внеклеточной среде мозга сопровождается интенсивной активацией соответствующих рецеп­торов, что приводит к избыточному поступлению натрия внутрь нейро­нов, набуханию и осмотическому лизису нейронов. Избыточное поступ­ление в клетку Са⁺⁺ вызывает активацию фосфолипаз, в частности фосфолипазы А2, что в свою очередь приводит к высвобождению сво­бодной арахидоновой кислоты из фосфолипидов клеточных мембран.

Дальнейшие ферментативные превращения арахидоновой кислоты спо­собствуют образованию свободных радикалов и активации перекисного окисления липидов, что может вызвать необратимое повреждение и смерть клетки. Известно также, что свободные радикалы стимулируют высвобождение нейронами возбуждающих аминокислот, поддерживая таким образом их высокую концентрацию в очаге повреждения.

Увеличение концентрации внутриклеточного кальция приводит к активации протеаз, фосфолипаз и эндонуклеаз. Протеазы разрушают белки, образующие внутренний скелет клетки, эндонуклеазы вызывают фрагментацию ДНК. Убедительные доказательства существенной роли ионов кальция в механизмах ишемического повреждения мозга дают ре­зультаты применения блокаторов кальциевых каналов, которые задержи­вают повреждение мозга при ишемии.

Увеличение концентрации внеклеточного калия вызывает деполя­ризацию мембраны нейронов, что может проявиться развитием судорог; приводит к набуханию клеток астроглии, усугубляющему нарушение моз­гового кровотока. Нарушение микроциркуляции при ишемии усиливают накапливающиеся в мозге вазоактивные продукты превращения арахи­доновой кислоты — простагландины и лейкотриены.

Повреждение мозга при гипогликемии. В нормальных условиях весь потребляемый мозгом кислород расходуется на окисление глюко­зы. Запасы глюкозы и гликогена в мозге минимальны. Поэтому содержа­ние глюкозы в клетках мозга постоянно зависит от его содержания в кро­ви. При снижении концентрации глюкозы в крови до 2,2—1,7 ммоль/л нарушаются функции сначала коры, а затем ствола мозга. Клинически это выражается в появлении головной боли, раздражительности, сонливос­ти, расстройств координации движений и других неврологических симп­томов. В тяжелых случаях возможно развитие судорог и комы. Длитель­ная гипогликемия вызывает необратимые повреждения нервной системы.

Диффузное повреждение мозга, сходное с ишемическим, возника­ет при гипертермии — повышении температуры тела выше 41,2 ^СС. Они обусловлены нарушениями гемодинамики при одновременном увеличе­нии интенсивности метаболизма мозга. Нарушается сознание, возника­ют бред, судороги.

Нарушение деятельности нервной системы диффузного характера возникает также при гипотермии — понижении температуры тела ниже 35 °С. Эти нарушения обусловлены снижением интенсивности метаболиз­ма мозга.

Нарушение кислотно-основного баланса (КОБ) и функции моз­га. Концентрация ионов водорода внутри мозга и в цереброспинальной жидкости относительно не зависит от рН крови и удерживается на посто­янном уровне при колебаниях рН крови от 6,8 до 7,6 в связи с метаболи­ческим ацидозом или алкалозом. Постоянство рН внутренней среды мозга определяется свойствами гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), клет­ки которого способны ограничивать поступление ионов водорода и би­карбоната (НС0₃~) из крови внутрь мозга, а также способностью этих кле­ток продуцировать и секретировать внутрь цереброспинальной жидкости ионы бикарбоната и ионы аммония. Существенные нарушения деятель­ности нервной системы возникают, однако, при тех нарушениях КОБ, ко­торые связаны с изменениями парциального напряжения С0₂ в крови — респираторном ацидозе или респираторном алкалозе, — поскольку ГЭБ не является барьером для С0₂. Повышение парциального напряжения С0₂ в крови оказывает угнетающее и анестезирующие действие, что может быть связано со снижением содержания в мозге возбуждающих амино­кислот (аспартат, глутамат) и увеличением содержания тормозящих ами­нокислот (у-аминомасляная кислота). Умеренный респираторный алкалоз вызывает парестезию, головную боль. Более сильный алкалоз (рН 7,52— 7,65), особенно в комбинации с гипоксией, — точечные кровоизлияния в мозг, судороги, кому и смерть.

К механизмам компенсации при респираторном алкалозе следует отнести снижение содержания НС0₃~ в цереброспинальной жидкости, уве­личение содержания в ней лактата, пирувата.

Изменения электролитного состава крови. К сравнительно час­тым нарушениям электролитного состава крови относят гипер- и гипо- натриемию. Их наиболее опасными последствиями являются неконтро­лируемые изменения объема мозга.

Гипернатриемия вызывает дегидратацию нервных клеток, вызван­ную перемещением воды из клеток во внеклеточное гиперосмоляльное пространство. Неврологические симптомы — беспокойство, раздражи­тельность, спутанность сознания — возникают тогда, когда уровень на­трия в крови превышает 150 мэкв/л. Увеличение натрия до 180 мэкв/л вызывает судороги, кому и может привести к смерти.

Мозг обладает рядом специальных механизмов компенсации гипер- осмоляльности внеклеточной жидкости, к числу которых относится уси­ленное поглощение клетками мозга неорганических ионов натрия, калия, хлора, также как и синтез ими органических осмотически активных веществ — глутамата, глутамина, мочевины, таурина, инозитола и дру­гих, называемых «идиогенными осмолями». Действие этих механизмов задерживает потерю воды клетками, препятствует изменениям объема мозга.

Гипонатриемия вызывает повреждение нервных клеток, в основе которого лежат отек мозга, связанное с ним повышение внутричерепного давления и нарушения мозгового кровотока. К специальным механизмам компенсации относится быстрая потеря клетками мозга натрия, хлора и калия. Позже, в особенности при хронических гипоосмотических состоя­ниях, потеря органических осмолей: глутамата, креатина, таурина, ино­зитола, глутамина и др. Неврологические расстройства обнаруживаются при снижении концентрации натрия в сыворотке до 120—125 мзкв/л. Бо­лее значительное уменьшение содержания натрия приводит к ступору, генерализованным судорогам и к коме.

Гипокальциемия. Содержание кальция в цереброспинальной жид­кости поддерживается на постоянном уровне (0,5—0,75 ммоль/л) неза­висимо от изменений содержания кальция в крови. Кальций выполняет ряд важных функций в нервной системе: стабилизирует мембрану ней­ронов, поддерживает избирательность мембранной проницаемости, ока­зывает влияние на возбудимость мембраны нервных клеток. Кальций уча­ствует также в высвобождении и обратном захвате нейропередатчиков, аксональном транспорте и других процессах. Изменения деятельности нервной системы при гипокальциемии возникают при снижении концен­трации ионов кальция в крови до 1,5—1,75 ммоль/л, что наблюдается при почечной недостаточности, гипопаратиреозе, недостатке витамина D. Гипокальциемия нарушает деятельность периферической и центральной нервной системы. К периферическим расстройствам относятся паресте­зии, повышенная возбудимость двигательных нервов; к центральным — высокая раздражительность, психозы, судороги, бред, ступор, а в неко­торых случаях — кома.

Гиперкальциемия. Увеличение содержания кальция в крови более 4,5 ммоль/л вызывает летаргию, спутанность сознания, ступор и кому, сравнительно редко — судороги.

Нарушение функций нервной системы является одним из ранних признаков почечной недостаточности. В патогенезе уремической эн­цефалопатии играют роль многие факторы, в том числе изменения кон­центрации ионов натрия, калия, кальция, хлора, водорода, фосфатов и изменения осмоляльности крови. Большое значение имеет увеличение содержания в крови органических кислот и фенолов, которые угнетают функции многих ферментов, участвующих в клеточном дыхании и мета­болизме аминокислот. Функции центральной нервной системы наруша­ются также в связи с увеличением содержания в крови паратгормона (вто­ричный гиперпаратиреоз при почечной недостаточности) и вызванным этим увеличением содержания кальция в мозге.

Недостаточность печени приводит к печеночной энцефалопатии: снижается интеллект, нарушается сознание, возникает кома. В патогене­зе печеночной энцефалопатии существенную роль играют образующие­ся в кишечнике токсичные вещества, которые в норме обезвреживаются в печени, а при печеночной недостаточности накапливаются в крови и мозге. К числу главных нейротоксинов относятся аммиак и ионы аммо­ния. Существует прямая зависимость между тяжестью энцефалопатии и содержанием аммиака в крови. Механизмы нейротоксического действия аммония не вполне ясны. Известно, что при нарушениях синтеза мочеви­ны в печени значительное количество аммиака нейтрализуется путем его соединения с а-кетоглутаровой кислотой, которая при этом превраща­ется в глутаминовую кислоту. Снижение концентрации а-кетоглутаровой кислоты — составного элемента циклатрикарбоновых кислот — уменьша­ет эффективность клеточного дыхания и запасы макроергических фос­фатов в клетках, включая нервные клетки. Другой механизм нейротоксич- ности аммиака состоит в том, что аммиак и ионы аммония деполяризуют клеточную мембрану, угнетают деятельность трансмембранного хлорно­го насоса, подавляют постсинаптическое торможение. Установлено так­же, что аммонийные тела изменяют обмен возбуждающих и тормозящих аминокислот в нервной системе.

Значительное патогенное действие на мозг оказывают также так называемые фальшивые (или ложные) нейромедиаторы — те образующи­еся в кишечнике вещества, которые, попадая в мозг, конкурируют там с истинными медиаторами, нарушая нормальное взаимодействие между нейронами. К числу фальшивых медиаторов относятся, в частности, ок- топамин и другие фенилэтаноламины — продукты превращения амино­кислоты тирозина.

Часть фальшивых нейромедиаторов образуется непосредственно в мозге. Это связано с тем, что недостаточность печени сопровождается увеличением содержания в крови ароматических аминокислот, в том чис­ле фенилаланина и тирозина. Проникая в мозг в избыточном количестве, эти аминокислоты стимулируют синтез октопамина и его предшествен­ника тирамина непосредственно в мозге, при этом синтез «нормальных катехоламинов» — дофамина и норадреналина — снижается. Увеличение концентрации в мозге другой ароматической аминокислоты — триптофа­на — стимулирует избыточный синтез серотонина, что также способствует нарушению функций мозга.