Также известная как черное вещество, черное ядро.

Латинское название: substantia nigra.

Уже из названия следует, что главной отличительной особенностью этого участка ствола головного мозга является его цвет. За темную окраску этого нейронного скопления отвечает пигмент меланин, а именно нейромеланин. За счёт равномерного окрашивания этот участок принимается зачастую, как целостный компонент, однако это не так. В черном веществе выделяют компактную часть и сетчатую часть.

Черная субстанция в головном мозге

В среднем мозге черная субстанция расположена вентральнее , в ножках мозга. Она заполняет их по всей высоте, а в поперечнике составляет его среднюю треть. Клетки компактного слоя расположены дорсально по отношению к клеткам, составляющим сетчатый слой.

Если говорить о волокнах, аксонах нервов, проходящих в черном веществе, необходимо рассматривать весь комплекс экстрапирамидной системы. Понять о взаимодействиях черного вещества, стриопаллидарной системы, ретикулярной формации становится проще, если помнить о процессах филогенеза и эволюции.

Эволюция

Не секрет, что в процессе филогенеза головной мозг «обрастал» нервными структурами, связями. Так вот, экстрапирамидная система – это древний мозг. Эта система иннервировала движения (которые были элементарными) наших далёких предков. В процессе эволюции сложнее становились и движения, и структура мозга.

Раньше для обслуживания движений было достаточно палеостриатума (самая первая экстрапирамидная система), в состав которого входили бледный шар, отдающий волокна через черную субстанцию и ретикулярную формацию в спинной мозг и далее по мышцам-мишеням.

Разрастаясь, головной мозг обрел такие структуры как хвостатое ядро и скорлупа – неостриатум. Если у многих млекопитающих эта система всё ещё способна поддерживать некоторые движения без задействия пирамидной системы (что доказано экспериментально), то у человека эта способность экстрапирамидной системы редуцирована.

Функции

В человеческом мозге черное вещество выполняет добавочную функцию, доводя наши движения до плавности, позволяя им быть более объемными, точными, позволяет нам статично пребывать в определенных позах, быстро их менять, что, например, позволяет нам выражать эмоции.

В конечном счете роль черной субстанции - регуляция экстрапирамидной системы, воздействие на нее изнутри благодаря волокнам, преимущественно проходящим через компактную часть.

Помимо этого без черной субстанции были бы невозможны такие важные функции как глотание, жевание и даже дыхание.

Тракты

Все волокна, проходящие через чёрное вещество можно поделить на две большие группы: афферентные и эфферентные.

Пути волокон, проходящих через чёрное вещество среднего мозга:

• Прямой путь. Начинается из коры больших полушарий, далее попадает и продолжает движение от полосатого тела к ретикулярной части черного вещества, после чего доходит до медиального бледного шара. Далее через таламус сигнал попадает в двигательную кору. Он образован ГАМКергическими волокнами и, как следствие, тормозящий.
• Непрямой путь. Кора головного мозга – полосатое тело (стриатум) – латеральный бледный шар – субталамическое ядро – ретикулярная часть черной субстанции – медиальный бледный шар – таламус – двигательная кора. При этом часть волокон от субталамическое ядра приходят в латеральный бледный шар. К субталамическому ядру стремятся ГАМКергические волокна, дальше же движутся глутаматергические и, следовательно, возбуждающие.
• Допаминергический путь. Основные волокна, проходящие через компактную часть черного вещества, соединяют между собой хвостатое ядро и скорлупу (полосатое тело). По этой причине путь также называют нигростриарным.

Прямой и непрямой пути вместе являются частью кортико-стриарно-паллидо-таламокортикального круга. Допаминергический путь в нём играет роль модулятора.

Поражения

Наибольшую клиническую значимость имеет дофаминергический путь компактной части черного вещества. Патология этой части ствола (нарушение выработки дофамина, появление в синапсах телец Леви) ведет к нарушению взаимосвязи между участками стриопаллидарной системы и появлению такого симптомокомплекса, как паркинсонизм. Клиническая картина представлена триадой симптомов.

Научных синонимов у этого состояния, характерного для болезни Паркинсона множество. Вот некоторые синдромы: акинетико-ригидный, амиостатический, гипокинетически-гипертонический, паллидонигральный.

Триада симптомов:

• акинез, гипокинез - проявляется замедленными движениями, ограниченными по объему. Полностью патогенез конкретного симптома остаётся неясным.
• ригидность - снижение тонуса мышц
• тремор - антагонистический тремор усиливается в покое, ослабевает при целенаправленных движениях.

Catad_tema Функциональные и лабораторные методы диагностики - статьи

Catad_tema Паркинсонизм - статьи

Транскраниальное ультразвуковое сканирование мозга при болезни Паркинсона

А.О. Чечеткин
Chechetkin A.О.

Научно-исследовательский институт неврологии РАМН, Москва
Research Institute of Neurology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow

В обзоре дана оценка возможностей транскраниального ультразвукового сканирования (ТКУС) в выявлении структурных изменений головного мозга при болезни Паркинсона (БП). Показано, что у большинства больных БП выявляют повышение эхогенности ткани мозга в области черной субстанции (ЧС), а также расширение третьего желудочка. Однако наличие гиперэхогенного ультразвукового сигнала от области ЧС и размер его площади не являются специфическими признаками заболевания, так как схожие изменения выявлены и у лиц без клинических признаков БП. Роль ТКУС в диагностике БП остается неясной. Проведение дальнейших исследований с верификацией полученных ультразвуковых данных с помощью позитронно-эмиссионной томографии, возможно, поможет решить эту задачу.

The potentialities of transcranial ultrasound scanning (TCUS) in identification of structural changes of the brain in patients presenting with Parkinson"s disease (PD) are reviewed. It is demonstrated that the majority of PD patients show an increase of brain tissue echogenicity in the area of substantia nigra (SN) and an enlargement of the third ventricle. However, the presence of the hyperechogenic ultrasound signal from the SN region and the size of its area are not specific signs of the disease because the similar changes were also revealed in persons without the clinical evidence of PD. The role of TCUS in the diagnosis of PD remains unclear. Further studies including verification of the ultrasound data by positron emission tomography are likely to be of help in solving this problem. ("Визуализация в клинике". 2000, 17. 45-48)

Ключевые слова: болезнь Паркинсона, транскраниальное ультразвуковое сканирование, черная субстанция.

Key words: Parkinson"s disease, transcranial ultrasound scanning, substantia nigra.

Болезнь Паркинсона (БП) - хроническое прогрессирующее заболевание, проявляющееся акинетико-ригидным синдромом и тремором, которое манифестирует чаще всего в возрасте 55-60 лет. Морфологическими исследованиями показано, что при БП происходят дегенеративные изменения нигростриарного дофаминэргического пути, главным образом, в области компактной зоны черной субстанции и серого пятна, заключающиеся в уменьшении количества пигментных нейронов и разрастании глиальных элементов .

Диагностика болезни Паркинсона (БП) может представлять определенные трудности, особенно в дебюте заболевания. Для ее распознавания из визуализирующих методов исследования используют магнитно-резонансную томографию (МРТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). МРТ головного мозга позволяет выявлять только неспецифические и едва уловимые изменения . Более точные сведения о нигростриарной системе позволяет получать ПЭТ, которая способствует ранней диагностике БП даже в доклинической стадии . Однако понятно, что такой дорогостоящий вид исследования не может быть использован как рутинный диагностический метод.

В последние годы возросла роль транскраниального ультразвукового дуплексного сканирования в диагностике церебральных заболеваний, которое позволяет визуализировать сосудистую систему и вещество головного мозга. Данные об использовании транскраниального ультразвукового сканирования (ТКУС) вещества мозга у больных БП немногочисленны и неоднозначны.

В 1995 г. Becker G. et аl. впервые выполнили ТКУС мозга у больных БП. Поскольку этот метод позволяет визуализировать ткани головного мозга в зависимости от их эхогенности, авторы поставили перед собой задачу выяснить, можно ли с его помощью выявлять структурные изменения мозга при БП. Для этого они оценивали состояние области предполагаемого анатомического расположения черной субстанции (ЧС) на уровне ножек среднего мозга, проводя исследование через височное ультразвуковое окно. Авторы считали, что в норме ультразвуковой сигнал от ЧС идентичен эхогенности прилежащей ткани мозга.

При исследовании 30 больных БП и 30 лиц без клинических проявлений этого заболевания они получили следующие данные: у 17 больных и у 2 лиц контрольной группы было выявлено гомогенное повышение эхогенности ткани мозга в области ЧС. Следует отметить, что у 5 больных и двух лиц контрольной группы эти изменения определялись с трудом. Анализ полученных данных показал, что у больных с четкой гиперэхогенной зоной в области ЧС (12 пациентов, т.е. 40% от числа всех больных) клиническая симптоматика была более выражена, а доза антипаркинсонических препаратов оказалась выше, чем у больных с изоэхогенной ЧС (18 больных). Авторы предположили, что повышение эхогенности в области ЧС, по-видимому, обусловлено относительным увеличением глиальных клеток в сочетании с микроструктурными изменениями клеточной архитектоники, о чем сообщали Bogerts В. et аl. .

Существует гипотеза, что при БП в ЧС, происходит накопление различных микроэлементов, в частности железа . Berg D. et аl. предположили, что увеличение концентрации железа в ЧС может лежать в основе эффекта повышенной эхогенности ультразвукового сигнала от данной области. Для подтверждения этой гипотезы была выполнена экспериментальная работа, в которой крысам стереотаксическим методом вводили соли различных металлов - железа, цинка и ферритина - непосредственно в ЧС. При ультразвуковом сканировании области ЧС повышение эхогенности было обнаружено только у тех крыс, которым были введены соли железа.

В работах В. Лелюка с соавт. , опубликованных позднее, при исследовании 39 и 111 больных БП повышение эхогенности в области ЧС было выявлено абсолютно у всех. Площадь гиперэхогенных зон в области ЧС в одной работе варьировала от 0,019 до 0,54 см2 (в среднем 0,26+/-0,13 см2) справа и от 0,066 до 0,585 см2 (в среднем 0,27+/-0,14 см2) слева, а в другой - от 0,011 до 0,62 см2 (в среднем 0,31+/-0,17 см2) справа и от 0,06 до 0,71 см2 (в среднем 0,32+/-0,15 см2) слева. Таким образом, средние значения площади гиперэхогенной зоны были примерно равны в двух исследованиях и существенных межсторонних различий не наблюдалось. Следует отметить, что ни у одного из практически здоровых лиц (51 человек в двух работах) изменений эхогенности в области ЧС авторам выявить не удалось.

Сопоставление длительности заболевания с наличием выявленной зоны повышенной эхогенности в области ЧС дало противоречивые результаты. Becker G. et аl. обнаружили гиперэхогенную зону в области ЧС примерно у половины больных БП и только при длительном течении заболевания (в среднем 14,6+/-4,5 лет), когда клинический диагноз уже не вызывал сомнения; в то же время у больных с изоэхогенной ЧС продолжительность заболевания составляла в среднем 6,5+/-4,2 года. В. Лелюк с соавт. наблюдали такие изменения абсолютно у всех больных независимо от длительности заболевания с момента появления первых симптомов.

Результаты измерения третьего желудочка свидетельствуют о его расширении у больных БП по сравнению с соответствующими данными в контрольных группах. Так, в работе Becker G. et аl. и В. Лелюка с соавт. размеры третьего желудочка у больных БП составляли в среднем 8,6+/-2,3 мм и 6,3+/-1,2 мм против 7,4+/-2,2 мм и 2,6+/-1,2 мм в контрольных группах соответственно. Авторы объясняют это атрофическими изменениями головного мозга у больных БП, описанными Schneider Е. et аl. .

Как указывалось выше, Becker G. et аl. обнаружили гиперэхогенный сигнал у 2 лиц контрольной группы. Эти находки навели Berg D. et аl. на мысль о проведении скринингового исследования эхогенности в области предполагаемого анатомического расположения ЧС у лиц без клинических проявлений БП. Они исследовали 301 человека (146 мужчин и 155 женщин) в возрасте до 79 лет (средний возраст около 30 лет). В число исследованных вошли здоровые добровольцы (студенты и сотрудники госпиталя), а также пациенты, страдающие грыжами межпозвоночного диска и невоспалительной миопатией. Поскольку сигнал эхогенности (яркости) в В-режиме не является количественным параметром, котур видимых гиперэхогенных изменений в области ЧС обводили, а затем определяли полученную площадь. Исследования выполнялись двумя независимыми специалистами. Полученные ими данные о зоне повышенной эхогенности в области ЧС суммировали, определяли средние значения и использовали их для дальнейшего анализа. В среднем площадь гиперэхогенного сигнала с одной или с обеих сторон у исследованных лиц составляла 0,11 см2 при этом наблюдалась четкая закономерность повышения полученных значений с возрастом. Была выделена группа из 26 человек (16 мужчин и 10 женщин) с более широкой зоной гиперэхогенного сигнала, площадь которой с одной или с обеих сторон превышала 0,25 см2. Численность этой группы составила 8,6% от числа включенных в исследование лиц. Площадь гиперэхогеиного сигнала справа и слева была равна у них в среднем 0,32 см2. Для более детального исследования отобрали по 10 человек, сопоставимых по полу и возрасту, из обследованных с площадью гиперэхогенного сигнала менее 0,2 см2 (первая группа) и из пациентов с площадью, превышающей 0,25 см2 (вторая группа). У них было проведено исследование двигательных функций (использование доски со штифтами и серия тестов с применением печатной машинки), когнитивных функций (стандартизированный психометрический тест) и МРТ. ПЭТ выполнили только у лиц второй группы, и для сравнения полученных данных отобрали 10 человек из числа ранее обследованных в клинике больных без БП, которым вводили -dopa. Были получены следующие результаты: 1) тесты по оценке двигательных функций не показали статистически значимых различий между двумя группами; 2) при оценке когнитивных функций выявлены значительные различия только в плавности речи, которая была хуже во второй группе; 3) относительные интенсивности сигналов от ЧС при МРТ были повышены у лиц второй группы; 4) обнаруженные при ПЭТ соотношения активности внутривенно введенной -dopa в базальных ганглиях во второй группе были значительно ниже, чем в группе лиц, взятых для сравнения. Несмотря на полученную корреляцию данных ультразвукового исследования, МРТ и ПЭТ, природа гиперэхогенного сигнала от области ЧС осталась для авторов неясной. Ими высказано предположение, что у лиц второй группы нигростриарная система более уязвима по отношению к различным патогенетическим факторам (экзо- и эндотоксинам), под воздействием которых может произойти нейрональная дегенерация ЧС, о чем сообщали другие авторы . На наш взгляд, это высказывание является гипотетическим, так как подтвердить происходящие изменения в области ЧС могут только патоморфологические, гистохимические и электронно-микроскопические исследования.

Любопытные результаты получены при сопоставлении площади гиперэхогенной зоны в области ЧС у больных БП и у лиц без клинических симптомов этого заболевания. Так, в работе В. Лелюка с соавт. у больных БП она была практически равна площади гиперэхогенной зоны той же области у лиц без клинических признаков БП, найденной Berg D. et аl. , и составляла примерно 0,32 см2. Эти находки позволяют считать, что получение сигнала повышенной эхогенности и размер его площади не являются специфическими признаками БП.

В работе Berg D. et аl. показано, что гиперэхогенный сигнал площадью более 0,25 см2 в области ЧС встречался у 8,6% от общего числа исследованных. Однако эти результаты существенно превышают данные о частоте встречаемости БП в популяции, которая, по данным Golbe L. , составляет 0,1%, а по данным других авторов , колеблется от 60 до 140 случаев на 100000 населения, что составляет соответственно 0,06 и 0,14%.

Исходя из изложенного выше, можно отметить, что у больных БП методом ТКУС в большинстве случаев выявляются повышение эхогенности ткани мозга в области предполагаемого анатомического расположения ЧС и расширение третьего желудочка по сравнению с контрольной группой. Однако данные о частоте обнаруженных изменений в области ЧС у больных БП, а также о связи между длительностью заболевания и их наличием противоречивы. Кроме того, в работах, где больным БП было проведено ТКУС, для верификации полученных данных не была произведена ПЭТ, которая, в отличие от МРТ, в настоящий момент является наиболее информативной методикой в диагностике этого заболевания.

Наличие зоны повышенной эхогенности в области ЧС при ТКУС не является специфическим признаком для БП, поскольку она обнаруживается не у всех больных БП и такие же изменения находят и у лиц без клинических проявлений этого заболевания. Размер площади гиперэхогенного ультразвукового сигнала также не может служить диагностическим критерием, так как у больных БП, как показано выше, он был практически идентичен размеру исследуемой зоны у лиц без БП.

Следует отметить, что визуализация структур головного мозга при ультразвуковом исследовании в В-режиме в значительной степени зависит от ультразвукового окна, а оценка видимых изменений весьма субъективна (особенно в отношении измеряемой площади), так как сигнал эхогенности (яркости) не является количественным параметром.

Таким образом, роль ТКУС в диагностике БП остается неясной. Проведение дальнейших исследований с верификацией полученных ультразвуковых данных с помощью ПЭТ, возможно, поможет решить эту задачу.

Литература

1. Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. Ультразвуковая ангиология. М., Реальное время, 1999, с. 223-224.
2. Мельничук П.В. Болезни нервной системы. М., Медицина, 1982, т. 2, с. 107-115.
3. Шмидт Е.В., Верещагин H.В. Справочник по неврологии. М., Медицина, 1989, с. 259-263.
4. Antonini A., Leenders К., Meier D. et. аl. T2 relaxation time in patients with Parkinson"s disease. Neurology, 1993, 43: 697-700.
5. Becker G., Seufert U., Bogdahn М. et аl. Degeneration of sub.stantia nigra in chronic Parkinson"s disease visualized by transcranial color-coded real-time sonography Neurology, 1995, 45: 182-184.
6. Berg D., Becker G., Zeiler B. et аl. Vulnerability of nigrostrial system as detected by transcranial ultrasound. Neurology, 1999, 5: 1026-1031.
7. Berg D., Cirote С., Rausch W. et аl. Iron accumulation in the substantia nigra in rats visualized by ultrasound. Ultrasound Med. Biol, 1999, 25: 901-904.
8. Bogerts В., Hantsch J., Herzer M. A morphometric study of the dopamine-containing cell groups in the mesencephalon of normal, Parkinson"s patients and schizophrenics. Biol. Pschiatry, 1983, 18: 951-969.
9. Calne D., Snow В. PET imaging in parkinsonism. Adv. Neurol., 1993, 60: 484-487.
10. Dexter-D., Wells F., Lees A. et аl. Increased nigral iron content and alterations in other metal ions occurring in brain in Parkinson"s disease. J. Neurochem., 1989, 52: 1830-1836.
11. Duguid J., DC La Paz R., DeGroot J. Magnetic resonance imaging of the midbrain in Parkinson"s disease. Ann. Neurol., 1986, 20; 744-747.
12. Golbe L. The genetics of Parkinson"s discase: a reconsideration. Neurology, 1990, 40: 7-14.
13. Innins К., Seibyl J., Scanley В. Single photon emission computed tomographic imaging demonstrating loss of striatal dopamine transporters in Parkinson"s disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, 90: 11965-11969.
14. Irwin I., Langston J. Endogenuos toxins as potential etiologic agents in Parkinson"s disease. In: Ellenberg J., Koller W., Langston J. eds. Etiology of Parkinson"s disease. New York, Marcel Dekker, 1995, p. 153-202.
15. Leenders К., Salmon К., Tyrrell P. et аl. The nigrostriatal dopaminergic system assessed in vivo by positron emission tomography in healthy volunteer subjects and patients with Parkinson"s disease. Ach. Neurol., 1990, 47: 1290-1298.
16. Leliuk V., Polishuk V., Leiiuk S. Diagnostic possibilities of duplex scanning for the evaluation of patients with Parkinson"s disease. Cerebrovascular Disease, 1999, 9(S2): 22.
17. Morrish P., Salwe G., Brooks D. An -dopa PET and clinical study of the rate of progression in Parkinson"s disease. Brain, 1996, 119: 585-591.
18. Olanow С. Magnetic resonance imaging in parkinsonism. Neurol. Clin., 1992, 10: 405-420.
19. Sawie G. The detection of preclinical Parkinson"s disease: what is the role of positron emission tomography? Mov. Disord., 1993, 8: 271-277.
20. Schneider E., Becker H., Fischer P. et al. The course of brain atrophy in Parkinson"s disease. Arch. Psychiatr. Nervenkr., 1979, 227: 89-95.
21. Shinotoh H., Hirayama К., Tateno Y. Dopamine D1 and D2 receptors in Parkinson"s disease and striatonegral degeneration determined by PET Adv. Neurol., 1993, 60: 488-493.
22. Sofic E., Riederer P., Heinsen H. et al. Increased iron (III) and total content in postmortem substantia nigra of parkinsonian brain. J. Neural. Transm., 1988, 74: 199-205.
23. Spenser P., Butterfield P. Environmental agents and Parkinson"s disease. In: Ellenberg J., Koller W., Langston J. eds. Etiology of Parkinson"s disease. New York, Marcel Dekker, 1995, p. 319-366.
24. Ye E, Alien P., Martin W. Basal ganglia iron content in Parkinson"s disease measured with magnetic resonance. Mov. Disord., 1996, 11: 243-249.

Неделю назад мы начали два больших цикла материалов, которые призваны рассказать о том, как устроен мозг и как он работает. Это проекты «Как устроен мозг?» — об отделах, тканях и клетках головного мозга и, совместно с Институтом биоорганической химии РАН имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова, «Нейромолекулы» — о тех веществах, которые всеми этими тканями и клетками управляют. На той неделе мы начали статьями про белое вещество и про лекарство-нейрояд ботулотоксин . Сегодня мы предлагаем вам рассказ о хоть и чёрном, но незаменимом веществе (или субстанции) нашего мозга.

Чёрная субстанция (или Substantia nigra) занимает не так много места, как белое вещество, о котором мы писали на прошлой неделе. Она находится в среднем мозге — одной из древнейших структур в центре головного мозга. А именно, спрятана под четырьмя его холмиками. Если уж быть точными совсем, то у каждого из нас две Substantia nigra — слева и справа.

Средний мозг. Анимация от Life Science Databases(LSDB).

Поперечное сечение среднего мозга на уровне четверохолмия. Чёрная субстанция показана угадайте каким цветом.

Несмотря на то, что в Substantia nigra , как и в сером веществе, находятся тела нейронов, она значительно темнее за счет своей «окраски» нейромеланином (к слову, другая форма этого пигмента — меланин — придает цвет нашим глазам, коже и волосам).

Мономер нейромеланина

Всего в чёрной субстанции выделяют два слоя: компактный слой (pars compacta ) и вентральный (pars reticulata ). Тут нужно пояснить слово «вентральный». Медики используют два пространственных антонима: вентральный и дорсальный. «Вентральный» означает «брюшной». Это совсем не значит, что вентральный слой черного вещества находится в желудке. Он просто в теле находится более «спереди». «Вентральный» — это передний, «дорсальный» — задний (спинной).

Если же говорить о функционале слоев, то компактный в каком-то смысле похож на процессор компьютера - он обрабатывает информацию и передает ее в таламус и четверохолмие среднего мозга, а вентральный — обеспечивает производство нейромедиатора дофамина. Слои располагаются вертикально, pars compacta расположен ближе к оси тела, чем pars reticulata .

Дофамин

Благодаря чёрному веществу мы можем двигать глазами, выполнять мелкие и точные движения, в частности, пальцев, жевать и глотать. А наш организм может осуществлять дыхание, сердечную деятельность, держать в тонусе кровеносные сосуды.

Нарушения работы чёрной субстанции приводят к разным заболеваниям. Есть гипотеза о том, что именно в нём кроется тайна шизофрении. А болезнь Паркинсона, о которой мы часто пишем на портале, вызвана именно нарушением производства дофамина в чёрной субстанции: она вызывает там гибель нейронов.

Гистология черного тела пациента с болезнью Паркинсона

Исследователи даже нашли нейротоксин МФТП (1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин), который точно так же, как и болезнь Паркинсона, разрушает дофаминовые нейроны, и теперь активно используют его на мышах для моделирования болезни и поиске способов её лечения.

МТФП

А совсем недавно мы уже писали о возможном спасении от болезни Паркинсона пересадкой нервных клеток, снабжающих чёрное вещество дофамином. И о том, что такие нервные клетки можно вырастить из собственных клеток кожи пациента.

Слева —клетки кожи (фибробласты), справа — выращенные из них нейроны

Ну а в среду читайте на нашем портале материал про главный «продукт » чёрного тела: дофамин. Про него напишут сотрудники Института биоорганической химии РАН.

Анастасия Шешукова

Патологические изменения затрагивают черную субстанцию (substantia nigra) среднего мозга.

Морфология

МР-признаки (Т2, Т2-градиентное–эхо):

• исчезновение нормального пониженного сигнала от ретикулярной части черной субстанции и красных ядер за счет гибели меланинсодержащих нейронов;
• слияние в норме гипоинтенсивных в этих режимах зон за счет депонирования железа в компактной и ретикулярной частях черной субстанции, а также красных ядрах, сопровождающиеся слабым повышением МРС на Т1.

При прицельном исследовании среднего мозга по Т1 и Т2 (с уменьшением FOV), особенно Т1-градиентое-эхо, эти изменения выявляются лучше. Могут появляться точечные участки повышенного сигнала в режиме Т2 в компактной части черной субстанции.

MPT в аксиальной проекции (режим Т2) на уровне среднего мозга в норме (а) и при болезни Паркинсона (б,в). а - в норме определяется пониженный сигнал от ретикулярной части черной субстанции (длинная тонкая стрелка)и красного ядра (толстая стрелка), слабо гиперинтенсивный сигнал от компактной части ретикулярной формации, разделяющий их (тонкая короткая стрелка). При болезни Паркинсона отмечается гибель меланинсодержащих нейромов ретикулярной части черной субстанции и красного ядра с повышением сигнала от них и сглаживание границ между указанными тремя образованиями (б), либо накопление железа в среднем мозге с понижением сигнала от всех трех указанных образований со слиянием их в одну зону гипоинтенсивного сигнала в режиме Т2 (в).

Дифференциальный диагноз

• болезнь Вильсона,
• хронические гепатиты,
• интоксикация марганца - измененный МР-сигнал захватывает большие регионы – подкорковые ядра (скорлупа, хвостатое ядро). При этом явления демиелинизации вовлекают в процесс стрионигральные проводящие пути.

Клиническая картина

Триада симптомов: тремор покоя, мышечная ригидность, гипокинезия.

Патогенез

Дегенерация и гибель дофаминэргических пигментированных (меланинсодержащих) нейронов, глиоз этих ядерных групп, атрофия прилежащих частей покрышки среднего мозга, вторичная дегенерация дофаминэргических и норадреналинэргических путей, связывающих указанные ядра с корой больших полушарий. В черной субстанции определяется депонирование ионов железа в высоких концентрациях.

Черная субстанция (SN ) представляет собой базальные ганглии структура расположен в мозге , который играет важную роль в награде и движении . Черная субстанция является латынь для «черного вещества», что отражает тот факт, что части черной субстанции появляются темнее, чем в соседних районах, в связи с высоким уровнем нейромеланина в дофаминергических нейронах . Он был обнаружен в 1784 году Вик-д"Азир и Самуэль Томас Зёммеринг ссылались на эту структуру в 1791 Болезнь Паркинсона характеризуется потерей дофаминергических нейронов в черной субстанции Парс компактов .

Хотя черная субстанция появляется в виде непрерывной полосы в срезах мозга, анатомические исследования показали, что это на самом деле состоит из двух частей с очень различными соединениями и функцией: Парс компактами (SNPC) и Парс геисиЫа (SNpr). Эта классификация была впервые предложена в 1910 году Sano Рагз компакты служит в основном в качестве выходного сигнала к базовой цепи ганглиев, подача полосатого тела с дофамин. Рагз геисиЫо, хотя, служит в основном в качестве входных данных, передавая сигналы от базальных ганглиев на множество других структур головного мозга.

Состав

Схема основных компонентов базальных ганглиев и их взаимосвязь

Pars геисиЫа

Рагз геисиЫо имеет сильное структурное и функциональное сходство с внутренней частью бледного шара. Два иногда считаются частью одной и той же структуры, разделенные белого вещества внутренней капсулы. Как и у бледного шара, нейроны в Парс геисиЫа в основном ГАМК .

Афферентные связи

Основной вклад в SNpr происходит от стриатума . Он поставляется по двум маршрутам, известных как прямые и косвенные пути . Прямой путь состоит из аксонов из колючих клеток среднего в стриатуме, которые проецируют непосредственно Парс геисиЫа. Непрямой путь состоит из трех звеньев: проекция из полосатых среды шиповатых клеток к внешней части бледного шара ; ГАМКергическая проекция из бледного шара к гипоталамическому ядру и глутаматергическая проекция из субталамического ядра в геисиЫа Парса. Таким образом, активность в полосатом теле с помощью прямого пути оказывает ингибирующее действие на нейронах в (SNpr) , но возбуждающий эффект с помощью косвенного пути. Прямые и косвенные пути происходят из разных подмножеств стриатальных медиальных шиповатых клеток: они плотно переплетены, но выражают различные типы дофаминовых рецепторов, а также показывает другие нейрохимические различия.

Эфферентные связи

Значительные проекции происходят в таламус (вентральные боковые и передние вентральные ядра), двухолмия и других каудальных ядер от геисиЫа Парс (The nigrothalamic путь), которые используют ГАМК как их нейротрансмиттера. Кроме того, эти нейроны образуют до пяти коллатералей, что филиал в обоих рагз компактов и Парс геисиЫа, вероятно, модулирующих активность дофаминергической в ​​Парс компактов.

функция

Черная субстанция является важным игроком в функции мозга, в частности, в движении глаз , планировании двигателя , награды ищущих , обучение и наркомании . Многие из эффектов черной субстанции в опосредуется через стриатуме . Черная субстанция дофаминергический вводится в стриатум через нигростриарный путь тесно связан с функцией стриатума в. Со-зависимость между стриатумом и черной субстанцией можно увидеть следующим образом: при черной субстанции электрический стимулированное, не происходит никакого движения; однако, симптомы нигральной дегенерации в связи с болезнью Паркинсона является горьким примером влияния черной субстанции на движении. В дополнении к стриатуму-опосредованным функциям, черная субстанция также служит в качестве основного источника ГАМКергического торможения в различные мишени головного мозга.

Pars геисиЫа

Парс компактов

Наиболее видным функция Парс компактов управления двигателем , хотя роль черной субстанции в управлении двигателем является косвенной; электрическая стимуляция черной субстанции не приводит к движению, из - за посредничество стриатума в нигральных влияния движения. Рагз компакты посылает возбуждающий вход к стриатуме через D1 путь, который возбуждает и активизирует стриатума, в результате высвобождения ГАМК на бледного шара, чтобы ингибировать его ингибирующее действие на ядра таламуса. Это приводит к тому, что таламокортикальные путям возбуждаться и передает сигналы двигательных нейронов в коре головного мозга, чтобы позволить инициирование движения, который отсутствует при болезни Паркинсона. Однако отсутствие Парс компактов нейронов имеет большое влияние на движение, о чем свидетельствуют симптомы болезни Паркинсона. Двигатель роль Парс компактов может включать в себя точный контроль двигателя, как это было подтверждено в моделях животных с поражением в этой области.

Рагз компакты активно участвуют в рефлексах на раздражители. У приматов, дофаминергические нейроны повышается активность в нигростриатном пути, когда новый стимул представлен. Дофаминергическая активность снижается при повторной презентации стимула. Тем не менее, поведенчески значимый стимул презентации (то есть награды) продолжает активировать дофаминергических нейронов в черной субстанции Парс компактов. Допаминергические проекции из вентральной области покрышки (нижняя часть «среднего мозга» или средний мозг) к префронтальной коры (мезокортикальных пути) и в прилежащем ядре (мезолимбическом пути - «мезо» со ссылкой на «из мезенцефалона» ... в частности, вентральная область покрышки) вовлекаются в награду, удовольствие и аддиктивного поведения. Парс компакты также имеет важное значение в пространственном обучении, наблюдение о своей окружающей среде и местоположении в пространстве. Поражения в Парс компактов приводят к обучению дефициты в повторении одинаковых движений, а некоторые исследования указывают на его причастность к спинной полосатого-зависимого отклика системы на основе памяти, которая функционирует относительно независимо от гиппокампа , который традиционно считается содействовать пространственной или эпизодическое -как памяти функции.

Рагз компакты также играет определенную роль в временных обработках и активируются во время воспроизведения времени. Поражения в Парс компактах приводят к временному дефициту. В последнее время, Рагз компакты подозревался в регуляции цикла сон-бодрствование, что согласуется с такими симптомами, как бессонница и парадоксального сна нарушений, о которых сообщается у пациентов с болезнью Паркинсона . Тем не менее, частичный дефицит дофамина, которые не влияют на управление двигателем может привести к нарушению цикла сна и бодрствования, особенно REM-подобные паттерны нейронной активности во время бодрствования, особенно в гиппокампе .

Клиническое значение

Черной субстанции имеет решающее значение в развитии многих заболеваний и синдромов, в том числе паркинсонизм и болезнь Паркинсона .

болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона является нейродегенеративным заболеванием , характеризуется, в частности, в связи со смертью дофаминергических нейронов в SNPC. Основные симптомы болезни Паркинсона включают тремор , акинезию , брадикинезию и жесткость. Другие симптомы включают нарушения в осанку, усталость , нарушения сна , и подавленное настроение .

Причина смерти дофаминергических нейронов в SNPC неизвестно. Тем не менее, некоторые вклады в особую чувствительность дофаминергических нейронов в Парс компактов были идентифицированы. С одной стороны, дофаминергические нейроны показывают отклонения в митохондриальном комплексе 1 , вызывая агрегацию альфа-синуклеин ; это может привести к некорректному обращению белка и смерти нейронов. Во- вторых, дофаминергические нейроны в Рагз компакты содержат меньше кальбиндин , чем другие дофаминергических нейронов. Кальбиндин представляет собой белок участвует в кальция транспорта ионов внутри клеток, а избыток кальция в клетках является токсичным. Кальбиндин теория объясняет высокую цитотоксичность Паркинсона в черной субстанции по сравнению с вентральной области покрышки. Независимо от причины гибели нейронов, пластичность Парс компактов очень надежна; Паркинсонизма симптомы не появляются до тех пор, вплоть до 50-80% Парс компактов дофаминергических нейронов не умер. Большая часть этой пластичности происходит на уровне нейрохимических; допамин транспортных системы замедляются, позволяя допамин задерживаться в течение более длительных периодов времени в химических синапсах в стриатуме.

Menke, Jbabdi, Миллер, Matthews и Заря (2010) использовали тензор диффузии, а также отображение T1 для оценки объемных различий в SNPC и SNpr, у участников с болезнью Паркинсона по сравнению со здоровыми лицами. Эти исследователи обнаружили, что участники с болезнью Паркинсона последовательно имели меньшую черную субстанцию, в частности, в SNpr. Поскольку SNpr подключен к заднему таламуса, вентральной таламуса и, в частности, в моторной коре, а также потому, что участники с докладом болезни Паркинсона, имеющей меньшую SNprs (Menke, Jbabdi, Миллер, Matthews и зари, 2010), небольшой объем этого региона может нести ответственность за двигательные нарушения, обнаруженных у пациентов с болезнью Паркинсона. Этот небольшой объем может нести ответственность за слабые и / или менее контролируемые перемещения двигателя, что может привести к тремору часто испытывали те с болезнью Паркинсона.

Шизофрения

Повышенные уровни допамина уже давно участвуют в развитии шизофрении . Тем не менее, большая дискуссия продолжается и по сей день вокруг этой допамина гипотеза шизофрении . Несмотря на споры, антагонисты допамина остаются стандартным и успешное лечение шизофрении. Эти антагонисты включают поколение (типичные) нейролептики первые такие как бутирофеноны , фенотиазины и тиоксантены . Эти препараты были в значительной степени были заменены второго поколения (атипичных антипсихотиков) , такие как клозапин и палиперидона . Следует отметить, что, в общем, эти препараты не действуют на дофамин-продуцирующих нейронов сами по себе, но на рецепторы на постсинаптической нейрон.

Другое, нефармакологическим доказательство в пользу гипотезы дофамина, относящейся к черной субстанции включает структурные изменения в Рагзе компактах, такие как снижение синаптического терминала размера. Другие изменения в черной субстанции включают повышенную экспрессию рецепторов NMDA в черной субстанции, а также снижение Дисбиндина выражения. Увеличение NMDA рецепторы могут указывать на причастность глутамата - допамин взаимодействий при шизофрении. Дисбиндин, который был (спорно) , связанных с шизофренией, может регулировать высвобождение допамина, и низкое выражение Дисбиндин в черной субстанции могут играть важную роль в этиологии шизофрении. Из - за изменения в черной субстанцию в шизофреническом мозге, он может в конечном счете, можно использовать специальные методы визуализации (например, изображений нейромеланина-специфический) , чтобы обнаружить физиологические признаки шизофрении в черной субстанции.

Синдром Деревянный сундук

Вскоре после этого, МПТП был протестирован на животных моделях для его эффективности в индукции болезни Паркинсона (с успехом). МРТР индуцированного акинеза, жесткость, и тремор у приматов, и его нейротоксичность была установлена, что очень специфичен для черной субстанции Парс компактов. У других животных, такие как грызуны, индукция Паркинсона, МРТР является неполной или требует гораздо более высоких и частых доз, чем у приматов. Сегодня МПТП остается самым любимым способом, чтобы вызвать болезнь Паркинсона в животных моделях .

история

Дополнительные изображения