Внутренняя среда организма - Григорий Кассиль

Точная и бесперебойная работа нейронов, умственная деятельность, психика, настроение, здоровье и болезнь нередко зависят от функционального состояния гематоэнцефалического барьера.

Способность барьера избирательно пропускать в центральную нервную систему одни вещества и задерживать другие, совершенно поразительная его приспособляемость к требованиям нервных клеток, тончайшее регулирование состава и свойств внутренней среды мозга имеют огромное значение не только для мозга, но и для всего организма.

И здесь возникает вопрос, наиболее сложный и наиболее спорный во всей проблеме внутренней среды организма. Что считать непосредственной питательной средой центральной нервной системы?

До конца своей жизни Л. С. Штерн была убеждена, что питание мозга осуществляется через цереброспинальную жидкость. В эту жидкость, считала она, погружены нервные клетки головного и спинного мозга; из нее они черпают необходимые для их жизнедеятельности вещества, ей они отдают продукты своего обмена. Цереброспинальная жидкость, прозрачная, бесцветная, как дистиллированная вода, окружает всю центральную нервную систему, глубоко проникая в ее толщу, пронизывая ее насквозь. Каждая клетка мозга как бы купается в этой питательной среде и находит в ней все необходимое для жизни и развития. Исходя из этих представлений, Л. С. Штерн понимала под цереброспинальной жидкостью (ликвором) всю жидкую массу, заполняющую не только желудочки мозга и расположенные под паутинной оболочкой области, но и все внеклеточные пространства мозга. По представлениям сторонников так называемой нутритивной (питательной) теории, цереброспинальная жидкость идентична тканевой жидкости других органов. Сдвиги в составе цереброспинальной жидкости отражают колебания, возникающие в ткани мозга. Эта схема, созданная в первые десятилетия XX века, имеет в наши дни лишь историческое значение. Нельзя забывать, что тогда, когда она создавалась, не было электронного микроскопа, не существовало методов электроэнцефалографии, радиоизотопной индикации, отведения биопотенциалов от отдельных нервных клеток, спектро-флуорометрии и многих других методов тонкого физиологического и биохимического анализа.

С одной стороны, исследования, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали как будто, что в мозгу практически отсутствуют внеклеточные пространства, хотя и существуют внесосудистые, но, с другой — физиологические данные, полученные методом радиоизотопной индикации (определением Na24, Cl38, S35), позволили выявить в ткани мозга натриевые, хлоридные, серные, инулиновые и иные заполненные внеклеточной жидкостью области. Большинство исследователей приходят к выводу, что истинное межклеточное пространство занимает в центральной нервной системе 9—12% ее объема, а по последним данным, даже 15—20%. Имеются указания, что обработка препаратов мозга для электронной микроскопии приводит к сморщиванию тканей и исчезновению межклеточных щелей.

Казалось бы, отпал наиболее весомый аргумент против нутритивной теории. Но возникло еще одно серьезное возражение. Буквально во всех монографиях, посвященных цереброспинальной жидкости, написано, что она не проникает в толщу мозга. Ликвор не просачивается «сквозь» его ткань, не связан с внеклеточными пространствами, если они и существуют, и введенные в желудочки мозга или ликворные резервуары вещества не доходят до нервных клеток, расположенных глубже чем на 2—3 мм от поверхности мозга. Принято считать, что существует еще один барьер — между цереброспинальной жидкостью и мозгом (так называемый ликвороцеребральный барьер). Но вот совсем недавно советский ученый В. А. Отеллин, изучая ультратонкую организацию участков соприкосновения цереброспинальной жидкости с тканью головного мозга, пришел к выводу, что на дне микроборозд мозга имеются воронкообразные расширения, открывающиеся в межклеточные промежутки. Таким образом, если нутритивная теория в ее «чистом», первозданном виде и требует пересмотра, ликвор нельзя, как это полагают некоторые ликворологи, считать «водяной подушкой» центральной нервной системы. Вероятнее всего, через ликвор осуществляется дополнительное питание нейронов, через ликвор нервные клетки как бы «переговариваются» друг с другом.

И экспериментаторам и врачам-невропатологам хорошо известно, что при изменении состава цереброспинальной жидкости изменяются реактивность и возбудимость соприкасающихся с ней нервных клеток. Цереброспинальная жидкость влияет на их физиологическое состояние, активность и деятельность.

Несомненный интерес представляют в этом отношении сдвиги в содержании ионов калия и кальция. Обычно калия в цереброспинальной жидкости больше, чем кальция, и соотношение этих веществ равно 1,8 или 2,0 к одному. Но при различных воздействиях на организм коэффициент калий/кальций изменяется. Иногда он повышается до 2,5—3,0, иногда падает до 1,0 и ниже. В большинстве случаев при увеличении этого соотношения, т. е. при накоплении калия и снижении кальция, возбудимость нервных центров повышается; при уменьшении — снижается. Так, например, у подопытного животного, которое находится под наркозом (эфирным, морфинным, хлорофорным), в цереброспинальной жидкости нарастает содержание кальция и падает уровень калия. Соотношение калий/кальций снижается нередко до единицы и ниже.

Однажды нами был поставлен такой опыт. В течение нескольких дней собака голодала. Она получала только воду. В первые дни ярости животного не было предела. Оно требовало пищи, пыталось перегрызть цепь, бросалось на экспериментатора. Возбудимость его нервной системы резко увеличилась. При этом соотношение калий/кальций в цереброспинальной жидкости превышало 2,0. Но постепенно собака успокоилась, она ослабела, потребность в пище, по-видимому, снизилась. Возбудимость клеток ее головного мозга упала и вскоре содержание калия в ней снизилось. Соотношение калий/кальций, стало равным единице.

Тогда перед собакой положили кусок мяса. Но каждый раз, когда она пыталась его схватить, ее оттягивали назад, не позволяли коснуться пищи. Животное снова пришло в ярость. И тотчас же в цереброспинальной жидкости повысилось содержание калия, а коэффициент калий/кальций поднялся до 2,0.

Приведем еще один пример. Речь идет о состоянии гематоэнцефалического барьера при длительном лишении сна. Многочисленные теории сна, начиная с древнейших времен, основаны в значительной своей части на явлениях, которые отличают состояние сна от состояния бодрствования. Проблема сна широко разрабатывается во всех странах мира, ей посвящена огромная литература, и мы коснемся только одной, хотя и не самой важной стороны вопроса. В свое время Л. С. Штерн высказала предположение, что гематоэнцефалический барьер играет существенную роль в механизмах, регулирующих смену сна и бодрствования.

Если существует определенная зависимость между составом цереброспинальной жидкости и деятельностью головного мозга, если состав этой жидкости зависит от состояния гематоэнцефалического барьера, то не связан ли переход от бодрствования ко сну от ритмических, обусловленных сотнями миллионов лет эволюционного развития изменений проницаемости гематоэнцефалического барьера?

Изменяются ли при бессоннице и во время сна физико-химические и биологические свойства цереброспинальной жидкости? Пропускает ли гематоэнцефалический барьер в нее различные вещества, способные вызвать сон или продлить бодрствование?

В течение многих месяцев в институте физиологии Академии наук СССР изучалось состояние гематоэнцефалического барьера при длительной бессоннице, при прерывистом (фракционном) сне, во время глубокого сна, в период бодрствования и тотчас же после засыпания. Нескольким собакам не давали засыпать в течение двух недель. Через каждые три-четыре дня у них исследовалось состояние гематоэнцефалического барьера, изучался состав крови и цереброспинальной жидкости. И во всех случаях было обнаружено резкое изменение состава цереброспинальной жидкости. Содержание сахара, азота, симпато- и парасимпатомиметических веществ было иное, чем в норме. Уменьшалось, как правило, содержание калия, неуклонно нарастал уровень кальция. Коэффициент калий/кальций снижался с 2,0 до 1,0 и даже до 0,8.

Еще более резко изменялась защитная функция барьера. Во время длительной бессонницы барьер переставал охранять мозг, он становился проницаемым для многих токсических веществ, которым в условиях физиологической нормы путь в центральную нервную систему был закрыт.

Но достаточно было нескольких часов сна — и все эти явления бесследно исчезали. Гематоэнцефалический барьер восстанавливал свою функцию, состав цереброспинальной жидкости возвращался к норме, соотношение калий/кальций снова повышалось до 2,0.