Ишемический инсульт (ИИ) — одно из самых частых осложнений сосудистых заболеваний головного мозга. Каждый год в мире от инсульта умирают более 5,5 млн человек. Но часто, как известно, повреждающее действие оказывает не само заболевание, а его последствия. Острое нарушение мозгового кровообращения наносит ущерб, обусловленный как случаями преждевременной смерти, так и утратой трудоспособности, значительными экономическими потерями для общества, связанными с необходимостью длительной реабилитации пациентов, повышением риска развития осложнений, в том числе деменции. И, хотя в первые недели и месяцы после инсульта функциональная активность может существенно улучшиться, в дальнейшем восстановление идет медленнее, а в более серьезных случаях (у 30—50% всех перенесших инсульт) вообще не происходит.

В большинстве случаев острое локальное ишемическое повреждение головного мозга вызвано частичной или полной окклюзией церебральных сосудов, приводящей в конечном итоге к инфаркту мозга. Окончательный размер инфаркта и неврологический исход связаны с целым рядом факторов, таких как продолжительность и выраженность ишемии, наличие системы коллатералей, уровень артериального давления, этиология и локализация инфаркта, а также возраст, пол, сопутствующие заболевания и генетическая предрасположенность [1].

Каскад ишемических реакций представляет сложный комплекс нейрохимических процессов, который включает в себя клеточную биоэнергетическую недостаточность, глутаматную эксайтотоксичность, окислительный стресс, дисфункцию гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), микрососудистые повреждения, гемостатическую активацию, постишемическую аутоиммунную реакцию, патологический апоптоз и, наконец, гибель нейронов, глиальных и эндотелиальных клеток. Эти реакции развиваются в пространстве и во времени [2]. Одно событие может вызвать или быть вызванным другими реакциями ишемического каскада, одни из которых проходят в течение нескольких часов, другие активируются через несколько дней от развития ишемии и длятся в течение всей последующей жизни, несмотря на восстановление циркуляции крови [3]. Хотя реперфузия ишемизированных тканей головного мозга имеет решающее значение для восстановления функции, в то же время это может привести к вторичному реперфузионному повреждению [2].

Ишемия головного мозга характеризуется снижением мозгового кровотока до 70—80% от нормальной величины (т.е. менее 50—55 мл/100 г мозговой ткани/мин) [4]. Снижение перфузии до 10—15 мл/100 г мозговой ткани/мин и ниже приводит к быстрому и тяжелому повреждению клеток с образованием ядра ишемии [4—10]. По периферии ишемического ядра повреждение нейронов развивается гораздо медленнее, за счет поддерживающей системы коллатералей, что позволяет сохранить уровень перфузии выше порога, приводящего к смерти клеток. В этой зоне находятся жизнеспособные клетки с частично сохраненной целостностью клеточных структур, но со сниженной функциональной активностью, что делает их максимально уязвимыми для патогенных процессов, нарушающих их метаболический баланс [10]. Наиболее чувствительными к ишемии клетками являются нейроны, в меньшей степени — олигодендроциты, астроциты и эндотелий сосудов [12].

При анализе динамики происходящих при ишемии молекулярных и биохимических процессов установлена их четкая временнáя последовательность: в первые 3 ч нарастает энергетический дефицит в ишемизированной ткани; через 3—6 ч — глутаматная эксайтотоксичность, нарушение кальциевого гомеостаза и лактат-ацидоз, угасающие к концу первых суток. Отдаленные последствия ишемии начинают проявляться через 2—3 ч и становятся наиболее выраженными через 12—36 ч (оксидативный стресс и развитие аутоиммунной воспалительной реакции), а также на 2—3-и сутки (апоптоз). Динамика сохраняется длительно (в течение нескольких месяцев), способствуя в постинсультном периоде прогрессированию атерогенеза, аутоиммунных процессов и диффузного нейродегенеративного повреждения ткани головного мозга.

Основным механизмом, запускающим процессы повреждения клетки, является энергетическая недостаточность, которая возникает вследствие нарушения доставки нервным клеткам кислорода и глюкозы, основных субстратов аэробного гликолиза. Это приводит к нарушению генерирования аденозинтрифосфата (АТФ), главного источника энергии, который поддерживает постоянство ионного градиента благодаря работе ионных насосов, главным образом Nа⁺-, К⁺-atФазы [13]. На начальном этапе гипоксии не происходит значительного изменения внутриклеточной концентрации АТФ и функциональной активности клеток [4], что связано с компенсаторными механизмами. В дальнейшем гипоксия усугубляет ситуацию и приводит к нарушению электронно-транспортной функции дыхательной цепи. На этом этапе сохранена возможность образования АТФ, но уже снижена активность основного фермента митохондриальной дыхательной цепи — цитохромоксидазы, что приводит к неуклонному уменьшению содержания АТФ. В случае возникновения аноксии происходит полная инактивация фермента, что прекращает процессы дыхания и окислительного фосфорилирования. На последних этапах кислородного голодания уровень энергетического дефицита становится достаточным для запуска основных механизмов, приводящих к нарушению жизнедеятельности и гибели клетки — энергетически зависимые функции клеточных мембран, поддерживающие ионный гомеостаз, снижаются, развивается цитоплазматический отек клетки [4]. В связи с уменьшением количества АТФ происходит стремительное увеличение концентрации аденозинмонофосфата (АМФ), приводящего к активации протеинкиназной системы, являющейся дополнительным механизмом разрушения клеточных мембран. Параллельно происходит накопление лактата (маркер анаэробного метаболизма при ИИ) [13—16] с развитием лактат-ацидоза, который приводит к вторичному повреждению клеток и, как следствие, к расширению зоны инфаркта [16—18]. Ишемия, энергетическая недостаточность и лактат-ацидоз в дальнейшем запускают сложный каскад нарушений электрофизиологических, биохимических и молекулярных механизмов, которые приводят к постепенной гибели клеток и росту зоны инфаркта мозга [12].

Следующим звеном в этой цепи процессов, оказывающим выраженное повреждающее действие, является глутаматная эксайтотоксичность, которая сопровождается выделением большого количества глутамата. Накапливаясь во внеклеточном пространстве, глутамат вызывает перевозбуждение NMDA-рецепторов нейронов с дальнейшим развитием их деполяризации, увеличением притока кальция (Са) в клетки, активацией Са²⁺-зависимых ферментов, образованием свободных радикалов, оксида азота (NO) [19—22], что в итоге вызывает массовое повреждение клеток и генерацию свободных радикалов [2]. Эти события приводят либо к некрозу, либо к запрограммированной клеточной гибели в зависимости от интенсивности гипоксии и метаболического состояния нейронов [23, 24]. Внутриклеточные сигнальные пути, которые активируются при эксайтотоксичности, могут также вызвать экспрессию генов, инициирующих постишемическое воспаление, которое усугубляет ишемическое повреждение.

Далее происходит развитие оксидативного стресса, инициируемого биоэнергетической недостаточностью клетки и развитием глутаматной эксайтотоксичности, с повышением образования свободных радикалов и синтеза NO. Патофизиологически NO оказывает два противоположных действия. С одной стороны, продукция NO эндотелиальными клетками приводит к дилатации сосудов, улучшению кровотока и уменьшению гипоксического повреждения, с другой — в нейронах NO способствует усугублению глутаматной эксайтотоксичности и окислительного повреждения [12, 25].

Одну из ключевых ролей в процессе развития оксидативного стресса играют нарушения митохондрий, одной из функций которых является образование в активных формах кислорода (АФК) [13, 26]. При ишемии нарушаются процессы утилизации АФК, индуцирующих процессы окисления белков, перекисное окисление липидов. Кроме того, одной из мишеней АФК является митохондриальная ДНК, которая особенно подвержена АФК-опосредованному повреждению вследствие отсутствия защитных гистонов, что приводит к митохондриальной геномной нестабильности и нарушению функции внешнего дыхания. В итоге образуются дефектные митохондрии, нарушается регуляция транспорта Ca, происходят снижение продукции энергии, окислительное повреждение и активация внутренней программы смерти клетки [24], что в дальнейшем еще больше усугубляет ишемическое повреждение. Таким образом, митохондрия участвует не только в энергетическом обеспечении клетки, но и определяет ее дальнейшую судьбу: именно она ответственна за гибель клетки, если та не в состоянии продолжить свою жизнедеятельность.

Все вышеописанные процессы тем или иным образом приводят к гибели клеток путем некроза, ярко представленного в зоне ишемического ядра. В пенумбре же преобладает апоптотический механизм гибели клеток, который представляет активный и контролируемый процесс повреждения клеток, сопровождающийся образованием новых белков. Именно в этой зоне воздействие ишемии недостаточно сильное, чтобы вызвать некроз [27, 28], но достаточное для запуска другой программы, в которой «самоубийство» клеток будет иметь меньше последствий патологического воздействия [4, 13]. Также выделяются несколько факторов, которые определяют, какой из процессов (некроз или апоптоз) будет преобладающим: степень и длительность локальной ишемии, степень зрелости клеток, концентрация внутриклеточного свободного Са²⁺, клеточное микроокружение [29—31].

В процессе апоптоза участвуют несколько ферментативных систем, которые активируются посредством сложной системы сигнальных путей. И центральную роль как в инициации апоптоза, так и в реализации его процессов играют каспазы и апоптоз-индуцирующие рецепторы. Как известно, каспазы синтезируются в виде неактивных проферментов, для активации которых требуется либо протеолитическое созревание, либо взаимодействие с аллостерическим активатором [32]. Запуск апоптоза происходит при распознавании Fas-рецептором своего лиганда (CD95L), экспрессируемого на нейронах и глии после ишемии, что приводит к взаимодействию его внутриклеточного домена с адапторным белком FADD с образованием комплекса, называемого DISC [33]. Затем происходит связывание этого комплекса с молекулой прокаспазы-8, которое в зависимости от типа клетки имеет два пути развития событий. В первом случае каспаза-8 напрямую активирует прокаспазу-3 с дальнейшим образованием белков, инициирующих апоптоз [32]. Во втором случае активация прокаспазы-3 имеет более длинный путь, начинающийся с процесса расщепления белка Bid, активирующего проапоптотические белки Bax и Bak, изменяющие проницаемость наружной мембраны митохондрий, и приводит к выходу цитохрома С из внутренней мембраны митохондрий [34]. В результате образуется апоптотический сигнальный комплекс, включающий в себя цитохром С, возбуждающий фактор апоптозной протеазы-1 и дезокси-АТФ, что инициирует образование каспазы-9 и приводит к активации прокаспазы-3. И уже под ее влиянием происходит дальнейшая гибель клетки, сопровождающаяся фрагментацией ДНК и образованием апоптотических телец, быстро фагоцитируемых макрофагами с выделением противовоспалительных цитокинов. В случае же неэффективного удаления апоптотических клеток развивается риск развития аутоиммунных процессов в головном мозге [35]. Также процесс апоптоза может происходить и без активации каспаз, избегая образование белков. Этот путь опосредован специальным белком, называемым «апоптоз-индуцированный фактор» [13].

Дальнейшим этапом ишемического каскада является появление отдаленных последствий ишемии в виде реакции местного воспаления, микроваскулярных нарушений с повреждением ГЭБ и развития некроза. Основные представители воспалительной реакции при ишемии — молекулы клеточной адгезии и транскрипционные регуляторы [36—42]. Главными клеточными элементами, способствующими постишемическому воспалению, являются микроглия и астроциты, которые индуцируются АФК [2].

Известно, что одним из первых участников воспалительного процесса при ишемии являются макрофаги — микроглия и макрофаги моноцитарного происхождения [43]. Активация макрофагов и последующий запуск нейровоспалительных реакций могут вызывать как повреждение нервной ткани, так и процессы ее восстановления [44, 45]. Двойственность функции макрофагов связана с наличием как минимум двух субтипов макрофагов — M1- и M2-клеток, при этом M1-клетки являются нейродеструктивными (обеспечивают защиту от патогенов и подавляют процессы репарации), в то время как M2-клетки, напротив, оказывают нейропротективное действие (стимулируют нейро-, синапто- и ангиогенез, рост и миелинизацию аксонов, которые происходят за счет усиления экспрессии генов нейротрофических факторов GDNF, BDNF, VEGF, BMP-7 и противовоспалительных цитокинов (интерлейкины 4, 5) [6, 46]. Клинически активация М2-макрофагов будет проявляться уменьшением неврологического дефицита и улучшением неврологического восстановления. Максимальная макрофагальная инфильтрация отмечается на 5—7-е сутки от развития локальной ишемии [4].

В последних публикациях [29, 47] все больше говорится о нейропротективном эффекте микроглии, где в экспериментальных моделях при ее удалении отмечается усиление эксайтотоксического повреждения нейронов и уровня воспалительных цитокинов, происходят лейкоцитарная инфильтрация, увеличение размеров очага, нарастание неврологического дефицита. Однако механизм нейропротективного действия микроглии до конца не ясен. Несмотря на некоторые исследования [48—50], результаты которых показывают негативное действие микроглии, растет и количество доказательств [51, 52] ее положительного эффекта.

Кроме того, основными представителями воспалительной реакции являются астроциты, которые в обычных условиях способствуют выживанию нейронов и глиальных клеток, сохраняют целостность ГЭБ [53, 54], а также выполняют ряд других репаративных функций для поддержания гомеостаза [55—58]. Но на начальных этапах ишемии головного мозга астроциты проявляют нейротоксические и провоспалительные свойства: выделяют интерлейкины 1, 6, СС-хемокиновый лиганд-2 [59], нейротоксин (вызывает быструю гибель нейронов, олигодендроцитов, препятствуют пролиферации и дифференцировке последних) [60], что способствует распространению зоны ишемии и увеличению объема инфаркта с нарастанием неврологического дефицита [61—64]. Наибольшая активность астроцитов проявляется спустя 4—6 ч с момента начала И.И. Но уже к концу 1-й — началу 2-й недели они приобретают противовоспалительные свойства, участвуя в формировании рубца и ограничении воспаления посредством выделения фактора некроза опухоли-β [65]. В дальнейшем к процессам присоединяется инфильтрация головного мозга лейкоцитами (нейтрофилы, лимфоциты) [66], которая все больше усиливает воспаление, нарушает целостность ГЭБ и вторично повреждает клетки в зоне пенумбры [36—42].

Помимо своего прямого повреждающего действия, вещества, выделяющиеся при ишемии (факторы воспаления, NO, факторы роста, различные гормоны и нейромедиаторы, в частности эстрадиол и дофамин), также усиливают и нейрогенез, таким образом параллельно запуская процессы восстановления [12].

С первых минут ИИ нарастает проницаемость ГЭБ. Имеются несколько механизмов, которые способствуют ишемическому повреждению ГЭБ [67—69], и одним из них является развитие эндотелиальной дисфункции [70], которая сопровождается развитием дисбаланса между сосудорасширяющими, сосудосуживающими, противотромботическими факторами, а также между пролиферативными и провоспалительными факторами [71]. Повреждение эндотелиальной стенки сосуда приводит к активации тромбоцитов, что сопровождается выделением из них биологически активных соединений, которые могут усиливать процесс тромбообразования (АДФ, тромбоксан А2), стимулировать вазоконстрикцию (тромбоксан А2), способствовать пролиферации клеток сосудистой стенки (тромбоцитарный и другие факторы роста) и развитию провоспалительных реакций в зоне повреждения (CD40-лиганд), а также привлекать в места повреждения лейкоциты (хемокины и др.) [71]. Ранняя реперфузия может временно облегчить ишемические изменения, но иногда проведение тромболитической терапии может усугубить повреждение эндотелия [72—75]. Другим фактором, влияющим на проницаемость ГЭБ, является окислительный стресс, который вызывает выход матриксной металлопротеиназы 9 (ММП-9) из нейронов, глии и эндотелиальных клеток, что разрушает коллаген IV типа (главный компонент базальной мембраны эндотелия сосудов головного мозга) и создает условия для миграции клеток через ГЭБ [76, 77]. Нарушение функции ГЭБ также возникает и в результате накопления брадикинина [78, 79], сосудистого эндотелиального фактора роста [80], тромбина [81, 83].

При нарушении ГЭБ наблюдается как проникновение одних веществ, так и выход других из паренхимы головного мозга. При этом через нарушенный ГЭБ проникают высокомолекулярные соединения и вода, приводящие к вазогенному отеку и вторичному повреждению за счет возникшей внутричерепной гипертензии; воспалительные клетки, способствующие постишемическому воспалительному ответу [83, 84]; эритроциты, которые приводят к геморрагическому диапедезному пропитыванию зоны инфаркта. За счет повреждения ГЭБ происходит выход нейроспецифических белков, которые изначально являются чужеродными для иммунитета и вызывают развитие аутоиммунных реакций. При этом часть антител циркулирует в сыворотке крови, другая — проникает в ткань головного мозга, где антигенами для них выступают не только нейроспецифические белки, но и продукты деструкции клеток, тем самым приводя к усилению повреждения нервной ткани с последующим развитием аутоиммунной агрессии [4]. Длительное сохранение антител к нейроантигенам в крови свидетельствует о прогредиентном развитии деструктивных дегенеративных изменений [4, 85].

Также важно, что процесс аутосенсибилизации зависит не только от выхода антигенов в кровь или цереброспинальную жидкость, но и от иммуногенности того или иного нейроспецифического белка, а также от состояния всей иммунной системы организма [86]. Во многих исследованиях было показано, что предрасположенность ткани мозга к формированию инфаркта развивалась вследствие ее предшествующей хронической ишемии [4]. Наличие артериальной гипертензии, атеросклероза сосудов головного мозга, хронической ишемии мозга значительно изменяет проницаемость ГЭБ и введет к аутоиммунизации к белковым компонентам нейрональных мембран, что при инсульте приобретает еще большую выраженность [4].

Таким образом, все эти процессы являются мишенями для диагностики и патогенетической терапии у пациентов с инсультом. Биомаркеры, которые отражают происходящие процессы ишемического каскада, будут полезны для повышения точности диагностики ИИ и надежного прогнозирования исхода заболевания. Они также могут позволить проводить дифференцированную терапию инсульта и служить ранними показателями ее клинической эффективности. Сложность патофизиологии острого ИИ говорит о целесообразности мультицелевого индивидуального подхода к лечению пациентов с ИИ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: chukanova.anna@gmail.com