Рассматривая посттравматический период, Э.А.Асратян (1959) отмечал наличие двух этапов: а) фазу травматического угнетения и б) фазу экзальтации. Последняя, по мнению Э. А.Асратяна, очень важна, т.к. служит основой для повышения функциональной активности, мобилизации и поиска организмом путей восстановления утраченных функций. Было отмечено, что развитие компенсаторных процессов носит длительный и фазный характер. Новые внутрицентральные отношения формируются в процессе восстановления путем проб и ошибок.
Возможности компенсации в случае повреждения различных участков рефлекторной дуги напрямую зависят от локализации этих повреждений: чем ближе к конечным звеньям рефлекторной дуги локализовано разрушение, тем меньше возможностей для компенсации (Анохин, 1975). Это связано со степенью пластичности нейронов различных отделов нервной системы (т.е. способностью нервных элементов к перестройке).
Компенсаторные процессы протекают на разных уровнях: клеточном, внутриорганном, внутрисистемном, межсистемном и поведенческом (Кураев, Сороколетова, 1996). Нейроны коры ассоциативных областей и вторичные зоны проекций анализаторов более других способны к пластичности. Поэтому в работах школы Э. А. Асратяна внимание акцентировано на роли коры в компенсации нарушенных функций при повреждении периферических органов. В исследованиях же последнего времени большое место отводится изучению процессов, происходящих на разных этажах центральной нервной системы. Развитие в других областях науки позволили изучать механизмы компенсаторных процессов на клеточном и биохимическом уровнях. Существенное расширение перечня экспериментальных животных (крысы, лягушки, кошки, морские свинки), позволяет проводить сравнение характера компенсаторных процессов на разных ступенях эволюционной лестницы.
Примером могут служить работы по анализу восстановления функций вестибулярного аппарата, как после лабиринтэктомии (Darlington et al., 1992; Kaufman et al., 1992, 1999; Stracka et al., 1993; Salzer et al., 1994; Kitahara et al., 1995a,b; Cransac et al., 1996; H.J.Kim et al. 1997; M.S.Kim et al., 1997; Kitahara et al., 1997a,b; Alice et al., 1998; Li et al., 2001), так и при перерезке вестибулярного нерва (Cass et al., 1990; Darlington et al., 1991).
Так Stracka et al. (1993), анализируя изменения в нейронах ствола и спинного мозга лягушки по мере восстановления позы после одностороннего удаления лабиринта, пришли к выводу, что позные нарушения компенсируются за счет процессов в спинном мозге на оперированной стороне. Cass et al. (1990), используя лабиринтэктомию и перерезку вестибулярного нерва как модель дисфункции вестибулярного аппарата, установили важную роль астроглии латерального вестибулярного ядра Дейтерса в механизмах вестибулярной компенсации.
Анализируя восстановление позы после лабиринтэктомии как модели для изучения молекулярных механизмов пластичности ствола, Darlington (1991, 2000) приходит к выводу о существовании биохимических (пока еще малопонятных) процессов, инициирующих адаптивные нейронные изменения в вестибулярных ядрах на стороне повреждения. H.J.Kim et al. (1997) обнаружили увеличение синтеза полиаминов в нейронах центральных вестибулярных структур в процессе вестибулярной компенсации. А в работе Kaufman et al. (1992) на основании изменений показателя экспрессии Fos в различных ядрах ствола (ядро Даршкевича, ядро Кахаля и др.) говорится о множестве систем, участвующих в вестибулярной компенсации на острой стадии после односторонней лабиринтэктомии, вызванной введением sodium arsanilate. В ряде работ, имеющих, в том числе, и прикладное значение, выясняется не только каков механизм компенсации, но и делается попытка повлиять на скорость восстановительных процессов (Alice et al., 1998; Darlington et al., 1992).
Для нас же представляется чрезвычайно важным обсуждение вопроса о компенсаторных процессах имеющих место в результате повреждения различных отделов центральной нервной системы, что приводит к изменениям взаимоотношений непосредственно внутри мозга. В основе физиологических механизмов компенсации, наряду с пластичностью, лежит целый ряд свойств отдельных нервных элементов и различных структур мозга. Интерес представляет вклад каждого из этих свойств в компенсаторный процесс (Кураев, Сорокалетова, 1996).
Рассматривая последствия разрушения как специфических афферентных и эфферентных структур, так и неспецифических областей головного мозга, многие авторы подчеркивают, что такого рода разрушения, как правило, не приводят к полному и необратимому выпадению исследуемой функции. После любого повреждения центральной нервной системы, если оно не влечет за собой гибели организма, следует, хотя и не всегда полное, восстановление утраченной функции (Беленков, 1980; Кураев, Сороколетова, 1996).
"Запас прочности" обеспечивается не только на разных уровнях, но и разными путями (Беленков, 1980; Кураев, Сороколетова, 1996). Поиск механизмов заставляет обратить внимание на исследование биохимии компенсаторных процессов и ответить на вопрос о компенсаторном резерве биологических систем. Таким образом, важнейшую роль в изучении процессов компенсации играют новые методы, которые, наряду с традиционными, позволяют проследить перестройки в поврежденной системе, начиная с биохимического клеточного уровня, заканчивая системным, организменным поведенческим (Саркисов, 1987; Подачин Сидоров, 1988).
Так, многочисленные исследования посвящены анализу роли биологически активных веществ, в частности моноаминов, в механизмах функциональных перестроек систем мозга после его повреждения. Изменение концентрации этих веществ ведет к ухудшению интегративной деятельности мозга и может явиться одной из причин развития патологии ЦНС. Вместе с тем считается, что нормализация уровня моноаминов может сопровождаться постепенным улучшением аналитико-синтетической деятельности мозга и тем самым способствовать восстановлению нарушенных функций. Это объясняется тем, что у животных существует специализированный механизм нейрохимического обеспечения функциональных перестроек в работе корковых и подкорковых структур. Для всестороннего понимания динамики восстановительных процессов и решения проблемы компенсации очень важным представляется изучение веществ белковой природы, которые могут быть "носителями" компенсаторного процесса (Вальдман, 1982; Зимкина, 1982; Лосева, Силаков, 1987; Ярославцев, 1990; Вартанян, Клементьев, 1991; Schwarting, 1996). Так же важным представляется проведение таких исследований, в которых нейрофизиологическое изучение деятельности мозга в условиях нормы и патологии сочетается с выяснением нейрохимических основ этих процессов (Kitahara et al., 1995а, б; 1997а, б).
Изучение нейромедиаторов позволяет понять те механизмы и пути изменения деятельности ЦНС, которые связаны с нарушением метаболизма моноаминов, катехоламинов и ГАМК. Оптимизация концентрации этих веществ в корковых и подкорковых структурах, обеспечивает нормализацию поведения после повреждения мозга. (Романова с соавт., 1980; Советов, 1988). Так, колебания концентрации серотонина (последний рассматривается как регулятор белкового синтеза в мозге) - один из существенных механизмов, обеспечивающих развитие компенсаторных процессов на клеточном уровне (Гецова с соавт., 1980; Кругликов, 1981).
Наличие компенсаторного резерва ставит на повестку дня проблему стимуляции посттравматической регенерации (Мотлох, 1987).
Одним из факторов, обусловливающим надежность мозговых систем, является обеспечение различных функций мозга не одной структурой, а системой со многими звеньями различной степени необходимости в разных участках коры и подкорковых образований.
Речь идет о морфологической избыточности, благодаря которой происходят функциональные перестройки. Наличие избытка нейронов, путей и связей с одинаковыми свойствами, позволяет нервным процессам распространяться в случайном порядке. И эта избыточная часть системы автоматически берет на себя выполнение утраченной функции (Коган 1964; Адрианов, 1987; Кураев, Сороколетова, 1996).
В свете этих представлений избыточность рассматривается не как наличие большого количества "лишних" элементов, а как наличие их активного множества. Для восстановления функции в этом случае необходима функциональная реорганизация связей и запуск работы сохранных элементов. Это становится возможным благодаря тому, что функции мозга определяются не только фиксированными, специфическими связями, характерными для первичных входов в мозг и выходов из него, но и пластическими промежуточными звеньями нервных цепочек, служащими основой реорганизации мозга для восстановления функций после их повреждения. Речь идет о наличии в системах обеспечения функций жестких и гибких звеньев, соотношение которых различно. Чем больше гибких звеньев, тем больше компенсаторные возможности системы. (Беленков, 1980; Бехтерева, 1988).
Еще одним механизмом, обеспечивающим надежность системы, является как актуализированная, так и потенциальная полифункциональность составляющих ее структур (Беленков, 1980; Бехтерева, 1988; Советов, 1988; Кураев, Сороколетова, 1996).
В этом случае основу пластических проявлений деятельности мозга в норме и в условиях повреждения мозговых структур составляют морфологические (структурные) изменения нервной ткани: тенденция роста терминалей или гиперпродукция нервных отростков (Беленков, 1980; Леонтович, 1990; Корочкин, 2001). Согласно Беленкову (1980), эти изменения связаны не с регенерацией (что у взрослого организма, по мнению автора, практически невозможно), а со способностью отростков нейронов к росту (т.н. sprouting). Правда, открытие стволовых клеток не позволяет быть столь категоричными в этом вопросе. Сам факт существования стволовых клеток в центральной нервной системе взрослых млекопитающих вызвал переоценку целого ряда устоявшихся представлений о процессах восстановления в ЦНС. И хотя данное открытие не отменило основных положений нейробиологии, оно, тем не менее, существенно расширяет наше представление о репарации в центральной и периферической нервной системе (Викторов, 2001; Корочкин, 2001).
Наличие как "дублеров", так и жестко фиксированных и обладающих большими степенями свободы путей предполагает поиск тех конкретных путей и клеточных популяций, которые берут на себя функцию утраченных (Подачин, Сидоров, 1988).
Основываясь на опыте собственного многолетнего изучения последствий органического поражения ЦНС на разных уровнях и пользуясь данными литературы, В. П. Подачин (1977) выдвинул ряд положений, которые позволяют систематизировать наши знания по данной проблематике:
) Возможности восстановления функций в поврежденной системе тем больше, чем выше уровень повреждения и чем большим количеством степеней свободы обладает поврежденная система.
Речь идет о существовании некоего градиента пластичности образований ЦНС. Наименее драматическими последствиями сопровождаются повреждения филогенетически более новых формаций со стохастическими или вероятностно-детерминированными принципами организации и более гибким обеспечением функций. У более молодых в эволюционном отношении образований мозга - лимбических структур и коры больших полушарий -специфика нервных центров утрачивается. Наиболее выраженной пластической функцией обладают лобные отделы коры больших полушарий (Адрианов, Боголепов, 1975; Зилов, 1997). Совсем другая ситуация складывается в случае повреждения таких древних структур как спинной мозг и каудальная часть ствола. Как спинальные центры, так и центры ствола мозга, обладающие высокой специфичностью, имеют низкий уровень пластичности (Березовский, 1991). В этом случае способность к восстановлению локомоторной функции у животных с перерезанным спинным мозгом находится в обратной зависимости от степени организации и специализации нервной системы. При этом тонкие движения заменяются сходными, адаптирующими организм к существованию в новых условиях - но без восстановления первично нарушенных движений (McKenna, Whishaw, 1999).
) Травма является решающим звеном, определяющим особенности компенсаторного процесса и его конечный результат. Ее объем и локализация в значительной степени обусловливают степень нарушения деятельности проводниковых и клеточных элементов и, как следствие, характер патологии и начало пластических перестроек на уровне синапсов, клеток и макрообразований мозга.
) Отмечается ведущее значение в происходящих многообразных длительных реорганизациях деятельности поврежденного мозга высших регуляторных систем мозга. Не отрицая значение подкорковых компонентов В.П. Подачин, как и Э.А. Асратян, считает, что коре больших полушарий как органу высших проявлений пластичности принадлежит решающая роль в компенсаторных процессах.
Обоснованием этого положения могут служить представления о том, что в процессе филогенетической и онтогенетической эволюции животного мира роль высших (для данного вида) отделов центральной нервной системы в развитии компенсаторных приспособлений в поврежденном организме у взрослых животных непрерывно возрастает, что связано с повышением уровня пластичности нервных элементов (Асратян, 1959,стр.68; Урганджян, 1973, 1986; Соллертинская, 2005).
Факты, полученные в нейропсихологических исследованиях, уточняют данное представление. Так Л.С. Выготский на основании многолетних исследований пришел к выводу о неодинаковом системном влиянии очаговых поражений мозга на высшие психические функции на разных этапах психического развития. "При расстройствах развития (у детей), вызванных каким-либо церебральным дефектом, при прочих равных условиях больше страдает ближайший высший по отношению к пораженному участку центр и относительно меньше страдает ближайший низший по отношению к нему центр. При распаде (у взрослых) наблюдается обратная зависимость: при поражении какого-либо центра при прочих равных условиях больше страдает ближайший к пораженному участку низший, зависящий от него центр и относительно меньше страдает ближайший высший по отношению к нему центр, от которого он сам находится в функциональной зависимости" (Выготский, 1982).
Наряду с особенностями компенсаторных перестроек в онтогенезе показана связь между особенностями компенсаторного процесса и уровнем филогенетического развития. Имеет место прямая параллель между уровнем филогенетического развития, степенью нарушения вегетативно-соматических функций и деструктивно-дегенеративными изменениями в случае разного рода повреждений спинного мозга: чем ниже уровень филогенетического развития, тем меньше нарушения, но тем ниже уровень пластичности нервной системы (и, следовательно, ниже компенсаторные возможности коры). При перерезках спинного мозга, интегративная роль передних отделов мозга в развитии компенсации возрастает в процессе филогенеза (Зимкина, 1982; Матинян, 2003).
Другие авторы, не отрицая ведущего значения коры больших полушарий в компенсаторной приспособляемости, считают, что нельзя недооценивать возможное участие в этом процессе периферической нервной системы, а также гуморальных механизмов (Зимкина, 1972).
Таким образом, в настоящее время считается общепризнанным, что в основе компенсации при нарушении целостности центральной нервной системы лежит реорганизация ее деятельности, которая осуществляется благодаря избыточности структур, обеспечивающих различные функции, полифункциональности и пластичности нервных элементов ее составляющих. Преобладает мнение о ведущей роли коры в процессах компенсации. В ряде случаев имеет место мобилизация функциональных возможностей близких по выполняемым функциям частей нервной системы.
При поражении различных уровней ЦНС, наряду со специфическими нарушениями, имеет место нарушение висцерально-вегетативной регуляции (Висцеральная патология, 1975, стр.4-6; Советов, Гильман, 1975; Гильман с соавт., 1977; Гильман, Советов, 1980; Романова с соавт., 1980; Советов, 1988; Шарова, 1999). Многие авторы работ отмечается важность сосудистого компонента в развитии патологических и компенсаторных процессов (Угрюмов с соавт., 1984; Советов, 1988). При этом наряду с восстановлением специфических нарушений имеют место и другие неспецифические адаптационные реакции поврежденного организма (Гуляева, 1997). Обеспечение неспецифических реакций организма, направленных на поддержание гомеостаза в новых условиях, осуществляется благодаря взаимодействию структур лимбической системы, ретикулярной формации и диэнцефальных структур (Вейн, Соловьева, 1973 Болдырева, 2000а). Особая роль в этих перестройках принадлежит гипоталамусу (Брагина, 1966; Латаш, 1968; Вейн, Соловьева, 1973; Ониани, 1980; Вейн, Соловьева 1981; Смирнова, 1986). Гипоталамус как высшее регуляторное звено автономной нервной системы, обеспечивающее интеграцию вегетативных и эндокринных функций (Матинян, 2003), участвует в поддержании гомеостаза (Шмидт, Тевс, 1998).
Как уже было сказано выше, травма является решающим звеном, определяющим особенности компенсаторного процесса и его конечный результат. Ее объем и локализация в значительной степени обусловливают степень нарушения деятельности проводниковых и клеточных элементов и, как следствие - характер патологии (Подачин, Сидоров, 1988). Компенсаторные возможности нервной системы зависят от уровня пластичности составляющих ее элементов и определяются тем, в каком отделе головного мозга локализовано повреждение. Самые тяжелые последствия имеют место после повреждений стволовой локализации, так как и у человека, и у животных ствол мозга играет ведущую роль в поддержании гомеостаза. Здесь расположены центры витальных функций организма и проходят основные восходящие и нисходящие пути (см. часть 3 литобзора).