Ø активация внутриклеточных ферментов;

Ø повышение синтеза оксида азота NO и развитие оксидантного стресса;

Ø экспрессия генов раннего реагирования;

Ø «отдалённые» последствия ишемии (реакция местного воспаления, микроваскулярные нарушения, повреждение гематоэнцефалического барьера;

Ø апоптоз.

Для нормального течения метаболизма мозговой ткани необходимо постоянство мозгового кровотока, обеспечивающее достаточное поступление в мозг питательных веществ: белков, липидов, углеводов (глюкозы) и кислорода. Стабильное поддержание мозгового кровотока на уровне 50-55 мл/100 г мозговой ткани в 1 мин. на уровне полушарий и 33 мл/100 г мозговой ткани в 1 мин. на уровне мозжечка поддерживается ауторегуляцией мозгового кровотока, которая на уровне крупных сосудов осуществляется рефлекторно за счёт адренергических и холинергических рецепторов их стенок с помощью регулирующего механизма каротидного синуса и химической регуляции в сосудах микроциркуляторного русла (при избыточном поступлении O2, т.е. гипокапнии тонус прекапиллярных артериолл повышается; при недостаточном поступлении O2 в мозг, гиперкапнии, тонус понижается; в условиях повышения количества углекислоты повышается чувствительность микрососудов к ней). Имеют значение реологические свойства крови (вязкость, аггрегационная способность форменных элементов крови и др.) и величина перфузионного давления, которая определяется как разность между средним АД и средним внутричерепным давлением. Критический уровень церебрального перфузионного давления – 40 мм рт.ст., ниже этого уровня мозговое кровообращение снижается, а затем прекращается.

При остро возникшей недостаточности кровообращения какой-то определённой зоны мозга последний способен временно компенсировать локальную ишемию путём механизмов ауторегуляции и усиления коллатерального кровотока. Однако дальнейшее снижение мозгового кровотока ведёт к срыву ауторегуляции и развитию метаболических нарушений. Установлено, что процессы потребления мозгом O2 и глюкозы идут параллельно. Глюкоза является единственным поставщиком энергии, необходимой для нормального течения метаболических процессов, т.к. большинство из них энергозависимы: синтез белков, многих нейромедиаторов, связывание нейромедиатора с рецептором, передача импульса, обмен ионов через плазматическую мембрану и т.д. Первая реакция на гипоксию мозга возникает в виде угнетения синтеза белка. Синтез белка и РНК протекает более активно в коре больших полушарий и мозжечка. Метаболизм глюкозы обычно идёт с преобладанием аэробного пути, дающего большее количество макроэргических соединений (36 молекул АТФ из 1 молекулы глюкозы). Нарастающая гипоксия ведёт к преобладанию анаэробного гликолиза более невыгодного энергетически (2 молекулы АТФ из 1 молекулы глюкозы). Из-за дефицита энергии в митохондриях угнетается окислительное фосфорилирование, происходит накопление молочной кислоты в клетке. Одновременно в мозговой ткани повышается содержание углекислоты и происходит смещение PH в кислую сторону. Возникает лактатацидоз. В итоге в очаге ишемии происходит снижение мозгового кровотока, тогда как в окружении его отмечается усиление кровотока в ущерб ишемической зоне – феномен «роскошной перфузии» (по Лассену). Нарастающий в этих условиях дефицит энергии приводит к дальнейшему нарушению энергозависимых процессов. Переход на анаэробный гликолиз ведёт к увеличению неиспользованной в цикле Кребса альфа-кетоглутаровой кислоты в аминокислоту глутамат, обладающую также свойствами возбуждающего медиатора (Swanson et al.,1994) Кроме того, нарастающий лактатацидоз блокирует обратный захват глутамата. Таким образом, происходит накопление возбуждающего нейромедиатора в межклеточном пространстве, что ведёт к развитию «глутаматной эксайтотоксичности», т.е. возбуждению клеток глутаматом. Лактатацидоз в сочетании с нарастающей гипоксией вызывает расстройство электролитного баланса нервных и глиальных клеток: выход ионов К+ из клетки во внеклеточное пространство и перемещение ионов Na+ и Ca++ в клетку, что подавляет возбудимость нейронов и снижает их способность к проведению нервных импульсов.

Возбуждающие аминокислоты (глутамат, аспартат) воздействуют на нейронные рецепторы к N-метил – D-аспартату (NMDA – рецепторы), контролирующие кальциевые каналы. Перевозбуждение их приводит к «шоковому» раскрытию ионных кальциевых каналов и дополнительному избыточному притоку ионов Ca++ из межклеточного пространства в нейроны и накоплению его в них.

Норадреналин, выделение которого при гипоксии вначале резко возрастает, активирует аденилатцкилазную систему, стимулирующую образование АМФ, что вызывает увеличение энергетического дефицита и ведёт к увеличению ионов Ca++ в нервные клетки.

Избыточное внутриклеточное накопление ионов Ca++ ведёт к активации внутриклеточных ферментов: липазы, протеазы, эндонуклеазы, фосфолипазы и превалированию катаболических процессов в нервной клетке. Под влиянием фосфолипаз происходит распад фосфолипидных комплексов в мембранах митохондрий (фосфолипаза А2), внутриклеточных органелл (лизосом) и в наружной мембране. Распад их усиливает перекисное окисление липидов (ПОЛ). Конечными продуктами ПОЛ являются: малоновый диальдегид, ненасыщенные жирные кислоты (особенно арахидоновая) и свободные радикалы О2. Конечные продукты распада арахидоновой кислоты: тромбоксан А2 и др., гидроперекиси, лейкотриены. Тромбоксан А2 и др. вызывают спазм церебральных сосудов, усиливают агрегацию тромбоцитов и коагуляционные сдвиги гемостаза. Лейкотриены обладают вазоактивными свойствами. Микроваскулярные нарушения приводят к нарастанию ишемии в ишемизированном участке. Свободный радикал О2 – это молекула или атом, имеющий неспаренный электрон на внешней орбите, что обусловливает его агрессивность превращать молекулы клеточной мембраны в свободные радикалы, т.е. обеспечивать самоподдерживающуюся лавинообразную реакцию. Активации процессов ПОЛ способствует также быстрое истощение антиокислительной системы, ферменты которой ингибируют образование перекисей и свободных радикалов и обеспечивают их разрушение. Кроме того, в ишемическом очаге снижается содержание веществ: альфа-токоферола, аскорбиновой кислоты, восстановленного глутамата, которые связывают конечные продукты ПОЛ. Накопление гидроперикисей ведёт к образованию оксикислот и развитию оксидантного стресса.

Активированные нарастающей гипоксией клетки микроглии синтезируют потенциально нейротоксические факторы: провопалительные цитокины (интерлейкины 1,6,8), факторы некроза опухоли, лиганды для глутаматного NMDA-рецепторного комплекса, протеазы, супероксидный анион и др. Возбуждение NMDA-рецепторов приводит к активации фермента NO-синтетазы, участвующей в образовании окиси азота из аргинина. Комплекс окиси азота с супераксидным анионом способствует снижению выработки нейтрофинов. Нейтрофины – это регуляторные белки нервной ткани, синтезирующиеся в её клетках (нейронах и глии), действующие локально – в месте высвобождения и индуцирующие ветвление дентритов и рост аксонов. К ним относят: фактор роста нервов, церебральный фактор роста, нейтрофин-3 и др. Противовоспалительные факторы (интерлейкины 4,10) и нейтрофины препятствуют повреждающему действию на ультраструктуры нервных и глиальных клеток нейротоксических факторов – конечных продуктов ПОЛ. Разрушение фосфолипидного комплекса нервных клеток ведёт к выработке антител к ним. Выброс противовоспалительных и вазоактивных веществ из ишемизированной ткани мозга приводит к проникновению нейроспецифических белков в кровь, что влечёт к развитию аутоиммунной реакции и выработке антител к нервной ткани.