Функции черного вещества головного мозга

Головной мозг человека – сложная и тонкая субстанция, отвечающая за регуляцию всего организма.

Строение и особенности функционирования этого органа до сих пор не изучены до конца, ученые каждый день открывают новые особенности, позволяющие мозгу работать. Но о такой части, как черная субстанция головного мозга или substantia nigra известно давно.

Что такое черная субстанция и где находится?

Субстанция является одной из древнейших частей в структуре мозга, расположенная в его сердцевине – четверохолмии среднего мозга. Исторически она отвечала за движения наших предков, затем, когда они усложнились, изменилось и строение. Черное вещество обрастало нервными связями, формируя более сложную структуру.

Название черное вещество получило благодаря действию пигмента – нейромеланина, окрашивающего клетки в темный цвет. Черное вещество среднего мозга неоднородно, оно разделено на две половинки: правую и левую. Кроме того, в субстанции выделяют два слоя: вентральный и компактный. Вентральный находится ближе к передней части головы, а компактный – к задней. Первый обеспечивает синтез нейромедиатора дофамина, второй – занимается переработкой поступающей информации и передачей ее в другие структуры.

УЗИ черной субстанции головного мозга показывает, что она связана со всеми отделами, но наиболее тесно – с базальными ганглиями и зрительными буграми.

Обильное снабжение кровью говорит о высокой роли структуры в деятельности организма. В числе функций черной субстанции выделяют:

• осуществление элементарных движений: глотания, жевания, дыхания, движения глаз и прочих;
• регуляция мелких и точных движений конечностей;
• помощь в выражении эмоций;
• участие в эмоциональных процессах;
• провоцирование некоторых психических расстройств.

Роль субстанции в развитии патологий

Роль субстанции в развитии психических заболеваний велика. Она содержит нейроны, отростки которых расходятся по всему головному мозгу, затрагивая ножки мозга и внутреннюю капсулу.

Их окончания, содержащие терминальные микровезикулы, вырабатывающие дофамин, расположены в неостриатуме. Любое поражение данной структуры приводит к нарушениям в двигательных функциях и психоэмоциональных.

Шизофрения

Механизм развития шизофрении изучается уже много лет, но исследователи так и не пришли к единому мнению. Выдвигаются разные теории формирования данного заболевания, одна из которых связывает шизофрению с нарушениями в работе черной субстанции, ядро которой располагается в среднем мозге. Это так называемая дофаминовая гипотеза.

Как показывают исследования у больных шизофренией наблюдаются отклонения в синтезе и восприятии дофамина.

Так, у них проявляется:

• повышенная выработка гормона;
• увеличение концентрации дофамина в синапсах;
• повышенная выработка серотонина;
• больший объем освобождаемого дофамина при воздействии амфетаминов.

Подобная гиперчувствительность способствует чрезмерной стимуляции нейронов головного мозга и его перевозбуждению. Пациент не в состоянии контролировать поток сознания, а его восприятие окружающей действительности изменяется. Похожие состояния возникают при приеме психотропных веществ, которые у здоровых людей вызывают галлюцинации и прочие отклонения, а на больных действуют гораздо сильнее.

Согласно статистике, развитие шизофрении захватывает больше мужчин, чем женщин. У первых она обычно развивается раньше и протекает тяжелее. Для женщин характерно проявление симптомов в возрасте 25-30 лет.

Транскраниальная допплерография черной субстанции позволила рассмотреть ее строение и обнаружить, что при шизофрении изменения в дофаминовой системе затрагивают больше ассоциативный стриатум, а не лимбический.

Причем отклонения в синтезе нейронами дофамина в сторону увеличения его выработки наблюдаются и до развития заболевания. Но вероятность заболеть шизофренией тем больше, чем выше эти отклонения.

Причинами их появления ученые называют несколько моментов:

• нарушения в системе контроля влияния гиппокампа на пути дофамина;
• изменения, происходящие в структуре нейронов, вырабатывающих нейромедиатор;
• сбои в работе корковых структур, влияющих на дофаминовые системы;
• воздействие остальных нейромедиаторных систем.

Таким образом, изменения в работе дофаминовой системы наблюдаются во всех случаях шизофрении. Однако, не исключается и влияние других структур мозга.

Лечение, основанное на блокировке рецепторов или торможении выработки дофамина, в большинстве случаев дает положительные результаты. Пациентам предлагаются антипсихотические препараты, блокирующие действие дофамина, хотя они имеют серьезное последствие – депрессивные состояния. Более безопасной является когнитивно-поведенческая психотерапия, которую может проводить психолог.

Болезнь Паркинсона

При болезни Паркинсона происходит поражение дофаминергических нейронов, расположенных в компактной части черного вещества, при котором происходит агрегация телец Леви во всем мозге.

При этом возникают сильные двигательные, психопатологические и когнитивные аномалии:

• замедление движения;
• снижение или отсутствие мимики;
• тремор;
• преобладание сгибательной позы;
• сложность перехода из состояния покоя в состояние движения;
• ухудшение памяти;
• деменция и прочие.

Развивается заболевание преимущественно у мужчин в возрасте от 60 лет, женщины страдают этой патологией реже. Причиной являются изменения в дофаминовой системе, которые могут быть вызваны как отравлением токсическими веществами, так и приемом некоторых лекарств. Кроме того, заболевание развивается и без «видимых» причин, источник которых пока не обнаружен. Многие факты свидетельствуют о наследственной предрасположенности к болезни Паркинсона.

Ученые высказывают предположение, что начинается разрушение нейронов в периферической нервной системе, а затем переходит на ствол головного мозга и перемещается в средний и передний. Подтверждение этой теории находят в изменении холинергической нейротрансмиссии, наблюдаемой у пациентов со слабой формой заболевания.

При поражении от 30 процентов нейронов, вырабатывающих дофамин, возникает его дефицит и развивается симптоматика болезни. Распространение ее происходит неравномерно и обычно прогрессирует по направлению от задней части черного вещества к передней.

При исследованиях также был найден нейротоксин МФТП, разрушающий дофаминовые нейроны. Важно понять источник его продукции и попробовать его ограничить.

Использование терапии с применением L-допа — промежуточного элемента в схеме получения дофамина – дает положительный результат в плане торможения заболевания. Однако восстановить утраченные структуры мозга она не позволяет. Кроме того, с прогрессированием болезни Паркинсона эффективность данной терапии заметно снижается.

Последствия повреждений

Нейроны черной субстанции среднего мозга вырабатывают нейромедиаторы, основным из которых является дофамин. Он выступает как средство «вознаграждения» мозга, вызывая чувства удовольствия и влияя на мотивацию и обучение человека.

При нарушениях в структуре черного вещества или путей ее связи с другими структурами мозга возможны изменения в работе мозга, что проявляется в виде тяжелых нарушений двигательной функции:

• тремора;
• мышечной гипертонии;
• хореи;
• атетоза;
• монотонной и глухой речи;
• гипокинезии;
• гипомимии и других.

Данные нарушения сопровождают психические заболевания:

• паркинсонизм;
• акатизию;
• дистонию;
• шизофрению и прочие.

Роль в нейрофармакологии и токсикологии

Черная субстанция оказывает влияние на красное ядро, вызывая ощущения удовлетворенности результатом и удовольствия. Это позволяет человеку закреплять навыки и действия, которые приятны и полезны. Однако не всегда они могут быть безопасными.

Так, применение психотропных средств или наркотиков вызывает большой всплеск дофамина и, как следствие, удовольствия. В попытке повторить его человек начинает использовать стимулятор регулярно. Однако подобные всплески компенсируются нервной системой и вырабатывается так называемая толерантность – сниженная чувствительность к действию вещества. В результате уровень удовольствия постепенно снижается, а стремление к его получению остается.

Эта и другие особенности действия химических веществ, в том числе лекарств, исследуются в нейрофармакологии и токсикологии.

Среди изучаемых компонентов такие, как:

• кокаин;
• амфетамины;
• МФТП;
• Леводоп.

Кокаин и амфетамин являются веществами, усиливающими выработку дофамина и способствующими привыканию. Кроме того, они могут «подтолкнуть» развитие шизофрении.

Последний применяется при лечении болезни Паркинсона, довольно эффективен в устранении симптомов, но не дает результата в восстановлении утраченных структур.

МФТП расшифровывается как метилфенилтетрагидропиридин, он относится к нейротоксинам, напрямую снижающим выработку дофамина. Сейчас используется учеными для моделирования болезни на животных в попытках понять механизм ее развития.