Каждая клетка, в том числе и нейрон, стремится к поддержанию постоянного оптимального для нее внутриклеточного состава. Любое изменение состава околоклеточной среды, так же как и любая активация специфической деятельности клетки, вызывает отклонение этого состава от оптимального уровня. Независимо от причины, вызвавшей отклонение, после прекращения ее действия клетка должна затрачивать дополнительное количество усилий (энергетических и пластических) для восстановления оптимальных для нее характеристик.

Чем интенсивнее и чаще отклонения, тем быстрее исчерпываются адаптивные возможности клетки, и она начинает все хуже справляться со своими функциональными обязанностями. Особенно опасны для сохранения жизнеспособности организма сбои в работе нейронов, прежде всего нейронов головного мозга, т. к. именно их качественная работа обеспечивает уровень адаптации животных и человека и сохранение их жизни в условиях дикой природы. При снижении функциональных возможностей большинства ДК организм их ликвидирует и заменяет новыми, более молодыми. По отношению к нейронам мозга такая возможность исключена. Полноценно заменить нейрон со сниженными функциональными возможностями организм в принципе не может. Остается только один выход из положения, а именно: создать для нейронов такие условия, которые бы сводили к минимуму отклонения их внутриклеточных характеристик от оптимальной для нейронов величины. Для решения этой задачи в организме имеется огромное количество специально предпринятых мер и специально созданных механизмов. Можно сказать, что основным условием успешного функционирования здорового человеческого организма, всех его органов и тканей является создание и обеспечение этим организмом оптимальных условий для жизни и деятельности его нейронов, прежде всего нейронов коры головного мозга.

19.1. Меры, направленные на минимизацию интенсивности физических воздействий окружающей среды на нейроны головного мозга

Головной мозг находится внутри полости, образованной костями черепа. Кости черепа покрыты толстым слоем кожи – скальпом с обильным кровоснабжением через крупные наружные сонные артерии. Кожа головы покрыта интенсивным волосяным покровом. Кости и скальп защищают мозг от внешних механических повреждений, воздействия электрических и магнитных излучений. Кости черепной коробки, волосы и обильная сосудистая система кожи черепа противодействуют влиянию на головной мозг тепла и холода. Сам головной мозг окружен со всех сторон цереброспинальной жидкостью, которая предохраняет мозг от соприкосновения с внутренней поверхностью костей черепа при перемещении головы и тела. Каждый нейрон головного мозга окружен глиальными клетками. Они – демпферы механических и других воздействий на нейроны.

19.2. Меры, направленные на стабилизацию мозгового кровотока, реализуемые организмом за пределами сосудистой системы головного мозга

Сосудистая система мозга устроена особым образом. Артериальная система головного мозга начинается двумя общими сонными артериями, отходящими почти от самого начала аорты. Это значит, что сонные артерии отходят от участка аорты, имеющего более высокое артериальное давление (АД) по сравнению с ее участками, удаленными от сердца. Соответственно, АД на входе в сонные артерии выше, чем на входе в другие артерии, отходящие от аорты. Этот факт способствует тому, чтобы обеспечить большую величину кровотока на 100 г ткани мозга по сравнению с величиной кровотока в большинстве других органов. В сонных артериях расположены специальные рецепторы, так называемые барорецепторы, обеспечивающие удержание и стабилизацию давления артериальной крови, поступающей в головной мозг на оптимальном для него уровне. Подъем АД опасен для мозга. Он предполагает расширение сосудов мозга и увеличение объемной скорости кровотока через мозг. Но мозг находится внутри жесткой черепной коробки. В результате при подъеме АД и расширении сосудов мозга может быть сдавление нейронов. Подъем давления крови в сосудах мозга может вызвать усиленный выход плазмы из капилляров и еще большее увеличение внутричерепного давления. Оно будет сдавливать нейроны и вены мозга, вызывая уменьшение мозгового кровотока и ишемию нейронов. Артериальные барорецепторы расположены в начале аорты и в общих сонных артериях, т. е. на входе в сосудистую систему мозга. При подъеме АД идущая от барорецепторов импульсация возрастает, и усиленно тормозит тоническую активность симпатических нервов, увеличивающих частоту и силу сокращений сердца, и тормозит активность симпатических нервов, сужающих артерии всего тела. Артерии мозга имеют незначительную симпатическую иннервацию по сравнению с другими сосудистыми областями. При торможении симпатических сосудосуживающих нервов артерии всего тела расширяются более значительно, чем артерии головного мозга. В результате величина АД, так же как и мозговой кровоток, удерживается на уровне, близком к оптимальному для мозга. Таким образом, периферические ткани, менее чувствительные к повышению АД и к увеличению кровотока через них, приносятся в «жертву» для сохранения оптимальной величины АД и кровотока через сосуды головного мозга.

При понижении АД ослабевает тоническое тормозное влияние рефлексов с барорецепторов аорты и сонных артерий на симпатическую сосудосуживающую активность. При этом преимущественно сужаются артерии всего тела, но не мозга. В результате величина снижения АД минимизируется и при этом происходит перераспределение кровотока. Он уменьшается во всех тканях тела, кроме мозга. Нейроны наиболее чувствительны к уменьшению кровотока по сравнению с другими клетками организма. Благодаря барорефлексам с сонных артерий и аорты снижение мозгового кровотока при уменьшении АД минимизируется за счет перераспределения кровотока между сосудами тела и мозга в пользу мозга. Таким образом, периферические ткани, менее чувствительные к уменьшению кровотока, приносятся в жертву для сохранения оптимального кровотока через сосуды головного мозга.

19.3. Меры, направленные на стабилизацию мозгового кровотока на оптимальном для нейронов уровне, реализуемые организмом в пределах сосудистой системы головного мозга

Общий объемный кровоток через сосуды мозга имеет одну и ту же величину вне зависимости от того, бодрствует человек или спит, думает или отдыхает. Для обеспечения этого постоянства мозговой кровоток, в отличие от кровотока через большинство органов, обладает свойством ауторегуляции. При снижении АД артерии мозга расширяются, а при увеличении АД сужаются, обеспечивая удержание кровотока на постоянном, оптимальном для нейронов мозга уровне. Считается, что механизм ауторегуляции присущ самим гладким мышцам артерий головного мозга и играет важнейшую роль в обеспечении постоянного уровня кровотока через головной мозг.

Однако возможности ауторегуляции не беспредельны. Они ограничены верхним и нижним пределом ауторегуляции. Пока величина АД не выходит за их пределы, величина кровотока через сосуды головного мозга остается на относительно постоянном, оптимальном для нейронов уровне. При превышении АД верхнего предела ауторегуляции давление крови в артериях головного мозга повышается. В пожилом возрасте при измененных склерозом и атеросклерозом артериях головного мозга возможен их разрыв и возникновение геморрагического инсульта. Кроме того, повышение давления крови в артериях мозга неизбежно усилит выход жидкости из артериальной части капилляров мозга в межклеточное пространство.

Расширение артерий мозга повышенным давлением и усиленный выход жидкости из капилляров в условиях герметичной черепной полости вызовет подъем внутричерепного давления, сдавление вен мозга и ухудшение венозного оттока и оттока жидкости в венозные капилляры. В результате количество жидкости внутри герметичной полости черепа будет увеличиваться и начнет развиваться отек головного мозга. При снижении системного АД в аорте ниже нижнего предела ауторегуляции мозгового кровотока количество крови, поступающей в мозг, оказывается ниже необходимой нейронам величины. В результате возникает ишемия тех или иных структур мозга и развитие ишемического инсульта головного мозга. По мере старения человека верхний и нижний предел ауторегуляции мозгового кровотока постепенно уменьшаются в связи с неизбежным возрастным изменением всех сосудов тела. Одновременно, в частности, по этой же причине начинается постепенное стойкое повышение величины АД. Кроме того, существенно возрастают ситуационные подъемы АД на физическую нагрузку и эмоциональный стресс. В результате вероятность возникновения геморрагического и ишемического инсультов мозга с возрастом неуклонно возрастает. Специфически организована артериальная система головного мозга человека. Головной мозг получает артериальную кровь через 2 внутренние сонные артерии. Однако, прежде чем разделиться на отдельные ветви, доставляющие кровь к разным отделам мозга, сонные артерии, в отличие от магистральных артерий других органов, образуют так называемый Виллизиев круг, и уже от него отходят артерии к отдельным областям мозга. Виллизиев круг выравнивает АД между началом всех региональных артерий мозга, обеспечивая равные возможности кровоснабжения для всех регионов. Кроме того, обеспечивается сохранение мозгового кровотока при частичном его нарушении по какой-то из артерий, участвующих в образовании Виллизиева круга.

По мере эволюции животного мира увеличивается площадь наиболее молодой и сложно организованной его структуры – коры головного мозга. Кора тонким слоем толщиной 4—5 мм покрывает поверхность головного мозга. Рост поверхности коры предполагает рост размеров головного мозга и черепа, увеличение длины артерий от Виллизиева круга до самых удаленных и самых чувствительных к недостатку кровотока нейронов – нейронов коры.

Таким образом, самые чувствительные к дефициту кровотока нейроны оказываются в самом невыгодном положении по сравнению с нейронами других отделов мозга. Наличие извилин, борозд и возвышений на поверхности головного мозга позволяет, не увеличивая размеров черепа и общего размера головного мозга, увеличить его поверхность, т. е. площадь коры, и при этом минимизировать расстояние от артерий Виллизиева круга до любого участка коры.

19.4. Меры, направленные на установление физических и химических характеристик крови на уровне, оптимальном для нейронов коры головного мозга, реализуемые за пределами его сосудистой системы

Известно, что химический состав крови, соотношение жидкой ее части (плазмы) и форменных элементов, вязкость крови, ее рН и много других характеристик крови у разных здоровых взрослых людей после сна, натощак, в состоянии покоя близки между собой. Эти показатели находятся внутри определенных «жестких» пределов (верхняя и нижняя границы нормы). Выход любого из показателей крови за эти пределы говорит о неблагополучии в организме. Удержание характеристик крови на строго определенном уровне называется гомеостазисом крови. Соответствующие характеристики крови называются гомеостатическими. Считается, что обеспечение каждой из них достигается наличием специальных систем в организме, сходных с системами автоматического регулирования или управления (АСУ). Каждая гомеостатическая величина имеет свою АСУ. В ее состав входит канал, по которому в центральный аппарат АСУ поступают сообщения о текущей величине регулируемого параметра. В центральном аппарате имеется эталон необходимой величины регулируемого параметра, его гомеостатическая величина, а также система сравнения реальной величины с эталонной. На основании различия между ними вырабатывается управляющий сигнал такой интенсивности, которая позволяет устранить отклонение регулируемого параметра от эталонной величины. Важнейшим и наиболее сложно организованным элементов АСУ является так называемый центральный регулятор, в котором устанавливается величина эталона, работает механизм сравнения и выработки величины управляющего сигнала. Одна из задач регулятора – установка эталона, т. е. нужной величины регулируемого параметра, конечной цели регуляции. Поскольку длительность жизни нейрона напрямую зависит от поддержания в нем постоянной, определенной, оптимальной для нейрона внутренней среды, то ее характеристики должны быть эталонами, обеспечению которых должна быть подчинена деятельность всего организма, в том числе деятельность всех АСУ. Величина эталона определяется самим нейроном. Как только какое-то воздействие вызовет отклонение той или иной величины от оптимального гомеостатического уровня, неизбежно внутри нейрона должно произойти отклонение от оптимальной величины какой-то из его внутриклеточных характеристик, т. е. нарушение внутриклеточного гомеостаза нейрона. Возникает шаг или шажок к его гибели, чего организм должен стремиться не допустить. С этой целью центральный аппарат (центральный регулятор) для каждого АСУ создается из нейронов, которые были бы лишены специальных мер защиты по отношению к воздействию, вызывающему отклонение его внутриклеточной среды от оптимальных величин. При отклонении регулируемой величины от гомеостатических, оптимальных для нейронов параметров в этой группе нейронов происходит отклонение регулируемого параметра от оптимальной величины. Это отклонение позволяет данной группе нейронов выработать сигналы, управляющие деятельностью внутренних органов и меняющие ее так, чтобы восстановить гомеостаз внутри данной группы нейронов. В результате никак не будет нарушен вне- и внутриклеточный гомеостаз остальных нейронов. В то же время в нейронах центрального регулятора внутриклеточная среда отклоняется от оптимальной, и длительность жизни этих нейронов уменьшается по сравнению с длительностью жизни человека и большинства его нейронов. По отношению к этой группе нейронов должна сохраняться возможность их замены на новые соответствующими СК, а сами связи между нейронами внутри этих центральных регуляторов должны быть предельно короткими. Они должны быть такими, чтобы новый нейрон мог полноценно заменить погибший без ущерба для функции.

В головном мозге человека такими зонами являются расположенные в гипоталамусе высшие центры регуляции всей вегетативной деятельности организма. В них нейроны находятся в таком же положении, как и ДК других типов в различных областях тела. Они также подвержены воздействию изменений в характеристиках крови и подвержены их агрессивному влиянию.

Таким образом, чтобы стабильно обеспечить оптимальную среду внутри большинства нейронов головного мозга, гарантирующую им сколь угодно долгую жизнь, в жертву приносятся не только комфортные условия существования ДК, но и часть нейронов головного мозга. В то же время эта жертва не катастрофична для организма, так как все приносимые в жертву ДК, включая соответствующие нейроны, могут заменяться при снижении их функциональных возможностей на новые за счет асимметричного деления соответствующих типов СК.

19.5. Меры, направленные на оптимизацию внутриклеточного состава нейронов

Капилляры сосудистой системы мозга отличаются от капилляров других сосудистых областей. Особенности их строения являются одним из элементов так называемого гематоэнцефалического барьера. Гематоэнцефалический барьер противодействует изменению состава жидкости между клетками мозга при изменениях состава крови. И наконец, элементом околоклеточной среды для нейронов мозга являются специальные, так называемые глиальные клетки. Эти клетки должны обеспечивать условия для полного самообновления нейронов.

Таким образом, в организме существует глубоко «эшелонированная система обороны», направленная на обеспечение таких условий функционирования нейронов, которые сводили бы к минимуму или полностью исключали по отношению к ним воздействие процессов, которые приводят к гибели ДК всех остальных типов. Эталоном этих условий являются нейроны, наиболее чувствительные к минимальным отклонениям характеристик их внутриклеточной среды от оптимальной, т. е. нейроны коры головного мозга. Эти эталонные характеристики отражены в нейронах высших вегетативных центров головного мозга, обеспечивающих через нервную и гормональную регуляции такой уровень функционирования всех органов и тканей, который с минимальными энергетическими затратами позволяет решить задачу оптимизации условий жизни нейронов коры головного мозга. В результате продолжительность жизни нейронов коры головного мозга становится соизмеримой с длительностью жизни человека или превышает ее.

В настоящее время почти любой орган старого человека может быть заменен аналогичным, более молодым органом. Какие-то органы могут быть заменены протезами. Однако кору головного мозга старика заменить на кору мозга другого человека будет нельзя никогда, так как результатом такой замены будет появление другого человека. Таким образом, важнейшим и в конечном счете решающим способом увеличения предельной продолжительности жизни человека могут быть меры, направленные на замедление скорости износа и ликвидации нейронов головного мозга. Это значит, что длительность жизни нервной ткани, а точнее длительность жизни образующих ее нейронов, будет всегда ограничителем предельно возможной продолжительности жизни человека. Исходя из изложенного, именно предельно длительное сохранение структурных и функциональных характеристик всех остальных элементов человеческого тела необходимо для обеспечения предельно длительного комфортного существования нейронов головного мозга.