Патологические изменения в биоптатах головного мозга пациентов при идиопатической нормотензивной гидроцефалии

Идиопатическая нормотензивная гидроцефалия (иНТГ) — патологическое состояние, характеризующееся избыточным накоплением цереброспинальной жидкости (ЦСЖ) в желудочках головного мозга и субарахноидальных пространствах, развивающееся на фоне нормального давления ЦСЖ и приводящее к формированию патоморфологических изменений в перивентрикулярном мозговом веществе, в результате которых формируется специфическая клиническая картина — триада Хаким—Адамса: нарушения походки, когнитивных функций и мочеиспускания.

иНТГ развивается, как правило, у людей старше 65 лет. Встречаемость иНТГ составляет, по разным данным, от 0,3 до 3% и увеличивается с возрастом [1]. Клинические проявления иНТГ значительно снижают качество жизни пациентов и в ряде случаев имеют инвалидизирующий характер. В отличие от большинства нейродегенеративных и сосудистых заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, сосудистая деменция, лобно-височная деменция и др., иНТГ является потенциально обратимой. Так, по данным ряда авторов, своевременное выполнение вентрикулоперитонеального шунтирования позволяет добиться регресса когнитивных нарушений у 60—80% пациентов [2]. Согласно данным современных исследований выполнение шунтирующей операции позволяет значительно улучшить качество жизни даже у пациентов с исходно присутствующим тяжелым неврологическим дефицитом, а также целесообразно у лежачих больных [3].

Несмотря на значительное количество исследований, посвященных изучению патогенеза иНТГ, единые взгляды на механизм формирования патологических проявлений заболевания до настоящего момента не выработаны [4, 5]. В представленной работе приведены результаты собственных исследований методами световой и электронной микроскопии биоптатов головного мозга пациентов с иНТГ, отражающие характер микроструктурных изменений на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, возникающих в веществе головного мозга при данной патологии. Формированию представлений о патогенезе заболевания способствует изучение возникающих у пациента морфологических изменений органов-мишеней.

Цель исследования — выявление специфических патоморфологических изменений, возникающих на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях у пациентов с идиопатической нормотензивной гидроцефалией.

Исследованы биоптаты коры, субкортикального и перивентрикулярного белого вещества головного мозга 32 пациентов с иНТГ, полученные при выполнении вентрикулоперитонеального шунтирования. Из них 20 биоптатов исследованы методом световой и 12 — методом электронной микроскопии.

У всех пациентов исследуемой группы диагноз иНТГ был установлен на основании комплексной оценки клинических данных, результатов нейровизуализации и люмбальной пункции. Клинически пациенты характеризовались сочетанием когнитивных нарушений, апраксии ходьбы (оценивали по скорости прохождения дистанции 10 м и результату теста «time up and go»), а также нарушений мочеиспускания. При магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга определяли степень расширения боковых желудочков (индекс Эванса более 30), наличие картины DESH-синдрома («disproportionally enlarged subarachnoid space hydrocephalus»), признаки перивентрикулярного отека, ширину «каллезного угла», расширение височных рогов и др. Во всех случаях у пациентов, включенных в исследование, диагноз иНТГ подтвержден результатами спинального tap-теста.

Первым этапом при выполнении ЦСЖ-шунтирующей операции при помощи системы интраоперационной навигации выполняли биопсию ткани головного мозга в трех областях (кортикальной, субкортикальной и перивентрикулярной) строго в проекции трека вентрикулярного катетера.

Далее взятый для гистологического исследования материал в виде столбцов ткани кусочков толщиной 0,7 мм обезжиривали в спиртах возрастающей концентрации, обрабатывали хлороформом в аппарате Tissue-Tek VIP 6 (Sakura) и заливали в парафин по стандартной методике. Затем изготовляли гистологические срезы толщиной 5—7 микрон. Все микропрепараты окрашивали в аппарате Tissue-Tek Prisma (Sakura) гематоксилином и эозином, дополнительно также использовали окраски по методам Ван-Гизона, Шпильмейера и Ниссля. Для микроскопической оценки использовали световой микроскоп Leica DM 1000 (Германия).

Кроме того, часть материала была подготовлена к ультраструктурному исследованию с использованием трансмиссионной электронной микроскопии. Биоптаты фиксировали смесью 0,5% глутаральдегида и 4% параформальдегида в течение 2,5 ч при температуре 4 °C. Постфиксацию проводили в 1% растворе тетраоксида осмия. Затем кусочки ткани были дегидратированы в растворах этилового спирта возрастающей концентрации и ацетоне, после чего заключены в смесь аралдитов. После полимеризации блоков из них изготавливали ультратонкие срезы на ультрамикротоме LKB III (Швеция). Исследование материала и фотосъемку проводили с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-100 CX (Япония) ВМедА и FEITecnai G² Spirit Bio TWIN (Нидерланды) Центра коллективного пользования ЦЭФБ им. И.М. Сеченова.

Дизайн исследования одобрен этическим комитетом Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова (протокол № 199 от 19.12.17).

По данным световой микроскопии большинство нейронов были изменены, единичные — имели правильную форму, но темное ядро, ядрышко не определялось. Часто встречались «клетки-тени», иногда с явлениями нейронофагии. Имели место очаги нейронального опустошения. Наиболее характерными являлись темные, сморщенные нейроны с темным ядром неправильной формы.

Наиболее выраженные изменения в веществе головного мозга у пациентов с иНТГ были связаны с общим разрежением нейропиля, утолщением и склерозированием стенок артериол, набуханием эндотелия, образованием конвалютов. Периваскулярные пространства часто были расширены, иногда значительно, с образованием криблюр (рис. 1).

В подкорковом белом веществе имели место мелкие очаги элективного некроза ткани мозга и образования мелких полостей неправильной формы с неровными контурами. Количество миелинизированных аксонов уменьшено во всех случаях, иногда значительно, волокна были неравномерными по толщине и не образовывали характерной для белого вещества плотной сети (рис.2).

Плотность белого вещества в перивентрикулярной зоне была неравномерной и значимо уменьшалась в участках, прилежащих к желудочку. Состояние глии и сосудов аналогично изменениям в субкортикальном белом веществе. Белое вещество, прилежащее к желудочку, представлено множественными полостями с неровными контурами разных размеров и формы. Миелиновые волокна в этой зоне были единичными, неровными, истонченными (рис. 3).

По данным электронной микроскопии изменения морфологии клеток головного мозга и межклеточного вещества при иНТГ выявлялись и на ультрамикроструктурном уровне. При электронной микроскопии ткани перивентрикулярной области у пациентов с иНТГ определялась общая пастозность ткани. Губчатость паренхимы была обусловлена множеством расширенных оптически пустых дендритов и аксонов, диффузно расположенных среди нейропиля по всей перивентрикулярной зоне. Максимальное их скопление локализовано вокруг сосудов. Отечные отростки, сливаясь по 2—4 в единые конгломераты, имели между собой щелевые контакты. Образованные спонтанно в результате критического сближения мембран соседних, увеличенных в объеме отростков, щелевые контакты могут выполнять роль электрических синапсов.

Синапсы, образованные с участием большинства пар нервных окончаний, имели морфологические проявления нарушения проводимости нервных импульсов. Синаптические везикулы в большом количестве скапливались в аксонных терминалях, агглютинировали (рис. 4).

Нередко в перинуклеарных «карманах» и более объемных, оптически «пустых» областях, прилегающих к ядру, наблюдались скопления вещества, напоминающего ядерный хроматин. Кариоплазма при этом имела повышенную конденсацию хроматина, не свойственную данным клеткам в нормальном состоянии.

Основная масса нейро- и глиоцитов перивентрикулярной зоны, в том числе элементы гематоэнцефалического барьера, были повреждены и/или гиперхромны с необратимыми дегенеративными изменениями (рис. 5).

В перивентрикулярной зоне лобных долей головного мозга при иНТГ обнаружены амилоидные бляшки. Как правило, в исследуемых биоптатах крупные амилоидные бляшки были окружены разнонаправленными волокнами глиофиламентов и небольшими по размеру фрагментами остаточных мембран (рис. 6).

Расширение периваскулярных пространств вокруг мелкокалиберных артериол укладывается в концепцию нарушений функционирования глиолимфатической системы, возникающих у пациентов с иНТГ [6]. Само по себе расширение периартериальных пространств может приводить к снижению темпов обменных процессов между ЦСЖ и тканевой жидкостью, затруднять клиренс продуктов обмена из межклеточного пространства. Теоретические представления о нарушениях механизмов очищения микроокружения нервных клеток от токсинов и «шлаков» нашло подтверждение в экспериментальных работах с интратекальным введением МР-контрастного вещества. Так, в работах S. Vathehol и G. Ringstad отмечено значительное снижение клиренса гадобутрола из субарахноидальных пространств у пациентов с НТГ [7].

Обеднение паренхимы мозга нейронами и формирование постапоптотических полостей, а также разрежение нервных волокон в подкорковом белом веществе свидетельствуют о выраженной дистрофии, развивающейся при иНТГ. Данные литературы свидетельствуют о двух наиболее вероятных механизмах развития подобных патологических изменений в ткани головного мозга: ишемические изменения в клетках на фоне снижения мозгового кровотока [8] и вторичная атрофия нейронов, возникающая вследствие механического повреждения проводящих путей, возникающего при расширении боковых желудочков [9]. Стоит отметить, что гипотеза о ключевой роли снижения мозгового кровотока в патогенезе иНТГ не вполне согласуется с клиническими находками. Так, по данным G. Bateman и соавт., у 14—16% пациентов с иНТГ показатели мозгового кровотока находятся в пределах нормальных значений [10]. В значительном количестве исследований с построением диффузионно-тензорных изображений при иНТГ выявлено увеличение коэффициента фракционной анизотропии, что косвенно свидетельствует о повреждении проводящих путей [11, 12]. Вместе с тем отмечено, что после проведения ЦСЖ-шунтирующей операции или тап-теста регрессу неврологической симптоматики соответствует нормализация коэффициента фракционной анизотропии [13—15].

Нарастание выраженности патологических изменений в перивентрикулярной области соответствует патофизиологическим концепциям, постулирующим прямое воздействие пульсовых волн внутричерепного давления на стенки боковых желудочков в качестве главного фактора развития гидроцефалии. Наши наблюдения согласуются с экспериментальными данными, свидетельствующими о повреждении эпендимы при НТГ [16] и существовании прямого трансэпендимарного тока ЦСЖ в условиях «пульсационного стресса» [17].

Изучение ультрамикроструктурных изменений в клетках головного мозга позволяет понять механизмы формирования неврологической симптоматики при иНТГ. Так, формирование патологических щелевых контактов между нейронами, агглютинация синаптических везикул в терминалях аксонов, формирование контактов между нейронами и астроцитами и другими глиальными клетками, очевидно, приводят к нарушению механизмов возбуждения нейронов и проведения нервных импульсов.

Конденсация хроматина в ядрах нейронов, формирование телец Леви и амилоидных бляшек в цитоплазме клеток и межклеточном веществе не только перивентрикулярной, но и других областей, говорит о существовании общего дегенеративного процесса, сопряженного с иНТГ. Это обстоятельство согласуется с исследованиями D. Cabral и соавт., установившими на основании результатов аутопсий высокую частоту коморбидности иНТГ с болезнью Альцгеймера [18].

Выявленные патоморфологические изменения в коре, и белом веществе головного мозга у пациентов с иНТГ соответствуют существующим на сегодняшний день патофизиологическим концепциям. Наиболее характерными микроскопическими изменениями вещества головного мозга при иНТГ являются ангиопатия, пористость и вакуолизация паренхимы, снижение количества миелиновых волокон.

На ультрамикроскопическом уровне при иНТГ выявляются нарушение синаптической структуры, формирование патологических щелевых контактов между отечными отростками нейронов, образование амилоидных бляшек, телец Леви и разрастаний глиофиламентов.

Изучение микро- и ультрамикроструктурных изменений дает ключ к лучшему пониманию механизмов формирования иНТГ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Гаврилов Гаспар Владимирович – докторант кафедры нейрохирургии; http://orcid.org/0000-0002-8594-1533. gaspar_gavrilov@mail.ru.

Станишевский Артём Вадимович – клинический ординатор клиники нейрохирургии; http://orcid.org/0000-0002-2615-269X; e-mail: a-stan@mail.ru

Гайдар Борис Всеволодович – академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор кафедры нейрохирургии.

Свистов Дмитрий Владимирович — к.м.н., доцент, начальник кафедры нейрохирургии, главный нейрохирург МО РФ; e-mail: dvsvistov@mail.ru; http://orcid.org/0000-0002-3922-9887

Парамонова Наталья Михайловна – научный сотрудник лаборатории молекулярной эндокринологии и нейрохимии, ФГБУН ИЭФБ им. И. М. Сеченова РАН, и научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИЦ ФГБВОУ ВО ВМедА им. С. М. Кирова МО РФ; natapa@bk.ru.

Гайкова Ольга Николаевна — д.м.н., профессор по специальности «патологическая анатомия», ведущий научный сотрудник лаборатории морфологии и электронной микроскопии, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства»; http://orcid.org/0000-0002-9942-2742; e-mail: Olga-Gaykova@yandex.ru

*e-mail: gaspar_gavrilov@mail.ru