Заболевание базальных ганглиев представляет собой группу физических проблем, которые возникают, когда группа ядер в мозге, известная как базальные ганглии, не может должным образом подавить нежелательные движения или должным образом подготовить верхние двигательные нейронные цепи для инициирования двигательной функции. [1] Исследования показывают, что повышенный выход базальных ганглиев подавляет таламокортикальные проекционные нейроны . Правильная активация или деактивация этих нейронов является неотъемлемым компонентом для правильного движения. Если что-то вызывает слишком большой выход базальных ганглиев, то вентральные передние (VA) и вентральные латеральные (VL) таламокортикальные проекционные нейроны становятся слишком подавленными, и человек не может инициировать произвольное движение. Эти расстройства известны как гипокинетические расстройства . Однако расстройство, приводящее к аномально низкому выходу базальных ганглиев, приводит к снижению торможения и, следовательно, возбуждения таламокортикальных проекционных нейронов (VA и VL), которые синаптически связаны с корой. Эта ситуация приводит к неспособности подавлять нежелательные движения. Эти расстройства известны как гиперкинетические расстройства. [2]
Причины аномального увеличения или уменьшения продукции базальных ганглиев пока не до конца понятны. Одним из возможных факторов может быть естественное накопление железа в базальных ганглиях, вызывающее нейродегенерацию из-за его участия в токсических реакциях свободных радикалов . [3] Хотя двигательные расстройства являются наиболее распространенными, связанными с базальными ганглиями, недавние исследования показывают, что расстройства базальных ганглиев могут приводить к другим дисфункциям, таким как обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) и синдром Туретта . [4]
Базальные ганглии — это коллективная группа структур в мозге. К ним относятся полосатое тело (состоящее из скорлупы и хвостатого ядра ), бледный шар , черная субстанция и субталамическое ядро . Наряду с другими структурами базальные ганглии являются частью нейронной цепи , которая является неотъемлемой частью произвольной двигательной функции. [1] Когда-то считалось, что основная функция базальных ганглиев заключается в интеграции проекций из коры головного мозга и проецировании информации через таламус в двигательную кору . Исследования показали, что базальные ганглии можно смоделировать как группу компонентов параллельных, возвратных кортико-подкорковых цепей, которые берут начало в корковых областях, пересекают базальные ганглии и заканчиваются в определенных областях лобной доли. [4] Считается, что эти области контролируют не только двигательную функцию, но также глазодвигательные , префронтальные , ассоциативные и лимбические области. [2] Понимание этих цепей привело к прорыву в понимании расстройств базальных ганглиев.
Из всех цепей двигательная цепь является наиболее изученной из-за ее важности для двигательных расстройств. Прямой путь двигательной цепи - это тот, в котором проекции из коры направляются в скорлупу непосредственно во внутренний сегмент бледного шара (GPi, также известный как GP-медиальный) или черную субстанцию , pars reticulata (SNr), а затем направляются к вентральному переднему ядру (VA) и вентральному латеральному ядру таламуса (VL) и стволу мозга. [2] [4] Через этот путь базальные ганглии способны инициировать произвольные движения, растормаживая таламические нейроны, которые управляют верхними двигательными нейронами. [1] Этот процесс регулируется дофамином, секретируемым полосатым телом на рецептор дофамина D 1 на SNc. Дофамин возбуждает стриарные нейроны в прямом пути. [5] Правильное высвобождение дофамина в полосатом теле является неотъемлемой частью подавления выходной активности базальных ганглиев, что необходимо для повышения активности таламических нейронов. [2] Эта активность в таламических ядрах является неотъемлемым компонентом произвольного движения.
Предполагается, что непрямой путь двигательной цепи проецируется из коры в скорлупу, таламус и ствол мозга непрямо, проходя через внешний сегмент бледного шара (GPe), затем через субталамическое ядро (STN), прежде чем вернуться обратно во внутренний сегмент бледного шара (GPi). [4] Непрямой путь отвечает за прекращение движения. Непрямой путь подавляет нежелательные движения путем одновременного увеличения возбуждающего входа в другие нейроны GPi и SNr. [4] Подобно прямому пути, непрямой путь регулируется стриатным дофамином. Рецепторы дофамина D 2 подавляют передачу через непрямой путь. Рецепторы D 2 подавляют стриатные нейроны в непрямом, ингибирующем пути. [5] Это ингибирующее действие дофамина на непрямой путь выполняет ту же функцию, что и его возбуждающие эффекты в прямом пути, поскольку он снижает выход базальных ганглиев, что приводит к растормаживанию двигательных нейронов. [2]
Гипокинетические расстройства — это двигательные расстройства, которые описываются как имеющие сниженную двигательную функцию. Это обычно объясняется более высоким, чем обычно, выходом базальных ганглиев, вызывающим торможение таламокортикальных двигательных нейронов.
Ригидность мышц, тремор в состоянии покоя и замедленность начала и выполнения движений, которые являются основными двигательными симптомами болезни Паркинсона , объясняются снижением дофаминергической активности в двигательных зонах базальных ганглиев, особенно в скорлупе, из-за постепенного снижения иннервации от компактной части черной субстанции. [6] Другие двигательные дефициты и общие немоторные признаки болезни Паркинсона, такие как вегетативная дисфункция, когнитивные нарушения и трудности с походкой/равновесием, как полагают, являются результатом широко распространенных прогрессирующих патологических изменений, начинающихся в нижнем отделе ствола мозга и восходящих к среднему мозгу, миндалевидному телу, таламусу и, в конечном итоге, к коре головного мозга. [4]
Гиперкинетические расстройства — это двигательные расстройства, характеризующиеся повышенной неконтролируемой двигательной функцией. Они вызваны снижением выходной мощности базальных ганглиев, что вызывает повышенную таламокортикальную функцию, что приводит к неспособности остановить нежелательное движение.
Болезнь Хантингтона — наследственное заболевание, вызывающее дефекты поведения, познания и неконтролируемые быстрые, резкие движения. [1] Болезнь Хантингтона возникает из-за дефекта, который состоит из расширенного повтора CAG в гене хантингтина (HTT), расположенном на коротком плече p хромосомы 4. [7] Данные показывают, что базальные ганглии у пациентов с болезнью Хантингтона показывают снижение активности митохондриального пути , комплекса II-III. Такие недостатки часто связаны с дегенерацией базальных ганглиев. [8] Эта дегенерация нейронов полосатого тела, проецирующихся на GPe, приводит к растормаживанию непрямого пути, повышенному торможению субталамического ядра и, следовательно, снижению выхода базальных ганглиев. [2] Дегенерация нейронов в конечном итоге приводит к смерти в течение 10–20 лет.
Дистония — это гиперкинетическое двигательное расстройство, которое характеризуется непроизвольными движениями и замедлением преднамеренных движений. Хотя известны такие причины дистонии, как метаболические, сосудистые и структурные аномалии, все еще есть пациенты с дистонией без очевидной причины. Дистония может возникнуть как гиперкинетическое расстройство или как побочный эффект гипокинетических расстройств, таких как болезнь Паркинсона. [9] До недавнего времени считалось, что дистония, вероятно, вызвана крайней нехваткой функции прямого пути между скорлупой и GPi. Опять же, считалось, что эта дисфункция приводит к снижению выхода базальных ганглиев в таламус и, как следствие, к усилению растормаживания таламических проекций в премоторную и моторную кору. [10] Однако недавние модели на мышах показывают, что дисфункция мозжечка может играть равную роль в дистонии. [11]
Гемибаллизм — это гиперкинетическое двигательное расстройство, вызывающее неконтролируемое движение на одной стороне тела. Обычно оно вызвано повреждением субталамического ядра (STN). Поскольку внутренний сегмент бледного шара (GPi) является связующим звеном в цепи между STN и таламической проекцией, разрушение локализованных мозговых клеток в GPi посредством паллидотомии оказалось полезным методом лечения гемибаллизма. [9]
Перечисленные ниже заболевания, которые обычно поражают базальные ганглии, нельзя однозначно отнести ни к гипо-, ни к гиперкинетическим.
Сетчатая часть черной субстанции и ее прямая входная структура, субталамическое ядро, играют роль в схеме распространения приступов и были описаны как ядра, регулирующие приступы. Ингибирование этих ядер подавляет приступы в различных экспериментальных моделях эпилепсии. Пациенты с приступами демонстрируют некоторую аномальную электрофизиологическую активность и структурные изменения, такие как атрофия, измененная перфузия крови и метаболизм в их базальных ганглиях. Несколько отчетов о случаях описывают, что глубокая мозговая стимуляция субталамического ядра была успешной в снижении приступов. Другие целевые подходы к лечению были ограничены экспериментальными установками и включали местные инфузии препаратов и трансплантацию клеток. [12]
Синдром Туретта — это расстройство, которое характеризуется поведенческими и двигательными тиками, ОКР и синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). По этой причине обычно считается, что патологии, связанные с лимбическими, ассоциативными и двигательными контурами базальных ганглиев, вероятны. С тех пор, как стало известно, что такие синдромы, как синдром Туретта и ОКР, вызваны дисфункцией немоторных контуров контуров базальных ганглиев, разрабатываются новые методы лечения этих расстройств, основанные на методах лечения, изначально предназначенных для лечения двигательных расстройств. [4]
Хорея Сиденгама — это расстройство, характеризующееся быстрыми, нескоординированными судорожными движениями, в первую очередь затрагивающими лицо, руки и ноги. [13] Это результат аутоиммунной реакции, которая возникает после заражения β-гемолитическими стрептококками группы А (GABHS) [14] , которые разрушают клетки в полосатом теле базальных ганглиев . [15] [14] [16]
PANDAS — это спорная гипотеза о том, что существует подгруппа детей с быстрым началом обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР) или тиковых расстройств и что эти симптомы вызваны инфекциями β-гемолитического стрептококка группы А (GABHS). [17] [18] [19] Предполагаемая связь между инфекцией и этими расстройствами заключается в том, что первоначальная аутоиммунная реакция на инфекцию GABHS вырабатывает антитела, которые нарушают функцию базальных ганглиев , вызывая обострения симптомов. Было высказано предположение, что этот аутоиммунный ответ может привести к широкому спектру нейропсихиатрических симптомов. [20] [21]
Дискинетический церебральный паралич — это тип детского церебрального паралича, в первую очередь связанный с повреждением базальных ганглиев в виде поражений , которые возникают во время развития мозга из-за билирубиновой энцефалопатии и гипоксически-ишемического повреждения мозга . [22] Симптомы включают медленные, неконтролируемые движения конечностей и туловища [23] и небольшие, быстрые, случайные и повторяющиеся, неконтролируемые движения, известные как хорея . [24] Непроизвольные движения часто усиливаются в периоды эмоционального стресса или возбуждения и исчезают, когда пациент спит или отвлекается. [24]
Атимгормический синдром — редкий психопатологический и неврологический синдром, характеризующийся крайней пассивностью, апатией , притуплённым аффектом и глубокой генерализованной потерей самомотивации. Считается, что синдром возникает из-за повреждения областей базальных ганглиев или лобной коры , в частности, полосатого тела и бледного шара , ответственных за мотивацию и исполнительные функции. [25]
Синдром Леша-Нихана — редкое рецессивное заболевание, сцепленное с Х-хромосомой, вызванное дефицитом фермента гипоксантин -гуанин фосфорибозилтрансферазы (ГГФРТ), что приводит к накоплению мочевой кислоты и дефициту выработки дофамина. [26] В течение первых нескольких лет жизни экстрапирамидное поражение вызывает аномальные непроизвольные мышечные сокращения, такие как потеря двигательного контроля ( дистония ), извивающиеся движения ( хореоатетоз ) и выгибание позвоночника ( опистотонус ). Сходство с дискинетическим церебральным параличом очевидно, и в результате у большинства людей изначально диагностируется церебральный паралич. Психологическое поведение может включать отказ от желаемых угощений или путешествий, ответ на доброту холодностью или яростью, неспособность правильно ответить на вопросы теста, несмотря на учебу и желание добиться успеха, или провоцирование гнева со стороны лиц, осуществляющих уход, когда желательна ласка. [27]
Болезнь Вильсона — это аутосомно-рецессивное генетическое заболевание, вызванное мутацией в гене ATP7B , транспортирующем медь , что приводит к избыточному накоплению меди. Около половины больных имеют неврологические симптомы, включая паркинсонизм (чаще всего ригидность по типу зубчатого колеса , брадикинезия или замедленные движения и отсутствие равновесия) [28] с типичным тремором рук или без него , маскированным выражением лица, невнятной речью, атаксией или дистонией . [29]
Болезнь Фара — редкое, генетически доминантное , наследственное неврологическое заболевание, характеризующееся аномальными отложениями кальция , в первую очередь в базальных ганглиях . [30] Около 0,3–1,5% людей имеют бессимптомные кальцификации базальных ганглиев . [31]
Блефароспазм — это любое аномальное сокращение или подергивание века. Блефароспазм может быть результатом аномального функционирования базальных ганглиев мозга. [32]
Многие расстройства базальных ганглиев вызваны дисфункцией локализованной области. По этой причине генная терапия кажется жизнеспособной для нейродегенеративных расстройств. Генная терапия проводится путем замены больных фенотипов новым генетическим материалом. Этот процесс все еще находится на ранних стадиях, но первые результаты многообещающие. Примером такой терапии может быть имплантация клеток, генетически модифицированных для экспрессии тирозингидроксилазы, которая в организме может быть преобразована в дофамин. Повышение уровня дофамина в базальных ганглиях может, возможно, компенсировать последствия болезни Паркинсона. [1]
Повреждение — это преднамеренное разрушение нейронных клеток в определенной области, используемое в терапевтических целях. Хотя это кажется опасным, были достигнуты огромные улучшения у пациентов с двигательными расстройствами. [33] Точный процесс обычно включает одностороннее повреждение в сенсомоторной области GPi. Этот процесс называется паллидотомией . Считается, что успех паллидотомии в снижении эффектов двигательных расстройств может быть результатом прерывания аномальной нейронной активности в GPi. Этот метод абляции можно рассматривать как простое удаление неисправной части схемы. При удалении поврежденной части схемы здоровая область схемы может продолжать нормально функционировать. [9]
Глубокая стимуляция мозга включает в себя введение электродов с помощью стереотаксической хирургии в сенсомоторную область мозга. [1] [4] Эти электроды испускают высокочастотную стимуляцию в имплантированные области. [4] Двусторонняя имплантация необходима для симметричных результатов, а также для возможности снижения интенсивности и продолжительности периодов выключения, а также увеличения продолжительности периодов включения. [1] [4] Наиболее эффективными структурами, используемыми для имплантации для глубокой стимуляции мозга, являются внутренний бледный шар (GPi) и субталамическое ядро (STN). Это связано с тем, что безопаснее и эффективнее изменять влияние базальных ганглиев на таламокортикальные ядра, чем напрямую изменять нейронную активность в верхних двигательных нейронных цепях. [1] Глубокая стимуляция мозга является более сложным процессом, чем другие методы лечения, такие как абляция. Данные свидетельствуют о том, что преимущества глубокой стимуляции мозга STN обусловлены активацией эфферентов и модуляцией паттернов разряда в GPi, которые распространяются по всем таламокортикальным путям. [4] Возможность корректировать протоколы стимуляции позволяет применять это лечение при различных расстройствах из-за его способности изменять активность контуров базальных ганглиев. [1]