Ішемічний інсульт

Під час ішемічного інсульту клітина може загинути двома основними шляхами — некрозом та апоптозом[3][4][5][6]. Перший шлях домінує в гостру фазу ішемічного інсульту (перші декілька хвилин) в ділянці з найбільш критичним кровопостачанням. Ця ділянка в подальшому стане ядром інфаркту.[4][6][7][8][9] Довкола ядра інфаркту розташована пенумбра — ділянка, у якій ішемія не настільки критична. Нейрони тут функціонально неактивні, проте зберігають свою клітинну цілісність[7][10]. У пенумбрі клітини можуть загинути двома способами (як некрозом, так і апоптозом), адже патологічні реакції, які йдуть у ішемізованій клітині, є неспецифічними для якогось певного шляху[5][11][12], проте панівним шляхом є саме апоптоз[6][9][12][13]. Апоптоз також є домінантним шляхом у випадку віддаленої загибелі клітин, як може виникнути у ділянці, яка короткочасно була піддана ішемії[5]. Певна частина клітин також гинуть шляхом некроптозу[3][5] та автофагії[5][14].

Розрізняють три фази у патогенезі ішемічного інсульту:

• гостру (до декількох хвилин) — клітини набрякають, їхні мітохондрії руйнуються, клітини гинуть та формують ядро інфаркту;
• підгостру (до 6 годин) — явище періінфарктної деполяризації, збільшення розмірів ядра інфаркту за рахунок пенумбри;
• віддалену (від декількох днів до декількох тижнів) — вазогенний набряк, запалення, віддалений апоптоз.

Ішемічний каскад — це сукупність реакцій, які виникають за умов ішемії та ведуть до пошкодження клітин мозку. Ці реакції можуть привести як до некрозу, так і до розвитку апоптозу. Вони йдуть як у ядрі інфаркту, так і у пенумбрі, проте різняться тривалістю перебігу.[5][11][15]

У нормі нейрони велику кількість енергії використовують для функціонування іонних насосів, найважливішим з яких є натрій-калієвий насос. Це забезпечує стабільну концентрацію іонів у клітині та поза нею, що потрібно для збудження нейронів (деполяризації та реполяризації). Проте ці насоси потребують енергії яка утворюється при розщепленні зв'язків АТФ. В умовах ішемії (порушення постачання кисню, глюкози та інших поживних речовин) синтез АТФ порушується, що в свою чергу веде до порушення в іонному гомеостазі — аноксичної деполяризації (зміни заряду мембрани в умовах нестачі кисню).[10][16][17] Калій, якого багато у клітині, виходить з неї, а натрій та хлор, яких багато поза клітиною, прямують у клітину. Надмір натрію провокує підвищення осмолярності цитоплазми клітини, що у свою чергу веде до входження у клітину великої кількості води — розвивається цитотоксичний набряк, або набухання клітини.[18][19] Проте цитотоксичний набряк сам не викликає набряк мозку, який можна візуалізувати на КТ чи МРТ, а лише після того, як до нього приєднаються іонний та вазогенний набряки. Перший виникає разом із набуханням клітин, якщо збережений хоча б якийсь кровотік (найхарактерніше для пенумбри) та за непошкоженого гемато-енцефалічного бар'єру (ГЕБ). Його суть полягає в тому, що переміщення натрію та хлору в клітину спричиняє дефіцит цих іонів у позаклітинному середовищі, який нівелюється надходженням іонів з кровоносних судин. Ці іони «тягнуть» за собою воду.[16][20] Через 4–6 годин пошкоджуються елементи ГЕБ, велика кількість рідини прямує в позаклітинний простір і розвивається таке пізнє ускладнення, як вазогенний набряк. Свого піку він сягає на 2-4 добу та суттєво збільшує об'єм мозку. Вазогенний набряк у свою чергу погіршує перфузію та може провокувати дислокацію мозку.[16][19]

Деполяризація спричиняє викид нейронами із своїх пресинаптичних закінчень великої кількості глутамату — збудливого нейромедіатора, який дуже поширений в ЦНС. Його стає дуже багато (нейроглія, яка його поглинає після виділення, також пошкоджена), а у великих кількостях він є токсичним. У випадку глутамату така токсичність називається ексайтотоксичністю: медіатор приєднюється до NMDA- та AMPA-рецепторів та провокує вхід великої кількості кальцію, який у свою чергу активує велику кількість ферментів (фосфоліпаз, ендонуклеаз, протеїнкіназ та протеаз).[21][22][23] Загалом ексайтотоксичність запускає ланцюг реакцій, які наведені нижче.

• Активовані ферменти пошкоджують клітинні структури, а також запускають пероксидне окислення з утворенням вільних радикалів, які ще більше пошкоджують клітину[18][21].
• Вільні радикали та надмір кальцію пошкоджують мітохондрії — «енергетичний» центр клітини. Залежно від інтенсивності ішемії (ядро інфаркту чи пенумбра), мітохондрії можуть ушкоджуватися повністю (веде до некрозу), або частково, коли через збільшену проникність з них виділяються проапоптичні фактори (наприклад, апоптоз-індукуючий фактор)[5][19][24].
• Ексайтотоксичність також провокує стрес еноплазматичного ретикулума, який може проявлятися пригніченням синтезу білка чи синтезом стресових білків та білків неправильної будови. Наявність неправильних білків також провокує апоптоз.[19][25]
• Разом з кальцієм у клітину заходить велика кількість цинку, який у свою чергу потенціює утворення вільних радикалів та ушкодження мітохондрій, а також, незалежно від мітохондріальної дисфункції, запускає апоптоз[21][22].

Вище перелічені механізми належать до внутрішніх механізмів активації апоптозу. Окрім внутрішніх механізмів, апоптоз у зоні ішемії також провокується зовнішніми механізмами — стимуляцією рецепторів Fas, TNFαR, а в зоні ішемії ще й TLR2, TLR4 та NOTCH-1.[19][26]

Кальцій потрапляє в клітину й іншим, незалежним від глутамату, шляхом — активацією протонактивованих іонних каналів (канали, які активуються при більш кислому середовищі). Кислим середовище в клітині стає через те, що при дефіциті кисню, окислення глюкози закінчується анаеробним шляхом, при якому окрім двох молекул АТФ утворюється піруват. Глутамат також стимулює виділення кальцію, який у великих кількостях міститься в ендоплазматичному ретикулумі. Таким чином, рівень кальцію у клітині зростає завдяки декільком механізмам.[11][27][22]

На перебіг інсульту впливає ще один патофізіологічний механізм — запалення. Свого піку воно сягає на сьому добу. У місці ішемії відбувається підвищена експресія генів, які кодують NF-κB, TNF-α, IL-1β, IL-6, білки теплового шоку. Спочатку активується мікроглія, яка виконує роль імунної системи в головному мозку, а згодом в речовину мозку потрапляються чужорідні клітини — нейтрофіли, лімфоцити, моноцити та макрофаги. Останні є найчисленнішими клітинами на сьомий день інсульту. У мозок вони потрапляють завдяки підвищеній експресії генів, що кодують молекули міжклітинної адгезії (виробляються ендотелієм).[5][18][19][28] Запалення має негативний вплив: імунні клітини виділяють вільні радикали, які ще сильніше пошкожують і так пошкоджену тканину.[5][28]