Патогенез нейродегенеративной патологии и новые концепции транспортно-метаболических систем головного мозга и глаза


https://doi.org/10.21626/vestnik/2020-1/06

Полный текст:


Аннотация

Нейродегенеративные заболевания головного мозга и органа зрения имеют высокую медицинскую и социально-экономическую значимость. Лидирующие среди них - болезнь Альцгеймера (БА) и глаукома обладают сходством эпидемиологических характеристик, общими молекулярными механизмами пато- и морфогенеза. В пользу патогенетической связи между глаукомой и БА свидетельствует ряд фактов: их частая сочетанность; истончение слоя нервных волокон сетчатки как у пациентов с рядом нейродегенеративных заболеваний, так и у больных глаукомой; возможность транспорта нейротоксических метаболитов в системе «головной мозг - глаз»; амилоидные отложения в сетчатке у больных БА, а также образование нейротоксических форм амилоида в головке зрительного нерва при внутриглазной гипертензии, депозиты β-амилоида и белка Tau в латеральных коленчатых телах в модели бинокулярной глаукомы; снижение когнитивных функций у больных глаукомой и др. Указанные факты согласуются с современной концепцией «глимфатической системы» (ГЛС), давшей старт новому этапу изучения патогенеза нейродегенерации. ГЛС представляет собой совокупность образований, обеспечивающих обмен ликвора между головным мозгом и глазом, и включает ряд околососудистых пространств: параваскулярных (между пиально-адвентициальной оболочкой сосудов и пограничной глиальной мембраной) и периваскулярных (между пиальной оболочкой и адвентицией артерий и артериол, а также между медией сосудов и общей пиально-адвентициальной оболочкой). При этом важным фактором, определяющим глимфатический транспорт, является состояние артериального и венозного кровотока, что также успешно соотносится с основными теориями патогенеза глаукомы. В обзоре представлены данные литературы о связи между церебральной и окулярной нейродегенерацией, патогенезе глаукомы, структурных и функциональных особенностях глимфатической системы, возможных фармакотерапевтических подходах и нейропротекции при нейродегенеративной патологии и глаукоме.

Об авторах

Александр Анатольевич Должиков
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия
д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры анатомии и гистологии человека


Игорь Иванович Бобынцев
Курский государственный медицинский университет
Россия
д-р мед. наук, профессор, зав. кафедрой патофизиологии, директор НИИ общей патологии


Андрей Евгеньевич Белых
Курский государственный медицинский университет
Россия
канд. мед. наук, доцент кафедры патофизиологии, ст. науч. сотрудник НИИ общей патологии


Ольга Александровна Шевченко
Курский государственный медицинский университет
Россия
клинический ординатор кафедры иммунологии, аллергологии и фтизиопульмонологии


Анна Сергеевна Победа
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия
канд. биол. наук, доцент кафедры фармакологии и клинической фармакологии


Ирина Николаевна Должикова
Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Россия
канд. биол. наук, доцент кафедры фармакологии и клинической фармакологии


Павел Игоревич Бибик
Курский государственный медицинский университет
Россия
студент


Список литературы

1. Аветисов С.Э., Еричев В.П., Яременко Т.В. Обоснование нейропротекции при глаукоме. Национальный журнал глаукома. 2019.18(1):85-94. DOI: 10.25700/NJG.2019.01.10

2. Алексеев В.Н., Лысенко О.И. Особенности состояния нервной системы больных глаукомой. Национальный журнал глаукома. 2017;16(3):103-112

3. Алов И.А. О движении спинномозговой жидкости через мозг по периваскулярным пространствам. Вопросы нейрохирургии. 1950;14(6):12

4. Арапиев М.У., Ловпаче Д.Н., Слепова О.С., Балацкая Н.В. Исследование факторов регуляции экстраклеточного матрикса и биомеханических свойств корнеосклеральной оболочки при физиологическом старении и первичной открытоугольной глаукоме. Национальный журнал глаукома. 2015;14(4):13-20

5. Бунин А.Я. Гемодинамика глаз и методы ее исследования. Москва: Медицина, 1971. 196 с.

6. Бунин А.Я., Бабижаев М.А., Супрун А.В. Об участии процессов перекисного окисления липидов в деструкции дренажной системы глаз при открытоугольной глаукоме. Вестник офтальмологии. 1985;101(2):13-16

7. Вальчук С.Н., Алексеев Д.Е., Гаврилов Г.В., Станишевский А.В., Свистов Д.В. Циркуляция и резорбция ликвора: история изучения и современное представление. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2018;2(62):215-220

8. Воронов А.И. Шизофрения, сон и глимфатическая система головного мозга. Тюменский медицинский журнал. 2017;19(1):41-48

9. Габашвили А.Н., Еричев В.П., Нестерова Т.В., Суббот А.М. Ганглиозные клетки сетчатки: возможности нейропротекции при глаукоме. Национальный журнал глаукома. 2017;16(2):74-81

10. Должиков А.А., Тверской А.В., Бобынцев И.И., Крюков А.А., Белых А.Е. Морфометрическое исследование нейронов гиппокампа при хроническом иммобилизационном стрессе. Научный результат. Серия: медицина и фармация. 2015;1(4):62-65. DOI: 10.18413/2313-8955-2015-1-4-62-65

11. Егоров Е.А., Куроедов А.В. Отдельные клинико-эпидемиологические характеристики глаукомы в странах СНГ и Грузии. Результаты многоцентрового открытого ретроспективного исследования (часть 2). РМЖ. Клиническая офтальмология. 2012;13(1):19-22

12. Еричев В.П., Егоров Е.А. О патогенезе первичной открытоугольной глаукомы. Вестник офтальмологии. 2014;130(6):98-105

13. Ермилов В.В. Сочетание амилоидоза глаза с его другой старческой патологией. Архив патологии. 1993;55(6):43-45

14. Ермилов В.В. Старческий амилоидоз глаза как проявление старческого церебрального амилоидоза. Архив патологии. 1993;55(6):39-42

15. Курышева Н.И. Сосудистая теория патогенеза глаукомной оптиконейропатии: основные аспекты, формирующие сосудистую теорию патогенеза глаукомы. Часть 3. Национальный журнал глаукома. 2018;17(1):101-112

16. Лобзин В.Ю., Колмакова К.А., Емелин А.Ю., Лапина А.В. Глимфатическая система мозга и ее роль в патогенезе болезни Альцгеймера. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2019;1(65):230-236

17. Лоскутов И.А., Саверская Е.Н., Лоскутова Е.И. Ретинопротекция как терапевтическая стратегия глаукомы: обзор исторических и современных мировых тенденций. Национальный журнал глаукома. 2017;16(4):86-97

18. Нестеров А.П. Патогенез первичной открытоугольной глаукомы: какая концепция более правомерна? Офтальмологические ведомости. 2008;1(4):63-67

19. Николенко В.Н., Оганесян М.В., Яхно Н.Н., Орлов Е.А., Порубаева Э.Э., Попова Е.Ю. Глимфатическая система головного мозга: функциональная анатомия и клинические перспективы. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2018;10(4):94-100. DOI: 10.14412/2074-2711-2018-4-94-100

20. Alexandrov P.N., Pogue A., Bhattacharjee S., Lukiw W.J. Retinal amyloid peptides and complement factor H in transgenic models of Alzheimer's disease. Neuroreport. 2011;22(12):623-627. DOI: 10.1097/WNR.0b013e3283497334

21. Bacyinski A, Xu M, Wang W, Hu J. The paravascular pathway for brain waste clearance: current understanding, significance and controversy. Front Neuroanat. 2017;11:101. DOI: 10.3389/fnana.2017.00101

22. Bakker E.N., Bacskai B.J., Arbel-Ornath M., Aldea R., Bedussi B., Morris A.W., Weller R.O., Carare R.O. Lymphatic clearance of the brain: perivascular, paravascular and significance for neurodegenerative diseases. Cell Mol Neurobiol. 2016;36(2):181-194. DOI: 10.1007/s10571-015-0273-8

23. Banerjee A., Khurana I. Impact of glaucoma in cognitive decline. Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research. 2018;11(10):549-551. DOI: 10.22159/ajpcr.2018.v11i10.27068

24. Bayer A.U., Ferrari F., Erb C. High occurrence rate of glaucoma among patients with Alzheimer's disease. Eur Neurol. 2002;47(3):165-168. DOI: 10.1159/000047976

25. Bedussi B., van der Wel N.N., de Vos J., van Veen H., Siebes M., VanBavel E., Bakker E.N. Paravascular channels, cisterns, and the subarachnoid space in the rat brain: A single compartment with preferential pathways. J Cereb Blood Flow Metab. 2017;37(4):1374-1385. DOI: 10.1177/0271678X16655550

26. Berdahl J.P., Fautsch M.P., Stinnett S.S., Allingham R.R. Intracranial pressure in primary open angle glaucoma, normal tension glaucoma, and ocular hypertension: a case-control study. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008;49(12):5412-5418. DOI: 10.1167/iovs.08-2228

27. Brinker T., Stopa E., Morrison J., Klinge P. A new look at cerebrospinal fluid circulation. Fluids Barriers CNS. 2014;11:10. DOI: 10.1186/2045-8118-11-10

28. Carare R.O., Bernardes-Silva M., Newman T.A., Page A.M., Nicoll J.A., Perry V.H., Weller R.O. Solutes, but not cells, drain from the brain parenchyma along basement membranes of capillaries and arteries: significance for cerebral amyloid angiopathy and neuroimmunology. Neuropathol Appl Neurobiol. 2008;34(2):131-144. DOI: 10.1111/j.1365-2990.2007.00926.x

29. Chen Y.Y., Lai Y.J., Yen Y.F., Shen Y.C., Wang C.Y., Liang C.Y., Lin K.H., Fan L.W. Association between normal tension glaucoma and the risk of Alzheimer's disease: a nationwide population-based cohort study in Taiwan. BMJ Open. 2018;8(11):e022987. DOI: 10.1136/bmjopen-2018-022987

30. den Haan J., Verbraak F.D., Visser P.J., Bouwman F.H. Retinal thickness in Alzheimer's disease: A systematic review and meta-analysis. Alzheimers Dement (Amst). 2017;6:162-170. DOI: 10.1016/j.dadm.2016.12.014

31. Denniston A.K., Keane P.A. Paravascular pathways in the eye: is there an 'ocular glymphatic system'? Invest Ophthalmol Vis Sci. 2015;56(6):3955-3956. DOI: 10.1167/iovs.15-17243

32. Ekström C., Kilander L. Pseudoexfoliation and Alzheimer's disease: a population-based 30-year follow-up study. Acta Ophthalmol. 2014;92(4):355-358. DOI: 10.1111/aos.12184

33. Ferrari L., Huang S.C., Magnani G., Ambrosi A., Comi G., Leocani L. Optical Coherence Tomography Reveals Retinal Neuroaxonal Thinning in Frontotemporal Dementia as in Alzheimer's Disease. J Alzheimers Dis. 2017;56(3):1101-1107. DOI: 10.3233/JAD-160886

34. Fleischman D., Berdahl J., Stinnett S.S., Fautsch M.P., Allingham R.R. Cerebrospinal fluid pressure trends in diseases associated with primary open-angle glaucoma. Acta Ophthalmol. 2015;93(3):e234-e236. DOI: 10.1111/aos.12551

35. Guo L., Salt T.E., Luong V., Wood N., Cheung W., Maass A., Ferrari G., Russo-Marie F., Sillito A.M., Cheetham M.E., Moss S.E., Fitzke F.W., Cordeiro M.F. Targeting amyloid-beta in glaucoma treatment. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007;104(33):13444-13449. DOI: 10.1073/pnas.0703707104

36. Gupta N., Ang L.C., Noël de Tilly L., Bidaisee L., Yücel Y.H. Human glaucoma and neural degeneration in intracranial optic nerve, lateral geniculate nucleus, and visual cortex. Br J Ophthalmol. 2006;90(6):674-678. DOI: 10.1136/bjo.2005.086769

37. Hadaczek P., Yamashita Y., Mirek H., Tamas L., Bohn M.C., Noble C., Park J.W., Bankiewicz K. The "perivascular pump" driven by arterial pulsation is a powerful mechanism for the distribution of therapeutic molecules within the brain. Mol Ther. 2006;14(1):69-78. DOI: 10.1016/j.ymthe.2006.02.018

38. Hagerman K.E., Taussig M.J., Coalter J.D., Jay W.M. Low-vision rehabilitation in patients with visual and cognitive impairment. Visual Impairment Research. 2007;9(1):19-22. DOI: 10.1080/13882350701198868

39. Hanekamp S. Glaucoma: an eye or a brain disease? Groningen: Rijksuniversiteit Groningen, 2017. 145 p.

40. Hawkes C.A., Härtig W., Kacza J., Schliebs R., Weller R.O., Nicoll J.A., Carare R.O. Perivascular drainage of solutes is impaired in the ageing mouse brain and in the presence of cerebral amyloid angiopathy. Acta Neuropathol. 2011;121(4):431-443. DOI: 10.1007/s00401-011-0801-7

41. Helmer C., Malet F., Rougier M.B., Schweitzer C., Colin J., Delyfer M.N., Korobelnik J.F., Barberger-Gateau P., et al. Is there a link between open-angle glaucoma and dementia? The Three-City-Alienor cohort. Ann Neurol. 2013;74(2):171-179. DOI: 10.1002/ana.23926

42. Hinton D.R., Sadun A.A., Blanks J.C., Miller C.A. Optic-nerve degeneration in Alzheimer's disease. N Engl J Med. 1986;315(8):485-487. DOI: 10.1056/NEJM198608213150804

43. Iliff J.J., Wang M., Liao Y., Plogg B.A., Peng W., Gundersen G.A., Benveniste H., Vates G.E., et al. A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid β. Sci Transl Med. 2012;4(147):147ra111. DOI: 10.1126/scitranslmed.3003748

44. Iliff J.J., Wang M., Zeppenfeld D.M., Venkataraman A., Plog B.A., Liao Y., Deane R., Nedergaard M. Cerebral arterial pulsation drives paravascular CSF-interstitial fluid exchange in the murine brain. J Neurosci. 2013;33(46):18190-18199. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1592-13.2013

45. Ito Y., Shimazawa M., Tsuruma K., Mayama C., Ishii K., Onoe H., Aihara M., Araie M., et al. Induction of amyloid-β(1-42) in the retina and optic nerve head of chronic ocular hypertensive monkeys. Mol Vis. 2012;18:2647-2657

46. Jaggi G.P., Harlev M., Ziegler U., Dotan S., Miller N.R., Killer H.E. Cerebrospinal fluid segregation optic neuropathy: an experimental model and a hypothesis. Br J Ophthalmol. 2010;94(8):1088-1093. DOI: 10.1136/bjo.2009.171660

47. Jessen N.A., Munk A.S., Lundgaard I., Nedergaard M. The glymphatic system: a beginner's guide. Neurochem Res. 2015;40(12):2583-2599. DOI: 10.1007/s11064-015-1581-6

48. Jones H.J., Girard M.J., White N., Fautsch M.P., Morgan J.E., Ethier C.R., Albon J. Quantitative analysis of three-dimensional fibrillar collagen microstructure within the normal, aged and glaucomatous human optic nerve head. J R Soc Interface. 2015;12(106):20150066. DOI: 10.1098/rsif.2015.0066

49. Kayabasi U., Sergott R.C., Rispoli M. Retinal examination for the diagnosis of Alzheimer’s disease. J Ophthalmic Pathol. 2014;3(4):2369. DOI: 10.4172/2324-8599.1000145

50. Kesler A., Vakhapova V., Korczyn A.D., Naftaliev E., Neudorfer M. Retinal thickness in patients with mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. Clin Neurol Neurosurg. 2011;113(7):523-526. DOI: 10.1016/j.clineuro.2011.02.014

51. Kessing L.V., Lopez A.G., Andersen P.K., Kessing S.V. No increased risk of developing Alzheimer disease in patients with glaucoma. J Glaucoma. 2007;16(1):47-51. DOI: 10.1097/IJG.0b013e31802b3527

52. Kress B.T., Iliff J.J., Xia M., Wang M., Wei H.S., Zeppenfeld D., Xie L., Kang H., et al. Impairment of paravascular clearance pathways in the aging brain. Ann Neurol. 2014;76(6):845861. DOI: 10.1002/ana.24271

53. La Morgia C., Ross-Cisneros F.N., Koronyo Y., Hannibal J., Gallassi R., Cantalupo G., Sambati L., Pan B.X., et al. Melanopsin retinal ganglion cell loss in Alzheimer disease. Ann Neurol. 2016;79(1):90-109. DOI: 10.1002/ana.24548

54. La Morgia C., Di Vito L., Carelli V., Carbonelli M. Patterns of retinal ganglion cell damage in neurodegenerative disorders: parvocellular vs magnocellular degeneration in optical coherence tomography studies. Front Neurol. 2017;8:710. DOI: 10.3389/fneur.2017.00710

55. Mathieu E., Gupta N., Ahari A., Zhou X., Hanna J., Yücel Y.H. Evidence for cerebrospinal fluid entry into the optic nerve via a glymphatic pathway. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017;58(11):4784-4791. DOI: 10.1167/iovs.17-22290

56. McKinnon S.J., Lehman D.M., Kerrigan-Baumrind L.A., Merges C.A., Pease M.E., Kerrigan D.F., Ransom N.L., Tahzib N.G., et al. Caspase activation and amyloid precursor protein cleavage in rat ocular hypertension. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2002;43(4):1077-1087

57. McKinnon S.J. Glaucoma: ocular Alzheimer's disease? Front Biosci. 2003;8:s1140-s1156. DOI: 10.2741/1172

58. Moon J.Y., Kim H.J., Park Y.H., Park T.K., Park E.C., Kim C.Y., Lee S.H. Association between open-angle glaucoma and the risks of Alzheimer's and Parkinson's diseases in South Korea: A 10-year Nationwide Cohort Study. Sci Rep. 2018;8(1):11161. DOI: 10.1038/s41598-018-29557-6

59. Morris A.W., Sharp M.M., Albargothy N.J., Fernandes R., Hawkes C.A., Verma A., Weller R.O., Carare R.O. Vascular basement membranes as pathways for the passage of fluid into and out of the brain. Acta Neuropathol. 2016;131(5):725-736. DOI: 10.1007/s00401-016-1555-z

60. Nwobodo N.N., Okeke S., Onuigbo H.N., Igwe S.A., Asobie G.C. Neuroprotection in glaucoma: a paradigm shift. World J Pharm Sci. 2015;3(5):958-962

61. Ou Y., Grossman D.S., Lee P.P., Sloan F.A. Glaucoma, Alzheimer disease and other dementia: a longitudinal analysis. Ophthalmic Epidemiol. 2012;19(5):285-292. DOI: 10.3109/09286586.2011.649228

62. Pache M., Flammer J. A sick eye in a sick body? Systemic findings in patients with primary open-angle glaucoma. Surv Ophthalmol. 2006;51(3):179-212. DOI: 10.1016/j.survophthal.2006.02.008

63. Quigley H.A., Broman A.T. The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020. Br J Ophthalmol. 2006;90(3):262-267. DOI: 10.1136/bjo.2005.081224

64. Ren R., Jonas J.B., Tian G., Zhen Y., Ma K., Li S., Wang H., Li B., et al. Cerebrospinal fluid pressure in glaucoma: a prospective study. Ophthalmology. 2010;117(2):259-266. DOI: 10.1016/j.ophtha.2009.06.058

65. Rohani M., Meysamie A., Zamani B., Sowlat M.M., Akhoundi F.H. Reduced retinal nerve fiber layer (RNFL) thickness in ALS patients: a window to disease progression. J Neurol. 2018;265(7):1557-1562. DOI: 10.1007/s00415-018-8863-2

66. Rumelt S., editor. Glaucoma – basic and clinical concepts. Rijeka: InTech, 2011. 590 p. DOI: 10.5772/792

67. Schain A.J., Melo-Carrillo A., Strassman A.M., Burstein R. Cortical spreading depression closes paravascular space and impairs glymphatic flow: implications for migraine headache. J Neurosci. 2017;37(11):2904-2915. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3390-16.2017

68. Shoeb Ahmad S., Abdul Ghani S., Hemalata Rajagopal T. Current concepts in the biochemical mechanisms of glaucomatous neurodegeneration. J Curr Glaucoma Pract. 2013;7(2):49-53. DOI: 10.5005/jp-journals-10008-1137

69. Silverberg G., Mayo M., Saul T., Fellmann J., McGuire D. Elevated cerebrospinal fluid pressure in patients with Alzheimer's disease. Cerebrospinal Fluid Res. 2006;3:7. DOI: 10.1186/1743-8454-3-7

70. Sommer A., Tielsch J. Blood pressure, perfusion pressure, and open-angle glaucoma. Arch Ophthalmol. 2008;126(5):741-742. DOI: 10.1001/archopht.126.5.741-a

71. Szentistványi I., Patlak C.S., Ellis R.A., Cserr H.F. Drainage of interstitial fluid from different regions of rat brain. Am J Physiol. 1984;246(6 Pt 2):F835-F844. DOI: 10.1152/ajprenal.1984.246.6.F835

72. Tamura H., Kawakami H., Kanamoto T., Kato T., Yokoyama T., Sasaki K., Izumi Y., Matsumoto M., et al. High frequency of open-angle glaucoma in Japanese patients with Alzheimer's disease. J Neurol Sci. 2006;246(1-2):79-83. DOI: 10.1016/j.jns.2006.02.009

73. Wostyn P., Audenaert K., De Deyn P.P. Alzheimer's disease and glaucoma: is there a causal relationship? Br J Ophthalmol. 2009;93(12):1557-1559. DOI: 10.1136/bjo.2008.148064

74. Wostyn P., Audenaert K., De Deyn P.P. More advanced Alzheimer's disease may be associated with a decrease in cerebrospinal fluid pressure. Cerebrospinal Fluid Res. 2009;6:14. DOI: 10.1186/1743-8454-6-14

75. Wostyn P., De Deyn P.P. The retinal nerve fiber layer as a window to the glymphatic system. Clin Neurol Neurosurg. 2020;188:105593. DOI: 10.1016/j.clineuro.2019.105593

76. Wostyn P., Van Dam D., Audenaert K., Killer H.E., De Deyn P.P., De Groot V. A new glaucoma hypothesis: a role of glymphatic system dysfunction. Fluids Barriers CNS. 2015;12:16. DOI: 10.1186/s12987-015-0012-z

77. Yan Z., Liao H., Chen H., Deng S., Jia Y., Deng C., Lin J., Ge J., et al. Elevated intraocular pressure induces amyloid-β deposition and tauopathy in the lateral geniculate nucleus in a monkey model of glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017;58(12):5434-5443. DOI: 10.1167/iovs.17-22312


Дополнительные файлы

Для цитирования: Должиков А.А., Бобынцев И.И., Белых А.Е., Шевченко О.А., Победа А.С., Должикова И.Н., Бибик П.И. Патогенез нейродегенеративной патологии и новые концепции транспортно-метаболических систем головного мозга и глаза. Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». 2020;(1):43-57. https://doi.org/10.21626/vestnik/2020-1/06

For citation: Dolzhikov A.A., Bobyntsev I.I., Belykh A.E., Shevchenko O.A., Pobeda A.S., Dolzhikova I.N., Bibik P.I. Pathogenesis of neurodegenerative pathology and new concepts of transport and metabolic systems of the brain and eye. Kursk Scientific and Practical Bulletin "Man and His Health". 2020;(1):43-57. (In Russ.) https://doi.org/10.21626/vestnik/2020-1/06

Просмотров: 102

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-5746 (Print)