Сибирский медицинский журнал, 2013, № 2
© ГОРИНА А.С., GOETZE S., КОЛЕСНИЧЕНКО Л.С. — 2013
УДК 577.112.3:616.89
Анна Сергеевна Горина1, Simon Goetze 2, Лариса Станиславовна Колесниченко3
(1Sick Children Hospital, Toronto, Canada, президент — M.J. Haddad; 2 Клиника медицинского факультета Университета Генриха Гейне, Дюссельдорф, Германия, кафедра молекулярной биологии, зав. — Dr. S. Goetze; 3Иркутский государственный медицинский университет, ректор — д.м.н., проф. И.В. Малов, кафедра химии и биохимии, зав. — д.м.н., проф. Л.С. Колесниченко)
Резюме. Моноаминерические системы мозга играют важную роль как нейротранмиттеры и регуляторные факторы. Их нарушения участвуют в проявлении симптомов аутизма (синдрома Каннера) и синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Изучалась возрастная динамика содержания серотонина, дофамина и норадреналина в СМЖ у пациентов с аутизмом, СДВГ и коморбидностью аутизма и СДВГ в возрасте 1-25 лет. Как при СДВГ, так и аутизме нарушена возрастная динамика моноаминергических нейромедиаторов серотонина, дофамина и норадреналина (p<0,05), особенно в 5-7 лет при СДВГ: повышение серотонина (в 1,2-1,4 раза) и норадреналина (в 1,2 раза) и понижение дофамина (в 1,5-1,6 раза); в 1 и 5 лет при аутизме: понижение серотонина (в 4,9-1,2 раза), дофамина (в 2,8 раза) и норадреналина (в 1,2-1,4 раза); в 5-25 лет при коморбидности СДВГ и аутизма: понижение серотонина (в 1,3-2,1 раза), дофамина (в 1,9-3,7 раза) и норадреналина (в 1,4-2,1 раза). Нарушения совпадают с критическими периодами формирования и созревания различных структур головного мозга, что может приводить к
проявлению симптомов СДВГ и аутизма.
Ключевые слова: аутизм, синдром дефицита внимания и гиперактивности, серотонин, дофамин, норадреналин, спиномозговая жидкость, возрастная динамика.
AGE DYNAMICS OF MONOAMINERGIC NEUROTRANSMITTERS IN CEREBROSPINAL FLUID IN AUTISM, ATTENTION
DEFICIT AND HYPERACTIVITY DISORDER AND THEIR COMORBIDITY
А.S. Gorina1, S. Goetze 2, L.S. Kolesnichenko3
(1Sick Children Hospital, Toronto, Canada; 2Heinrich Heine University, Düsseldorf, Germany; 3Irkutsk State Medical University, Russia)
Summary. Brain monoaminergic systems play an important role as neurotransmitters and regulators in ontogenesis. Th eir disturbances are involved into symptoms of autism (Kanner syndrome) and attention defi cit and hyperactivity disorder (ADHD). Age dynamics of serotonin, dopamine and norepinephrine in CSF has been studied in patients with autism, ADHD and comorbidity of autism and ADHD in the age range of 1-25 years. Both in ADHD and autism there were disturbances in age dynamics of CSF serotonin, dopamine and norepinephrine (p<0.05), especially at the age of 5-7 years in ADHD: increase in serotonin (1.2-1.4-fold) and norepinephrine (1.2-fold) and decrease in dopamine (1.5-1.6-fold); at 1 and 5 years in autism: a decrease in serotonin (4.9-1.2-fold), dopamine (2.8-fold) and norepinephrine (1.2-1.4-fold); at the age of 5-25 years in 35 comorbidity of ADHD and autism: a decrease in serotonin (1.3-2.1-fold), dopamine (1.9-3.7-fold) and norepinephrine (в 1.4-2.1-fold). Th e disturbances coincide with critical periods in development and maturation of various brain structures, which can result in manifestation of symptoms of ADHD and autism.
Key words: autism, attention defi cit and hyperactivity disorder, serotonin, dopamine, norepinephrine, age dynamics.
Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) и аутизм (синдром Каннера) — первазивные заболевания развития, встречаемость которых в настоящее время достигает в разных странах соответственно 140 и 9,2 случаев на 1000 детей [15]. Аутизм характеризуется социальным дефицитом, нарушением речи и коммуникации и повторяющимися стереотипными движениями. СДВГ проявляется в трудности концентрации и поддержания внимания, гиперактивности, импульсивности, нарушениях обучения, памяти и обработки информации. Развитие аутизма в детском возрасте обычно приводит к глубокой инвалидизации в связи с трудностями в созревании психической, речевой, моторной и эмоциональной сфер, в социальных взаимодействиях и дальнейшей адаптации в обществе. Из всех наблюдающихся коморбидных состояний при аутистических заболеваниях, коморбидность аутизма с СДВГ наиболее неблагопрятна из-за высокой частоты совершения этими больными административных и уголовных правонарушений [8]. Различные нейрохимические системы (глутаматергическая, ГАМКергическая, серотонинергическая, дофаминергическая и т.д.) играют важную роль в деятельности и созревании центральной нервной системы. Особенно важным для понимания функционирования мозга в норме и патологии является факт взаимодействия этих систем на рецепторном уровне и в процессе развития ЦНС. Это делает необходимым уточнение и, возможно, пересмотр существующих гипотез патогенеза нервно-психических заболеваний у детей, в частности, аутизма и СДВГ. Большинство этих гипотез предполагают относительную дискретность нейрохимических систем, тогда как формирование ЦНС, созревание и развитие структур мозга, высшей нервной и психической деятельности в процессе роста ребенка основано на тесном взаимодействии нейромедиаторных систем и их нейротрансмиттеров в онтогенезе. Известно, что нейромедиаторы, особенно моноаминергические, выполняют ключевую нейротрофическую функцию в ЦНС в периоды как эмбрионального, так и постнатального развития, причем эта функция опережает нейротрансмиттерную функцию в ранние периоды развития ребенка. Дисбаланс в содержании нейротрансмиттеров способен, таким образом, нарушить не только функционирование каждой отдельно взятой системы, но и взаимодействие систем при развитии и созревании ЦНС.
Серотонин — критический регулятор основных процессов в развитии нейронов и глии в мозге млекопитающих: клеточной пролиферации, дифференциации, миграции, апоптоза и синаптогенеза [10]. Кроме того, серотонин вовлечен в процессы синаптического прунинга и созревания ряда структур головного мозга (префронтального кортекса, некоторых отделов лимбической системы), причем эта роль предшествует роли серотонина как нейротрансмиттера [13]. Как нейротрансмиттер, серотонин участвует в регулировании эмоций, настроения, памяти и обучения. Катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин) — выполняют роль медиаторов и модуляторов как нервной, так и гуморальной регуляции. Дофамин стимулирует внимание, память и эмоциональное вознаграждение при питании и игре. Норадреналиновая система контролирует внимание, запоминание, мобилизацию интеллектуальной и эмоциональной деятельности, мотивированное поведение, образное мышление [1, 7].
Аутизм сопровождается аномалиями как в периферической, так и в центральной серотониновых системах [2]. Дефицит серотонина в центральной нервной системе ассоциируется с такими проявлениями аутизма, как аффективные нарушения и повышенная агрессия [11].
Нарушения дофаминергической и норадренергической систем ЦНС также наблюдаются при аутизме и СДВГ [1, 4, 6, 12].
Изучение динамики содержания серотонина при различных нервно-психических заболеваниях необходимо, так как созревание префронтального кортекса, отделов лимбической системы, мозолистого тела и других структур ЦНС продолжается в течение длительного периода — вплоть до 25 лет. Ранняя медицинская помощь при аутизме и СДВГ имеет особое значение ввиду склонности детей, имеющих коморбидность этих за-
болеваний, к агрессивному и антисоциальному поведению [8].
Целью настоящего исследования было изучение долговременной динамики содержания серотонина, дофамина и норадреналина в спинномозговой жидкости у пациентов с аутизмом, СДВГ и при коморбидности
СДВГ и аутизма.
Материалы и методы
Участники исследовании, страдающие аутизмом, СДВГ и коморбидностью аутизма и СДВГ — пациенты клиники медицинского факультета университета Генриха Гейне (Дюссельдорф, Германия) и Госпиталя больных детей (Торонто, Канада). Исследования были проведены с соблюдением международных стандартов и биоэтических норм, в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной Медицинской Ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека». Протокол исследований был одобрен на заседаниях комитетов по биоэтике вышеуказанных учреждений. Родителями и совершеннолетними пациентами были подписаны формы информированного согласия пациента/родителей на проведение диагностических процедур и участие в клинических обследованиях.
Возрастная динамика содержания моноаминергических нейромедиаторов и их метаболитов в спиномозговой жидкости (СМЖ) изучалась у группы детей с аутизмом (n=27) течение 25 лет. Для исследования возрастной динамики при СДВГ и коморбидноcти аутизма с СДВГ измерения проводились на когортах пациентов в возрасте от 1 года до 25 лет (n=63 и n=75 соответственно). Контрольная группа состояла из когорты пациентов в возрасте от 1 года до 25 лет (n=68) с подозрением на диагноз менингита (впоследствии не подтвержденный) и здоровых по остальным показателям.
Образцы СМЖ собирались, обрабатывались и хранились согласно стандартным медицинским протоколам у пациентов после двухдневной диеты, исключающей продукты, богатые аминокислотами и катехолами-
нами (шоколад, бананы, орехи, ананасы, баклажаны и помидоры), а также, по возможности, не принимающих лекарственных препаратов в течение месяца. Адсорбция аналитов — катехоламинов и серотонина производилась в экстракционных картриджах Waters Oasis HLB (Milford, USA) с последующей промывкой, элюированием метанолом и центрифугированием. Хроматография катехоламинов осуществлялась на колонках обратной
фазы Nucleosil C-18, 250 — 4.6 мм (Macherey-Nagel AG). МГФГ, ВМК и ГВК анализировались с помощью колонки Ultrasphere IP 150 мм х 4,6 мм (Beckman). Температура элюента была индивидуальной от 35оС до 36 оС,
скорость потока элюента 1 мл/мин, объем нанесенных образцов 70 мкл. Использовались реактивы и контрольные материалы фирм Beckman и Sigma. Метаболиты триптофана и катехоламины измерялись методом се-
лективной флуорометрической детекции с использованием флуориметра Шимадзу RF-10AXL (Япония).
Для статистической обработки долговременных исследований использовась смешанная линейная модель факторного анализа с использованием факторов возаста и группы как зависимых переменных и концентрации данного соединения как зависимой переменной. В случае выявления статистически значимого эффекта фактора, проводился post-hoc тест на попарные различия между средними. Для анализа значимости наблюдаемых различий использовали параметрический критерий Стьюдента при нормальном распределении. При проверке гипотез использовался критический уровень значимости р=0,05.
Результаты и обсуждение
При исследовании в СМЖ биогенных аминов — моноаминергическими нейротрансмиттерами в ЦНС: серотонина, дофамина и норадреналина в контрольной группе и у пациентов с аутизмом, СДВГ и при коморбидности СДВГ с аутизмом, нами были обнаружены следующие изменения.
Содержание серотонина в контрольной группе понижалось с возрастом. Наиболее сильное снижение (в 2,2 раза) происходило к 2 годам, после чего содержание стабилизировалось (рис. 1). При СДВГ концентрация серотонина остается повышенной (в 1,2-1,4 раза) в течение периода 5-25 лет. При аутизме уровень серотонина СМЖ был первоначально (в возрасте 1-5 лет) в 4,9-1,2 раза ниже, чем в контроле, но с впоследствии повышался и к 20-25 годам был в 1,4 раза выше контрольного. При коморбидности аутизма и СДВГ содержание серотонина, напротив, снижено в 1,3-2,1 раза в течение 5-25 лет. Концентрация дофамина в норме снижается с возрастом, начиная с 2 лет (в 2,3 раза по сравнению с 1 годом). При аутизме концентрация дофамина в 2,8 раза ниже контрольной в возрасте 1 года; последующее снижение происходит намного медленнее, чем в контроле, но концентрация ниже контрольной (в 1,4-2,3 раза) в течение всего периода исследования. При СДВГ содержание дофамина в 1,5-1,6 раза ниже контрольного в течение 5-15 лет, а при коморбидности аутизма и СДВГ — в 1,9-3,7 раза начиная с 5 до 25 лет. Концентрация норадреналина в контроле в целом снижается с возрастом, начиная с 2-кратного понижения в 2 года и претерпевает временный пик в 5-7 лет (в 1,4 раза относительно 2 лет). При аутизме возрастное снижение более плавное и лишено пиков, так что концентрация норадреналина ниже контрольной в возрасте 1 года (в 1,2 раза) и 5-7 лет (в 1,4-1,5 раза). При СДВГ содержание норадреналина повышено в 1,2 раза в 5-7 лет, а при коморбидности аутизма и СДВГ, напротив, понижено в 1,4-2,1 раза в 7-25 лет. Таким образом, нормальная возрастная динамика моноаминов серотонина, дофамина и норадреналина была нарушена, и наблюдается, по-видимому, дисбаланс моноаминергических систем. Снижение уровней трех нейромедиаторов — серотонина, дофамина и норадреналина происходит у детей с аутизмом в 1 год и в 5 лет, особенно сильно в 1 год. В 2 года снижены уровни серотонина и дофамина, в возрасте 10-15 лет — только дофамина, в 20-25 лет понижена концентрация дофамина и повышено содержание серотонина. У детей с СДВГ изменение содержания всех трех нейромедиаторов (повышение уровня серотонина, понижение концентраций дофамина и норадреналина) происходит в период 5-10 лет, только повышение уровня серотонина и понижение содержания дофамина — в 13-15 лет и только повышение концентрации серотонина — в возрасте 20-25 лет.
При коморбидности СДВГ и аутизма в течение всего периода наблюдений (5-25 лет) содержание всех трех нейротрансмиттеров понижено. Наблюдавшееся нами снижение в раннем возрасте содержания в СМЖ моноаминергических нейротрансмиттеров в контрольной группе согласуется с данными других иследований [5, 14], как и нарушение при аутизме возрастной динамики серотонина [3]. Снижение содержания дофамина и повышение содержания норадреналина у детей с СДВГ в диапазоне 5-15 лет согласуется с данными литературы, где эти отклонения интерпретируются как усиленное использование дофамина в результате повышенной дофаминергической активности и избыточное содержание норадреналина как результат пониженой норадренергической активности ЦНС [9]. Тем не менее, нами не обнаружено исследований по возрастной динамике дофамина и норадреналина СМЖ, как и данных по ее нарушениям при коморбидности аутизма и СДВГ.
Дефицит нейротрансмиттеров в первые два года жизни может приводить к дисфункциям в развитии сенсорной, речевой и префронтальной коры, а также нарушения функционирования таких структур как гиппокампус и таламус, мозжечок, черная субстанция, ольфакторный бугорок и тектум. Результатом могут быть нарушения сенсорного восприятия, контроля движений, эмоциональной привязанности, общения, памяти и развития речи, что согласуется с аномалиями, которые отмечаются при аутизме в первые два года жизни.
Недостаточность нейротрансмиттеров в возрасте 5-7 лет может приводить к дисфункции гиппокампуса, миндалин, мозжечка, мозолистого тела, ретикулярной формации и перфронтальной коры. В результате страдают процессы эмоционального обучения, память, способность к поддержанию устойчивого внимания, формирование тонкой моторики и когнитивных функций, что наблюдается при аутизме и СДВГ. В возрасте 10-15 лет пониженое содержание дофамина может продолжать оказывать негативный эффект на созревание префронтальной коры, миндалин и гиппокампуса и следовательно на формирование эмоциональной и когнитивной сферы. Во 20-25 лет понижение концентрации дофамина и повышенное содержание серотонина может являться причиной недостаточного созревания и функционирования префронтальной коры и, как следствие, недостаточной способности к интеграции информации, адекватного взаимодействия с окружащим миром. Это выражается в асоциальном поведении, самоагрессии и недостаточности самоконтроля. Наиболее значительные и разнообразные нарушения возрастной динамики характерны для содержания серотонина в СМЖ при всех трех исследуемых патологиях, особенно в критические периоды созревания структур мозга у детей.
Периоды с 1 до 2 лет и с 5 до 7 лет отличаются наиболее обширными нарушениями возрастной динамики серотонина, дофамина и норадреналина. Как результат, возможны патологические процессы в ЦНС и нарушение высшей нервной деятельности. В возрасте 1-2 лет наиболее целесообразна терапия, направленная на коррекцию дефицита серотонина и дофамина, в возрасте 5-7 лет на коррекцию дефицита всех трех нейротрансмиттеров, а после 10 лет — на коррекцию дефицита дофамина и во взрослом возрасте (20-25 лет) — на коррекцию дефицита дофамина и избытка серотонина.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кулинский В.И., Колесниченко Л.С. Катехоламины: биохимия, фармакология, физиология, клиника: Лекция. // Вопросы медицинской химии. — 2002. — Т. 48. Вып. 1. — С. 45-67.
2. Adamsen D., Meili D., Blau N., et al. Autism associated with low 5-hydroxyindolacetic acid in CSF and the heterozygous SLC6A4 gene Gly56Ala plus 5-HTTLPR L/L promoter variants. // Molecular Genetics and Metabolism. — 2011. — V. 102. № 3. — P. 368-373.
3. Chugani D.C. Role of altered brain serotonin mechanisms in autism. // Molecular Psychiatry. — 2002. — V. 7. Suppl. 2. — P. S16-17.
4. El-Ansary A.K., Bacha A.B., Ayahdi L.Y. Relationship between chronic lead toxicity and plasma neurotransmitters in autistic patients from Saudi Arabia. // Clinical Biochemistry. — 2011. — V. 44. № 13 — P. 1116-1120.
5. Herlenius E., Lagercrantz H. Development of neurotransmitter systems during critical periods. // Experimental Neurology. — 2004. — V. 190. Suppl 1. — P. S8-21.
6. Johansson J., Landgren M., Fernell E., et al. Altered tryptophan and alanine transport in fi broblasts from boys with attention-defi cit/hyperactivity disorder (ADHD): an in vitro study. // Behavioral and Brain Functions. — 2011. — V. 24. № 7. — P. 40.
7. Liu X., Piao F., Li Y. Protective eff ect of taurine on the decreased biogenic amine neurotransmitter levels in the brain of mice exposed to arsenic. // Advances in Experimental Medicine and Biology. — 2013. — V. 776. — P. 277-287.
8. Margoob M.A, Mushtaq D. Serotonin transporter gene polymorphism and psychiatric disorders: Is there a link? // Indian Journal of Psychiatry. — 2011. — V. 53. № 4. — P. 289-299.
9. Oades R.D. Dopamine may be ‘hyper’ with respect to noradrenaline metabolism, but ‘hypo’ with respect to serotonin metabolism in children with attention-defi cit hyperactivity disorder. // Behavioural Brain Research. — 2002. — V. 130. № 1-2. — P. 97-102.
10. Polleux F., Lauder J.M. Toward a developmental neurobiology of autism. // Mental Retardation and Developmental Disabilities Research Reviews. — 2004. — V. 10. — P. 303-317.
11. Popova N.K. From genes to aggressive behavior: the role of serotonergic system. // Bioessays. — 2006. — V. 28. № 5. — P.495-503.
12. Previc F.H. Prenatal infl uences on brain dopamine and their relevance to the rising incidence of autism. // Medical Hypotheses. — 2007. — V. 68. № 1 — P. 46-60.
13. Sodhi M.S., Sanders-Bush E. Serotonin and brain development. // International Review of Neurobiology. — 2004. — V. 59. — P. 111-174.
14. Takeuchi Y., Matsushita H., Sakai H., et al. Developmental Changes in Cerebrospinal Fluid Concentrations of Monoamine- Related Substances Revealed With a Coulochem Electrode Array System. // Journal of Child Neurology. — 2000. — Vol. 15. — P. 267-272.
15. Th urm A., Swedo S.E. Th e importance of autism research. // Dialogues on Clinical Neurosciences. — 2012. — V.14.№3. — P. 219-222
Информация об авторах: Горина Анна Сергеевна — н.с., к.б.н.; Goetze Simon — заведующий кафедрой, д.м.н.;
Колесниченко Лариса Станиславовна — д.м.н., проф., заведующая кафедрой, Иркутский государственный
медицинский университет, кафедра химии и биохимии, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, д. 1,
тел. (3952) 243661 , e-mail: kolesnichenkols@mail.ru
Источник: «Сибирский медицинский журнал» март 2013 г Иркутск, стр. 34
