Спецификой углеводного обмена нервной системы является исключительная роль глюкозы для мозга. Глюкоза является основным источником энергии, так как клетки мозга не содержат ферментов для метаболизма липидов и других источников энергии.
Некоторая часть нейроглии способна запасать небольшое количество гликогена. Нейроны этой способностью не обладают.
Важной особенностью является повышенная доля обмена ди- и трикарбоновых кислот между матриксом митохондрий и цитозолем. Трикарбоновые кислоты с этом случае включаются в синтез нейромедиаторов.
Особая роль аэробных превращений глюкозы в энергетике мозга. Доля и роль гликолиза. Дополнительные источники энергии мозга. Основные системы, потребляющие энергию в мозгу (поддержание потенциала клеточных мембран, синтез белков, в особенности тубулярных, и др.).
Энергетический метаболизм мозга
Особенности обмена в нервной ткани:
1) много липидов, мало углеводов, нет их резерва
2) высокий обмен дикарбоновых кислот
3) глюкоза - основной источник энергии
4) мало гликогена, поэтому мозг зависит от поступления глюкозы с кровью
5) интенсивный дыхательный обмен
6) кислород используется постоянно и уровень не меняется
7) обменные процессы носят обособленный характер благодаря гематоэнцефалическому барьеру, высокая чувствительность к гипоксии и гипогликемии.
Гипоксия и окислительный стресс
Известно, что гипоксические, нейродегенеративные и возрастные нарушения в мозге характеризуются одними и теми же особенностями, в частности, накоплением активных форм кислорода (АФК). Выяснены тонкие молекулярные механизмы окислительного стресса в мозге и показана защитная функция природных антиоксидантов против апоптоза нейрональных клеток. Обнаружено, что Na/K_АТФаза нейрональных мембран является мишенью для окислительного стресса. Установлен молекулярный механизм повреждения Na_насоса, заключающийся в окислении сульфгидрильных групп и нарушении межсубъединичных взаимодействий в олигомерном комплексе фермента. Прослежена взаимосвязь между экзайтотоксическим действием глутамата и его агонистов на нейроны коры головного мозга и изменением активности Na/K_АТФазы.
Систематические исследования антиоксидантной активности природного нейропептида карнозина показали его высокую эффективность по защите нейронов как в условиях in vitro (индивидуальные реакции повреждения макромолекул, суспензии изолированных нейронов или срезов мозга в условиях свободнорадикальной атаки), так и in vivo - на различных моделях экспериментальной ишемии мозга и сердца, гипобарической гипоксии, и т.д.
Установлено, что карнозин является важным природным фактором системы антиоксидантной защиты мозга в условиях окислительного стресса. Профессору А.А. Болдыреву и его ученикам принадлежит приоритет на практическое использование природного дипептида карнозина в качестве профилактического и терапевтического средства (имеются авторские свидетельства и патенты).
Нейроспецифичные белки
S_100 является специфическим белком астроцитарной глии, способным связывать кальций. Свое название белок получил благодаря свойству оставаться в растворенном состоянии в насыщенном растворе сульфата аммония. Семейство белков S_100 состоит из 17 тканеспецифичных мономеров, два из которых: ? и ? образуют гомо- и гетеродимеры, присутствующие в высокой концентрации в клетках нервной системы. S_100 (??) присутствует в высоких концентрациях в глиальных и шванновских клетках, гетеродимер S_100 (??) находится в глиальных клетках, гомодимер S_100 (??) - в поперечнополосатых мышцах, печени и почках. Белок метаболизируется почками, его время полураспада составляет 2 часа. Астроглиальные клетки - это наиболее многочисленные клетки в мозговой ткани. Они образуют трехмерную сеть, которая является опорным каркасом для нейронов. Увеличение концентрации S_100 (??) и S_100 (??) в СМЖ и плазме является маркером повреждения головного мозга. При раннем определении содержания S_100 у пациентов с повреждениями мозга концентрация белка отражает степень повреждения мозга. Исследования S_100 полезны как для мониторинга, так и для определения прогноза течения заболевания.
Субарахноидальное кровоизлияние ведет к значительному увеличению уровня S_100 в СМЖ. Следует отметить, что при этом концентрация белка в плазме остается низкой. Концентрация S_100 значительно повышается в плазме у пациентов, оперированных в условиях искусственного кровообращения. Пик концентрации приходится на окончание экстракорпоральной циркуляции и затем уменьшается в неосложненных случаях. Замедление снижения концентрации S_100 у пациента в послеоперационный период говорит о наличии осложнений, о повреждении клеток мозга. Раннее определение и контроль уровня S_100, а также одновременные исследования S_100 и NSE позволяют выявить и подтвердить наличие повреждений мозга на ранней стадии, когда возможно успешное лечение. Тест S_100 также можно использовать для прогноза неврологических осложнений при обследовании пациентов с остановкой сердца.
Повышение белка S_100 в сыворотке крови и СМЖ при нарушениях мозгового кровообращения обусловлено активацией микроглии. Было показано, что в ранней фазе церебрального инфаркта микроглиальные клетки в периинфарктной зоне экспрессируют белки семейства S_100 и активно пролиферируют, причем белки экспрессируются не более трех дней после инфаркта. Это говорит о том, что активация постоянной популяции микроглии является ранним ответом мозговой ткани на ишемию и может быть использована как ранний маркер повреждения.
Свободные аминокислоты нервной системы
Аминокислоты являются для нервной ткани источником синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как специфические белки, пептиды, нейромедиаторы, гормоны, витамины, биологически активные амины и др. Существенна также их энергетическая значимость, поскольку аминокислоты глутаминовой группы связаны с циклом трикарбоновых кислот.
Состав пула свободных аминокислот при нормальных физиологических условиях достаточно стабилен и характерен для мозга. Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34 мкмоль на 1 г ткани, что превышает их содержание, как в плазме крови, так и в спинномозговой жидкости. Высокая концентрация - 75% фонда всех свободных аминокислот - приходится на дикарбоновые кислоты и их производные: глутаминовую кислоту, глутамин, аспарагиновую, N_ацетиласпарагиновую и ?-аминомасляную (ГАМК) кислоты, причем ГАМК и N_ацетиласпарагиновая кислоты локализованы почти исключительно в нервной ткани [2].
Постоянство качественного и количественного состава аминокислот в метаболических фондах мозга обеспечивается такими взаимосвязанными процессами, как поступление аминокислот из циркулирующей крови, отток их из мозга в кровь и участие в реакциях внутриклеточного метаболизма. В организме все эти процессы сбалансированы слаженным функционированием гомеостатических механизмов гематоэнцефалического барьера и мембранным транспортом аминокислот [3].
Системы активного транспорта аминокислот в мозг и из него энергозависимы. Изучение конкурентных отношений в транспорте аминокислот выявило наличие восьми типов транспортных систем, которые существуют для аминокислот с родственной структурой и зависят от ионного заряда и размеров их молекул.
Для мембранного транспорта аминокислот характерен ряд особенностей:
- перенос аминокислот часто происходит против высоких концентрационных градиентов;
- этот процесс энергозависим:
- на него влияют температура и рН среды;
- он ингибируется анаэробным состоянием клеток;
- перенос аминокислот связан с активным мембранным транспортом ионов, например он Na+-зависим;
- обнаружено конкурентное торможение мембранного транспорта одних аминокислот другими [3, 6].
Особенно велика специфичность и мощность транспортных систем для аминокислот, выполняющих роль медиаторов (глицин, ГАМК, таурин, глутаминовая кислота и др.). Эти системы не только обеспечивают пластические и энергетические нужды клетки, но и служат также для специфического быстрого снижения концентрации тормозных нейромедиаторов (глицин, ГАМК) в зоне синаптической щели.
Понятие о функциональном континууме
Речь идет о химических соединениях пептидной природы, выполняющих в организме роль регуляторов разнообразных физиологических функций. Каких функций? Они логично и последовательно связаны между собой. Первая - организация коммуникации между разными клетками посредством специализированного химического сигнала. Вторая - обеспечение «настроя» клетки, которая реагирует на воздействия того или иного рода. Это так называемая модуляция функции нервной или другой клетки организма. Третья - участие в реализации отдельной физиологической реакции или сложного акта.
Сегодня мы можем говорить о классе универсальных химических регуляторов, значимость которых простирается от влияния на функции отдельных групп клеток до управления работой целых систем и органов, включая сложные акты поведения. Так, в суммарной сводке, где выбраны сведения только для семи нейропептидов с наибольшим «индексом цитируемости» в современной научной литературе, видно, что различные по своему химическому строению вещества связаны между собой множественными функциональными отношениями: как регуляторы, они причастны к большому спектру различных физиологических проявлений и как следствие - к заболеваниям различной природы и тяжести.
Попытаемся показать причины постулируемой «универсальности» нейропептидов, которые находятся сегодня в центре внимания широкого круга специалистов - от химиков и зоологов до клиницистов различного профиля.
Второй постулат: пептиды построены как комбинации аминокислот - основных «кирпичиков» биологического мира.
Начнем с базовых определений биологии. Их три: Структура. Энергитическое обеспечение. Регуляция.
В природе существуют такие структуры, которые оказались на редкость удачными в организации систем любой сложности. Одна из них - аминокислота. Это минимально сложное органическое соединение, одновременно и кислота, и основание, потому что в него с двух концов вмонтированы амидная и карбоксильная группы. Они помогают аминокислотам соединяться друг с другом, образуя относительно прочные и в то же время лабильные структуры. Известно около 150 аминокислот. Живая природа использует только 20 из них. Однако представьте, какое количество комбинаций можно сделать лишь из 20 исходных единиц! Из них созданы все белки, которые составляют основу любого организма - структурные, каталитические (ферменты), регуляторные. В результате серии последовательных химических реакций, осуществляемых с помощью специальных ферментов (пептидаз), в клетках образуются олигопептиды, которые обладают высокой биологической активностью и которые были классифицированы как регуляторы разнообразных физиологических процессов.
Страницы: 1, 2, 3, 4
