Большая часть стенок капилляров мозга (85-90%) покрыты выростами астроцитов, а остальная часть их поверхности окружена собственно телами глиальных клеток. Контакт между астроцитами и стенкой капилляров настолько тесен, что внешне поверхности мембран этих двух элементов как бы сливаются образуя двойную перегородку. Благодаря такой двойной перегородке возникает барьер, через который с трудом проникают многие растворимые в крови вещества. Морфологическую основу ГЭБ составляют – эндотелий сосудов мозга, периваскулярная базальная мембрана и плазматическая мембрана глиальных клеток. Интенсивность проникновения в мозг ряда веществ через ГЭБ определяется не только состоянием ГЭБ, но и интенсивностью функционирования и метаболизма ЦНС. Уровень деятельности и метаболизма нервной ткани является фактором, регулирующим функцию ГЭБ. С одной стороны, ГЭБ играет роль в защите головного мозга от экзогенных и эндогенных токсинов, циркулирующих в крови, а с другой – препятствуют «ускользанию» нейромедиаторов и других активных соединений из интерстициальной жидкости в кровь. Однако наиболее важной функцией ГЭБ, по видимо, является сохранение особой внутренней среды для головного мозга.
1. Высокая интенсивность в сравнении с другими тканями.
2. Поразительно высокий уровень обмена сохраняется при отсутствии большой функциональной активности – во время сна.
3. Метаболизм в периферических нервных волокнах отличается от обмена самих нервных клеток.
4. Общая интенсивность метаболизма в нервных волокнах низкая.
Аминокислоты играют важную роль в метаболизме и функционировании ЦНС. Это объясняется не только исключительной ролью аминокислот как источников синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как белки, пептиды, некоторые липиды, ряд гормонов, витаминов, биологически активных аминов. Аминокислоты и их дериваты участвуют в синаптической передаче, в осуществлении межнейрональных связей в качестве нейротрансмитеров и нейромодуляторов. Существенной является также их энергетическая значимость ибо аминокислоты глутаминовой группы непосредственно связаны с циклом трикарбоновых кислот. Обобщая данные об обмене свободных аминокислот в головном мозге, можно сделать следующие выводы:
1. Большая способность нервной ткани поддерживать относительное постоянство уровней аминокислот.
2. Содержание свободных аминокислот в головном мозге в 8 – 10 раз выше, чем в плазме крови.
3. Существование высокого концентрационного градиента аминокислот между кровью и мозгом за счет избирательного активного переноса через ГЭБ.
4. Высокое содержание глутамата, глутамина, аспарагиновой, N-ацетиласпарагиновой кислот и ГАМК. Они составляют 75 % пула свободных аминокислот головного мозга.
5. Выраженная региональность содержания аминокислот в различных отделах мозга.
6. Существование компартментализированных фондов аминокислот в различных субклеточных структурах нервных клеток.
7. Ароматические аминокислоты имеют особое значение как предшественники катехоламинов и серотонина.
Метаболизм и особенности энергетического обеспечения нервной ткани
Основной путь получения энергии — аэробный распад глюкозы по ГБФ-пути. Глюкоза — почти единственный энергетический субстрат, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ.
Читайте также: Продукты способствующие росту костной ткани
Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах.
Постоянный и непрерывный приток глюкозы и кислорода из кровеносного русла — необходимое условие энергетического обеспечения нервных клеток, так как содержание гликогена в нервной ткани ничтожно (0,1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией даже на короткое время.
Глюкоза — основной источник энергии, так как через ГЭБ в нервные клетки поступает только глюкоза, которая, расщепляясь в аэробном гликолизе, образует ПВК, превращающуюся с помощью пируватдегидрогеназного комплекса в ацетил-КоА, который вступает в ЦТК, давая восстановленные эквиваленты для окислительного фосфорилирования, приводящего к образованию АТФ. В отличие от других тканей организма человека ВЖК не проникают через ГЭБ и не могут быть использованы в качестве энергетического материала. В пируватдегидрогеназный и -кетоглутаратдегидрогеназный комплексы входит витамин В1 в виде тиаминпирофосфата, поэтому недостаток витамина В1 в первую очередь сказывается на функции нервной системы, в клетках которой будет нарушено образование АТФ. Это приводит к возникновению полиневритов. При голодании, сахарном диабете нервная ткань использует кетоновые тела в качестве энергетического материала.
Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается работой высокоактивной гексокиназы мозга. Здесь гексокиназа не является ключевым ферментом всех путей метаболизма глюкозы. Ключевые ферменты ГБФ-пути в нервной ткани — фосфофруктокиназа и изоцитратдегидрогеназа.
Фосфофруктокиназу ингибируют фруктозо-1,6-бифосфат, АТФ и цитрат, активируют фруктозо-6-фосфат, АДФ, АМФ и неорганический фосфат. Активность изоцитрат ДГ даже при нормальном уровне утилизации глюкозы в состоянии покоя максимальна. Поэтому при повышенном энергопотреблении нет возможностей ускорения реакций цикла трикарбоновых кислот.
Образование НАДФН2, используемого в основном для синтеза жирных кислот и стероидов, обеспечивается сравнительно высокой скоростью протекания ГМФ-пути распада глюкозы.
Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию.
Образование креатинфосфата способно удерживать макроэргические связи. Реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ — равновесие реакции сдвигается влево, т.е. образуется АТФ.
Метаболизм аминокислот и белков
Ткань мозга интенсивно обменивается аминокислотами с кровью. Для этого существуют специальные транспортные системы: две для незаряженных и еще несколько — для аминокислот, заряженных положительно и отрицательно. Концентрация свободных аминокислот в нервной ткани в 8 раз больше, чем в крови. Белки в головном мозге находятся в динамическом состоянии. Велика активность АсТ и АлТ, переводящих аминокислоты в кето-, для получения субстратов ЦТК. Белки серого вещества и мозжечка характеризуются высокой скоростью обновления особенно возбуждающих агентов (электрический ток, фармсредства), однако под влиянием наркоза, эти процессы затухают.
До 75% от общего количества аминокислот нервной ткани составляют аспартат, глутамат, а также продукты их превращений или вещества, синтезированные с их участием (глутамин, ацетильные производные, ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) глутатион).
Читайте также: Модуль упругости для костной ткани
Дефицит аминокислот в неврологии и психиатрии
Опубликовано пт, 05/07/2019 — 14:51
В отличие от «классических» врожденных ошибок метаболизма в катаболических путях, при которых повышенные уровни метаболитов легко обнаруживаются в жидкостях организма, дефекты синтеза имеют низкие значения метаболитов или, что сбивает с толку, даже совершенно нормальные уровни аминокислот. Это делает биохимическую диагностику этой относительно новой группы метаболических заболеваний сложной. Сообщалось о нарушениях в путях синтеза серинового обмена, глютамина, пролина и, в последнее время, аспарагина. Несмотря на то, что эти дефекты синтеза аминокислот находятся казалось бы в несвязанных метаболических путях, они , действительно, имеют много клинических особенностей. У детей, в первую очередь, поражается центральная нервная система, что приводит к (врожденной) микроцефалии, ранним приступам судорог и различным степеням умственной отсталости ( задержки психического развития).
Аномалии развития головного мозга сопровождаются кожными заболеваниями, такими как кутис-лакса ( Сutis Laxa — болезнь, от которой кожа лица и шеи начинает стареть в ускоренном темпе) при дефектах синтеза пролина; коллодий-подобная кожа и ихтиоз ( группа наследственных заболеваний кожи, которая характеризуется нарушениями ороговения.) при дефиците серина а также некролитическая эритема при дефиците глютамина. Гипомиелинизация с сопутствующей потерей объема мозга и дефектами вращения миелина вокруг аксонов может наблюдаться на МРТ головного мозга и , в частности, диффузионном тензорном изображении , при всех видах нарушениях синтеза аминокислот . У взрослых с дефектами синтеза серина или пролина, может иметь место спастическая параплегия и несколько форм полинейропатии с умственной отсталостью или без нее, которые по-видимому, являются основными симптомами этих поздних форм аминокислотных расстройств.
В последней литературе сообщалось о нескольких новых нейропсихиатрических расстройствах, а также новых фенотипах для уже известных проблемах синтеза аминокислот, что в основном связано с секвенированием следующего поколения когорт пациентов с аналогичными клиническими фенотипами. Исследование пациентов с этими дефектами синтеза раскрывает новые и уникальные функции аминокислот, участвующих, например, в развитии центральной нервной системы плода или поддержании функций периферической нервной системы.
Мы знаем о том факте, что аминокислоты являются строительными блоками для синтеза пептидов и белков и что они выполняют важные функции в промежуточном метаболизме. Мы также недавно узнали, что нейропсихиатрические расстройства могут вызывать целый спектр клинических симптомов, начиная от летальных дефектов развития и заканчивая поздним спастическим парапарезом у взрослых. Однако, многие аминокислоты имеют свои специфические клеточные функции, например, при нейротрансмиссии или энергетическом обмене и детоксикации. Выявление недостатков синтеза аминокислот создает особые проблемы для наших биохимических диагностических исследований , поскольку легко пропустить низкие значения, особенно при более мягких фенотипах. К нашему удивлению, при некоторых расстройствах концентрации аминокислот в плазме или спинномозговой жидкости (CSF) неинформативны, что требует использования методов секвенирования для подтверждения клинического диагноза. Осведомленность о нарушениях синтеза аминокислот важна из-за потенциальных терапевтических ошибок и иногда очень узкого окна возможности изменить течение заболевания и предотвратить неврологические и психические расстройства.
Читайте также: Плотной тканью при пожаре
Исторически биохимический анализ повышенных уровней аминокислот или продуктов их распада в жидкостях организма был краеугольным камнем диагностики врожденных нарушений (ошибок) обмена веществ.
Дефекты синтеза серина
. В 1996 году Jaeken и коллеги впервые сообщили о дефектах пути синтеза аминокислоты серина у детей с тяжелыми неврологическими расстройствами. Низкие уровни серина и (глицина) в плазме и спинномозговой жидкости (CSF) были основными диагностическими признаками, указывающими на дефицит серина. С тех пор сообщалось о дефектах в путях синтеза других аминокислот.
Сообщалось о дефектах в генах, кодирующих три фермента пути синтеза L-серина, и, что неудивительно, все они вызывают сходные клинические фенотипы. L-серин синтезируется из промежуточного гликолитического 3-фосфоглицерата посредством трех ферментативных превращений. Участвующими в этом процессе ферментами являются 3-фосфоглицератдегидрогеназа (3-PGDH, OMIM 606879), 3-фосфогидроксипируват аминотрансфераза (PSAT, OMIM 610936) и фосфосеринфосфатаза (PSP, OMIM 172480).
Когда в педиатрической практике впервые были отмечены нарушения с дефицитом серина, оказалось, что между этими тремя дефектами имеются некоторые различия в фенотипе. Тем не менее, благодаря недавним исследованиям, полученным с помощью секвенирования целого экзома, теперь стало очевидным, что невозможно различить генные дефекты по клиническим признакам. Молекулярные дефекты в генах, кодирующих три фермента, могут иметь идентичные фенотипы, начиная от тяжелого летального антенатального фенотипа и заканчивая фенотипом полиневропатии в более старшем возрасте у взрослых. Тем не менее, признание дефицита серина имеет важное значение, поскольку при лечении L-серином сообщается о хороших результатах лечения.
Тяжелый и летальный фенотип с дефицитом серина уже был известен как синдром Ней-Лаксова (NLS). В 2014 году две разные группы опубликовали информацию о мутациях в генах синтеза серина у пациентов с синдромом Ней-Лаксова (Acuna-Hidalgo et al 2014 , Shaheen et al 2014 ). Из этих публикаций было очевидно, что дефекты всех трех генов могут приводить к одному и тому же клиническому фенотипу.
NLS вызывает внутриутробную или раннюю послеродовую смерть. У больных детей наблюдаются дисморфные признаки, состоящие из проптоза глаз, аномальных век, микроцефалии, маленького круглого рта, обширных скелетных аномалий с контрактурами и перепонками пальцев рук и ног;кожные аномалии, напоминающие коллодийоподобную кожу, и множественные структурные аномалии центральной нервной системы с дефектами нервной трубки, дисплазия коры, увеличенные желудочковые пространства и структурные аномалии мозжечка. Подчеркнем тот факт, что дефекты в метаболизме серина были обнаружены в результате совместной последовательности секвенирования экзома, а не в результате обнаружения низких значений серина в плазме. Имеются ограниченные данные о концентрациях серина в биологических жидкостях у пациентов с NLS, но , значения серина в плазме могут быть очень низкими (
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом