Углеводы и их обмен в нервной системе

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: α и β образуют гомо- и гетеродимеры, присутствующие в высокой концентрации в клетках нервной системы. S 100 (ββ) присутствует в высоких концентрациях в глиальных и шванновских клетках, гетеродимер S 100 (αβ) находится в глиальных клетках, гомодимер S 100 (αα) – 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 (αβ) и S 100 (ββ) 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.