Особенности энергетического и углеводного обмена в тканях центральной нервной системы

В нервной ткани, составляющей только 2% от массы тела человека, потребляется 20% кислорода, поступающего в организм. При этом энергетические возможности нервной ткани ограничены.

1. Основной путь получения энергии - только аэробный распад глюкозы по ГБФ-пути. Глюкоза является почти единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ.

2. Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах.

3. Постоянный и непрерывный притокглюкозы и кислорода из кровеносного русла является необходимым условием энергетического обеспечения нервных клеток. Жесткая зависимость от поступления глюкозы обусловлена тем, что содержание гликогена в нервной ткани ничтожно (0.1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией даже на короткое время. С другой стороны, окисления неуглеводных субстратов с целью получения энергии не происходит. Поэтому при гипогликемии и/или даже кратковременной гипоксии в нервной ткани образуется мало АТФ. Следствием этого являются быстрое наступление коматозного состояния и необратимых изменений в ткани мозга.

4. Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается, в первую очередь, работой высокоактивной гексокиназы мозга. В отличие от других тканей, здесь гексокиназа не является ключевым ферментом всех путей метаболизма глюкозы. Гексокиназамохга отличается низким значением Км и высокой Vmax, обладает в 20 раз большей активностью, чем соответствующий изофермент печени и мышц. Ключевыми ферментами ГБФ-пути в нервной ткани являются фосфофруктокиназа и изоцитратдегидрогеназа. Фосфофруктокиназу ингибируют фруктозо-1,6-бисфосфат, АТФ и цитрат, активируют фруктозо-6-фосфат, АДФ, АМФ и неорганический фосфат. Активность изоцитратДГ даже при нормальном уровне утилизации глюкозы в состоянии покоя максимальна. Поэтому при повышенном энергопотреблении нет возможностей ускорения реакций ЦТК.

5. Образование НАДФН₂, который используется в нервной ткани 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.

Так же, как и скелетные мышцы, функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в потреблении энергии. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию. Поэтому существует еще одна особенность:

6. Образование креатинфосфата. Он обладает способностью удерживать макроэргические связи:

Эта 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, то есть образуется АТФ.

28. Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ): анатомические особенности, функция, механизм функционирования. Проницаемость ГЭБ для компонентов плазмы крови в норме и при повреждении.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) образован церебральнымиэндотелиоцитами

и глией. ГЭБ обеспечивает гомеостаз центральной нервной системы, которая отделена от

системного кровотока.

Морфология и функция ГЭБ

ГЭБ образован сложной клеточной системой эндотелиоцитов, астроглии,

перицитов, периваскулярных макрофагов и базальной пластинки. Отростки астроцитов

контактируют с эндотелием и погружены в базальную пластинку в месте с перицитами

и периваскулярными макрофагами. Перициты являются сократительными клетками и

окружают церебральные капилляры отростками. Перициты могут влиять на целостность

капилляров и подавлять фагоцитоз эндотелиоциами, ограничивая проницаемость ГЭБ для

некоторых веществ.

Церебральный эндотелий содержит узкие межклеточные плотные структуры,

образуемые пояски типа zonulaoccludens. Межклеточные структуры могут

парацеллюлярно транспортировать гидрофильные вещества через церебральный

эндотелий.

В эндотелии ГЭБ экспрессируется P-гликопротеин (P-glycoprotein, Pgp) и протеины

множественной лекарственной резистентности (multipledrugresistance, multidrug

resistance, MDR). MDR1 и Pgp локализуются на люминальной поверхности церебрального

эндотелия и удаляют в кровь ксенобиотики.

Помимо анатомического барьера, церебральный эндотелий формируют

метаболический барьер посредством моноаминооксидазы A и B, катехол-O-

метилтрансферазы и псевдохолинэстеразы. Эти энзимы осуществляют деградацию

нейромедиаторов.

Дополнительным барьером служит система нейтрализации лекарств

в микрососудах, сосудистого сплетения, лептоменингеальной оболочке и

околожелудочковоморгане (circumventricularorgan). К этой системе относятся

гемопротеины P-450, P-450-зависимые монооксигеназы, НАДH-цитохром

P-450-редуктазы, УДФ-глюкуронозилтрансферазы, щелочные фосфатазы,

глутатионпероксидазы, эпоксидгидролазы, моноаминооксидазы, катехол-O-

метилтрансферазы и псевдохолинэстеразы. Продукты деградации или биотрансформации

удаляются из мозга специфическими транспортными системами ГЭБ или пассивно из

паренхимы в цереброспинальную жидкость.

ГЭБ имеется в 99 % церебральных капиллярах за исключением областей

гематоцереброспинального барьера. К этим областям относятся срединная

возвышенность, гипофиз, паутинное сплетение, сосудистое тело, субфорникальный орган

и терминальная пластинка.

Механизмы транспорта веществ через гематоэнцефалический барьер

Крупные гидрофильные питательные вещества пересекают ГЭБ посредством

селективных транспортеров с затратой энергии.

Диффузия веществ через плазматическую мембрану эндотелиоцитов ГЭБ зависит

от их гидрофобности, молекулярной массы и заряда. Липофильные вещества быстро

диффундируют в нервную ткань.

Специфичный транспортер глюкозы ГЛЮТ-1 переносит галактозу и глюкозу и

асимметрично экспрессируется в люминальной и базальной мембранах церебрального

эндотелия. Идентифицированы транспортеры нейтральных аминокислот (LNAA-система),

основных кислот, пуринов, нуклеозидов, тиамина, монокарбоновых кислот и тироидных

гормонов.

Повреждение гематоэнцефалического барьера

При многих заболеваниях, сопровождающихся нарушением целостности ГЭБ,

развивается периваскулярное воспаление, усиливается продукция провоспалительных

цитокинов и адгезивных молекул в эндотелии, что усиливает привлечение миграции

воспалительных клеток в ЦНС и нарушает транспорт питательных веществ. Это

обусловливает гибель клеток нервной ткани.