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.
