318.Метаболизм нервной ткани

Углеводы. В покое энергетические потребности мозга почти полностью обеспечиваются глюкозой, интенсивно поглощаемой из крови. Глюкоза потреб­ляется преимущественно по гликолитическому пути и в ЦТК, процесс сопро­вождается интенсивным потреблением кислорода (масса мозга равна 2% от массы тела, а потребление кислорода мозгом достигает 20% от общего потребления). Изменения, вызванные ограниченным снабжением мозга глюко­зой, устранить в полном объеме можно только глюкозой или за счет ее непосредственных предшественников.

Способность клеток мозга интенсивно потреблять глюкозу обеспечена высо­кой активностью гексокиназы. Митохондриальный изофермент гексокиназы нервных клеток в 20 раз активнее изофермент^в других тканей организма, отличаясь низким значением К^ и высоким — ^^. Регуляторную роль в вовлечении глюкозы в окислительный распад, как и в других тканях, играет фосфофруктокиназа, которую ингибируют свой субстрат, АТФ и цитрат, а активируют фруктозо-6-фосфат, АДФ, АМФ и Р^. Расходование глюкозы приводит к накоплению соединений, ингибирующих ее распад, и потребление ограничивается.

«Пропускная способность» гликолитического превращения глюкозы выше, чем на аэробном отрезке, где скорость окисления на уровне ЦТК лимитирует изоцитратдегидрогеназа. Активность этого энзима предельна уже в состоянии покоя. В связи с этим при напряжении процессы ЦТК в мозге не ускоряются.

Метаболизм мозга за счет резерва углеводов долго продержаться не может, так как содержание гликогена здесь невелико (0,1%). Видимо, с этим связано развитие комы при избыточном введении инсулина, когда концентрация глюкозы может упасть в 10 раз Связанное со сниженным потреблением глюкозы (и соответственно кислорода) недостаточное образование АТФ не обеспечивает энергетических потребностей мозга. Необратимые нарушения возникают даже при непродолжительной гипоксии,

Непосредственно на обмен углеводов в мозге инсулин не влияет, поскольку не проникает через гематоэнцефалический барьер. На метаболизм глюкозы в периферических нервах инсулин может оказывать и непосредственное влияние.

Аминокислоты и белки. Ткань мозга концентрирует аминокислоты в небольшой степени, хотя обмен их между тканью мозга и кровью происходит достаточно быстро. Аминокислоты в клетки мозга транспортируются двумя системами для нейтральных и отдельными системами для транспорта амино­кислот с кислыми и основными свойствами. Имеется отдельная система для транспорта О)-аминокислот.

До 75% аминокислот мозга представлены аспарагиновой, глутаминовой и их производными (М-ацетиласпарагиновая, глутамии и глутатион), а также ГАМК. В больших концентрациях, по сравнению с другими тканями, в мозге содержатся таурин и цистатионин. Преобладающая аминокислота - глутамат .

Глутаминовая кислота занимает центральное положение в обмене амино­кислот мозга. Являясь производной а-кетоглутаровой, она используется для образования глутатиона, глутамина и ГАМК. Сама же Ь-кетоглутаровая — метаболит ЦТК. Ее расходование на побочные для ЦТК продукты восполняется за счет анаплеротического (по отношению к ЦТК) процесса, а именно за счет превращения аспарагиновой кислоты в метаболит ЦТК — щавелевоуксусную кислоту .

В тканях головного и спинного мозга благодаря существованию ГАМК-шунта для глутаминовой кислоты (по отношению к ЦТК, см. выше рис.94) содержится больше ГАМК, чем в других тканях. На образование ГАМК в мозге используется до 20% всего глутамата.

Остальные пути метаболизма аминокислот сходны с имеющимися в других тканях.

Непонятно назначение в мозге ферментной системы орнитинового цикла мочевины, не содержащей карбамоилфосфатсинтетазы, из-за чего мочевина здесь не образуется.

Основной источник аммиака в мозге — дезаминирование пуриновых нукле-отидов при участии аденилатдезаминазы. Аминогруппа глутамата, высвобож-

дающаяся в реакции его превращения в а-кетоглутарат, затрачивается на амидирование аспарагината в аспарагин, который, в свою очередь, является донатором аминогруппы в синтезе пуриновых оснований.

Большая часть высвободившегося аммиака затрачивается на синтез глута-мина (из глутамата) и в виде этого соединения удаляется из мозга. Другими словами, образование глутамина — это основной путь обезвреживания аммиака в ткани мозга.

Ткань мозга способна синтезировать заменимые аминокислоты, как и другие ткани.

Поступившие извне синтезированные в мозге аминокислоты быстро включа­ются в белки. Синтез белков происходит преимущественно в цитоплазматичес-ких рибосомах тела клетки и митохондриях. Особенность процесса — малое количество полирибосом и их неустойчивость.

Нуклеиновые кислоты. Синтез предшественников нуклеиновых кислот — пиримидиновых нуклеотидов — из СО и аммиака в мозге не происходит из-за отсутствия карбамоилфосфатсинтетазы (фермент первой стадии синтеза пири-мидинов). В то же время в мозг легко проникает УМФ, которая здесь быстро превращается в УДФ и УТФ. В ткани мозга есть все ферменты синтеза пуриновых оснований, кроме того, все обычные пурины легко проникают через гематоэнце-фалический барьер и способны к превращениям в ГМФ, ИМФ и АМФ.

Скорость метаболизма РНК в мозге достаточно высока, зависит от типа клеток и отделов мозга, увеличивается после кратковременного сильного раздражения (после длительного — наблюдается снижение), интенсивнее протекает в процессе развития клетки. Высокая скорость синтеза объясняет повышенное содержание РНК в нервных клетках по сравнению с соматичес­кими. Основное количество РНК сосредоточено в субстанции Ниссля, пред­ставляющей собой рибосомальные агрегаты различного размера. Прослежива­ется связь между содержанием РНК и скоростью синтеза белка в нервной клетке.

Как и в других тканях, в мозге нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу генетической информации, ее трансляцию при синтезе белков клетки. Есть основания допускать, что изменения в нервной системе, связан­ные с индивидуальным («онтогенетическим») опытом организма, кодируются в макромолекулах. Например, сильные раздражители (звук, свет, вращатель­ное движение) вызывают ускорение синтеза РНК и белка в определенных участках мозга. Однако механизмы связи между раздражителем и изменением скорости синтеза еще не установлены.

Информация о том, с какими нейронами данный нейрон должен поддержи­вать связь, может быть закодирована в структуре специфических мембранных белков или полисахаридов. Мозг новорожденного содержит много генетически предопределенных связей, но лишь часть дендридов «молодого» мозга выжи­вает и функционирует у взрослого организма в составе проводящих путей. Возможно, многие связи — результат опыта развивающегося мозга, стабили­зации определенных синаптических связей. В основе поведения, а его характер определяется сохраненной информацией, должны лежать кооперативные ре­акции многих клеток. Поэтому естественно допустить, что в реакциях клеток участвует большое количество макромолекул.

Липиды. Как отмечено, липиды находятся в клеточных и субклеточных мембранах нейронов и в миелиновых оболочках. Следовательно, липиды серого вещества — это компоненты мембран нейронов и глии, в белом веществе липиды входят в состав дендритов нейронов, мембран глиальных клеток и миелина.

Скорость обновления липидов низка, медленно протекает метаболизм холес-терола, цереброзидов, фосфатидилэтаноламинов и сфингомиелинов. Фосфа-тидилхолин обновляется быстро, еще быстрее фосфатидилинозитиды Те и другие синтезируются в мозге из жирных кислот и глюкозы

Холестерол синтезируется в период роста, скорость процесса с возрастом падает (снижается активность оксиметилглутарил-КоА-редуктазы). Основная масса холестерола у взрослых неэстерифицирована, эфиры обнаруживаются лишь в участках активной миелинизации.

Синтез цереброзидов и сульфатидов протекает в развивающемся мозге наиболее интенсивно в период миелинизации. В зрелом организме до 90% цереброзидов находится в миелиновых оболочках, ганглиозиды же — типичные компоненты нейронов. Наиболее высокой концентрацией цереброзидов харак­теризуются синаптосомы, фракция нервных окончаний. Здесь также макси­мальна активность сиалтрансфераз, катализирующих перенос сиаловой кисло­ты на гликолипиды и гликопротеиды.

Ганглиозиды (их моно-, ди- и трисиалопроизводные) обнаруживаются в областях скоплениях клеточных тел (например, в сетчатке) и в миелинизиро-ванных нервах (например, в зрительном).