Глава 4. Основы нейробиохимии

Нервная система человека содержит не менее триллиона нервных, около 10¹³ глиальных клеток и не меньшее количество синапсов. Это множество формирует сложную пространственную структуру – единую сеть с многочисленными связями как на уровне отдельных клеток, так и клеточных ансамблей.

Основная структурно-функциональная единица нервной системы – нейрон; большую роль играют различные клетки нейроглии (астроциты, олигодендроциты, клетки эпендимы и микроглии), составляющие около половины объема мозгаи метаболически тесно связанные с нейронами. Сложнейшая система межнейрональных и периферических взаимодействий осуществляется через специфические микроструктуры – синапсы, обеспечивающие передачу и модуляцию сигнала с помощью химических и электрических механизмов.

Характерная особенность нервной ткани – высокая интенсивность энергетического метаболизма.

4.1. Кислородное и энергетическое обеспечение нервной ткани

Нервная ткань, которая составляет лишь 2% от массы тела человека, поглощает 20% кислорода, поступающего в организм (у детей до 4 лет – около 30-40%). Газообмен в сером веществе интенсивнее, чем в белом. Дыхательный коэффициент в нервных клетках (СО₂/О₂) равен 1. Мозг очень чувствителен к кислородному голоданию. Отсутствие газа в течение 5 мин вызывает в нем необратимые изменения. Основной способ получения энергии – аэробное окисление глюкозы, которая является практически единственным энергосубстратом. Постоянное и непрерывное поступление моносахарида в клетки мозга из кровеносного русла является необходимым условием их энергетического обеспечения.

Содержание гликогена в нервной ткани небольшое (составляет 0,1% от массы мозга) и не может ее снабдить энергией даже на короткое время (только до 10 мин). Энергетическим материалом могут быть также кетоновые тела, поскольку в нервной ткани присутствуют ферменты для их окисления. Однако, использование данных веществ начинается лишь после 3-4 суток энергетического голодания.

Кроме того, глюкоза служит предшественником субстратов (метаболитов гликолиза, ацетил-КоА – продукта окислительного декарбоксилирования пирувата, кетокислот ЦТК, промежуточных веществ ПФП), используемых нейронами в биосинтезе медиаторов, заменимых аминокислот, липидов, нуклеиновых кислот.

4.2. Особенности метаболизма липидов

На долю липидов приходится до 50% сухой массы нервной ткани, при этом фосфолипиды составляют около половины, холестерол и гликолипиды примерно 26% от общего количества липидов. В клетках мозга регистрируется не характерные для других тканей величины фосфатидилинозитолов, сфинголипидов (простейшие из них церамиды, их производные сфингомиелины, ганглиозиды, цереброзиды).

Основные функции липидов:

Пластическая: липиды – структурные элементы клеточных мембран нейронов.

Диэлектрическая: надежная электрическая изоляция обеспечивается с помощью миелина (белково-липидного комплекса, который на 90% состоит из фосфоглицеридов, холестерина и цереброзидов).

Защитная: ганглиозиды являются активными антиоксидантами – ингибиторами ПОЛ;

Регуляторная: инозитолфосфатиды участвуют в передаче гормональных сигналов;

Связывающая: сфинголипиды осуществляют межклеточные взаимодействия.

В нервной ткани происходит интенсивный синтез жирных кислот, холестерина, сложных липидов (глицерофосфолипидов, сфингомиелина, гликолипидов). Генез цереброзидов особенно активен в период миелинизации, а формирование ганглиозидов – при дифференциации нейронов.

Реакции их метаболизма протекают с участием многочисленных ферментов; нарушения в функционировании, в первую очередь, специфических гидролаз приводят к накоплению сфинголипидов (тезаурисмозы) и развитию дегенеративных изменений нервной ткани.

Гипоксия и чрезмерные функциональные нагрузки усиливают СРО липидов нейрональных мембран, что вызывает их повреждение, приводящее к выходу из клетки ионов, биологически активных веществ (медиаторов, пептидов, энзимов и др.). Одни из них (например, лизосомальные ферменты) вызывают альтерацию соседних клеток, другие (структурные белки) играют роль вторичных антигенов. В этих условиях значительно страдают биоэнергетические процессы.