Molecule și conexiuni
Glutamatul (acidul glutamic) este unul dintre cei 20 aminoacizi bazici. În plus față de participarea la sinteza proteinelor, poate efectua funcția unui neurotransmițător - o substanță care transmite un semnal de la o celulă nervoasă la alta în cleftul sinaptic. Trebuie luat în considerare faptul că glutamatul, care este în alimentație, nu penetrează bariera hemato-encefalică. adică nu are efect direct asupra creierului. Glutamatul este format în celulele corpului nostru din a-ketoglutarat prin transaminare. Grupa amino este transferată din alanină sau aspartat, înlocuind radicalul cetonic al a-ketoglutaratului (Figura 1). Ca rezultat, obținem glutamat și acid piruvat sau oxaloacetic (în funcție de donatorul grupării amino). Ultimele două substanțe sunt implicate în multe procese importante: acidul oxaloacetic, de exemplu, este unul dintre metaboliții în ciclul Krebs mare și teribil. Distrugerea glutamatului are loc prin enzima glutamat dehidrogenază, iar în cursul reacției, a-ketoglutaratul și amoniacul sunt deja cunoscute.
Figura 1. Sinteza glutamatului. Glutamatul este format din α-ketoglutarat prin înlocuirea grupării ceto cu o grupare amino. În timpul reacției, nicotinamidă adenin dinucleotid fosfat (NADP, NADP) este consumată în celule. Imagine de la lecturer.ukdw.ac.id.
Noi glutamat, ca majoritatea altor mediatori, există două tipuri de receptori - ionotropici (care cu membrana pori deschiși pentru ionii ca răspuns la atașarea ligandului) și metabotropici (care, atunci când liganzi atașați cauzează ajustarea metabolică a celulei). Grupul de receptori ionotropici este împărțit în trei familii: receptori NMDA. Receptorii AMPA și receptorii acidului kainic. Receptorii NMDA sunt așa numiți deoarece agonistul selectiv, o substanță care stimulează selectiv acești receptori, este N-metil-D-aspartat (NMDA). În cazul receptorilor AMPA, un astfel de agonist va fi acid a-aminometilizoxazol propionic, iar receptorii kainat sunt stimulați selectiv cu acidul kainic. Această substanță se găsește în alge roșii și se utilizează în studiile neurobiologice pentru modelul epilepsiei și a bolii Alzheimer. Recent, receptorii δ au fost de asemenea adăugați la receptorii ionotropici. ele sunt situate pe celulele Purkinje din cerebelul mamiferelor. Stimularea receptorilor "clasici" - NMDA, AMPA și kainat conduce la faptul că potasiul începe să părăsească celula, iar calciu și sodiu intră în celulă. În cursul acestor procese excitarea apare în neuron, iar potențialul de acțiune este declanșat. Receptorii aceiași metabotropi sunt asociați cu sistemul proteic G și sunt implicați în neuroplasticitate [1]. Prin neuroplasticitate se înțelege capacitatea celulelor nervoase de a forma noi legături între ele sau de a le distruge. De asemenea, conceptul de neuroplasticitate include capacitatea sinapselor de a schimba cantitatea de neurotransmițător eliberat, în funcție de ce comportamente și procese de gândire apar la un anumit moment și cu ce frecvență.
Figura 2. Nematodele conectivității Caenorhabditis elegans Fiecare neuron al unui vierme își are numele și toate conexiunile dintre neuroni sunt luate în considerare și reprezentate pe circuit. Ca urmare, schema este mai confuză decât harta metroului Tokyo. Imagine de la connectomethebook.com.
Cred că această idee este promițătoare. Într-o formă simplificată, conexiunile dintre neuroni pot fi reprezentate sub formă de fire, cabluri complexe care conectează un neuron la altul. Dacă aceste conexiuni sunt afectate - distorsionarea semnalului, o ruptură a firelor - poate exista o perturbare a lucrului bine coordonat al creierului. Astfel de boli care apar ca urmare a unei eșecuri în canalele de comunicare neuronală se numesc conectopatii. Termenul este nou, dar în spatele acestuia sunt deja cunoscute procese patologice cunoscute oamenilor de știință. Dacă doriți să aflați mai multe despre conectori, vă recomand să citiți cartea lui Sebastian Seung "Connect. Cum creierul ne face ceea ce suntem "[4].
Reîncărcarea rețelei
Figura 3. Structura memantinei. Memantina este un derivat al adamantanului de hidrocarburi (nu confunda cu adamantul). Un desen din Wikipedia.
Într-un creier care funcționează normal, semnalele de la neuroni sunt distribuite uniform pe toate celelalte celule. Neurotransmițătorii sunt excretați în cantitatea necesară și nu există celule afectate. Cu toate acestea, după un accident vascular cerebral (leziune acută) sau cu demență (un proces pe termen lung), glutamatul începe să fie eliberat din neuroni în spațiul din jur. Stimulează receptorii NMDA ai altor neuroni și calciul intră în acești neuroni. Afluxul de calciu declanșează o serie de mecanisme patologice, ceea ce duce, în cele din urmă, la moartea neuronului. Procesul de deteriorare a celulelor datorită eliberării unei cantități mari de toxină endogenă (în acest caz, glutamat) se numește excitotoxicitate.
Figura 4. Acțiunea memantinei în demența Alzheimer. Memantina reduce intensitatea semnalelor incitante care provin de la neuronii corticali la nucleul Meinert. Neuronii acetilcolinei care alcătuiesc această structură reglează atenția și o serie de alte funcții cognitive. Reducerea activării excesive a nucleului Meinert conduce la o reducere a simptomelor de demență. Cifra de la [6].
Demența este o leziune cerebrală extinsă în timp, în care moartea neuronilor are loc încet. Și există boli care duc la o deteriorare rapidă și pe scară largă a țesutului nervos. Excitotoxicitatea este o componentă importantă a afectării celulelor nervoase în accident vascular cerebral. Din acest motiv, în cazul tulburărilor de circulație cerebrală, utilizarea memantinei poate fi justificată, cu toate acestea, studiile pe această temă încep tocmai. În prezent, există studii efectuate pe șoareci care arată că numirea memantinei la o doză de 0,2 mg / kg pe zi reduce afectarea creierului și îmbunătățește prognosticul accidentului vascular cerebral [7]. Poate că mai multe lucrări pe această temă vor îmbunătăți tratamentul accidentului vascular cerebral la om.
Voci în cap
Schizofrenia este o altă boală în care expunerea la sistemul glutamat al creierului este o direcție nouă și promițătoare a terapiei. În prezent, principala cauză a dezvoltării schizofreniei este încălcarea transmiterii dopaminei în creier. Excesul de dopamină în unele părți ale sistemului nervos duce la delir și halucinații, și lipsa altora - la apatie, depresie și lipsă de motivație. Neurolepticele - medicamente care blochează receptorii dopaminei - sunt bune în tratarea halucinațiilor și aluziilor, dar cu un alt grup de simptome, apar probleme. Efectul clinic limitat al antipsihoticelor indică faptul că alte sisteme de neurotransmițători pot fi implicate în dezvoltarea schizofreniei.
Dacă sistemul de glutamat este implicat în schizofrenie, atunci îl puteți verifica chiar și pe oamenii sănătoși. Dacă subiecții sănătoși injectă medicamente care blochează acțiunea glutamatului (ketamina, amfetamina), atunci ele dezvoltă simptome de schizofrenie [8]. Introducerea de ketamină cu schizofrenie a dus la reapariția psihoze cu simptome tipice de repetiție a pacientului, adică, ketamina nu a provocat „o psihoză“ și a revenit halucinațiilor și iluziilor care au fost folosite. [9] Această contradicție a celor două ipoteze complică imaginea deja dificilă a bazei neurobiologice a schizofreniei. Simptomele psihotice asociate administrării ketaminei pot fi explicate prin capacitatea sa de a influența receptorii dopaminergici. O altă explicație poate fi că neuronii dopaminergici și glutamat sunt capabili să afecteze striatumul. Această parte a creierului este implicată activ în "producția" de halucinații [10].
Figura 5. Apariția halucinațiilor auditive în creierul unui pacient cu schizofrenie. Senzația primară de la "citirea" automată a semnelor sau atunci când apar gânduri, localizate în cortexul temporal (1), nu este suprimată de cortexul frontal (2). Coaja întunecată (3) captează modelul în curs de dezvoltare al activității în creier și schimbă concentrarea activității asupra acesteia. Ca urmare, o persoană începe să audă o "voce". Cifra de la [12].
Aceasta ne încheie călătoria în lumea neurotransmițătorilor. Ne-am familiarizat cu dopamina motivantă, calmarea acidului γ-aminobutiric și a altor patru eroi ai creierului nostru. Fii interesat de creierul tău - pentru că, așa cum spune titlul cărții, Dick Swababa. suntem creierul nostru.