Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Учитывая парциальные объемы отдельных типов клеток и структур мозга, а также данные об интенсивности их дыхания,
146
можно приблизительно оценить вклад нейронов и глии в общее потребление О^. Для коры больших полушарий крыс установлено, что около/0% от общего поглощения кислорода приходится на нейроны, а примерно 30% — на глиальные клетки, причем перикарион нейронов, занимающий около 5% объема в коре больших полушарий, потребляет до 25% кислорода; синаптические окончания, занимающие около 15% объема, — примерно 10% кислорода.
5.2. ПОТРЕБЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ
Наряду с высокой скоростью дыхания для мозга характерно интенсивное потребление глюкозы крови. Ни один орган не поглощает глюкозу крови с такой скоростью и в таких количествах, как мозг, и ни для одной ткани организма не отмечено такой острой потребности в этом субстрате окисления для поддержания нормального функционального состояния. Головным мозгом потребляется до 70% глюкозы, образующейся в печени и выделяющейся из нее в кровь. Потребление глюкозы мозгом взрослого человека, рассчитанное по артериовенозной разнице, составляет в среднем 0,25-0,30 мкмоль-г-1 мин-1. У мелких лабораторных животных (крыс, мышей) этот показатель выше и в среднем равен 0,60-0,80 мкмоль-г-1-мин~1.
Эти данные позволяют считать, что глюкоза является основным субстратом окисления в головном мозге. Определение дыхательного коэффициента полностью подтверждает такое предположение. Действительно, по данным Г.Мак-Ильвейна, для головного мозга взрослого человека артериовенозная разница по кислороду равна 6,7±0,8 мл 02/100 мл протекающей крови, а по диоксиду углерода — 6,6±0,8 мл С02/100 мл крови. Другими словами, количество потребляемого мозгом 02 практически эквивалентно количеству выделяемого им С02; дыхательный коэффициент близок к единице: по расчетам Г.Мак-Ильвейна, он составляет 0,99±0,03. Это говорит о том, что преимущественным путем метаболизма глюкозы в головном мозге является ее окисление в реакциях аэробного гликолиза, сопряженных с реакциями цикла трикарбоновых кислот.
Расчеты, проведенные на основании многочисленных экспериментов с глюкозой, содержащей 14С в различных положениях углеродной цепи, показывают, что около 85-90% глюкозы, потребляемой мозгом взрослого животного, полностью окисляется до С02 и Н20; около 5% расходуется в реакциях гликолиза с образованием молочной кислоты и лишь 5-7% использует-
147
ся в других реакциях (синтез гликогена, синтез церамидной части гликолипидов и гликопротеидов, нейротрансмиттеров и др.). В некоторых случаях, например в экспериментах на мелких лабораторных животных (белые крысы, мыши) с использованием введенной интрацистернально глюкозы 14С, показана возможность полного 100% окисления этого субстрата до С02 и Н20.
Необычайная зависимость функционирования головного мозга от постоянного притока глюкозы из крови объясняется прежде всего тем, что собственные запасы данного углевода в мозговой ткани чрезвычайно малы по сравнению с высокой интенсивностью его окисления. По данным многих исследователей, содержание глюкозы в мозге животных и человека составляет в среднем 1,5-4,5 мкмоль г-1. Даже при условии использования глюкозы только для окисления ее запасы в мозге могут быть полностью исчерпаны за 3-6 мин.
При уменьшении уровня глюкозы в крови печень, почки, скелетные и сердечная мышцы для. поддержания энергетического баланса и сохранения функциональной активности способны окислять целый ряд других субстратов (аминокислоты, лактат, жирные кислоты, кетоновые тела и др.). Головной же мозг в этих условиях продолжает потреблять по-прежнему высокие количества глюкозы и кислорода. И лишь при снижении концентрации глюкозы крови ниже критических величин (тяжелая гипогликемия) значительно падает потребление мозговой тканью как глюкозы, так и кислорода и развивается коматозное состояние с потерей сознания.
Попытки компенсировать развитие комы и поддерживать энергетический баланс головного мозга путем введения животным различных метаболитов глюкозы (гексозофосфатов, лактата, пирувата, фруктозы, галактозы и др.) даже в весьма значительных количествах были неудачными; при гипогликемиче-ской коме лишь внутривенные инъекции глюкозы могут нормализовать энергетический метаболизм мозга и вывести животное из коматозного состояния. Эти наблюдения указывают на весьма ограниченную способность головного мозга компенсировать уменьшенное поступление глюкозы за счет окисления других энергетических субстратов. Основной причиной этого является низкая проницаемость гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) в мозге взрослых животных для других субстратов окисления.
Транспорт глюкозы в мозг осуществляется преимущественно с помощью специальной системы переносчиков, активно функционирующей в широких пределах концентраций глюкозы в крови — от 2,75 до 16,50 мкмоль мл-1. На долю пассивной диф-
148
фузии приходится не более 5% от общего потока глюкозы.
Исследования активного переноса глюкозы через ГЭБ, выполненные in vitro на препаратах капилляров мозга, которые рассматривают как анатомический локус ГЭБ, работы на культуре клеток мозга, а также эксперименты in vivo c 14С-глюкозой или ее дериватами, позволили установить основные характеристики этого процесса. В табл.5.1 приведены некоторые кинетические параметры транспорта глюкозы и ряда других соединений через ГЭБ. Сравнение значений Км и Vm позволяет убедиться, насколько активнее переноситсячерезГЭБ глюкоза по сравнению с другими веществами.
