Ишемический инсульт: регуляция концентрации нейротрансмиттеров
Показано, что важную роль в энергетическом метаболизме мозга и функционировании глутаматной системы играют глиальные клетки , особенно астроциты ( Andriezen W.L. 1993 , Magistretti P.J., Pellerin L. 1997 , Sala L. 1891 ), не являющиеся пассивными элементами нервной системы , а участвующие в обеспечении нейронов энергетическими субстратами в ответ на увеличение синаптической активности. Астроцитарные отростки расположены вокруг синаптических контактов , что позволяет им улавливать увеличение синаптической концентрации нейротрансмиттеров ( рис. 4.4 ). Хорошо изучена функция астроцитов в связывании глутамата ( Banes B.A. 1991 ). Действие глутамата на постсинаптических нейронах быстро определяется авидной связывающей системой, расположенной на астроцитарных отростках, которые обволакивают синаптический контакт ( RothsteinJ.D., Martin L. 1994 ). Перенос глутамата из синаптической щели опосредуется через специфические транспортные системы, две из которых глиально специфичны (переносчики GLUT-1 и GLAST ). Третья транспортная система ( EAAC-1 ), находящаяся исключительно в нейронах, никогда не вовлекается в перенос синаптически освобожденного глутамата ( RothsteinJ.D., Martin L. 1994 ). Переход глутамата в астроциты происходит благодаря электрохимическому градиенту ионов Na+.
Доказано, что при кортикальной активации, вызванной глутаматом, происходит локальное увеличение утилизации глюкозы в астроцитах ( Barinaga M. 1997 , Magistretti P.J. 1997 , Magistretti P.J., Pellerin L. 1996 ). Этот эффект не связан с рецепторно-медиаторным механизмом, так как не может быть предотвращен или имитирован антагонистами и агонистами глутаматных рецепторов. Возможно, ключевую роль в его реализации играет активация Na+/К+-ATPазы в результате массивного потока ионов Na+ в клетку. Астроциты утилизируют добавочный объем глюкозы по гликолитическому пути до лактата, который, высвобождаясь, трансформируется нейронами в пируват, вступает в цикл трикарбоновых кислот и служит энергетическим топливом. Для связывания одной молекулы глутамата необходимо 3 иона Na+. В результате астроцитом поглощается одна молекула глюкозы, а в процессе гликолиза вырабатываются 2 молекулы ATP высвобождаются 2 молекулы лактата. Одна молекула ATP затрачивается на выключение Na+/K+-насоса, в то время как другая обеспечивает превращение глутамата в глутамин при помощи глутаминсинтазы ( Pellerin L., Magistretti P.J. 1994 , Takahashi S., Driscoll B.F. 1995 ).
Существует большое число экспериментальных данных, указывающих на то, что лактат может быть использован в качестве энергетического топлива нейронами ( Bittar P.G., Charnay Y. 1996 , Schurr A., West C.A. 1998 , Tsacopoulos M., Magistretti P.J. 1996 ). Микродиализное исследование у грызунов in vivo и H1-магнитно-резонансный спектроскопический (МРС) анализ позволили документально подтвердить увеличение концентрации лактата при физиологической глутамат-активации ( Frahm J., Kruger G. 1996 , Fray A.E., Forsyth R.J. 1996 , Prichard J., Rothman D. 1991 ). Доказана возможность выборочного распределения изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ) среди лактат-продуцирующих и лактат- потребляюших клеток. Так, в гиппокампе и коре головного мозга человека иммунореактивность к изоферменту ЛДГ5, связанному с тканями, в больших количествах продуцирующими лактат, ограничивается популяцией астроцитов, в то время как нейроны реагируют только на антитела к ЛДГ1-изоферменту, присутствующему в лактат-потребляющих тканях. Эти данные подтверждают гипотезу о существовании глутамат-индуцированного гликолиза, " астроцитарно-нейронального лактатного челнока " ( рис. 4.4 ). Установлено отсутствие прямой связи между утилизацией глюкозы и потреблением кислорода тканью мозга. Показано, что эффективность механизмов синаптосомального поглощения глутамата также определяется прежде всего концентрацией глюкозы, а не уровнем гипоксии ( Bittar P.G., Chamay Y. 1996 , Fox P. Т., Raichle M.E. 1988 , PhillisJ W., Song D. 1996 , Puke M.J.C., Wiesebfeld-Hallin Z. 1994 ).
Таким образом, важной целью функционального сотрудничества между нейронами и астроцитами является регулирование адекватного энергетического потока при активации нейронов. Глутамат-индуцированное потребление глюкозы и выработка лактата в астроцитах - простой и прямой механизм обеспечения жизнедеятельности нейронов.
