Биохимия нервной системы

Нервная система подразделяется на центральную и периферическую. Не углубляясь в физиологические аспекты темы, все же отметим, что основными компонентами нервной ткани являются нейроны с их аксонами и дендритами, а также клетки глии, окружающие аксоны, дендриты и нейроны.

Как и любые другие клетки, разные типы нейронов состоят из ядра, цитоплазмы и органелл (митохондрий, рибосом, лизосом и др.) Цитоплазма с органеллами переходит в отростки.

Нервные волокна аксонов и дендритов, как правило, окружены миелиновой оболочкой, которая в мозге образована клетками глии, а на периферии - клетками Шванна. Часть волокон на периферии лишены миелиновой оболочки.

Химический состав нервной ткани имеет некоторые особенности: простые белки часто имеют основной характер (ИЭТ>7,0), велико содержание сложных белков (липопротеиды, протеолипиды, гликопротеиды); в нервной ткани много липидов, особенно гликолипидов и сфингофосфолипидов; некоторые из них имеют специфические названия: цереброзиды, ганглиозиды.

Из углеводов, кроме сложных, в мозге содержится небольшое коли­чество гликогена. Особо следует остановиться на свойствах миелиновой оболочки. Белки миелина в основном гидрофобны и поэтому легко взаимодействуют с липидами мембран нервного волокна. Примерно 1/3 от обшего белка миелина относится к водорастворимому основному белку, который ответственен за миелинизацию волокна; его разрушение приводит к демиелинизации, что, как мы увидим далее, приводит к нейропатии в виде парезов и параличей.

Основная функция нейронов состоит в генерировании нервного импульса в ответ на сигналы с периферии или от соседних нейрнов. Способность генерировать нервные импульсы сохраняет и аксон, который кроме этого обеспечивает и его проведение по волокну. В механизме проведения импульса по нервному волокну участвуют 3 компонента:

а) натриевый насос (К, Na- АТФ-аза)

б) натриевые каналы

в) калиевые каналы

К, Na -АТФ-аза перекачивает ионы Na из клетки наружу, а К - внутрь. Натриевые и калиевые каналы в мембране нейрона и аксона в состоянии покоя находятся в закрытом положении. В это время насос (АТФ - аза) работает непрерывно и создает трансмембранный градиент (разницу) ионов Na и К по ту и другую сторону мембраны. Он численно равен - бОмВ (потенциал покоя). Раздражение нерва и возбуждение нейрона приводит вначале к открытию Na -каналов, вследствие чего ионы Na устремляются в клетку. Потенциал от-60 мВ повышается до «О», а затем до + 40 мВ (в сумме рост потенциала ~ 100 мВ - потенциал действия). После этого открываются К -каналы, ионы К покидают клетку, потенциал в это время падает до уровня потенциала покоя ( - 60 мВ). Каналы закрываются, а АТФ - аза выводит Na из клетки и закачивает К в клетку. В миелинизированном волокне потенциал действия передается скачкообразно (перехваты Ранвье) и потому очень быстро (50 м/сек), в немиелинизированном - более медленно (~10 м/сек), т.к. импульс передается плавно.

В процессе передачи нервного импульса важна роль ионов Са²⁺; недостаток Са²⁺ снижает порог возбуждения нерва, вследствие чего при гипокальциемии наблюдаются судороги и другие явления.

Роль дендритов заключается в обеспечении функциональных связей нейрона с соседними нейронами, что позволяет им с помощью химических посредников и нервных импульсов обмениваться информацией и вырабатывать согласованный (интегрированный) ответ на раздражитель.

Значение глиальных клеток, образующих миелиновую оболочку нервов, состоит в изоляции волокон, которая препятствует рассредото­чению потенциала действия и направляет его действие вдоль волокна. По последним данным, глиальные клетки несут и трофическую функцию, снабжая волокно необходимыми веществами. Особенностью этих клеток является также выраженность в них пентозно-фосфатного пути окисления глюкозы, активность которого связывают с высоким уровнем захвата ионов К нервным волокном.

Еще один механизм, который связан с трофикой нервных волокон, состоит в обеспечении так называемого аксонального транспорта веществ. Многие вещества, а также митохондрии, лизосомы и другие образования способны мигрировать по нерву в направлении к нервным окончаниям, снабжая последние необходимыми материалами и информацией. Скорость этого транспорта составляет несколько см/сутки. Для ряда веществ, в том числе и ферментов, характерен и обратный ток по нерву, что вероятно, несет информацию о трофике нервных окончаний в центр нейрона.

Функциональные связи между нейронами, нервными образованиями более сложной структуры (ядра, ганглии) и периферическими тканями осуществляются с помощью синаптической передачи нервного импульса. На постсинаптических мембранах синапсов расположены специфические рецепторы, т.е. высокомолекулярные структуры, активные центры кото­рых специфичны к тем или иным медиаторам. Различают холинорецеп-торы (медиатор ацетилхолин), адренорецепторы (норадреналин), серотониновые, гистаминовые, ГАМК-рецепторы, опиатные, аминокислотные и др. рецепторы. Каждый из этих рецепторов вызывает специфические ответы со стороны клеток, на которые действует нервный импульс. Эффектом может быть сокращение мышц, выделение секретов железами, усиление и ослабление обменных процессов и др. Изучением этих интереснейших процессов занимается самостоятельная отрасль биохимии - рецепторология. Многие заболевания головного мозга и периферических органов связаны с повреждением рецепторного аппарата клеток.

Головной мозг и другие отделы нервной системы характеризуются аэробностью протекающих в них биохимических процессов. Так, 20% потребляемого человеком кислорода используется головным мозгом. В обычных условиях основным субстратом окисления является глюкоза, но при различных нагрузках на организм (включая и различные заболевания) в мозге возрастает доля утилизации кетоновых тел и лактата.

Основным потребителем энергии АТФ в мозге является К, Na - АТФ - аза (Na - насос), о которой речь шла выше. Поддержание потенциала покоя и его восстановление после прохождения нервного импульса - основная характеристика деятельности нейронов, поэтому именно она и обеспечивается энергией в первую очередь.

Обменные процессы в головном мозге протекают очень интенсивно и в первую очередь обмен белков и аминокислот. Среди свободных аминокислот 75% составляют аспарагиновая и глутаминовая кислоты, что указывает на интенсивность реакций переаминирования и окислительного дезаминирования. О последнем свидетельствует значительная продукция аммиака в головном мозге, который в свою очередь связывается с глутами-новой кислотой и в виде глутамина поступает в кровь, а затем - в печень.

Особую роль в функционировании нейронов играют фосфолипиды и холестерин; преобладание фосфолипидов в мембранах мозга повышает его активность и препятствует развитию атеросклероза мозговых сосудов.

Заболевания нервной системы могут быть воспалительного и невоспалительного характера. Воспалительные проявляются в виде энце-фалитов (чаще всего вирусной этиологии), менингитов (менингококки), невритов (неврит лицевого нерва и др.), радикулита (может быть и травматической природы).

Невоспалительные зболевания головного мозга: шизофрения, детский церебральный паралич, паркинсонизм, болезнь Альцгеймера (старческое слабоумие) и др. К невоспалительным относятся также опухоли мозга. Головной мозг может страдать и вторично, поражаясь, например, при атеросклерозе (ишемические состоянии), эмболиях, инсультах и др.

Патология нервной системы периферического звена может иметь центральное происхождение (парезы и параличи при кровоизлияниях в мозг, тромбозах или опухолях) и местное, например, связанное с процессом демиелинизации нервов (отравление трикрезилфосфатом). В последнем случае состояние называется периферической нейропатией и проявляется также парезами и параличами.

Часть патологических состояний развивается при наследственной или приобретенной недостаточности синаптического аппарата передачи нервного импульса с нерва на эффекторный орган или ткань. При этом может быть изменен синтез или выброс того или иного медиатора, а также может наблю­даться несостоятельность тех или иных рецепторов. К этой группе заболеваний относится, например, миастения (gravis), обусловленная патологией холинорецепторов.

Деятельность мозга значительно, а иногда и необратимо страдает при интоксикациях, вызванных этанолом и его суррогатами, многими лекарственными веществами. Не во всех случаях этих интоксикаций медицина может исправить положение. Особенно это касается применения наркотиков наркоманами. Современные мощные наркотики, особенно синтетические, могут вызвать привыкание к ним и соответствующую клинику даже после одной инъекции. Наркотики опиатной природы чрезвычайно тропны к так называемым опиатным рецепторам головного мозга и периферийных органов. Эти рецепторы представлены несколькими типами, а их функция состоит в регулировании эмоциональной сферы (центр удовольствия и проч.). Наркотики первоначально возбуждают эти центры, но затем намертво блокируют опиатные рецепторы. Для того, чтобы снова их возбудить и получить удовольствие (кайф) нужна большая доза наркотика и т.д. до той поры, когда даже доза, близкая к смертельной, уже не вызывает кайфа. Напротив, стойкая блокада опиатных рецепторов наркотиком сопровождается резким угнетением эмоциональной сферы, наркоман теряет качества личности, убивается воля. Поскольку опиатная система регулирует не только эмоции, но и метаболизм (биоэнергетику, окислительно-восстановительный и ионный потенциалы и др.) ее блокада сопряжена с резким нарушением гомеостаза организма и нарушением функций не только головного мозга, но и других органов и систем. Возникает ситуация, которая граничит со смертью (ломка). Наркоман, испытавший ломку, в дальнейшем ее панически боится и тянется к новой дозе наркотика. Кратковременная фаза возбуждения опиатных рецепторов на некоторое время улучшает состояние наркомана, но за этим снова следует блокада рецепторов. В настоящее время нет фармакологических средств, которые могли бы снимать эту блокаду, активные наркоманы просто обречены на мучительную смерть.

Закономерен вопрос: а как же лечит доктор Назаралиев в Бишкеке? Во-первых, он берется лечить только тех, кто хочет избавиться от этой напасти. Во-вторых, рядом с больным в течение очень длительного времени должен находиться кто-то из очень близких людей. В-третьих, лечение и реабилитация занимает несколько лет (не говоря о материальной стороне дела). Само же лечение состоит в возвращении наркоману личности, т.е. человек должен родиться заново. Такова цена любопытства и невежества.

В заключение отметим два момента:

1.В диагностике заболевний головного мозга особым диагностическим значением обладает исследование клинико-биохимических показателей спино-мозговой жидкости: активности ферментов и их изофермеитных спектров, атипичных белков, некоторых метаболитов и др.

2. Успехи в лечении заболеваний головного мозга прежде всего могут быть основаны на детальном знании метаболизма в этом органе. Так, в последние годы на основе знаний по обмену аминокислот в головном мозге достигнуты впечатляющие успехи в лечении детскою церебрального паралича, рассеянного склероза, болезни Альцгеймера с помощью введения больным строго заданного набора аминокислот.

РАЗДЕЛ XV