как снизить глутамат в мозге
Новое в блогах
Избыток глутамата и неврологические заболевания
Глутамат это возбуждающий нейротрансмитер, который передает импульсы от нерва к мышцам. Наш организм использует его для образования Гамма-Аминомасляной Кислоты (ГАМК), успокаивающего нейротрансмитера, играющего важную роль в сокращении мышц, состоянии умственной работоспособности человека и регуляции процессов бордствования и сна. Для превращения глутамата в ГАМК в организме используется фермент глютамат-декарбоксилаза (GAD). При аутоиммунных заболеваниях образуются антитела против этого фермента, что приводит к снижению уровня ГАМК и повышению глутамата.
В норме глутамат присутствует в головном и спинном мозге, но в очень небольшом количестве. Мозговые клетки используют его для обмена импульсами и как источник энергии в случае нехватки глюкозы. При возникновении какой либо неврологической проблемы уровень глутамата в пространствах между клетками повышается, становится токсином для нервных клеток и убивает их. Таким образом, высокий уровень глутамата является фактором риска в развитии тяжёлых неврологических заболеваний и также может привести к глубоким депрессиям ведущим к самоубийствам. Когда уровень глутамата очень высокий, он легко проникает в кровоток и вызывает повреждение также периферических нейронов. Накопление высокого уровня глутамата лежит в основе патологического процесса при развитии Бокового Амиотрофического Склероза (БАС), всех типов диабета, патологического снижения памяти и познавательной способности человека, болезни Альцгеймера, аутизма, шизофрении, болезни Паркинсона, мигрени, фибромиалгии, рассеянного склероза, судорожных синдромов, ночного недержания мочи, повышенной гиперактивности, биполярного расстройства, а также развития инсульта. Повышение уровня глутамата может вызвать нарушения артериального давления, чувство тревоги, страха, беспокойства, нервозности, бессонницу, мышечную и костную боль при различных заболеваниях, включая сильную головную боль при мигрени. Таким образом, уменьшение глутамата может помочь уменьшить и боль.
Роль диетического глутамата в лечении психических расстройств
Несмотря на изменчивость в оценках суточного потребления MSG, хорошо документированные данные свидетельствуют о взаимосвязи между диетическим глутаматом, в частности MSG, и опытом соматического расстройства, поскольку симптомы, связанные с однократным приемом MSG, включают в себя мышечную напряженность, головную боль, аритмию, общую слабость, и тахикардию. Исследования соматических эффектов диетического глутамата натрия все больше фокусировались на связанных с болью состояниях и были направлены на уточнение связи диетического глутамата натрия с различными факторами, способствующими возникновению боли. В частности, глютамат натрия был связан с повышенной болевой чувствительностью и болью, хотя результаты в литературе и здесь ротиворечивы.
Среди здоровых людей было показано, что однократные пероральные дозы MSG 150 мг / кг резко повышают циркулирующие концентрации глутамата в плазме на 700–800%. Следовательно, человек, который весит 70 кг, потребляет 10,5 г (0,1 чашки) тертого сыра пармезан, чтобы получить 150 мг / кг диетического глутамата натрия.
Глутамат и психические расстройства
В то время как вызванное стрессом снижение нейрогенеза и пластичности гиппокампа может ограничивать повторное обучение с включением рабочей памяти, NMDAR уникально связан с обратным процессом в обучении. В частности, антагонисты NMDAR приводят к дефициту обратного обучения, но не препятствуют обучению основным задачам. Отметим, что небольшие дозы D-циклосерина (агониста глутаматергического рецептора) стимулируют обратное обучение у крыс с гиппокампальным повреждением. Результаты пилотного исследования среди взрослых с ПТСР показали, что лечение D-циклосерином одновременно уменьшало симптомы ПТСР и улучшало решение когнитивной задачи.
Некоторые исследования продемонстрировали нарушение регуляции глутамата при ОКР. Вследствие этого исследования по изменению глутаматергической нейротрансмиссии фармакотерапевтическими методами начали изучать модуляторы глутамата, особенно в отношении функционирования NMDAR.
Избыток глутамата в головном мозгу
Признаками избытка глутамата в головном мозгу являются следующие состояния:
Человек навязчиво повторяет одни и те же слова, раскачивается из стороны в стороны, размахивает руками, не может усидеть на одном месте, бессмысленно ходит из стороны в сторону, кружится на одном месте.
Признаки избытка глутамата могут быть как симптомами серьезных заболеваний (шизофрения, аутизм), так и временным дисбалансом, возникшем в результате стресса или кислородного голодания мозга, причины которого могут быть самыми разными, в том числе остеохондроз шейного отдела позвоночника.
Другие негативные проявления избытка глутамата
Избыток глутаминовой кислоты в организме может вызвать:
Баланс глутаминовой кислоты и ГАМК
В обычных условиях глутаминовая кислота, которая является возбуждающим нейромедиатором, с помощью фермента глутаматдекарбоксилазы превращается в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК) – тормозящий нейромедиатор, чем достигается нормальная работа головного мозга.
Однако в результате сбоев ферментативных систем, может возникнуть дисбаланс, когда возникает избыток глутамата в головном мозгу. Глутаминовая кислота – необходимый источник для синтеза ГАМК. Избыток глутамата может возникнуть из-за недостатка фермента глутаматдекарбоксилазы, который превращает глутамат в ГАМК
Причины недостаточности глутаматдекарбоскилазы
Ферментативная недостаточность может быть вызвана рядом причин:
Другие факторы, влияющие на баланс
ГАМК и глутамата
Питание, провоцирующее синтез глутамата
Пищевые продукты и пищевые добавки могут приводить к усилению производства глутамата со всеми негативными последствиями его высокой концентрации в головном мозгу. Особенно это важно для детей, больных аутизмом, а также для гиперактивных детей с дефицитом внимания.
Глутамат
В тканях мозга глутамат обнаруживается в больших концентрациях, чем дофамин и серотонин. Глутамат выявлен почти в 40% терминалей синапсов нейронов мозга, включая все кортикальные пирамидальные нейроны и нейроны таламуса, при этом его основную часть не принято считать нейротрансмиттером. Однако глутамат в то же время является основным медиатором, регулирующим и активирующим процессы возбуждения у млекопитающих.
В пирамидных нейронах глутамат первоначально образуется из глутамина при помощи активируемой фосфатом фермента глутаминазы.
Большая часть глутамата, высвобождаемая нейронами, захватывается глиальными клетками и превращается здесь в глутамин, который затем вновь возвращается в нейроны, превращаясь в глутамат.
Глутаминовая кислота регулирует пластичность синапсов, рост и развитие нейронов, принимает участие в процессах запоминания, обучения и регуляции движений.
Проекции глутаматергической системы обнаруживаются в базальных ганглиях и лимбической системе.
Рецепторы, чувствительные к глутамату, делятся на два типа: ионотропные и метаботропные.
Рецепторы глутамата
Ионотропные рецепторы дифференцируются на основе их чувствительности к синтетическому деривату глутамата NMDA, AMPA (альфа-амино 3-гидрокси-5-метил-4-изоксизолепропионовая кислота) и каинату.
Метаботропные рецепторы (G-протеин) принимают участие в регуляции нейромодулирующего эффекта глутамата.
Одним из основных рецепторов глутамата, представляющих ее центральный компонент глутаматергической системы, считается NMDA-рецептор.
Согласно современным представлением, NMDA-рецептор принимает участие в механизме галлюцинаторного эффекта, спровоцированного интоксикацией фенциклидином.
Дисфункция глутаматергической системы
Глутаматергическая система оказывает тормозящее влияние на дофаминергическую систему и сложное, чаще активирующее, действие на активность серотонинергических нейронов, в частности, выполняя роль возбуждающего медиатора лимбической коры. В свою очередь, дофаминергическая система оказывает влияние на активность глутаматергической системы в стриатуме и кортексе. Напомним, что дофаминергическая система активируется глутаматергической системой и тормозится через промежуточные соединения ГАМК-ергической системы.
 | Для выявления влияния нейромедиаторов на развитие шизофрении необходимо проводить лабораторные обследования пациентов |
Эти нейротрансмиттерные системы с помощью сложных механизмов взаимодействуют между собой, обеспечивая при этом оптимальное функционирование нейрональных сетей лобно-височно-таламических областей мозга. Сбой в глутаматергической системе, например, вследствие регулярного приема каннабисса, искажает взаимодействие других систем нейромедиаторов, в частности, проявляясь синдромом гиперактивности дофаминергической системы, который, как известно, характеризуется продуктивной психотической симптоматикой.
По мнению некоторых исследователей, «дофаминовый эндофенотип шизофрении» как бы вторично способен на протяжении длительного времени вызывать гипофункцию NMDA-системы и ухудшать трансмиссию этого медиатора. Непрерывное усиление активности глутаматергической системы приводит к уменьшению синтеза синаптических протеинов, тем самым понижая жизнеспособность нейронов. При этом они не погибают, но функционируют как бы в в ослабленном режиме.
Специфичный транспортер неорганического фосфора локализован избирательно на терминалях глутаматергических нейронов.
Роль глутаминовой кислоты в патогенезе шизофрении стала интересовать исследователей после обнаружения глутамат антагонистических эффектов у некоторых препаратов (фенциклидин, кетамин ) (Chen G., Weston J., 1960). Интерес к глутамату заметно усилился после выяснения роли, так называемых «генов риска шизофрении»: дисбендина и нейрегулина в системе, охраняющей рецепторы глутамата.
В дальнейшем, при шизофрении было обнаруженно значительное ослабление активности глутаматергической системы в области фронтальной коры, что, предположительно, могло вести к снижению активности глутаматергической передачи, нарушению структуры рецепторов NМДА, расположенных на кортиколимбических ГАМК-ергических нейронах. Предполагалось, что сдерживающая сторона глутамата, регулирующего активность нейротрансмиттеров, при этом слабела и в конечном итоге способоствовала увеличению выброса дофамина.
Многие исследователи отмечают, что при шизофрении изменения глутаматной системы затрагивают транспорт и метаболизм глутамата.
Уровень глутамата снижен в спинномозговой жидкости больных шизофренией.
Магнитно-резонансная спектроскопия обнаружила снижение глутаматной активности в пирамидальных нейронах префронтальной области коры мозга. Некоторые изменения, обнаруженные в структурах мозга больных шизофренией, отражаются в тромбоцитах периферической крови, в которых обнаружены компоненты глутаматной системы, в частности, ферменты метаболизма глутамата: белок, подобный глутаматсинтетазе и глутаматдегидрогеназа.
В исследовании Г.Ш. Бурбаевой. с соавт. (2007) была выявлена достоверная положительная корреляция количества белка, подобного глутамитсинтетазе с баллами по шкале PANSS негативной симптоматики, особенно по таким симптомам, как плохая коммуникабельность, притупленный аффект, эмоциональная отгороженность и отрицательная корреляция с возбуждением и выраженностью идей величия. Ученые также выявили наличие положительной корелляции между выраженностью эмоциональной отгороженности и количеством глутаматдегидрогеназы. На основании результатов исследования был сделан вывод, что количество белка, подобного глутаматсинтетазе, в тромбоцитах дает возможность предсказать эффективность терапии антипсихотиками в отношении негативной симптоматики.
В настоящее время теорию токсикоза связывают с нарушением активности рецепторов глутаматной системы.
М.Я. Серейский (1941), И.Г. Равкин (1956), С.Г. Жислин (1965) в своей токсико — гипоксической теории патогенеза шизофрении, придавали важное значение тканевой гипоксии мозга, недостаточности его кровоснабжения, особенно характерной для кататонии. В данной теории существенное значение уделялось исследованию тканевой гипоксии, окислительным процессам тканей мозга, изменению углеводного-фосфорного обмена, нарушению общего обмена.
Ранее предполагали, что при шизофрении имеют место патология со стороны азотистого обмена и нарушение ферментативных процессов в ЦНС. К развитию токсического процесса и гипоксии, по его мнению, могут привести соматические болезни, инфекционные, эндокринные нарушения, травмы черепа, наследственные заболевания и даже психогенные травмы.
Отметим, что обменные процессы при шизофрении также изучали отечественные психиатры Л.И. Ландо, А.Е. Кульков и др.
Современная гипотеза внешнего токсикоза является одной из наиболее популярных теорий патогенеза шизофрении. Согласно данной теории, в условиях токсикоза нормальный процесс трансмиссии между нейронами нарушается. Вместо обычного процесса возбуждения складывается ситуация «смертельно возбужденных нейронов», которую невозможно контролировать. Включения механизма возбуждения как бы не вовремя или без адекватного контроля приводит к тому, что важные синапсы или даже целые группы нейронов разрушаются, что проявляется дегенерацией нервной ткани (Stahl S., 2001).
Полагают, что экзотоксический процесс запускается патологическим процессом, вызывающим избыточную глутаматную активность. Это приводит к чрезмерному открытию кальциевых каналов с последующим отравлением клетки избыточным количеством кальция и образованию свободных радикалов. Последние атакуют клетку, негативно воздействуя на ее мембрану и органеллы, в конечном счете разрушая ее (Stahl S., 2001). Подтипом глутаматного рецептора, опосредующего дегенеративное экзотоксическое отравление, считается подтип NМДА (Н-метил-D-аспартат).
В последнее время американские ученые университета в Балтиморе предложили новую патофизиологическую модель шизофрении, построенную на основе эффекта кетамина (анестетик, широко применяющийся в стоматологии) и фенциклидина на NMDA-рецепторы. Фенциклидин и кетамин являются антагонистами этих рецепторов. Они блокируют ионные каналы (некоторые исследователи полагают, что в качестве вторичных внутриклеточных посредников действия глутамата выступают ионы кальция) и могут вызывать изменение восприятия и когнитивные нарушения, напоминающие симптоматику шизофрении.
| | Узнайте больше о симптомах шизофрении |
С помощью ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) было обнаружено, что кетамин увеличивает объем регионарного мозгового кровотока в передней поясной коре и уменьшает кровоток в гиппокампе и мозжечке. Создается впечатление, что гипоглутаматергическое состояние первоначально развивавается в гиппокампе. Это угнетает передачу возбуждающих импульсов в область передней поясной извилины и височной коры. Интересно отметить, что носители гаплотипа риска шизофрении, в частности, нейрегулина 1, как правило, отличаются небольшими размерами гиппокампа. По мнению F. Ebner et al., (2006) осложнения, разививающиеся во время беременности и родов, могут также способствовать уменьшению объема гиппокампа, что увеличивает риск развития шизофрении.
Имеются сведения об увеличении в мозге больных шизофренией числа NMDА. Изменения обнаруживаются в некоторых кортикальных образованиях, включая префронтальную кору могут свидетельствовать об ослаблениие их иннервации глутаматом. Возможно, это ослабление cвязано как с морфологическими, так и функциональными изменениями в данной области коры мозга.
Препараты, блокирующие кальциевые электроуправляемые каналы, эффективны при патологическом возбуждении, но при этом они практически не влияют на электрическую активность нейронов.
С терапевтической точки зрения, представляет интерес эффективность агонистов глутаматных рецепторов (глицин, циклосерин, особенно в отношении негативной симптоматики, наблюдающейся в процессе терапии шизофрении этими препаратами (Deakin J., 2000; Tuominen H. et al., 2005; Carpenter W. et al., 2005).
Изменение уровня глутамата в мозге служит маркером адаптивного ответа на стресс у пациентов с большим депрессивным расстройством
У пациентов с большим депрессивным расстройством наблюдается снижение метаболизма глутамата в медиальной префронтальной коре в ответ на острый стресс.
Хронический стресс является одним из ведущих факторов риска депрессии – новой эпидемии XXI века. По данным ВОЗ, депрессией страдают до 264 млн человек во всем мире. В России этот показатель достигает 8 млн. Хотя результаты последних исследований подтверждают тесную связь между хроническим стрессом и риском развития депрессивного расстройства, биологические механизмы, опосредующие эту связь, до сих пор мало изучены.
Исследования на животных указывают на роль глутамата – главного возбуждающего нейромедиатора центральной нервной системы (ЦНС) – в регуляции ответа на стресс. В частности, показано, что острое стрессорное воздействие связано со снижением уровня глутамата и количества дендритных ветвлений в нейронах медиальной префронтальной коры (мПФК) – области, участвующей в создании модели будущих событий, интроспективных мыслях и реакции на стресс.
Связь между метаболизмом глутамата в мПФК и адаптивным ответом на стрессорное воздействие была подтверждена в работе, опубликованной в Nature Communications. В исследовании приняли участие пациенты с большим депрессивным расстройством (БДР) и здоровые испытуемые без психических заболеваний в анамнезе (n=88). Изменение уровня глутамата в мПФК оценивали с помощью метода магнитно-резонансной спектроскопии.
Во время МР-сканироваия всем участникам исследования было необходимо выполнить задание на оценку эффективности обучения. Предварительно, здоровые испытуемые были случайным образом разделены на три группы. Острое стрессорное воздействие моделировали с помощью задания Maastricht Acute Stress Task (MAST), в котором участникам первой группы было необходимо последовательно вычитать 17 из 2043, периодически (каждые 30-90 с) опуская руку в холодную воду (1–8 °C). Испытуемые второй группы выполняли задание MAST в отсутствии стрессорного воздействия: считали вслух от 1, периодически опуская руку в воду комфортной температуры (26–36 °C). Участники третьей группы и пациенты с БДР выполняли только основное задание. Для количественной оценки интенсивности стрессорного воздействия дополнительно определяли уровень кортизола в слюне. Помимо этого участникам было необходимо субъективно оценить уровень стресса и настроение.
В группе здоровых испытуемых сила стрессорного воздействия отрицательно коррелировала с уровнем глутамата в мПФК: при низком уровне стресса наблюдалось увеличение нейронального ответа, опосредованного действием глутамата; высокий уровень стресса, наоборот, был связан со снижением содержания глутамата в мозге.
В группе участников, которые выполняли задание MAST в условиях низкого уровня стресса, содержание глутамата в мПФК и концентрация кортизола в слюне не отличались от контрольных значений, что подтверждает участие глутамата в регуляции ответа на стресс. У пациентов с БДР связь между субъективной оценкой силы стрессорного воздействия и амплитудой изменения уровня глутамата отсутствовала.
Как отмечает Джессика Купер, ведущий автор исследования, изменение уровня глутамата в мПФК служит биологическим маркером эффективности адаптивного ответа на острое стрессорное воздействие, и отсутствие этих изменений указывает на нарушение регуляции адаптивной реакции.