Рецепторы глутаминовой кислоты. Аминокислотные медиаторы

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 , 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

• NMDA-рецепторы
• PCP-рецепторы
• AMPA-рецепторы

Метаботропные рецепторы

• I-группа рецепторов, облегчающая выделение глутамата из пресинаптических терминалей и постсинаптическую нейротрансмиссию NMDA
• II - группа рецепторов, ограничивающая трансмиссию глутамата
• III - группа рецепторов, ограничивающая трансмиссию 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

1. Когнитивные нарушения
2. Негативная симптоматика
3. Расстройство моторной регуляции
4. Психомоторное возбуждение

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.

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 . 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.

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 .

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, D-серин), особенно в отношении негативной симптоматики, наблюдающейся в процессе этими препаратами (Deakin J., 2000; Tuominen H. et al., 2005; Carpenter W. et al., 2005).

В последнее время получены данные о корригирующем влиянии нифедипина в отношении когнитивных нарушений, вызванных приемом галоперидола (Джуга Н.П., 2006).

Невозможно отделить вопрос увеличения ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты, калька c англ. ГАБА) от задачи ограничения глутаминовой кислоты, так как оба этих вещества находятся в сложном и взаимосвязанном взаимодействии. Каждое из них – это важный нейротрансмитер, который имеет огромное влияние на наше физическое и психическое здоровье. ГАМК является средством, которое снижает возбуждение клеток мозга, а глутаминовая кислота, напротив, стимулирует их активность. Как в случае со всеми нейротрансмиттерами, слишком большое или слишком малое количество любого из них приводит к проблемам.

Когда вещества находятся во взаимном балансе, вся система работает нормально. Однако есть множество факторов, которые с легкостью могут нарушить тонкий баланс и привести к ситуации, когда уровень ГАМК является недостаточным, а глутаминовой кислоты – слишком высоким, что крайне плохо сказывается на вашем здоровье.

Что такое глутаминовая кислота?

Глутаминовая кислота (НЕ путать с глутамином !) – это один из основных нейротрансмиттеров, передающих возбуждение. (Прим. Глутаминовую кислоту также называют глутамат).

В результате действия глутаминовой кислоты вы можете говорить, думать, обрабатывать уже полученную и воспринимать новую информацию, сохранять внимание и запоминать интересующие вас сведения. Научные исследования позволяют сделать вывод, что чем больше ее рецепторов у вас есть, тем вы умнее. К сожалению, у обилия рецепторов глутаминовой кислоты есть и обратная сторона: с их ростом возрастает также и риск эпилептических припадков и инсульта.

Хотя глутаминовая кислота – это нейротрансмитер, который встречается в мозгу в больших количествах, она существует в очень малых концентрациях. Если ее концентрация растет, то нейроны перевозбуждаются, и их работа перестает быть нормальной. Таким образом, в случае чрезмерно стимулирующего действия глутаминовая кислота становится токсином.

Чрезмерный уровень глутаминовой кислоты – это основной действующий фактор для целого ряда неврологических расстройств, таких как аутизм, боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона, мигрени, синдром беспокойных ног, синдром Туретта, фибромиалгия, рассеянный склероз, болезнь Хантингтона и эпилепсия. Ее избыток также повышает вероятность инсульта и служит причиной бессонницы, энуреза, гиперактивности, тревожности и стереотипий у детей с аутизмом. ( – это повторяющееся поведение, направленное на самостимуляцию, которое проявляется в виде раскачиваний, хождений из стороны в сторону, кружений на месте, взмахов руками, раскручивания или выстраивания в линию игрушек, эхолалии, повторения одних и тех же слов).

Слишком много глутаминовой кислоты может вызвать рост числа эозинофилов, что приводит к воспалению, вызывающему повреждения кровяных сосудов, и вызывающему мигрени и скачки давления, а также вредящему гипоталамусу и клеткам Пуринье, важным для речи и понимания языка.

Ртуть в крови становится токсичной в присутствии высоких уровней глутаминовой кислоты. Есть также вероятность того, что ее избыток способствует ускоренному размножению раковых клеток.

Но и это еще не все: повышенные уровни глутаминовой кислоты приводят к тому, что мозг начинает вырабатывать естественные опиоиды (эндорфины и энкефалины), чтобы защитить себя от возможного вреда. Это вызывает сложности с ориентацией и вниманием, приводит к истощению как собственных запасов опиоидов, так и уровня , важного для детоксикации, борьбы с воспалениями и здоровья кишечника.

Глутатион защищает клетки мозга, его нехватка приводит к тому, ччто клетки гибнут скорее и в больших количествах. Глутаминовая кислота, также приводит к выживанию в кишечнике болезнетворных микробов, и может вызвать избыточную кислотность и изжогу.

Когда глутаминовой кислоты слишком много, это может вызвать повышение уровня ацетилхолина, а его избыток также имеет стимулирующее действие – таким образом проблема усугубляется еще больше.

Что такое ГАМК?

ГАМК — это аббревиатура для гамма-аминомасляной кислоты, важнейшего тормозящего нейротрансмитера. Ее роль состоит в том, чтобы успокаивать и расслаблять мозг. ГАМК также очень важна для речи и понимания языка. Именно ГАМК не дает вашей речи превратиться в непрерывную пулеметную очередь. Мозг использует ее для облегчения сенсорной интеграции. Без адекватного продуцирования ГАМК, звуки нашей речи сталкивались бы между собой, образуя кашу, а нам было бы сложно понять обращенные к нам слова.

Ваш желудочно-кишечный тракт имеет множество рецепторов ГАМК, и это вещество имеет большое значение для сокращений кишечника. Недостаточные его уровни приводят к болям в животе, запорам и нарушениям стула. ГАМК, кроме того, поддерживает адекватные уровни имунноглобулина А (антител, которые защищают от нашествия болезнетворных бактерий слизистую кишечника, а также другие слизистые оболочки). Это очень важно для здоровья иммунной системы.

Нехватка ГАМК приводит к нервозности, тревожности, приступам паники, агрессивному поведению, уклонению от глазного контакта, проблемам со вниманием, проблемой с фокусировкой глаз, синдромам хронической боли и другим недомоганиям. Она может также приводить к ГЭРБ.

Низкие уровни ГАМК делают людей более склонными к алкоголизму, зависимости от наркотиков, поскольку эти вещества искусственно повышают на время уровень ГАМК. Однако алкоголь и ему подобные средства истощают нейротрансмиттеры, лишь усугубляя проблему.

ГАМК присутствует почти в каждой зоне мозга, но гипоталамус содержит особенно большое число ее рецепторов, поэтому она важна для многих жизненно важных функций. Среди них — регуляция сна, температуры тела, аппетита, жажда, сексуального желания и работы гипофиза и вегетативной нервной системы. Основная роль гипоталамуса состоит в поддержании гомеостаза по всему телу, что невозможно без достаточного количества ГАМК.

Как и все нейротрансмиттеры, ГАМК и глутаминовая кислота играют важную роль в регулировке вегетативной нервной системы и поддержании баланса между симпатической и парасимпатической нервной системой. Нехватка ГАМК приводит к таким разладам вегетативной нервной системы, как бессонница, синдром хронической усталости и приступы паники.

Баланс ГАМК и глутаминовой кислоты

Когда уровень ГАМК низкий, глутаминовой кислоты слишком много и — наоборот. Таким образом, чтобы поднять уровень ГАМК нужно, помимо прочего, решить вопрос избавления от избытка глутаминовой кислоты.

Читайте также Как приучать к горшку ребенка с РАС

Важно знать, что глутаминовая кислота – это вещество, которое необходимо для синтеза ГАМК, и, в нормальных условиях, любой избыток глутаминовой кислоты автоматически превращается организмом в ГАМК. Однако, иногда ваше тело не может выполнять это превращение должным образом (тому есть ряд причин, о которым мы будем говорить ниже).

Для превращения одного вещества в другое, необходим энзим под названием глутаматдекарбоксилаза. Есть предположение, что именно проблемы с глутаматдекарбоксилазой могут лежать в основе проблем с достаточным уровнем ГАМК.

Вирус краснухи, входящий в состав вакцины против кори, свинки и краснухи, может вдвое снижать активность глутаматдекарбоксилазы. Это может быть одной из те причин, по которой у детей с аутизмом некоторые из аутичных симптомов проявляются сразу после вакцинации, поскольку, как мы уже говорили, ГАМК важна для речи и работы мозга.

В действие глутаматдекарбоксилазы вмешиваются также и другие вирусные инфекции и бактерии. Стрептококки особенно хорошо размножаются в условиях избытка глутаминовой кислоты, что приводит к тому, что у многих детей с аутизмом наблюдается постоянная стрептококковая инфекция.

Метилирование также оказывает влияние на баланс ГАМК и глутаминовой кислоты. Если в этом процессе происходит сбой, то соли фолиевой кислоты не выводятся, а превращаются в глутаминовую кислоту. Кроме того, если метилирование не происходит должным образом, организм может не иметь сил для подавления болезнетворных бактерий и вирусов, что означает, что они будет присутствовать и вмешиваться в работу глутаматдекарбоксилазы.

В процессе метилирования возникать проблемы из-за нехватки микроэлементов в пище, присутствия токсинов, генетических мутаций или чрезмерного разрастания кандидозных грибов. Метилирование в большой степени зависит от протекания цикла Кребса (цикла трикарбоновых кислот) и наоборот, поэтому проблемы с циклом Кребса приведут к проблемам с метилированием, что вызовет в свою очередь дисбаланс ГАМК и глутаминовой кислоты.

Кроме того, синтез ГАМК тоже имеет связь с циклом Кребса, поэтому цикл трикарбоновых кислот имеет как прямое, так и косвенное влияние на нехватку ГАМК. Цикл Кребса также может быть нарушен разрастанием кандидозных грибов, нехваткой витаминов группы B или наличием тяжелых металлов и токсинов.

Глутаматдекарбоксилаза вырабатывается поджелудочной железой, поэтому проблемы с ней могут приводить к нехватке энзима. Известно, что в организме людей с диабетом первой группы происходит выработка антител к глутаматдекарбоксилазе. Также на ее производство оказывает влияние обилие свинца и вещество-производное глицина (пищевая добавка E640). Кроме того, низкий уровень витамина В6 приводит к нарушениям в выработке глутаматдекарбоксилазы.

Усложняя картину еще больше, нужно добавить, что глутаминовая кислота связывается с шестью другими рецепторами в мозгу. Одним из них является NMDA-рецептор, которые помогает кальцию проникать в клетки и играет большую роль в функции памяти и способности выстраивать цепочки синапсов. Если в организме есть избыток кальция, это тоже повлияет на дисбаланс ГАМК и глутаминовой кислоты.

Уровень кальция можно регулировать приемом магния и цинка. Однако, высокие дозы цинка (больше сорока миллиграмм в день), также могут вызвать избыток глутаминовой кислоты. Магний же может связывать и активировать ГАМК рецепторы. Если в организме наблюдается нехватка кальция, его стоит принимать внутрь вместе с магнием (оба металла должны иметь форму солей лимонной кислоты).

Аминокислота таурин повышает выработку глутаматдекарбоксилазы и, следом за ней, ГАМК. Кроме того, таурин может быть связан ГАМК-рецепторами, поскольку, аналогично ГАМК, имеет тормозящую функцию. Таурина особенно много в морепродуктах и животном белке.

Таким образом, таурин может помочь восстановить нарушенный баланс ГАМК и глутаминовой кислоты. Однако у некоторых людей есть генетические мутации, которые могут привести к негативным последствиям от добавок таурина, поскольку в таком случае возрастет содержание в организме серы.

Кроме того, кандидозные грибы вырабатывают токсин, известный как бета-аланин, который приводит к тому, что таурин выводится почками с мочой. В некоторых случаях выводится не только сам таурин, но и его соединение с магнием, что вызывает избыток кальция, что приводит к избытку глутаминовой кислоты.

Еще один важнейший нейротрансмитер серотонин также необходим для того, чтобы ГАМК могла должным образом играть свою роль. Если у вас есть нехватка серотонина, даже достаточные количества ГАМК не смогут выполнять свою роль должным образом.

Диета, в которой не хватает достаточного количества веществ – в том числе жиров и животных белков, необходимых для выработки нейротрансмиттеров — может привести к уже упомянутому дисбалансу. Очень многие люди в своей диете потребляют слишком мало жиров. Кроме того, такие продукты, как сахар, цельнозерновые злаки, богатая крахмалом пища, шоколад, кофеин, искусственные подсластители и ароматизаторы, пищевые добавки и красители могут привести к нехватке ГАМК, поэтому их нужно убирать из диеты. Кетогенная диета (т.е. диета с высоким содержанием жиров, умеренным – белков и низким — углеводов) может помочь нарастить ГАМК в организме. Кроме того, есть также сторонники палеодиеты – диеты, основанной на пищевом наборе первобытных людей.

В биохимической литературе вместо громоздкого полного названия часто используют более компактные конвенциональные обозначения: «глутамат», «Glu», «Глу» или «E». Вне научной литературы термин «глутамат» также часто употребляется для обозначения широко распространённой пищевой добавки глутамата натрия .

В живых организмах остаток молекулы глутаминовой кислоты входит в состав белков , полипептидов , в некоторые низкомолекулярные вещества и присутствует в свободном виде. При биосинтезе белка включение остатка глутаминовой кислоты кодируется кодонами GAA и GAG.

Связывание глутаминовой кислоты со специфическими рецепторами нейронов приводит к их возбуждению [ ] .

Глутаминовая кислота относится к группе заменимых аминокислот , в человеческом организме cинтезируется.

Одна из форм приспособляемости синапсов, называемая долговременной потенциацией, имеет место в глутаматергических синапсах гиппокампа , неокортекса и в других частях головного мозга человека.

Глутамат натрия участвует не только в классическом проведении нервного импульса от нейрона к нейрону, но и в объёмной нейротрансмиссии , когда сигнал передаётся в соседние синапсы путём кумулятивного эффекта глутамата натрия, высвобожденного в соседних синапсах (так называемая экстрасинаптическая или объёмная нейротрансмиссия) В дополнение к этому, глутамат играет важную роль в регуляции конусов роста и синаптогенеза в процессе развития головного мозга, как это было описано Марком Мэтсоном [где? ] .

Глутаматные рецепторы

Эндогенные лиганды глутаматных рецепторов - глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота . Для активации NMDA-рецепторов также необходим глицин . Блокаторами NMDA-рецепторов являются PCP , кетамин , и другие вещества. AMPA-рецепторы также блокируются CNQX, NBQX. Каиновая кислота является активатором каинатных рецепторов.

«Круговорот» глутамата

Роль глутаминовой кислоты в кислотно-щелочном балансе

При превращении глутамата в α-кетоглутарат также образуется аммиак. Далее α-кетоглутарат распадается на воду и углекислый газ . Последние, при помощи карбоангидразы через угольную кислоту, превращаются в свободный ион водорода и гидрокарбонат . Ион водорода экскретируется в просвет почечного канальца за счёт совместной транспортировки с ионом натрия, а бикарбонат натрия попадает в плазму крови.

Глутаматергическая система

В ЦНС находится порядка 10 6 глутаматергических нейронов. Тела нейронов лежат в коре головного мозга, обонятельной луковице, гиппокампе , чёрной субстанции, мозжечке. В спинном мозге - в первичных афферентах дорзальных корешков.

Патологии, связанные с глутаматом

Повышенное содержание глутамата в синапсах между нейронами может перевозбудить и даже убить эти клетки, что в эксперименте приводит к заболеванию, клинически сходному с боковым амиотрофическим склерозом . Установлено, что для воспрепятствования глутаматной интоксикации нейронов глиальные клетки астроциты поглощают избыток глутамата. Он транспортируется в эти клетки с помощью транспортного белка GLT1, который присутствует в клеточной мембране астроцитов. Будучи поглощённым клетками астроглии, глутамат больше не приводит к повреждению нейронов.

Структура статьи:

Многие люди хотят улучшить работу своего мозга и для этого прибегают к использованию ноотропов. Познакомьтесь со свойствами и правилами применения глутамата.

Человеческий организм является сложнейшим механизмом. Наверняка вы замечали, как некоторые люди способны быстро соображать, а другие могут «притормаживать». На это влияет масса факторов, но есть два, на которые можно воздействовать. Речь сейчас идет о нейромедиаторах ГАМК (замедляющий) и глутамате (возбуждающем). Хотя их воздействие на организм является противоположным, для синтеза этих веществ используется глутаминовая кислота.

Глутамат сегодня активно используется в пищевой промышленности. Наверняка в составе каких-либо продуктов вы встречали название «глутамат натрия». Это вещество обманывает мозг, говоря ему, что пища вкусная.

Механизм работы глутамата

Если рассказать о механизме работы вещества в нескольких словах, то глутамат ускоряет процесс передачи информации между клетками нервной системы. В результате человек способен быстрее действовать и принимать решения. Цепочек нервных клеток в головном мозге миллионы и они постоянно обмениваются информацией. Следует отметить, что каждая из этих цепочек отвечает за какой-то процесс.

Например, вы что-то увидели и на основании этого принимаете соответствующее решение. Первой на ситуацию реагирует глазная сетчатка со зрительным нервом. Затем сигналы передаются в кору мозга и далее по цепи к двигательным органам. Глутамат можно сравнить с магнитом, который деполяризует клетки нервной системы. Чем активнее изменяется их полярность, тем быстрее передается сигнал.

Глутамат воздействует на клеточные структуры с помощью одного из двух путей — метаботропного или ионотропного. Первый более медленный, но при этом воздействие длиться больше времени.

Вероятно, вы знаете, что нейромедиаторы синтезируются нейроном, а затем воздействуют на соответствующие рецепторы второго. Рецепторы можно сравнить с дверями, которые открывают дорогу нейромедиатору во второй нейрон. Глутамат способен взаимодействовать со следующими типами рецепторов:

• NMDA — в состоянии покоя рецепторы «закрыты» с помощью иона магния . Как только в синаптической щели оказывается молекула глутамата, «дверь» открывается и происходит деполяризация ионов. В результате в нейрон проникает натрий, а покидают его калий с кальцием. Этот процесс во многом предопределяет уровень интеллекта человека.
• АМРА — сегодня ученые активно работают над созданием ноотропов, способных активно взаимодействовать с этими рецепторами .
• Кокаиновые — ученые еще не раскрыли всех секретов рецепторов данного типа. Точно установлено, что их количество меньше в сравнении с двумя выше описанными. Однако по способности пропускать ионы калия и натрия кокаиновые рецепторы аналогичны АМРА. Таким образом, эти рецепторы способны ускорить процесс передачи данных. Но при этом скорость деполяризации постсинаптического нейрона невысока.

Сейчас мы рассмотрели ионотропный путь работы нейромедиатора. Для активации метаботропного глутамат воздействует на mGlu-рецепторы. Как мы уже говорили выше, они обладают иным механизмом работы и имеют более длительный потенциал.

Положительные и отрицательные свойства глутамата

Среди положительных свойств нейромедиатора следует отметить увеличение скорости мышления, человек быстрее запоминает информацию, а также за короткий отрезок времени успеет больше сделать. Среди негативных моментов необходимо вспомнить об увеличении импульсивности, появлении чувства беспокойства, а также эксайтоксичность.

Как увеличить концентрацию глутамата?

Так как синтезируется из глутаминовой кислоты, то в первую очередь необходимо увеличить в организме количество этого сырья. Среди продуктов питания следует отметить мясо, рыбу и сыр. Однако вы помните, что та же глутаминовая кислота используется и для синтеза ГАМК, а что именно необходимо синтезировать в конкретный момент времени, решает сам организм. Пока ученые уверены лишь в одном естественном способе увеличения концентрации глутамата — стресс и зубрежка.

Первую часть рассказа о нейромедиаторах «Атлас» посвятил молодежным дофамину, норадреналину и серотонину. Во втором посте речь пойдет о менее известных медиаторах, которые выполняют важную невидимую работу: стимулируют и тормозят другие нейромедиаторы, помогают нам учиться и запоминать.

Ацетилхолин

Это первый нейромедиатор, который открыли ученые. Он отвечает за передачу импульсов двигательными нейронами — а значит, за все движения человека. В центральной нервной системе нейромедиатор берет на себя стабилизирующие функции: выводит мозг из состояния покоя, когда необходимо действовать, и наоборот, тормозит передачу импульсов, когда необходимо сосредоточиться. В этом ему помогают два типа рецепторов — ускоряющие никотиновые и тормозящие мускариновые.

Ацетилхолин играет важную роль в процессе обучения и формирования памяти. Для этого требуется как способность фокусировать внимание (и тормозить передачу отвлекающих импульсов), так и способность переключаться с одного предмета на другой (и ускорять реакцию). Активная работа мозга, например, при подготовке к экзамену или годовому отчету, приводит к повышению уровня ацетилхолина. Если мозг долгое время бездействует, специальный фермент ацетилхолинэстераза разрушает медиатор, и действие ацетилхолина слабеет. Идеальный для учебы, ацетилхолин будет плохим помощником в стрессовых ситуациях: это медиатор размышления, но не решительных действий.

Переизбыток ацетилхолина в организме вызывает спазм всех мышц, судороги и остановку дыхания — именно на такой эффект рассчитаны некоторые нервно-паралитические газы. Недостаток ацетилхолина приводит к развитию болезни Альцгеймера и других видов старческой деменции. В качестве поддерживающей терапии пациентам назначают препарат, блокирующий разрушение ацетилхолина — ингибитор ацетилхолинэстеразы.

Ген CHRNA3 кодирует никотиновый рецептор ацетилхолина, на который может воздействовать никотин. На первом этапе вещество действует на симпатическую систему организма, которая отвечает за спазм гладкой мускулатуры и сокращение сосудов. Поэтому у начинающих курильщиков сигареты вызывают скорее тошноту и бледность кожи, чем восторг. Но со временем никотин достигает клеток головного мозга и активизирует рецепторы ацетилхолина. Так как этим занимается и никотин, и ацетилхолин одновременно, мозг пытается скорректировать «двойную подачу», и через некоторое время нейроны головного мозга сокращают нормальное производство ацетилхолина. С этого момента никотин будет нужен курильщику по каждому поводу — с утра чтобы взбодриться, после совещания наоборот, чтобы успокоиться, после обеда — чтобы хоть немного подумать о вечном.

Полиморфизм гена CHRNA3 влияет на скорость формирования никотиновой зависимости и, как следствие, на риск развития рака лёгких, вызванного курением.

Аденозин

Все химические реакции в организме требуют затраты энергии. В качестве валюты в этом процессе используется молекула аденина с несколькими основаниями фосфорной кислоты. Сразу после «зарплаты» у вас на карточке окажется «триста рублей» — молекула аденозинтри фосфат с тремя остатками фосфорной кислоты. На каждую транзакцию уходит по сто рублей, соответственно, после первой «покупки» на счету останется всего двести рублей (аденозинди фосфат), после второй — сто рублей (аденозинмоно фосфат), после третьей — ноль рублей.

Купюра в ноль рублей — и есть аденозин. Как нейромедиатор он отвечает за чувство усталости и засыпание. Во время сна купюрам в ноль-ноль рублей дорисовывают троечки, аденозин трансформируется в аденозинтрифосфат, и мы с новыми силами готовы вернуться к работе.

Есть способ обмануть «банковскую систему»: заблокировать рецепторы аденозина и уйти в кредит. Именно этим и занимается кофеин — позволяет игнорировать усталость и продолжать работать. При этом он не приносит настоящей энергии, а только дает тратить деньги, как если у вас всё ещё есть триста рублей. Как и за любой кредит, за перерасход приходится расплачиваться — большей усталостью, заторможенностью внимания, привыканием. Тем не менее, кофеиносодержащие кофе, чай и шоколад — самый популярный стимулятор в мире.

Всего известно четыре вида рецепторов аденозина, которые активируются и блокируются аденозином. Ген ADORA2A кодирует рецепторы аденозина второго типа, которые участвуют в активации противовоспалительных процессов, формировании иммунного ответа, регуляции боли и сна. От работы этого рецептора зависит скорость реакции организма на ранение и травму.

Глутамат

Глутаминовая кислота в форме глутамата — пищевая аминокислота, которая содержится в продуктах животного происхождения. Вкусовые рецепторы воспринимают глутамат как индикатор белковой пищи — а значит питательной и полезной — и оставляют заметку, что было вкусно, и надо повторить. В двадцатом веке японские ученые выяснили принцип восприятия этого вкуса (они назвали его «умами» — вкусный), и со временем глутамат натрия стал популярной пищевой добавкой. Именно благодаря ему иногда сложно устоять перед соблазном съесть лапшу доширак. Как пищевая добавка глутамат не влияет напрямую на работу нейронов, поэтому его «передозировка» в худшем случае обойдется головной болью.

Глутамат — это не только пищевая аминокислота, но и важный нейромедиатор, рецепторы которого есть у 40% нейронов головного мозга. Он не имеет собственной «смысловой нагрузки», а только ускоряет передачу сигнала другими рецепторами — дофаминовыми, норадреналиновыми, серотониновыми и т.д. Эта функция позволяет глутамату формировать синаптическую пластичность — способность синапсов регулировать свою активность в зависимости от реакции постсинаптических рецепторов. Этот механизм лежит в основе процесса обучения и работы памяти.

Снижение активности глутамата приводит к вялости и апатии. Переизбыток — к «перенапряжению» нервных клеток и даже их гибели, как если бы на электрическую сеть дали большую нагрузку, чем она способна выдержать. «Перегорание» нейронов — эксайтотоксичность — наблюдается после приступов эпилепсии и при нейродегенеративных заболеваниях.

Две группы генов кодируют белки-транспортеры глутамата. Гены группы EAAT отвечают за натрий-зависимые белки — те самые, которые участвуют в процессе запоминания. Мутации в генах этой группы повышают риск инсульта, болезни Альцгеймера, болезни Гентингтона, бокового амиотрофического склероза. Мутации в генах везикулярных белков-транспортеров группы VGLUT ассоциированы с риском шизофрении.

Гамма-аминомасляная кислота

У каждой инь есть свой ян, и у глутамата есть вечный его противник, с которым он тем не менее неразрывно связан. Речь идет о главном тормозном нейромедиаторе — гамма-аминомасляной кислоте (ГАМК или GABA). Так же как и глутамат, ГАМК не вносит новых цветов в палитру мозговой активности, а только регулирует активность других нейронов. Так же как и глутамат, ГАМК охватил сетью своих рецепторов около 40% нейронов головного мозга. И глутамат, и ГАМК синтезируются из глутаминовой кислоты и по существу являются продолжением друг друга.

Для описания эффекта ГАМК идеально подходит поговорка «тише едешь - дальше будешь»: тормозящий эффект медиатора позволяет лучше сосредоточиться. ГАМК снижает активность самых разных нейронов, в том числе связанных с чувством страха или тревоги и отвлекающих от основной задачи. Высокая концентрация ГАМК обеспечивает спокойствие и собранность. Снижение концентрации ГАМК и нарушение баланса в вечном сопротивлении с глутаматом приводит к синдрому дефицита внимания (СДВГ). Для повышения уровня ГАМК хорошо подходят прогулки, йога, медитации, для снижения — большинство стимуляторов.

У гамма-аминомасляной кислоты два типа рецепторов — быстрого реагирования GABA-A и более медленного действия GABA-B. Ген GABRG2 кодирует белок рецептора GABA-A, который резко снижает скорость передачи импульсов в головном мозге. Мутации в гене связаны с эпилепсией и фебрильными судорогами, которые могут возникать при высокой температуре.

Если дофамин, серотонин и норадреналин — голливудские актеры большой нейронной киноиндустрии, то герои второй части рассказа о нейромедиаторах скорее работают за кадром. Но без их незаметного вклада большое кино было бы совсем другим.

В следующей части