Энергетический дефицит и функции нейрона

Потребность нейронов в энергообеспечении очень высокая, и энергетический дефицит ведет к дегенерации нейрона, которая может завершиться его гибелью.

Главными условиями развития энергетического дефицита являются недостаток кислорода и значительное повреждение митохондрий, в которых синтезируется АТФ.

Причиной дефицита может быть также недостаток субстрата окисления глюкозы. Нейроны мозга, в частности коры, не имеют запасов глюкозы и потребляют ее непосредственно из крови, поэтому они особенно чувствительны к гипогликемии.

При глубоком нарушении окислительного фосфорилирования и синтеза макроэргов источником энергии становится анаэробный гликолиз. Он имеет компенсаторный характер, однако его эффект не может восполнить дефицит энергии. К тому же нарастающее повышение содержания молочной кислоты в мозге отрицательно влияет на деятельность нейронов, усугубляет отек мозга.

Гипоксия, ишемия и функции нейрона

В связи с высокой потребностью в энергии нейроны и центральная нервная система в целом требуют значительного кислородного обеспечения.

На ранних этапах острой ишемии и при хронической нелетальной ишемизации возникает гиперактивация нейронов:

• Ишемия  ослабление или выпадение тормозных механизмов (чувствительных к гипоксии)  растормаживание нейронов  гиперактивация нейронов.

• Ишемия  дефицит АТФ  недостаточность Nа/К-насоса  вход Na⁺  деполяризация нейронов  раскрытие потенциал-зависимых Ca/Na-каналов  входу Са²⁺  деполяризация нейронов  гиперактивация нейронов.

• Ишемия  дефицит АТФ  недостаточность Nа/К-насоса  вход Na⁺  вход воды и набухание нейрона и митохондрий.

• Усиленное выделение глутамата деполяризующимися нервными окончаниями + нарушение его энергозависимого обратного захвата нервными окончаниями и глией   содержания глутамата в синаптической щели  активация НМДА-рецепторов (N-метил-D-аспартатрецепторов)  раскрытие НМДА-зависимых Ca/Na-каналов  усиленный вход Na⁺ и Са²⁺  прямая деполяризация нейронов  гиперактивация нейронов.

В дальнейшем в повышении осмолярности нейрона, усиливающей вход воды в нейрон и его набухание, принимают участие лактат, неорганический фосфор и др. вещества.

Из-за энергетического дефицита страдают энергетически зависимые процессы «откачки» кальция из клетки и его «закачки» во внутриклеточные депо Са-зависимой АТФазой. Чрезмерное содержание Са²⁺ способствует растормаживанию и гиперактивации нейронов, вызывает усиленный фосфолипазный гидролиз и протеолиз и в связи с этим - повреждение внутриклеточных мембран и разрушение внутриклеточных структур, способствует усилению энергетического дефицита. При нарастании интенсивности и длительности указанных процессов возникает необратимая дегенерация и гибель нейрона.

Процессы эндогенного повреждения нейронов могут развиваться и приводить к гибели нейронов и после прекращения ишемии, в условиях реперфузии, а также после прекращения действия одного только глутамата в достаточно высокой концентрации («глутаматный удар»), который вызывает изменения, подобные ишемическим эффектам.

В механизмах этой, так называемой «отсроченной гибели» нейрона важную роль играет повышение содержания Са²⁺ в нейроне. В начале процесса эффективное действие могут оказать блокаторы Са²⁺ и антагониста НМДА-рецепторов, что свидетельствует о значении продолжающейся активации НМДА-рецепторов и входа Са²⁺ в нейрон.