Wpływ interakcji mleczanu i tlenku węgla na neuroprotekcję i neurokonserwację Część 1

Abstrakcyjny

Mleczan, historycznie uważany za produkt odpadowy metabolizmu beztlenowego, jest metabolitem w metabolizmie całego organizmu niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania centralnego układu nerwowego (OUN) oraz silną cząsteczką sygnalizacyjną i hormonem w OUN.

Centralny układ nerwowy jest jednym z najważniejszych układów nerwowych człowieka. Odgrywa istotną rolę w naszej aktywności fizycznej, świadomości i pamięci. Szczególnie pamięć ma ogromny wpływ na nasze życie i pracę.

Centralny układ nerwowy składa się z dwóch części: mózgu i rdzenia kręgowego. Ich złożoność pozwala nam myśleć, postrzegać i działać na różne sposoby. Wśród nich mózg jest rdzeniem centralnego układu nerwowego i jednym z najbardziej niesamowitych narządów człowieka. Może koordynować nasze myślenie i percepcję oraz kontrolować różne ruchy naszego ciała. Jednocześnie mózg jest także naszym bankiem pamięci. Wszystkie wspomnienia są przechowywane w mózgu, a nasz język, wiedza i doświadczenie życiowe pochodzą z pamięci w mózgu.

Związek między centralnym układem nerwowym a pamięcią jest bardzo ścisły. Jeśli wystąpi problem z naszym centralnym układem nerwowym, będzie to miało wpływ na naszą pamięć. Na przykład, gdy na centralny układ nerwowy wpływa uraz, zatrucie, infekcja i inne czynniki, prowadzi to do upośledzenia funkcji poznawczych i utraty pamięci. Kiedy spotkamy się z taką sytuacją, możemy podjąć pewne kroki, aby ją poprawić.

Pierwszym z nich jest ćwiczenie mózgu. Najlepszym sposobem na poprawę pamięci jest używanie mózgu. Możesz ćwiczyć swój centralny układ nerwowy, grając w gry pamięciowe, ucząc się nowej wiedzy, rozwiązując trudne problemy z myśleniem itp., aby zwiększyć energię i elastyczność mózgu.

Po drugie, aktywność fizyczna. Ćwiczenia fizyczne mogą poprawić czynność układu krążenia, pobudzić krążenie krwi w mózgu, zwiększyć wytrzymałość fizyczną itp., a wszystko to może pomóc nam poprawić funkcjonowanie centralnego układu nerwowego, a tym samym poprawić naszą pamięć.

Oprócz tego powinniśmy zachować wesoły nastrój. Stabilność emocjonalna pomaga w prawidłowym funkcjonowaniu centralnego układu nerwowego, zwłaszcza pozytywne emocje mogą pomóc poprawić naszą pamięć.

Krótko mówiąc, związek między centralnym układem nerwowym a pamięcią jest bardzo ścisły. Powinniśmy dołożyć wszelkich starań, aby chronić i wzmacniać nasz centralny układ nerwowy, aby utrzymać zdrowie naszego ciała i mózgu oraz poprawić naszą pamięć. Widać, że musimy poprawić pamięć. Cistanche może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche to tradycyjna medycyna chińska o wielu unikalnych efektach, z których jednym jest poprawa pamięci. Skuteczność Cistanche wynika z różnych zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasu garbnikowego, polisacharydów, glikozydów flawonoidowych itp., które mogą na wiele sposobów promować zdrowie mózgu.

boost memory

Kliknij Poznaj 10 sposobów na poprawę pamięci

Sygnały aktywności neuronów zwykle indukują jego powstawanie głównie w astrocytach, a produkcja zależy od metabolizmu beztlenowego i tlenowego. Funkcje zależą od normalnych, dynamicznych, ekspansywnych i ewoluujących funkcji OUN.

Poziomy mogą się zmieniać w normalnych warunkach fizjologicznych i przy patologii OUN. Mleczan, łatwopalne paliwo rozprowadzane po całym organizmie, wykorzystywany jest jako źródło energii i jest niezbędny do hemostazy OUN, plastyczności, pamięci i pobudliwości.

Dyfuzja poza strefę aktywną neuronów wpływa na aktywność neuronów i astrocytów w innych obszarach mózgu. Geneza bariery, funkcja bariery krew-mózg i buforowanie pomiędzy metabolizmem oksydacyjnym a glikolizą oraz obszar metabolizmu mózgu, na który wpływa mleczan. Obecność lub nieobecność jest ważna dla neuroprotekcji i jest powiązana z układami neuroprotekcyjnymi L-mleczanu i oksygenazy hemowej/tlenku węgla (agazoprzekaźnika).

Wpływ tlenku węgla na L-mleczan wpływa na neuroprotekcję – interakcje gazoprzekaźnika z L-mleczanem są ważne dla stabilności OUN, co zostanie omówione w tym artykule.

Słowa kluczowe: astrocyty; interakcje biochemiczne; OUN; gazoprzekaźniki; mikroglej; neurokonserwacja; neuroprotekcja; oligodendrocyty.

WSTĘP

Mleczan (odkryty w 1780 r., uważany za produkt odpadowy metabolizmu) jest cząsteczką niezbędną do metabolizmu całego organizmu oraz prawidłowego rozwoju i funkcjonowania centralnego układu nerwowego (OUN). Jest preferowanym substratem do celów energetycznych i prekursorem lipidów w oligodendrocytach, astrocytach i neuronach w okresie okołoporodowym,1,2, ale preferencyjnie wiąże się z niedokrwieniem mózgu.

Obecnie dostępne dowody wskazują jednak, że mleczan występuje w warunkach niefizjologicznych OUN.3,4 Sygnały aktywności neuronalnej indukują powstawanie głównie w astrocytach.

Chociaż jest wykorzystywany jako źródło energii, jest również potrzebny do hemostazy, plastyczności, pamięci i pobudliwości OUN, a obecnie jest uznawany za niezbędny metabolit w koordynacji metabolizmu całego organizmu jako paliwo spalane obszarowo, rozprowadzane po całym organizmie, co stanowi silną sygnalizację cząsteczka i hormon.3-7 Funkcje te zależą od zapotrzebowania OUN na normalne, dynamiczne, ekspansywne i rozwijające się funkcje fizjologiczne OUN.

Obecność lub nieobecność jest również ważna dla neuroprotekcji OUN i jest powiązana z systemami neuroprotekcyjnymi L-mleczanu i oksygenazy hemowej/tlenku węgla (CO) (gazoprzekaźnika).8 Wpływ CO na L-mleczan wpływa na neuroprotekcję – interakcje gazoprzekaźnika z L-mleczanem są ważne dla stabilności OUN, co zostanie omówione w tym artykule.

Systematycznie przeszukiwano bazy danych: MEDLINE, EMBASE i Cochrane. Przeszukiwano bazy danych od momentu ich powstania do 31 grudnia 2020 roku.

ŹRÓDŁA MLECZANA W CENTRALNYM UKŁADIE NERWOWYM

Uważany za produkt odpadowy metabolizmu beztlenowego, mleczan spełnia korzystne role w OUN, a jego produkcja nie ogranicza się do metabolizmu beztlenowego. Stężenie OUN zależy od poziomu mleczanu w surowicy, dostępności tlenu, odpalenia neuronów, degradacji i tempa metabolizmu.

Mleczan służy jako ważne paliwo metaboliczne i przekaźnik międzykomórkowy – jego dyfuzja poza strefę aktywną neuronów wpływa na aktywność neuronów i astrocytów w innych obszarach mózgu.9-11

Przyczyniając się do wsparcia metabolicznego neuronów poprzez przenoszenie mleczanu przez cytoplazmatyczne kanały mielinowe i transportery monokarboksylanów (MCT), oligodendrocyty są aktywnymi uczestnikami tego procesu – mleczan jest uwalniany przez mielinizujące oligodendrocyty, a następnie wykorzystywany przez aksony do wytwarzania trifosforanu mitochondrialadenozyny.12,13 Oligodendrocyty są powiązane z komórką transport mleczanu do komórki i transport astrocyt-mleczan neuronu (przemieszczanie się mleczanu pomiędzy komórkami wytwarzającymi mleczan a komórkami zużywającymi mleczan jest ważne dla metabolizmu oligodendrocytów).

memory enhancement

Procesy te umożliwiają wykorzystanie mleczanu jako cząsteczki sygnałowej, źródła energii i prekursora glukoneogennego w OUN.6,11 Mleczan wpływa również na genezę bariery i funkcję bariery krew-mózg (BBB),14 która stanowi bufor pomiędzy metabolizmem oksydacyjnym a glikolizą, 15 i być może preferowane paliwo dla metabolizmu mózgu.16

Transport mleczanu w obrębie komórek i pomiędzy komórkami oraz wychwyt mleczanu przez BBB sugeruje, że jest on integralną częścią homeostazy OUN, chociaż jego transport przez BBB jest ograniczony, a produkcja mleczanu w mózgu odzwierciedla potrzeby OUN (metabolizm i wykorzystanie jest dynamiczne).

Przepływ mleczanu astrocytów do neuronów zachodzi podczas spoczynku, ale po wzbudzeniu glikoliza glukozy do mleczanu (nadmierna szybkość utleniania paliwa mitochondrialnego) w neuronach powoduje zwiększone zapotrzebowanie na energię.17,18 W mózgu nowonarodzonych ssaków podwyższony poziom mleczanu we krwi jest wykorzystywany jako substrat, a w mózgu dorosłego w stanie spoczynku, z wyjściowym poziomem mleczanu we krwi, około 10% zapotrzebowania mózgu na energię jest zaspokajane przez utlenianie mleczanu (może utleniać się bardziej w miarę wzrostu poziomu mleczanu w osoczu).19,20 Topografia mleczanu w OUN sugeruje biologię/metabolizm specyficzny dla regionu i jest podobna między osobami.21-23

Nieodłączną cechą homeostazy mleczanu jest równie ważna eliminacja z OUN – większość mleczanu wytwarzanego w OUN podczas aktywności neuronów jest usuwana, a nie wykorzystywana jako źródło energii.

Absorpcja poprzez BBB

Silnie unaczyniony BBB, ochronny interfejs między ciałem a OUN, selektywnie umożliwia przedostawanie się substancji, w tym mleczanu, do mózgu. Pierwotnie zidentyfikowany przez Paula Ehrlicha24 (który wstrzyknął barwnik do krwiobiegu myszy i zauważył, że barwnik nie przedostał się do mózgu ani rdzenia kręgowego), termin BBB wprowadził Lewandowski25 po badaniach wykazujących, że różne substancje wstrzykiwane do komór mózgu powodowały objawy neurologiczne których nie zaobserwowano po wstrzyknięciu dożylnym.

Mikroskopia elektronowa wykazała, że komórki śródbłonka mózgu tworzą barierę pomiędzy krwią i OUN za pomocą pojedynczej warstwy komórek śródbłonka mózgu w kontakcie z neuronami, astrocytami, perycytami i komórkami mięśni gładkich naczyń.

Funkcja BBB zależy od sygnalizacji i przesłuchu tej jednostki nerwowo-naczyniowej.26,27 Połączenia ścisłe (bariera dla przejścia jonów i cząsteczek przez szlak parakomórkowy oraz dla ruchu białek i lipidów między wierzchołkiem i podstawno-bocznymi domenami błony komórkowej) oraz połączenia przylegające (pozwalają komórkom nabłonkowym na ustalenie polaryzacji z różnymi białkami i lipidami w wierzchołkowej i podstawnej błonie plazmatycznej) utrzymują integralność BBB.

Chociaż jest najbardziej znany ze swojej funkcji barierowej polegającej na ograniczaniu transportu toksycznych i/lub szkodliwych substancji z krwi do mózgu, BBB pełni również funkcję nośną odpowiedzialną za usuwanie metabolitów i transport składników odżywczych do mózgu. Jego bariera Funkcja zależy od bariery parakomórkowej, bariery transkomórkowej, bariery enzymatycznej i transporterów wypływu.

Do jego funkcji nośnikowej niezbędna jest bierna dyfuzja i specyficzne białka transportowe.28 Przepływ krwi wpływa na strukturę i funkcję komórek BBB, zwiększa szczelność BBB i wpływa na różnicowanie komórek śródbłonka.29

Usuwanie substancji z OUN obejmuje wypływ okołonaczyniowy, metabolizm i BBB. Mleczan 30,31L jest uważany za przekaźnik objętości i może przemieszczać się na duże odległości z miejsca produkcji (tj. mięśni) do miejsca spożycia (tj. OUN) za pomocą transporterów monokarboksylanów (MCT) pośredniczące w dyfuzji mleczanu pomiędzy przestrzenią zewnątrzkomórkową a komórkami.

Przejście mleczanu przez BBB poprzez nienasyconą dyfuzję lub przez MCT w błonie komórkowej – zrównoważenie stężenia mleczanu we krwi z wynikami w mózgu (mleczan następnie równoważy się z dehydrogenazą mleczanową pirogronianu) – może być ograniczone.32

Przy normalnym stężeniu mleczanu w osoczu nienasycona dyfuzja może sięgać nawet 50% transportu mleczanu z krwi do OUN, a przy wysokim stężeniu mleczanu w osoczu następuje niemal natychmiastowe zrównoważenie. MCT przenoszą L-mleczan (najobficiej występujący monokarboksylan w mózgu) przez różne błony komórkowe, w tym BBB – kotransport anionu monokarboksylanowego i protonów. Cztery nośniki (MCT 1–4) odpowiadają za dwukierunkowy, elektroneutralny współtransport protonów i monokarboksykwasów (tj. mleczanu) w stosunku 1:1.

short term memory how to improve

MCT2 ma największe powinowactwo do mleczanu – sugeruje się, że regionalizacja MCT 1–4 wskazuje na udział w różnych aspektach metabolizmu mleczanu, a ich produkcja różni się w różnych warunkach.

Białka pomocnicze (tj. embigina, basigina, neuroplastyna) są niezbędne do ich aktywności.4,32-36 Wypływ odbywa się na drodze transportu biernego, w którym pośredniczy MCT1, który jest obecny zarówno w błonie śluzowej, jak i błonowej.30,37

Produkcja mleczanu w mózgu

Do ważnych głównych szlaków metabolicznych, katabolicznych i anabolicznych, niezbędnych do życia/wzrostu/podziału OUN, należą glukoneogeneza/glikoliza, utlenianie kwasów tłuszczowych, cykl mocznikowy, szlak pentozofosforanowy, fosforylacja oksydacyjna i cykl kwasu cytrynowego.

Glukoza, obowiązkowy substrat energetyczny OUN u dojrzałych ludzi, zależy od transportu/metabolizmu glukozy, jest głównie zużywana przez oligodendrocyty i astrocyty, a metabolity wytwarzane i uwalniane przez astrocyty i oligodendrocyty są wykorzystywane przez neurony jako źródła energii.

Preferowany substrat energetyczny mózgu, mleczan, jest ważnym substratem energetycznym dla aksonów, jest ważny w OUN, serce jest ważnym źródłem na początku życia i obecnie uważa się, że jest ważnym metabolitem potrzebnym w mózgu dorosłego.

Obecny w astrocytach, mikrogleju, neuronach i oligodendrocytach produkcja mleczanu odbywa się wieloma szlakami, a jego terminowy metabolizm i eliminacja sprzyja zdrowiu i dobremu samopoczuciu OUN – przemiana metaboliczna w mleczan w OUN została powiązana z odpornością na choroby, stres i urazy.

Procesy metaboliczne w OUN, zależne od obecności typów komórek wielokomórkowych i poziomu rozwoju/dojrzałości, powodują, że stosunek pirogronianu do mleczanu zmniejsza się wraz z dojrzewaniem i różni się w zależności od regionu mózgu.

Interakcje astrocyt-neuron, ważne dla metabolizmu mleczanu, odzwierciedlają potrzeby dynamiczne i jego produkcję – glikol, liza i metabolizm glikogenu są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania, wzrostu i gojenia mózgu, a także mogą skutkować produkcją mleczanu.

Produkcja mleczanu w OUN obejmuje następujące szlaki: szlak glukoneogenezy/glikolizy, utlenianie kwasów tłuszczowych, cykl mocznikowy, szlak pentozofosforanowy, fosforylacja oksydacyjna i cykl kwasu cytrynowego.4,7,38,39

Szlak glukoneogenezy/glikolizy

Wytwarzanie glukozy przez OUN z prekursorów niewęglowodanowych (glukoneogeneza) jest procesem wieloetapowym – enzymy użyte w glikolizie mogą katalizować reakcje odwracalne. Istnieją jednak trzy nieodwracalne reakcje:

1) Conversion of pyruvate to phosphoenolpyruvate: Pyruvate carboxylase: Pyruvate (cytosol) -> pyruvate (mitochondria) -> -> -> oxaloacetate (mitochondria) ->szczawiooctan (cytoplazma);

Phosphoenolpyruvate carboxykinase: Oxaloacetate (cytoplasm) ->->->fosfoenolopirogronian;

2) Dephosphorylation of fructose-1,6 biphosphate: Fructose 1,6-biphosphate (cytoplasm) ->->->fruktoza-6fosforan (cytoplazma);

3) Dephosphorylation of glucose 6-phosphate: Glucose-6 phosphate (cytoplasm) ->->->glukoza (cytoplazma).

Kinaza pirogronianowa katalizuje konwersję fosfoenolopirogronianu do pirogronianu.

Pirogronian można następnie przekształcić w mleczan za pomocą dehydrogenazy mleczanowej. Dostępność enzymów jest różna w zależności od komórki. Na przykład astrocyty wykazują znaczącą aktywność 6-fosfofrukto-2-kinazy/fruktozy-2,6-bisfosfatazy-3, co jest kluczowym mechanizmem regulacji glikolizy i glukoneogenezy poprzez syntezę lub hydrolizę fruktoza-2,6-bisfosforan.

ways to improve memory