Az agyi metabolizmus, és a vérkeringés metabolikus szabályozása. Dr. Domoki Ferenc

Átírás

1 Az agyi metabolizmus, és a vérkeringés metabolikus szabályozása Dr. Domoki Ferenc

2 Klasszikus agyi metabolizmus Glükóz központi (egyedüli) szerepet játszik a neuronok anyagcseréjében Aerob oxidáció agyi glükózmetabolizmus: Cerebral Metabolic Rate of glucose (CMR glc ) µm/perc/100g agyi oxigénmetabolizmus (CMR O2 )- 3.3 ml/perc/100g

3 A glükóz aerob oxidációja Glükóz + 6 O 2 6 CO 2 +6 H 2 O+ 36?ATP Valóban, CMR O2 /CMR glc = 5.5, és a respirációs hányados RQ=VCO 2 /VO 2 1

4 Az agyi energiametabolizmus Glükóz + 6 O 2 6 CO H 2 O Alapja a glükóz aerob oxidációja CMRO 2 (az oxigén cerebrális metabolikus rátája): ~50ml/perc, a nyugalmi O 2 fogyasztás 20%-a A keringéssel oda kell naponta szállítani: ~72 liter oxigént, ~100g glükózt,, ugyanakkor el kell szállítani ~72 liter szén-dioxidot, ~50 ml metabolikus vizet és ~1500 kj hőt

5 Agyi glükóz transzport minden sejttipus expresszál GLUT facilitatív transzportereket GLUT 1 felelős a vér-agy gáton keresztüli glükóz transzportért

6 Neuron-glia-kapilláris glükóz anyagcsere

7 Alternatív energiaforrások Ketontestek: fetális korban és felnőttkorban tartós éhezéskor ~50% zsírsavak: különösen csecsemőben az anyatejes táplálás alatt laktát

8 A ketontestek Aceton Acetoecetsav b-hidroxivajsav

9 A ketontesteket facilitatív monokarboxilát transzporterek (MCT) juttatják át a vér-agy gáton

10 Egy nehéz feladat: elszállítani a metabolikus vizet Az idegsejtek ~12-szer több vizet termelnek mint egy átlagos sejt Membránjaik vízpermeabilitása alacsony (kevés aquaporin csatorna) Molekuláris vízpumpák (molecular water pumps, MWPs) segítségével pumpálják ki a vizet Az MWP-k hidratált molekulák ciklikus transztportjának segítségével működnek

11 NAA egy valószínű MWP szubsztrát Acetil-CoA + Aszpartát NAA N-acetil-aszpartát (NAA) a neuronok által szintetizált, és bennük nagy koncentrációban megtalálható (~20 mm!) a szintézis a glükóz metabolizmushoz kapcsolt a glia bontja el, az aszpartát visszakerül a neuronokba egy ciklus ~ 120 vízmolekulát távolít el

12 NAA mint neuronális MWP Neuron Glia Aszpartát + Ac-CoA Aszpartát + Acetát NAA+ nh 2 O NAA+ nh 2 O Aquaporin nh 2 O n~120

13 Az agy folyadék-háztartása Artériás vér CSF vér-agy gát filtrátum nyirok Metabolikus víz Vénás vér

14 Az agyi metabolizmus egyéb igényei Fehérjeszintézishez szükséges aminosavak felvétele A lebomló aminosavakból származó nitrogén (ammónia) leadása: GLUTAMINSZEKRÉCIÓ Membránalkotó esszenciális (többszörösen telítetlen) zsírsavak felvétele Vitaminok, nyomelemek A vérplazmában található endo- vagy exogén, az idegi működést potenciálisan károsító anyagok bejutásának megakadályozása

15 T3/T4 Smith QR J Nutr 130: S (2000)

16 Glutamate/glutamine transport across the bloodbrain barrier primarily serves cerebral ammonia homeostasis (daily glutamate uptake ~8g, glutamine secretion ~12 g)

17 Az agyi vérkeringés szabályozása METABOLIKUS AUTOREGULÁCIÓ CBF CBF (alacsony) (magas) Idegi aktivitás KÉMIAI Perfúziós nyomás NEUROGÉN CBF CO 2 CBF (alkalosis) agyi ECF pco2 (acidosis) szimpatikus ingerlés

18 Véráramlás-anyagcsere csatolás (a rcbf és CMRglc kapcsolata) Angolul: flow-metabolism coupling A neuronális aktivitás helyi növekedése, a metabolikus aktivitás, és azzal kapcsolatban a véráramlás HELYI növekedéséhez vezet ez lényegében aktív funkcionális hiperémia, a mechanizmust pedig véráramlás-anyagcsere csatolásnak nevezzük (flow-metabolism coupling) első megsejtői Roy és Sherrington (1890) a legfontosabb fiziológiás szabályzó-mechanizmus

19 Az agyi véráramlást meghatározó Intrakraniális nyomás tényezők Az agyi arteriolák dilatációja/ konstrikciója által meghatározott agyi vaszkuláris ellenállás AGY Artériás nyomás Vér viszkozitás Vénás nyomás A fiziológiás szabályozás az arteriolák tágasságának a szabályozásán keresztül valósul meg!

20 A pia mater és az intraparenchymalis arteriolák együttesen szabályozzák a helyi véráramlást Hamel, E. J Appl Physiol 100: ; doi: /japplphysiol

21 A neurovaszkuláris egység Az agyi metabolikus homeosztázisért felelős összes sejttipus morfológiai és funkcionális egysége Mikrovaszkuláris sejtek: endothelium, vaszkuláris simaizom, pericita Parenchyma sejtek: asztroglia, neuronok

22 A flow-metabolism coupling mechanizmusai A pontos mechanizmus ismeretlen, DE lokális hipoxia, hiperkapnia, és hipoglikémia NEM jön létre KÉT fontos lehetőség: 1. Neuronális faktorok 2. Asztocita faktotrok egyaránt szabályozhatják a vaszkuláris simaizmot

23 A neuronok direkt és indirekt hatásokoat is kifejthetnek az agykérgi arteriolákra Hamel, E. J Appl Physiol 100: ; doi: /japplphysiol

24 Asztrocita, mint neurovaszkuláris csatoló

25 A 3 szereplős szinapszis

26

27 Az asztrocita mint véráramlásszabályozó

28 A véráramlás-anyagcsere csatolás mechanizmusai a neurovaszkuláris egységben Neurology 2007;68:

29 A neurovaszkuláris egység a véráramlást ÉS a transzkapilláris transzportot szimultán szabályozza!