Материал: Особенности энергетических процессов головного мозга. Основные биохимические тесты Учебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Институт биологии и биомедицины

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГОЛОВНОГО

МОЗГА. БИОХИМИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ.

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методической комиссией Института биологии и биомедицины для студентов ННГУ, обучающихся по направлению 06.03.01 «Биология», 31.05.03 «Стоматология», 31.05.01 «Лечебное дело», 30.05.01 «Медицинская биохимия», 30.05.02 «Медицинская биофизика», 30.05.03 «Медицинская кибернетика»

Нижний Новгород

2019

УДК 577.2(075.8)

ББК 28.707.2

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА. ОСНОВНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ. Автор: Щелчкова Н.А.: Учебнометодическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет,

2019. – 25 с.

Рецензент: д.б.н. А.В. Дерюгина

В пособии представлены базовые понятия, касающиеся особенностей энергетических процессов в головном мозге. Высокая интенсивность энергетического обмена является основным фактором деятельности мозга. Изменение энергетического баланса определяет реакции нервной ткани в возрастном аспекте, а также на гипоксические и/или ишемические типы повреждения нервной системы. Предназначено для студентов ННГУ, обучающихся по направлениям подготовки 06.03.01 «Биология», 31.05.03 «Стоматология», 31.05.01 «Лечебное дело», 30.05.01 «Медицинская биохимия», 30.05.02 «Медицинская биофизика», 30.05.03 «Медицинская кибернетика».

Ответственный за выпуск председатель методической комиссии Института биологии и биомедицины ННГУ, к.б.н. Е.Л. Воденеева

УДК 577.2(075.8)

ББК 28.707.2

© Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2019

2

3

Введение

Характерная особенность нервной ткани — высокая интенсивность энергетического метаболизма. По потреблению кислорода и глюкозы мозг занимает первое место среди крупных органов животного или человека.

Преимущественным субстратом окисления в нервной ткани является глюкоза. Собственные углеводные резервы мозга весьма незначительны и этим объясняется чрезвычайная чувствительность нервной ткани, прежде всего, коры больших полушарий, к гипогликемии и гипоксии.

Изучение энергетического обмена в головном мозге привлекает особое внимание нейрохимиков и нейрофизиологов. Многочисленные биохимические и биофизические процессы, связанные с поддержанием своеобразной пространственно-функциональной архитектоники мозга, с

непрерывным образованием функциональных ансамблей нейронов, с

обновлением и образованием синаптических структур и других, протекают с очень значительными энергетическими затратами.

Учебно-методическое пособие содержит краткие теоретические сведения об особенностях энергетических процессов разнообразных нейроцитов, и биохимическим тестам, применяемым в современной аналитической практике прикладных и фундаментальных отраслях биомедицины.

Основной целью авторов при составлении настоящего учебно-

методического пособия было помочь студентам получить теоретические представления о специфических энергетических процессах в нервной системе у животных, освоить методические тесты для определения энергетических субстратов и ферментов в норме и ишемии мозга, а также научить трактовать результаты биохимических показателей.

4

Тема №1. Глюкоза, как основной энергетический субстрат для мозга.

Основной путь получения энергии нервных клеток – аэробное окисление глюкозы. Глюкоза является практически единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань и не зависит от действия инсулина. Собственные запасы глюкозы в мозге невелики (2,5−4,0

мкмоль/г). Поэтому мозг нуждается в постоянном поступлении глюкозы из крови. Интенсивное поступление глюкозы из капилляров в клетки мозга обеспечивается работой специальных переносчиков глюкозы.

Метаболизм глюкозы обеспечивает 85-90% энергетических потребностей ткани для физиологической функции мозга посредством генерации АТФ, основы для поддержания нейрональных и ненейронных клеток. Однако, глюкоза является не только основным энергетическим источником нервной ткани, но и важнейшим предшественником для биосинтеза аминокислот, особенно глутамата, аспартата, аланина, глицина и других метаболитов. Следовательно, жесткая регуляция метаболизма глюкозы имеет решающее значение для физиологии мозга, а нарушение метаболизма глюкозы в мозге лежит в основе ряда заболеваний, влияющих как на сам мозг, так и на весь организм.

Специализированные центры в мозге, включая проопиомеланокортины

(POMC) и агути-связанные пептидные (AgRP) нейроны в гипоталамусе,

определяют уровни центральной и периферической глюкозы и регулируют метаболизм глюкозы через блуждающий нерв, а также нейроэндокринные сигналы (рис. 1). Подача глюкозы в мозг регулируется нервно-сосудистой связью и может модулироваться метаболически-зависимыми и -

независимыми механизмами. Глюкоза поступает в мозг из крови, пересекая ГЭБ через транспортер глюкозы 1 (GLUT1), и глюкоза и другие метаболиты

(например, лактат, Lac) быстро распределяются через метаболическую сеть клеток мозга.