Z listopadové Meduňky: Zdravý mozek: glutamát a excitotoxicita

Seriál MUDr. Ludmily Elekové o zdraví mozku doporučujeme všem, kteří se chtějí dozvědět víc o fungování tohoto fascinujícího, a zároveň velmi citlivého orgánu. V listopadovém čísle Meduňky se autorka věnuje tématu excitotoxity a glutamátu. Celý článek plný důležitých informací, stejně jako další výborné a užitečné články, můžete číst na emedunka.cz

V dnešním článku probereme hlavní excitační neurotransmiter, kterým je sůl kyseliny glutamové neboli glutamát. Glutamát všichni známe jako zvýrazňovač chuti v potravinách a někteří vědí, že není nejzdravější. Všeobecně se ale neví, že glutamát v těle syntetizovaný z aminokyseliny glutaminu, je důležitým neurotransmiterem.

Glutamát a jeho funkce  
Je používán ve většině neuronů. Jeho hlavními funkcemi je excitovat (dráždit) neuron k elektrické aktivitě. Dalo by se říci, že nás drží při vědomí, umožňuje učení, soustředění, smyslové vnímání, paměť, kognitivní funkce obecně, orientaci v prostoru i pohyb. Částmi mozku nejbohatšími na glutamátové receptory jsou mozková kůra, mozeček, hypothalamus a thalamus, hippocampus, amygdala, zrakové a sluchové oblasti. Také je zásadní pro vývoj mozku a neuroplasticitu (změnu struktury a funkce mozku).
Myšlenka, že glutamát účinkuje jako neurotransmiter, byla ze začátku odmítaná, přestože se vědělo, že mozek obsahuje docela dost glutamátu. Považoval se hlavně za palivo pro neurony. V 70. letech 20. století bylo prokázáno, že glutamát splňuje kritéria neurotransmiteru: nachází se v koncové části axonu, vyplaví se po elektrickém výboji nervu a je ze synaptické štěrbiny odstraňován stejně jako jiné neurotransmitery. Začal se hledat jeho receptor.
Postupně byly objeveny nejméně tři různé receptory pro glutamát, předpokládá se, že jich může být mnohem víc. Byly objeveny s použitím analogů glutamátu. Analogy jsou sloučeniny, které mají stejný účinek na receptor. Analogy glutamátu jsou N-methyl-D-aspartát (NMDA), quisqualát  a kainát. Každá z těchto molekul stimuluje jen některé receptory pro glutamát. Glutamát je dokáže stimulovat všechny tři, stejně tak aspartát.
NMDA receptory jsou nejběžnějšími receptory pro glutamát v nervovém systému. Kontrolují vápníkový kanál v membráně neuronu. Tento kanál reguluje přítok iontů vápníku do neuronu. Kanál se otevře, pokud je NMDA receptor aktivován glutamátem nebo aspartamem. NMDA receptor je komplexní, má tři místa pro další tři „klíče“, která se musí aktivovat současně. Kromě vazebného místa pro glutamát obsahuje NMDA receptor místa pro navázání zinku, hořčíku a glycinu. Zinek i hořčík drží receptor zamčený, inaktivní, tj. zavírají vápníkový kanál. Liší se v tom, že blokáda kanálu zinkem trvá, i když neuron pálí, ale blokáda hořčíku automaticky povolí, jakmile začne neuron pálit. Glycin je naopak nutný k otevření kanálu. Když se v experimentu odstranil z blízkosti neuronů glycin, žádné množství glutamátu je nedonutilo k aktivitě. Aktivace NMDA probíhá postupně. Nejdřív se na receptor naváže glutamát a po něm glycin. Jsou-li v okolí neuronu dostatečná množství hořčíku a málo zinku, kalciový kanál se otevře, sodík a vápník začnou téci do neuronu a spustí jeho elektrickou aktivitu.

Glutamát a aspartam jsou v mozku používány jako neurotransmitery v přesně regulovaném množství. Nadbytek glutamátu je pro neurony toxický, nadměrně je excituje a poškodí. Tomuto jevu se říká excitotoxicita a způsobit ho mohou i jiné látky než glutamát. O nich bude můj další článek. Glutamát vnitřně vyrobený v mozku a glutamát, který sníme např. v asijském jídle, v našem mozku účinkuje úplně stejně. Jde o dávku a jeho regulaci, což rozhodne o tom, jestli bude jeho účinek přiměřený a prospěšný, nebo toxický a pro neurony devastující. Je to příliš velké množství excitotoxinů, které nutí neurony opakovaně k elektrické aktivitě, a tím je poškodí, až zabijí. Zahyne nejen neuron přímo vystavený těmto toxinům, ale všechny další neurony, které jsou s ním propojené, a to i když používají jiný typ neurotransmiteru.
Za normálních okolností je glutamát je po použití v synapsi rychle uklizen buňkami glie, které ho změní na glutamin a ten pošlou zpět do neuronu, který si z něj vyrobí glutamát dle potřeby. Gliové buňky současně zásobují neurony energií. Tato neustálá recyklace vyžaduje mnoho buněčné energie. Excitotoxicita nastává, když je množství glutamátu kolem neuronu příliš velké, glie ho nestíhá odklízet a následně neuronu dojde buněčná energie, glutamát se hromadí a neuron následně poškodí. V podstatě se usmaží k smrti.

Excitotoxicita a vývoj mozku.
Plně vyvinutý mozek má přes sto miliard neuronů a biliony jejich vzájemných spojení nervovými vlákny. Jak se všechny buňky dostaly při vývoji mozku na své místo a jak věděly, jak se mají propojit? Mozek vzniká během embryonálního vývoje z ploché destičky ektodermu, jednoho ze tří zárodečných listů. Do své složitosti se vyvine tím, že se jeho buňky množí, cestují a propojují se. Je to vysoce citlivý a složitý, pečlivě řízený proces, na jehož konci je plně funkční dospělý lidský mozek, nejsložitější struktura ve známém vesmíru. Nervová vlákna musí nějak vědět, kudy se mají vinout, dokud nenajdou a nenapojí se na cílové neurony. Např. nervové vlákno z oka musí putovat podél optického nervu, čímž ho současně tvoří, až do zadní části mozku. Zjistilo se, že nervová vlákna používají podobnou metodu jako mravenci. Když mravenci hledají jídlo, vyšlou průzkumníka. Poté, co průzkumník najde potravu, vrací se do hnízda a po cestě zpět zanechává chemické značky, podle kterých se pak řídí ostatní mravenci. Ukázalo se, že uvnitř mozku jsou specializované průzkumné buňky, které vylučují chemické stopy a podle nich se pak při své migraci řídí nervová vlákna. Neurony mají na svých dendritech (přijímajících vláknech) specializované růstové konce, které fungují jako sensor vnímající tyto chemické stopy. Tyto specializované konce jsou kriticky důležité pro normální vývoj a zapojení mozku…