Glutamát sprostredkováva 75 percent excitačného prenosu v mozgu. Neuroprenášač produkujú neuróny aj gliové bunky.
V učení a pamäti má glutamát významnú funkciu. Ilustrácia: Michaela Mašánová
Vysoké koncentrácie glutamátu v mozgu vedci po prvýkrát pozorovali v tridsiatych rokoch dvadsiateho storočia. Už tieto pozorovania vyvolali špekulácie, že glutamát bude zohrávať pravdepodobne dôležitú úlohu v ľudskom tele.
Prvotnou indíciou, ktorá naznačovala, že tento neuroprenášač bude významný v elektrofyziologických procesoch, bola štúdia doktora Hayashiho v roku 1954.
V experimentoch totiž ukázal, že injekčne podaný glutamát do mozgu alebo krčných tepien vyvoláva kŕče. Premýšľal, že látka by mohla byť prenášačom v centrálnom nervovom systéme cicavcov.
O päť rokov neskôr, teda v roku 1959 Curtis so svojimi kolegami objavili, že glutamát vyvoláva depolarizáciu a excitáciu spinálnych neurónov.
V priebehu nasledujúcich rokov výsledok ich práce potvrdili a rozšírili ďalšie laboratória. Počiatočné nadšenie kleslo, keď výsledky experimentov ukázali, že glutamát môže excitovať prakticky každý neurón v mozgu.
Nadšenie vystriedali pochybnosti, že látka môže len nešpecificky dráždiť bunky a vôbec nemusí súvisieť s prenosom informácií medzi neurónmi či efektorovými bunkami.
Dnes je už známe, že glutamát je hlavný, rýchlo pôsobiaci excitačný neuroprenášač mozgových a miechových neurónov.
Nachádza sa všade v centrálnom nervovom systéme a podľa odbornej literatúry je dokonca zodpovedný až za ¾ excitačného prenosu v mozgu.
Rýchly excitačný neuroprenášač
Glutamát v mozgu nevytvárajú len glutamátergné neuróny, vo veľkom množstve ho produkujú aj gliové bunky, takzvané astrocyty.
Okrem excitačného pôsobenia sa podieľa aj na synaptickej plasticite, ktorá je dôležitá pre pamäť a učenie.
Neuroprenášač sa viaže na viacero typov receptorov. Vedci ich rozdeľujú na glutamátové a ionotropné receptory.
Metabotropné glutamátové receptory pôsobia cez G-proteíny a kaskádu druhých poslov. Označujú sa mGLUR1, mGLUR2, mGLUR3, mGLUR4, mGLUR5, mGLUR6, mGLUR7 a mGLUR8.
Ionotropné glutamátové receptory obsahujú iónové kanály pre sodíkové, draslíkové a vápnikové katióny. Odborníci ich rozdeľujú na NMDA, AMPA a kainátové receptory.
Zo synaptickej štrbiny odstraňujú glutamát nielen vysokoafinitné prenášače, ktoré sa nachádzajú na presynaptickej membráne neurónu, ale aj astrocyty, ktoré dokážu premeniť glutamát na glutamín. Ten následne gliová bunka vylúči do vonkajšieho prostredia, odkiaľ sa prenesie späť do nervových zakončení.
Chemický vzorec glutamátu. Zdroj: iStockphoto.com
Úloha glutamátu v učení a pamäti
V učení a pamäti má glutamát významnú funkciu. Podieľa sa na vzniku dlhodobých potenciálov (LTP) v mozgovej štruktúre, nazývanej hipokampus.
Práve hipokampus vedci považujú za kľúčovú časť mozgu v súvislosti s ustálením dlhodobej pamäti.
Experimenty ukázali, že pri vzniku LTP vyplavený glutamát aktivuje AMPA-receptory neurónov hipokampu, čo vedie k depolarizácii postsynaptickej membrány.
Depolarizácia spôsobuje okrem iného aj uvoľnenie Mg2+ z NMDA receptorov, čo umožní receptorom zareagovať na novú situáciu tak, že zmenia svoju priepustnosť pre Ca2+ ióny.
Opakovaný výlev glutamátu tak môže podnieť aktiváciu NMDA receptorov a výrazne zvýšiť koncentráciu Ca2+ vnútri bunky.
Zvýšené množstvo vápenatých katiónov vedie k sledu procesov, ktorých výsledkom je zmena v génovej expresii neurónov a novotvorba alebo zmena už existujúcich synapsií.
Čo sa stane, keď v mozgu nie je dosť glutamátu?
Znížená hladina glutamátu sa spája s viacerými ochoreniami. Je medzi nimi epilepsia, Huntingtonova choroba, ale aj Rassmusenovou encefalitída.
Epilepsia je ochorenie mozgu, pre ktoré sú typické epileptické záchvaty. Ide o krátke epizódy náhlej a prechodnej abnormálnej funkcie mozgovej aktivity. Prejavujú sa dočasnou stratou vedomia, vnímania, správania, ale aj hybnosti a citlivosti.
Podľa vedeckých štúdií hrá glutamát dôležitú úlohu pri vzniku i šírení záchvatov. Odborníci predpokladajú, že kľúčová môže byť pri tomto ochorení úloha mGLUR2 a AMPA receptorov.
Huntingtonova choroba je genetické ochorenie, ktoré ovplyvňuje celý centrálny nervový systém. U pacientov, ktorí ňou trpia, dochádza k degenerácii mozgových buniek, v dôsledku čoho u nich výrazne upadajú pohybové zručnosti, dochádza k úbytku kognitívnych funkcií aj k poruchám správania. Podľa vedeckých štúdií by Huntingtonova choroba mohla súvisieť so zmenou funkcie NMDA receptorov v mozgu.
Rassmusenova encefalitída je chronický zápal mozgu, pri ktorom bunky imunitného systému, takzvané T-lymfocyty napádajú mozgové tkanivo. Podľa vedeckých štúdií sú u pacientov trpiacich touto chorobou atakované najmä metabotropné glutamátové receptory mGLUR3.
Zápal spôsobuje trvalé poškodenie mozgových buniek, čo vedie k zníženiu funkcie jednej z hemisfér (buď pravej, alebo ľavej). Lekári rozlišujú dve fázy choroby: akútnu a chronickú.
Prvá fáza trvá približne 4 až 8 mesiacov. Medzi jej hlavné symptómy patrí slabosť na jednej strane tela (hemiparéza), strata zraku na jednej strane tela (hemianopsia), problémy s jazykom, učením či pamäťou. Následne u pacientov nastávajú epileptické záchvaty.
V chronickej fáze choroby sú pacienti často ochrnutí, naďalej trpia epilepsiou aj kognitívnymi poruchami. Postihnutie sa líši podľa toho, aká veľká časť mozgu je zasiahnutá.
Zdroje:
