КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА — ОПТИМАЛЬНАЯ ФОРМА ЦИРКУЛЯЦИИ В КРОВИ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ДЛЯ ПЕРЕНОСА В ЛОКАЛЬНОМ ПУЛЕ СПИННОМОЗГОВОЙ ЖИДКОСТИ ЗА ГЕМАТОЭНЦЕФАЛИЧЕСКИМ БАРЬЕРОМ

Аннотация

Не гематоэнцефалический барьер непроницаем для длинноцепочечных насыщенных, мононенасыщенных жирных кислот (ЖК). Эти ЖК слишком гидрофобны для переноса в гидрофильной спинномозговой жидкости при малом количестве альбумина белка-переносчика. Оптимальной транспортной формой для спинномозговой жидкости служат С4 ЖК, физико-химические параметры их оптимальны для переноса в столь гидрофильной межклеточной среде. Гидрофильность β-гидроксибутирата выше, чем ацетоацетата; он и доминирует в спинномозговой жидкости. На ступенях филогенеза гепатоциты вынужденно сформировали пул ЖК для обеспечения нервных клеток С4 ЖК — кетоновыми телами (КТ). На ранних ступенях филогенеза нейроны и астроциты для окисления в митохондриях и образования АТФ используют ацетил-КоА, который образуют из пирувата, из глюкозы. Из пула спинномозговой жидкости они поглощают КТ — субстрат для синтеза в нейронах более длинноцепочечных ЖК. Эти структуры из липидов обусловили реализацию когнитивной биологической функции нервной системы: позиционирование особи во внешнем окружении, единение метаболизма при действии внешних факторов и механизмов регуляции in vivo, формирование единого метаболизма на 3-м уровне относительного биологического совершенства. КТ — форма векторного переноса субстратов для построения структур центральной нервной системы при оптимальной доступности in vivo глюкозы. Кроме физиологичного субстрата — глюкоза → пирувата, нейроны и астроциты для наработки энергии могут компенсаторно, ограниченно окислять и ацетил-КоА, который митохондрии образуют из КТ. Как и в гломерулах нефрона, параметры активной фильтрации при действии гидродинамического давления в артериолах мышечного типа сочетаются с механизмами обратной связи. Факторы регуляции оптимального давления спинномозговой жидкости в желудочках мозга: а) гидродинамическое давление в артериолах мышечного типа хориоидных сплетений паутинной оболочки головного мозга и б) регуляторное действие локального, гуморального каскада протеаз в сообществе клеток: проренин → ренин → ангиотензин-I → ангиотензинпревращающий фермент (АТФ) → ангиотензин-II. На ступенях филогенеза клетки плотоядных (Сarnivore) отработали биохимические реакции глюконеогенеза из КТ, из ацетил-КоА, а травоядные (Нerbavore) сформировали липогенез из глюкозы, из пирувата, из ацетил-КоА. В филогенезе предшественниками соматических клеток являются археи: в митохондриях они нарабатывают АТФ из С4 ЖК — КТ. Предшественники клеток нервной ткани — фотосинтезирующие автотрофы; митохондрии их нарабатывают АТФ из пирувата, из глюкозы и афизиологично из кетоновых тел.

Об авторах

Список литературы

Fukao T., Mitchell G., Sass J.O., Hori T., Orii K., Aoyama Y. Ketone body metabolism and its defects. J. Hum. Evol. 2014; 77: 41-9.

Newman J.C., Verdin E. β-hydroxybutyrate: much more than a metabolite. Diabetes. Res. Clin Pract. 2014; 106 (2): 173-81.

Cahill G.F. Fuel metabolism in starvation. Annu. Rev. Nutr. 2006; 26: 1-22.

Paoli A., Bosco G., Camporesi E.M., Mangar D. Ketosis, ketogenic diet and food intake control: a complex relationship. Front. Psychol. 2015; 6: 27-35.

Титов В.Н. Клиническая биохимия. Курс лекций: Учебное пособие. М.: ИНФРА-М; 2017.

Баарс Б.Д. Мозг. Познание. Разум: введение в когнитивные нейронауки. Т. 2. М.: Лаборатория знаний; 2016.

Терехов В.А., Ефимов Д.В., Тюкин И.Ю. Нейросетевые системы управления. М.: Высшая школа; 2002.

Титов В.Н. Биологические функции (экзотрофия, гомеостаз, эндоэкология), биологические реакции (экскреция, воспаление, трансцитоз) и патогенез артериальной гипертонии. М.-Тверь: Изд-во «Триада»; 2009.

Xu X.P., Erichsen D., Börjesson S.I., Dahlin M., Amark P., Elinder F. Polyunsaturated fatty acids and cerebrospinal fluid from children on the ketogenic diet open a voltage-gated K channel: a putative mechanism of antiseizure action. Epilepsy. Res. 2008; 80 (1): 57-66.

Gano L.B., Patel M., Rho J.M. Ketogenic diets, mitochondria, and neurological diseases. J. Lipid. Res. 2014; 55 (11): 2211-28.

Александрова Е., Онищенко Г.Н. Сестринские анеуплоидные клетки асинхронно вступают в апоптоз, индуцированный циклогексимидом. Доклады Российской академии наук. 2004; 399: 507-9

Bras M., Queenan B., Susin S.A. Programmed cell death via mitochondria: different modes of dying. Biochemistry. 2005; 70 (2): 231-9.

Roy A., Ganguly A., BoseDasgupta S., Das B.B., Pal C. Mitochondria-dependent reactive oxygen species-mediated programmed cell death induced by 3,3’-diindolylmethane through inhibition of F0F1-ATP synthase in unicellular protozoan parasite Leishmania donovani. Mol. Pharmacol. 2008; 74 (5): 1292-307.

Westerterp K.R. Control of energy expenditure in humans. Eur. J. Clin. Nutr. 2017; 71 (3): 340-4.

Кувачева Н.В. Проницаемость гематоэнцефалического барьера в норме, при нарушении развития головного мозга и нейродегенерации. Журнал неврологии и психиатрии имени С.С. Корсакова. 2013; 113 (4): 80-5.

Рузаева В.А., Моргун А.В., Хилажева Е.Д., Кувачева Н.В. Особенности формирования гематоэнцефалического барьера при модуляции активности HIF в клетках астроглиальной нейрональной природы in vitro. Биомедицинская химия. 2016; 62 (6): 664-9.

Wolahan S.M., Prins M.L., McArthur D.L., Real C.R., Hovda D.A., Martin N.A. Influence of Glycemic Control on Endogenous Circulating Ketone Concentrations in Adults Following Traumatic Brain Injury. Neurocrit. Care. 2017; 26 (2): 239-46.

Corraliza I. Recruiting specialized macrophages across the borders to restore brain functions. Front. Cell. Neurosci. 2014; 8: 262-70.

Puchalska P., Crawford P.A. Multi-dimensional roles of ketone bodies in fuel metabolism, signaling, and therapeutics. Cell. Metab. 2017; 25 (2): 262-84.

Brekke E., Morken T.S., Sonnewald U. Glucose metabolism and astrocyte-neuron interactions in the neonatal brain. Neurochem. Int. 2015; 82: 33-41.

Sofou K., Dahlin M., Hallböök T., Lindefeldt M., Viggedal G., Darin N. Ketogenic diet in pyruvate dehydrogenase complex deficiency: short- and long-term outcomes. J. Inherit. Metab. Dis. 2017; 40 (2): 237-45.

Prins M.L. Cerebral metabolic adaptation and ketone metabolism after brain injury. J. Cereb. Blood. Flow. Metab. 2008; 28 (1): 1-16.

McKenna M.C., Scafidi S., Robertson C.L. Metabolic alterations in developing brain after Injury: knowns and unknowns. Neurochem. Res. 2015; 40 (12): 2527-43.

Moule V.S., Le Foll C., Philippe E., Kassis N., Rouch C., Marsollier N., Bui L.C. Fatty acid transporter CD36 mediates hypothalamic effect of fatty acids on food intake in rats. PLoS. One. 2013; 8 (9): e74021.

Chen Y., Liu L. Modern methods for delivery of drugs across the blood-brain barrier. Adv. Drug. Deliv. Rev. 2012; 64 (7): 640-65.

Мазунин И.О., Володько Н.В. Митохондрии: жизнь в клетке и ее последствия. Природа. 2014; 14: 3-16

McCarty M., DiNicolantonio J.J. Lauric acid-rich medium-chain triglycerides can substitute for other oils in cooking applications and may have limited pathogenicity. Open. Heart. 2016; 3 (2): e000467

Лебедев С.В., Петров С.В., Волков А.И., Чехонин В.П. Транслокация макромолекул через гематоэнцефалический барьер. Вестник Российской академии наук. 2007; 6: 37-49.

Титов В.Н., Пархимович Р.М. Филогенетическая теория общей патологии. Становление функции митохондрий при симбиозе бактериальных клеток и архей. Несостоятельность цикла Рендла, регуляция инсулином метаболизма жирных кислот и глюкозы. Клиническая лабораторная диагностика. 2016; 7: 388-96.

Титов В.Н., Дмитриев Л.Ф., Крылин В.А., Дмитриев В.А. Метилглиоксаль — тест нарушения биологических функций экзотрофии и эндоэкологии, низкого уровня глюкозы в цитозоле и глюконеогенеза из жирных кислот. Клиническая лабораторная диагностика. 2010; 3: 4-15.

Newman J.C., Verdin E. Ketone bodies as signaling metabolites. Trends. Endocrinol. Metab. 2014; 25 (1): 42-52.

Cotter D.G., Schugar R.C, Crawford P.A. Ketone body metabolism and cardiovascular disease. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2013; 304 (8): H1060-76.

Rojas-Morales P., Tapia E., Pedraza-Chaverri J. β-Hydroxybutyrate: A signaling metabolite in starvation response? Cell. Signal. 2016; 28 (8): 917-23.

Musa-Veloso K., Rarama E., Comeau F., Curtis R., Cunnane S. Epilepsy and the ketogenic diet: assessment of ketosis in children using breath acetone. Pediatr. Res. 2002; 52 (3): 443-8.

Grabaska M., Pierzchalska M., Dean M., Reiss K. Regulation of ketone body metabolism and the role of PPARα. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17 (12): 2093-110.

Stilling R.M., van de Wouw M., Clarke G., Stanton C., Dinan T.G., Cryan J.F. The neuropharmacology of butyrate: The bread and butter of the microbiota-gut-brain axis? Neurochem. Int. 2016; 99: 110-32.

Титов В.Н., Дугин С.Ф. Синдром транслокации, липополисахариды бактерий, нарушения биологических реакций воспаления и артериального давления. Клиническая лабораторная диагностика. 2010; 4: 21-37

Charbonneau M.R., Blanton L.V., DiGiulio D.B., Relman D.A. A microbial perspective of human developmental biology. Nature. 2016; 535 (7610): 48-55.

Otsuka M. Prevention of Alzheimer’s disease and nutrients. Brain. Nerve. 2016; 68 (7): 809-17.

Терещенко И.В., Каменских Я.А., Суслина А.А. Адипонектин в норме и патологии. Терапевтический архив. 2016; 12: 126-32.

Арушанян Э.Б., Щетинин Е.В. Мелатонин как универсальный модулятор любых патологических процессов. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2016; 60 (1): 79-88.

Шпаков А.О., Деркач К.В. Меланокортиновая сигнальная система гипоталамуса и ее функциональное состояние в условиях сахарного диабета 2-го типа и метаболического синдрома. Российский физиологический журнал. 2016; 102 (1): 18-33.

Park S., Kim D.S., Daily J.W. Central infusion of ketone bodies modulates body weight and hepatic insulin sensitivity by modifying hypothalamic leptin and insulin signaling pathways in type 2 diabetic rats. Brain. Res. 2011; 1401: 95-103

Ключевые слова