Псилоцибин и СИОЗС. Сравнение эффектов

Псилоцибин — запрещенное к обращению в России галлюциногенное вещество, содержащееся в псилоцибиновых грибах.

С фармакологической точки зрения оно относится к так называемым серотонергическим галлюциногенам, связывается в основном с серотониновыми 2А рецепторами (5HT2AR, где 5HT — серотонин, 2А — наименование, R — рецептор).

Хочу обратить ваше внимание на статью Кархарта-Харриса The Therapeutic Potential of Psychedelic Drugs: Past, Present, and Future. Кархарт-Харрис небольшая рок-звезда этой части научного сообщества он смог в Имперском колледже Лондона провести исследования по эффектам псилоцибина и ЛСД на различные отделы мозга.

Псилоцибин проходит разные стадии исследования для лечения депрессий терминальных больных (раковых), зависимостей (алкоголь, табак) [1, 2]. Исследования славятся очень интересными результатами и очень маленькой выборкой. Последнее — следствие того, что подобные исследования во многом финансируют частные лица (обычные люди), а не государственные гранты.

В данной статье Кархарт-Харрис сравнил эффекты пост-синаптического функционирования 5HT2A и 5HT1A рецепторов. Первые активно задействуют серотонергические галлюциногены, вторые — селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС, SSRI), стандарт в фармакологическом лечении депрессии. Мы помним скрининги Волша, что только у части депрессивных людей низкий серотонин. У некоторых он даже избыточный. И что SSRI нельзя давать людям с избытком метиловых групп в организме. Заметная часть стрельбы в американских школах была открыта overmethylated подростками под SSRI.

псилоцибин и сиозс

Рисунок, как говорят американцы, self-explanatory. СИОЗС работают через лимбическую систему, псилоцибин через кору. СИОЗС притупляют отклик лимбической системы, псилоцибин вносит энтропию (хаос) в работы коры, подавляя гиперактивные отделы-фильтры, в частности Default Mode Nework.

Принятие псилобицина приводит к более свободному и нетривиальному мышлению (в том числе за счет эффекта «смерти эго»), SSRI снижают стресс, агрессию и тревогу.

В итоге СИОЗС эмоционально притупляют человека, в то время как псилоцибин повышает эмоциональную связь человека с окружающим миром и облегчает высвобождение эмоций. Потому что это кора со своими «современными» функциями обратной связи, а СИОЗС — лимбическая «древняя» система.

Завершаю заметку цитатой самого Кархарта-Харриса: «На мой взгляд, если науке будет разрешено прогрессировать без вмешательства политики, что мешало ей в прошлом, псилоцибин с психиатрической поддержкой будет ранним лечением депрессии».

В конце хочу еще раз напомнить, что псилоцибин запрещен к обращению на территории России и что его нельзя смешивать с SSRI, можно получить серотониновый синдром.

Ссылки по теме:

 

  1. Potential Therapeutic Effects of Psilocybin
  2. Therapeutic Applications of Classic Hallucinogens
Поделиться:

Митохондрии и нейротрансмиттеры

Митохондрии – сенсор клетки, датчик окружающей среды. Данную формулу я воспринимаю как факт. Факты неплохо иногда проверять. Мое предположение состояло в том, что функция митохондрий должна влиять на активность нейротрансмиттеров. Не стресс – изменение экспрессии ДНК через эдноплазматический ретикулум – разные сигнальные пути – адаптация. А прямо и топорно, плохо митохондриям – что-то не так с нейротрансмиттерами.

Долго искать не пришлось. Уже цитируемый мной Мартин Пикард с коллегами опубликовал в PNAS статью «Митохондриальная функция модулирует нейроэндокринный, метаболический, воспалительный и транскриптоный ответ на сильный физиологический стресс». Начну с картинки.

митохондрии

Взяли несколько групп мышей. И разными хитрыми способами подавили им часть функции митохондрий, затем заставили заниматься и смотреть уровень всего чего хотели до и после.

  • WT – нормальные мыши
  • ND6 – подавленный на 29% комплекс 1 мутацией мтДНК;
  • COI – подавленный на 40% комплекс 4 мутацией мтДНК;
  • ANT1 – подавили аденин нуклеодит транслокатор 1 (кодируется клеточной ДНК, передает АТФ из матрикс в цитозоль клетки);
  • NNT – нуклеотид трансгидрогеназа (кодируется клеточной ДНК, отвечает за некоторые восстановительные процессы в митохондрии).

Было 2 когорты тестирования: физический стресс 30 минут – 90 минут восстановления или 60 минут физического стресса

Во всех группах, кроме NNT (но там свои проблемы, не будем вдаваться в детали), концентрация контикостерона (аналог кортизола у человека) была выше, чем у WT (группой с нормальными митохондриями. Это говорит о связи митохондрий с осью Гипоталамус-Гипофиз-Надпочечники (HPA Axis). Можно говорить о взаимных связях митохондрий с симпатической и парасимпатической нервной системой.

Вот ради чего я и затевал чтение этой статьи. Налицо дисбаланс уровня нейтротрансмиттеров у групп с пораженными митохондриями по сравнению с нормой. Исследователи довольно обстоятельно разбирают каждый случай. Мне же достаточно того, что функция митохондрий влияет как минимум на концентрацию нейротрансмиттеров.

Также митохондриальная функция влияла на уровень глюкозы и триглицеридов во время стресса и на скорость прихода показателей в норму.

Стрессовый уровень аминокислоты также был разные в каждой «дефектной» группе и отличался от нормы.

Тоже самое с провоспалительными цитокинами (IL-6) и экспрессией генов (но это ожидаемое).

Итог

Все верно, митохондрии – сенсор окружающей среды (энтропии, если хотите отсылки к книге «Что такое жизнь?» Шрёдингера). Их функция прямо влияет как на ось Гипоталамус-Гипофиз-Надпочечники (и далее везде), так и на уровень нейтротрансмиттеров.

Поделиться:

Кетогенная диета и нервная система

Кетогенная диета – высоко жировая диета, когда большая часть органов и мозга начитают питаться не глюкозой, а жировыми кислотами и кетонами. Коппел и Свердлов опубликовали в журнале нейрохимии обзорное исследование «Нейрокетотерапия: современный взгляд на вековую терапию». Как всегда, в конце выводы для тех, кому не очень интересно читать нюансы биохимии.

История кетогенной диеты

Еще Гиппократ рекомендовал лечить эпилепсию голоданием. Исторически было хорошо известно, что продолж

ительное голодание снижает частоту и силу припадков. Вспомните картину «Преображение» Рафаэля, где справа внизу картины нарисован мальчик, у которого заканчивается приступ. Можно только поражаться мастерству Рафаэля, потому что он изобразил мальчика, выходящего из конвульсий, то есть исцеленного. Это эпизод из 17 главы Евангелия от Матфея, как раз где есть по-библейски глубокая фраза «если вы будете иметь веру с горчичное зерно и скажете горе сей: «перейди отсюда туда», и она перейдет; и ничего не будет невозможного для вас». К Иисусу подошел мужчина и попросил исцелить «бесноватого» отрока. Иисус его исцелил, а на вопрос как ответил: «сей же род изгоняется только молитвою и постом». Традиционно это считается описанием лечения эпилепсии.

Кетогенная диета появилась как имитация эффектов голодания на эпилепсию, но без сильно

 

катаболической части, которая неизбежно сопровождает продолжительное голодание.

С изобретением антиконвульсантов популярность кетогенной терапии сначала упала, но с 90-х ее популярность начала возвращаться. Был даже снят телефильм «Не навреди» о ребенке-эпилептике, не реагирующим на лекарства. Сейчас кето-диета используется в первую очередь для лечения устойчивой лекарствам эпилепсии, для снижения дозировок и, соответственно, снижения побочных эффектов антиконвульсантов (вроде вальпроевой кислоты).

Кетогенез

У млекопитающих к кетозу приводит продолжительное голодание. В результате снижается концентрация инсулина в крови и повышается концентрация глюкагона. Активность глюкагона приводит к гликогенезу (расщеплению гликогена до глюкозы) и глюконеогенезу (синтезу глюкозы из белков и в меньшей степени жиров). Снижение инсулина способствует липолизу белой жировой ткани, что приводит к увеличению концентрации жировых кислот и бета-оксидации.

Бета-оксидация жировых кислот происходит в печени, где создается много ацетил-КоА. Как только количество ацетил-КоА начинает превышать способности цикла Кребса его «переработать», ацетил-КоА уходит на другие нужды: синтез холестерина или кетогенез.

2 молекулу ацетил-КоА объединяются ферментом тиолазой в ацетоацетил-КоА. Затем добавляется третья молекула ацетил-КоА и получается бета-гидрокси-бета-метилглюкарил-КоА (HMG-CoA), реакция проводимая ферментом HMG-CoA синтазой. Реакция HMG-CoA синтазы – ограничивает скорость химической реакции в кетогенеза. HMG-CoA лиаза освобождает две углеродные группы с созданием одной молекулы ацетил-КоА и одной молекулы ацето-ацетата. Ацето-ацетат – первое кетоновое тело, создаваемое во время кетогенеза. Далее ацето-ацетат восстанавливается с помощью NADH и бета-гидроксибутират дегидрогеназы 1 (BHD1) до самого распространенного кетонового тела в нашем организме – бета-гидроксибутирата. Схематически это отображено на рисунке ниже.

Дефицит HMG-CoA лиазы предотвращает кетогенез. При продолжительном голодании дефицит этого фермента приводит к патологическому состоянию гипогликемии и низкой концентрации кетонов одновременно. Это состояние часто ассоциируется с приступами.

Небольшая часть ацетоацетата без участия энзимов теряет углеродные группы (декарбоксилирование) и превращается в ацетон. Ацетон токсичен в больших количествах. В печени конвертируется через метилглиоксальный путь. Так как ацетон крайне летучий, то есть уровень его производства превышает способность печени его конвертировать, то он выделяется через дыхательную систему. В итоге ацетон не достигает заметной концентрации во время кетогенной диеты или голодания.

Синтез бета-гидроксибутирата (BOHB) и ацетоацетата дает 2 молекулы ацетил-КоА и оксидацию NADH.

Кетоны в организме синтезируют гепатоциты и астроциты. В ответ на повышение жира в диете астроциты начинают синтезировать кетоны, обратная связь через вентромодальные нейроны гипоталамуса. Напомню, что есть астроцито-нейронный лактатный шатл (ANLS), когда астроциты перерабатывают глюкозу в лактат и отправляют его в нейроны. Вспоминайте идеи Добромыльского.

Кетолиз

После синтеза в печени монокарбоксильные кислотные транспортеры высвобождают кетоны в кровь, и те становятся доступными органам. После пересечения ГЭБ [транспортеры] MCT 1 и 2 доставляют кетоны в астроциты и нейроны соответственно. Кетоны протаскиваются через цитоплазму в митохондрии, где их и перерабатывают. Переработка кетонов похожа на обратный порядок их создания, но есть некоторые отличия.

В частности, для расщепления ацетоацетата нужен фермент сукцинил-КоА:3-кетокислота трансфераза (SCOT). В гепатоцитах печени отсутствует этот фермент. Гепатоциты печени могут создавать, но не могут потреблять кетоны. Что и объясняет особую роль в печени в кетогенезе.

Схема расщепления кетонов указана на рисунке выше. Все заканчивается в цикле Кребса и дыхательной цепи переноса электронов.

Кетоны сами по себе подавляют гликолиз и стимулируют окислительное фосфорилирование. Так как окисление бета-гидроксибутирата до ацетоацетата сопровождается восстановлением NAD+ до NADH, это само по себе питает комплекс 1 и снижает потребность в глюкозе.

Также кетоны доставляют углерод в цикл Кребса, тем самым повышая его анаплероз (наличие субстратов для каскадных реакций цикла).

Кетоны способствуют синтезу гамма-аминомасляная кислоты (GABA) из глутамата. Также ацетил-КоА в соединении с холином (допустим, из яиц) приводит к синтезу ацетилхолина. Поэтому кетоны влияют не только на биоэнергетику, но и на уровень нейротрансмиттеров.

Кетоновые тела и функция митохондрий

Кетогенная диета усиливает экспрессию белков дыхательной цепи и разобщающего белка 1 (UCP 1, термогенин). Что способствует «бурению» жировой ткани, переключая поток электронов с создания АТФ на генерацию тепла. Также повышенная вытечка протонов в матрикс смягчает генерацию реактивных видов кислорода и азота, позволяя избегать гиперполяризации.

Экспрессия UCP4 и UCP5 увеличилась у крыс в 1,5 раза во время кетоновых добавок. У нейронов экспрессия UCP4 была наиболее сильна, у астроцитов наименее. Кетогенная диета повышает экспрессию UCP4 и UCP2 в гиппокампальной зубчатой извилина крыс, что защищало животных от негативных эффектов химических ингибиторов комплекса 1 и комплекса 2.

Если коротко, то кетоны имеют нейрозащитный эффект с помощью повышения экспрессии разобщающих белков (UCP). Предположительно в этом задействован сигнальный путь Nf-Kb (эн-эф-каппа-би) и увеличенное производство АТФ через поток электронов на комплекс II.

Кетогенная диета воздействует на RONS не только регуляцией экспрессии разобщающих белков. У крыс через 3 недели кето-диеты повышался уровне глутатиона (мощный клеточный антиоксидант). Предположительно за счет влияния на фермент глутамат цистеин лигазу (GCL), чье количество ограничивает синтез глутатиона.

Относительно самих реактивных видов, как помните, кетогенная диета изначально повышает их производство, что активирует сигнальные пути реакций на оксидативный стресс (Nrf2).

Кето-диета питает различные белковые структуры, что в одном из исследований приводило к росту количества митохондрий в гиппокамальной зубчатой извилине крыс. Хотя не совсем ясно за счет чего это произошло: усиление биогенеза митохондрий, снижения митофагии, комбинации обоих или чего-то еще.

Кетоновые тела и посттрансляционная модификация белков

Бутират способствует ацетилированию гистонов. Повышенные уровни бета-гидроксибутирата подавляют гистон деацетилазы 1, 3 и 4 и повышают ацетилирование гистоновых «хвостиков». Ацетилирование усиливает экспрессию генов, связанных с FOXO3A (фоксо три) белком. Нарушения функции этого белка связаны с туморогенезом, ростом опухолей. Один из генов, зависимых от FOXO3 – тот, которые регулирует активность марганец супероксид дисмутазы (MnSOD) и каталазы, которая дисмутирует О2 супероксид.

Также кетоны модифицируют остатки лизина со схожим эффектом.

Кетоновые тела и экстраклеточные сигналы

Помимо усиления сигнальной экстраклеточной функции, BOHB может функционировать как экспраклеточный рецепторный лиганд. В частности, BOHB является агонистом HCA2-рецепторов, они же GPT 109A. Опуская детали, это приводит к подавлению сАМФ (циклический аденозин монофосфат), который связан с производством про-воспалительных цитокинов. Грубо говоря, кетогенная диета обладает противовоспалительным эффектом, что экспериментально подтверждено и есть понимаемый механизм этого эффекта.

Также бета-гидроксибутират является агонистом GPR41 рецептора (он же FFA3). Что подавляет активность симпатической нервной системы, в основном в симпатических ганглиях.

Кетогенная диета и BDNF

Кето-диета усиливает экспрессию нейротрофического фактора мозга (BDNF). То есть способствует пролиферации старых и развитию новых нейронов, синаптической пластичности и синаптических связей. BDNF активирует целую цепочку сигнальных путей, которые способствует здоровью наших нейронов. Подробнее в тексте исследования, а то я боюсь потерять немногочисленную аудиторию, которая дочитала до этого места.

Кетогенная диета и неврологические болезни

Кетоны и развитие ЦНС

Кетоны играют критически важную роль в развитии мозга. Окисление кетонов начинает во время развития плода. Материнское молоко кетогенное, так как содержит большое количество средне цепочных триглицеридов (MCT). Значительная часть энергопотребности мозга младенца «закрывается» кетонами. Блокировка кетогенеза усиливает припадки у щенков крыс.

Кетоны – основной субстрат синтеза жиров в период резкого роста мозга.

Эпилепсия

Эпилепсия включает в себя аберрантную синхронную деполяризацию нейронов ЦНС. Обычно проявляется как пароксизмальные нарушения сознания и моторной функции. Терапевтический механизм кето-диеты во время эпилепсии продолжает быть спорным, не смотря на вековую историю применения.

Кетогенная диета повышает концентрацию GABA и снижает активность глутамата (преобразуя его в GABA). То есть мы говорим о снижении экзитотоксичности (exitotoxicity) глутамата.

Также в эпилепсии играют роль чувствительные к АТФ калиевые каналы (ATP-sensitive potassium channels). Повышенный синтез АТФ в кетозе может воздействовать на эти каналы, влияя на поляризацию мембраны.

Нейроны черного вещества базальных ганглий гораздо реже «выгорали» в присутствии BOHB и ацето-ацетата.

Также кетоны взаимодействуют с PPAR-гамма-2 рецептором, «модной» целью эпилептических разработок.

Болезнь Альцгеймера

Внутриклеточные тау-нейрофибрильные сплетения, накопление амилоид-бета бляшек, смерть нейронов, дисфункция митохондрий, гипометаболизм глюкозы – отличительные гистологические признаки болезни Альцгеймера.

Подавление функции белков дыхательной цепи коррелирует с накоплением амилоидных бляшек.

В общем кетоны частично помогают с этими проблемами. Лучше даже [предполагаю] кетоны + периодическое голодание (аутофагия).

Чуть меньше информации о пользе кетогенной диеты при инсульте, травмах мозга, боковом амилоидном склерозе, болезни Гентингтона, болезни Паркинсона, рассеянном склерозе.

Эффекты кетогенной диеты на ЦНС представлены на рисунке ниже и в выводах.

кетогенная диета

Выводы:

  • Кетоны начинают синтезироваться, когда концентрация ацетил кофермента А превышает возможности цикла Кребса его переработать;
  • Сначала синтезируется ацетоацетат, затем из него получаются бета-гидроксибутират и ацетон;
  • Ацетон перерабатывается печенью или выходит через дыхательные пути, в кето-диете и во время голодания его концентрация не достигает значимых уровней;
  • Кетоны в организме создают гепатоциты и астроциты;
  • Гепатоциты печени производят кетоны, но сами не могут их потреблять;
  • Кетоны подавляют метаболизм глюкозы, дают субстрат для каскадных реакций цикла Кребса, способствуют повышению уровней нейтротрасмиттеров GABA и ацетилхолин;
  • Кетогенная диета способствует экспрессии термогенина и бурению жира;
  • Кето-диета обладает нейрозащитным эффектом и повышает уровень антиоксиданта глутатиона;
  • Изначальное увеличение реактивных видов кислорода и водорода на кето-диете приводит к защитной реакции организма, которая заметно снижает оксидативный стресс;
  • Кетогенная диета повышает общую массу митохондрий по крайней мере в некоторых отделах мозга, но не очень ясно за счет чего (митохондрии дольше живут и меньше «болеют» или их становится больше итд);
  • Кетоны через ацетилирование гистонов влияют на экспрессию генов ДНК; в частности усиливают экспрессию FOXO3 (борьба с опухолями) и супероксид дисмутазу;
  • Кетогенная диета обладает противовоспалительным и анти-стрессовым эффектом;
  • Кето-диета усиливает экспрессию нейротрофического фактора мозга, что способствует здоровым нейронам со здоровыми связями;
  • Материнское молоко кетогенное, и кетоны играют важную роль в нормальном развитии мозга;
  • Кетогенная диета может быть полезная для целого ряда нейродегенеративных заболеваний.

 

 

Поделиться:

MICOS. Mitochondrial contact site and cristae organizing system

MICOS (я не знаю как точно перевести) и cristae junctions – раздел физиологии митохондрий, который я не охватил в заметке про белковые структуры этих органелл.

Как помните, то кристы внутрь матрикса втягивают ряды димеров АТФ-синтазы. Чтобы форма держалась, ее неплохо бы придерживать в основании. За это и отвечают cristae junctions и MICOS.

Cristae junctions (я раньше переводил «места крепления крист», что неточно), это часть изгиба крист у «бутылочного горлышка».

Так схематически выглядит расхождение cristae junctction и высвобождение цитохрома с цитозоль клетки (с последующим апоптозом).

Или вот. Кристы и cristae junction пивных дрожжей (S. Cerevisiae, отсюда).

Считается, что cristae junctions – диффузионный барьер для белков и небольших молекул. Судя по всему, это пространство внутри крист нужно для оптимального синтеза АТФ.

MICOS

MICOS (он же MINOS), как видите, состоит из нескольких компонентов с различными функциями. Mic60 отвечает за крепление крист к внешней мембране. Последние знания по теме можно почерпнуть из одноименной названию заметки статьи.

С нарушение в структуры крист (в том числе и MICOS) связали уже ряд заболеваний.

Хотел написать изначально много текста, но потом решил, что наглядные картинки с коротким пояснением будет лучше.

Поделиться:

Потенциал мембраны митохондрий, цикл Кребса, HIF-1 и реактивные виды кислорода

Потенциал мембраны митохондрий – это тема, которая меня давно интересовала. Откуда берется, какие преимущества дает организмам.

«Цикл лимонной кислоты и потенциал мембраны митохондрий необходимы для разнообразных биологических функций». Поиск отличной статьи про потенциал мембраны увенчался успехом. Гилберт Линг присовокупив к биологии электростатику и индукционные взаимодействия белков объяснял потенциал мембраны. Но биологов такие физические вопросы зачастую ставят в тупик. Эта блестящая работа, хоть не отвечает на все вопросы, стоит пристального изучения.

Как изучают подобные вещи биологи? Им нужно физически, фармакологически или как-то еще точечно подавить ту или иную функцию. Затем смотреть, что ее подавление будет означать для организма. Если содержание будет казаться вам скучным – переходите к выводам.

ρ0 клетки (ро-зеро клетки) – это клетки без митохондриальной ДНК (мтДНК). Если помните мою недавнюю заметку о белковых структурах митохондрий, то эти органеллы кодируют сами только 13 белков. Остальное митохондрии получают от клетки. Цикл Кресба (лимонной кислоты) создает субстраты NADH и FADH2, которые доставляют электроны дыхательной цепи митохондрий (ЭТЦ), которая использует кислород как финальный акцептор электронов. Более важно, что комплекс I, III и IV создают протоновый градиент в межмембранном пространстве, который необходим для работы АФТ-синтазы. Потенциал мембраны играют важную роль в транспорте белков из цитозоли в митохондрию. Также не стоит забывать, что митохондрия играет важную сигнальную роль для клетки. Например, реактивные виды кислорода (ROS) через окисления белковых тиолов приводят к выбросу цитрата, создающего ацетил-КоА. Ацетил-коА в цитозоле приводит к ацетилированию ДНК, то есть к эпигенетической регуляции экспрессии генов. Или белковый димер HIF-1, который отвечает за реакцию клетки на гипоксию.

В митохондрии есть фермент полимераза-γ (POLG). Подавление полимеразы-гамма приводит к потере мтДНК способности к репликации без воздействия на ДНК клетки. Подавления POLG исследователи добились доксициклином (антибиотик). Затем они генетические вывели dominant negative POLG клетки (DN-POLG), то есть клетки без мтДНК.

Потеря мтДНК снижала ацетилирование H3 гистоновых «хвостиков». При этом не воздействуя на метилирование. Как метилирование и ацетилирование гистнов влияет на экспрессию генов читайте в заметке про метилирование. То есть мтДНК влияет на экспрессию генов самой клетки.

Чтобы восстановить цикл Кребса в клетках без мтДНК, исследователи «добавили» 2 белка, несуществующих у млекопитающих. От S. cerevisiae взяли NDl1 (альтернатива NADH дегидрогеназы, то есть комплексу I) и т C. Intestinalis AOX (альтернативную оксидазу), которые передают электроны, при это НЕ выкачивая протоны. NDl1 может окислять NADH, таким образом восстанавливая функцию переноса электронов комплекса I. AOX может переносить электрон от юбихинола к кислороду (пропуская комплексы III и IV). В клетках без мтДНК комплексы I, III и IV не функционируют. Так что в наших ρ0 клетках NDl1 и AOX теперь отвечают за перенос электронов, восстановление NAD+ и FAD и за восстановление активности цикла Кребса. Восстановленная активность цикла лимонной кислоты привода приводила к пролиферации DN-POLG клеток.

При этом без выкачки протонов нет работы нано-ротора АТФ-синтазы, синтеза АТФ и, de facto, теряется потенциал мембраны. Это очень глубокая находка и это же объяснял Гилберт Линг, но с помощью физики. АТФ создает потенциал мембраны. Клетки без работы АТФ синтазы вынуждены полностью полагаться на гликолиз. И когда глюкозу заменяли на галактазу, то клетка умирала.

DN-POLG клетки пытались восстановить потенциал мембраны за счет выкачки протонов через саму АТФ-синтазу. F0F1 (обычно F1F0 – это обозначения частей димера) путь протонов, для выкачки которых использовалась энергия АФТ (преобразование АТФ4- в АДФ3-), полученной за счет гликолиза. По подсчетам авторов 13% всей АФТ от гликолиза уходило на выкачку протонов через АТФ синтазу, чтобы создать потенциал мембраны. В митохондриях есть белок ATPIF1, который эндогенно блокирует подобную выкачку протонов. Этого белок уничтожали технологией CRISPR (криспер).

DN-POLG ATPIF1 knockout клетки улучшали пролиферацию, а их митохондрии восстанавливали потенциал мембраны, который в свою очередь приводит к созданию реактивных видов кислорода (ROS) и активации HIF-1 димера, отвечающего за чувствительность клетки к кислороду. Без потенциала, напомню, митохондрии не могут транспортировать белки из цитозоли клетки.

При восстановлении цикла Кребса и потенциала мембраны у клеток без мтДНК, их пролиферация возвращалась в норму.

HIF-1 димер состоит из двух частей. HIF-1α часть чувствительна кислороду, HIF-1β часть нечувствительна к кислороду. При нормальном уровне кислорода HIF-1α гидроксилируется у определенных пролиновых остатков при помощи пролил-гидроксилазы, тем самым делая ее цель деградации протеазой. Гипоксия снижает гидроксилирование HIF-1α, стабилизируя ее и димениразилированием отделяя ее от HIF-1β, что активирует гены, отвечающие за адаптацию к гипоксии. Активация HIF-1 способствует пролиферации клетки. Здесь пора салютовать Виму Хофу, монахам Туммо и всем тем, кто догадался совместить закаливание с контролируемой гипервентиляцией, которая приводит к легкой гипоксии мозга по физиологическим причинам.

потенциал мембраны митохондрий

Выводы:

АТФ создает потенциал мембраны митохондрий (мне нужно заставить себя расписать идеи Линга, чуть позже поясню почему);

Клетки без мтДНК имеют ту же продолжительность жизни при восстановленных цикле Кребса и потенциале мембраны митохондрий;

Для создания реактивных видов кислорода и стабилизации HIF-1 необходим большой потенциал мембраны;

Реактивные виды кислорода жизненно необходимы для ряда функцией, в то числе для экспрессии генов за счет ацетилирования ДНК;

Стабилизация HIF-1α приводит к пролиферации клетки. Связь мне еще до конца не ясна, но это говорит о том, что пранаямы работают.

 

Поделиться:

Депрессия и гормоны щитовидной железы

Депрессия — одно из самых распространенных психических расстройств. Мой домашний DSM-V (диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам) подсказывает, что в США распространенность порядка 7% населения. Женщины болеют в 1,5-3 раза чаще мужчин. Молодые люди 18-29 болеют в 3 раза чаще, чем пожилые люди 60+

В современном мире депрессия лечится смесью фарм-поддержки и поведенческой терапии. Отдельно продвинутые граждане вроде MAPS пытаются испытывать псилоцибин для лечения депрессии терминальных раковых больных. И это всё очень логично. Поведенческая терапия (ваши регулярные терапевтические сессии с лечащим врачом) — классический инструмент в психиатрии. Не дает быстрых результатов, долго кормит доктора, все довольны. Открытие нейротрансмиттеров закончилось изобретением фармакологических способов воздействия на них и их рецепторы.

Для психиатра будет логично искать проблему: в генетике, в окружении, в привычках, в самом человеке, физиологических и психосоматических особенностях работы его мозга, в образе жизни. Но попытка найти ответы на эти вопросы и антидепрессанты могут не помочь. Особенно продвинутый врач будет знать о вспомогательной терапии нутриента Волша или об положительных эффектах некоторых серотонергических галлюциногенов. А в друг и это не поможет, потому что проблема совсем в другом. Например, в гормонах, особенно в щитовидных.

На помощь я хочу призвать себе исследование Рассела Джоффе «Гормональное лечение депрессии«.

Следующие гормоны используются для помощи в лечении депрессии:

  • щитовидные гормоны;
  • гонадальные гормоны;
  • мелатотин;
  • гормоны надпочечников;

Распространенные признаки гипотиреоза:

  • повышенная мерзливость;
  • сухая кожа;
  • повышенная усталость, сонливость, отсутствие сил

Последнее, как вы понимаете, является одним из классических симптомов депрессии. Проблема в том, что депрессия — это набор симптомов, за которыми могут стоять разные причины. В том числе дисбаланс тех или иных гормонов.

Одно из самых выписываемых рецептурных лекарств в США — synthroid (мнн — левотироксин) компании Abbvie (больше 20 млн рецептов у врачей в месяц, если что, это гигантское количество), из них 48% off-label для лечения депрессии.

Логика в лечении депрессии синтетическими гормонами щитовидной железы есть, решил закопаться в исследования.

У ТРГ очнеь быстрое время действия. По ТТГ только одно исследование из 20 человек без повторных исследований. Поэтому фокус идет на Т3 и Т4. Чаще всего используется для лечения депрессии как раз Т3. Как вы помните, Т3 синтезируются во много переферийно из Т4, и делает это особенно усиленно в присутствии большого количества углеводов в диете.

Т3 используется для:

  • в начальных неделях терапии, чтобы ускорить эффект антидепрессантов;
  • повышения чувствительности к антидепрессантам там, где этого нет;
  • усиления эффекта антидепрессантов;

По этом трем направлениям есть неплохой пул исследований, хотя и далеких от идеала по своему качеству. Речь идет в первую очередь о селективных ингибиторах обратного захвата серотонина (SSRI), и того как Т3 помогает их эффекту.

Т4 используется примерно также + для стабилизации настроения у больных биполярным расстройством с быстрой сменой фаз мании и депрессии (обычно месяцами).

Если быстро пробегаться по другим гормонам. Низкий тестостерон усиливает депрессию. Исследования о влиянии экзогенного тестостерона есть, но довольно непоследовательные. Дальше автор ударяется в ПМС и говорит о частичной эффективности агонистов гонадолиберина для снятия депрессивных симптомов ПМС. Мелатонин, неудивительно, улучшал сон, но не влиял на депрессию. С антагонистами кортиколиберина тоже ничего интересного нет.

Вывод:

Если у вас функциональные признаки гипотиреоза (мерзнете, усталость, сухая кожа итд), то занимайтесь своим здоровьем, это может кончиться куда хуже, в том числе затяжной депрессией.

Поделиться:

Кислотно-щелочной баланс клетки и здоровье

Кислотно-щелочной баланс (pH) – это прекрасный маркер, через призму которого мы можем получить ряд выводов о работе клетки. Я много писал об электронах как источниках энергии, но именно протоны определяют pH, необходимый для геомеостаза клетки. Напомню, что pH сильно влияет на белковые структуры, может как нарушать некоторые связи, так и создавать их. Особо интересующимся рекомендую статью «Сенсоры и регуляторы внутриклеточного pH». Я буду брать информацию оттуда крайне выборочно.

Специализация внутри клетки приводит к тому, что у различных органелл разный pH.

Кислотно-щелочной баланс клетки

Рисунок 1. Кислотно-щелочной разных внутриклеточных компонентов. pH отдельных органелл и компонентов в прототипической клетке млекопитающего. Значения собраны из разных источников. pH митохондрии относится к матриксу.

Клетка постоянно подвергается ацидификации двумя путями:

  • Негативный электрический потенциал вокруг клетки притягивает в нее ионы и выталкивают отрицательно заряженные основания HCO3-;
  • Кислотные субстраты являются побочным продуктом различных метаболических реакций (в том числе синтеза АТФ, мышечные сокращения, активация лейкоцитов патогенами)

Авторы пишут, что энергия для «выталкивания» протонов напрямую и не напрямую дается АТФ. Сразу хочу напомнить версию Линга, к которой я вернусь уже на этой неделе. Что структура живой клетки определяется белками, ионами солей и водой. И что индукционные и электростатические свойства белков определяют во многом наши клетки. Что в полноразвернутых конформациях белков (которым способствует щелочной pH) CO и NH основы усиливают дипольный момент воды, и что протоны крупных молекул выталкиваются по термодинамическим причинам без затраты энергии. Линг очень хорошо критиковал идеи «протоновых насосов», потому что им неоткуда брать столько энергии для всех вкачиваний/выкачиваний.

Побочным продуктом синтеза АТФ является углекислый газ (CO2). Он довольно быстро реагирует с водой (не без помощи некоторых ферментов), образуя угольную кислоту (CO2 + H2O <> H2CO3 <> HCO3- + H+), понижая кислотно-щелочной баланс (делая его более кислотным). Как видите, и бикарбонаты могут спонтанно соединяться с протонами Н+ с образованием угольной кислоты. Раз ацидификация происходит во время синтеза АТФ, значит она происходит постоянно. С ацидификацией, возвращаясь к Лингу, белки могут образовывать водородные и солевые связи, что приведет к снижению поляризации окружающей воды и как следствие по термодинамическим же причинам в клетку смогут проникать ионы с более крупной молярной массой (вроде Na+).

Кислотно-щелочной баланс митохондий выше из-за выкачки протонов (особенностей их функции). pH лизосом (которые занимаются аутофагией) логично кислотный, так как это необходимо для их функции (разрушение белковых структур).

Один из способов регуляции pH – ферменты карбонат ангидразы. Если ее ингибировать фармакологически, то можно не только получить алкалоз и вывести кучу воды с Na+ (диуретический эффект).

Na+ внутрь (из-за сниженного pH), HCO3- внутрь и Cl- наружу приводит к повышению клеточного pH. Если мы возьмем идеи Линга, процесс получается почти что автоматическим.

Последнее, что хочу отметить – это ацидификация при хронических заболеваниях. О чем красноречиво говорит рисунок ниже.

Попытки повлиять диетой (деля еду на кислотную и щелочную) ущербны, ненаучны и безрезультатны. Но можно меньше причинять вреда своему организму, не создавая дополнительных проблем для его гомеостаза.

P.S. Если коротко суммировать смысл написанного, то производство АТФ приводит к снижению pH, что вынуждает организм защищаться. Посыл очень простой — жизнь вас убьет на сама по себе, не надо для этого ничего дополнительного делать.

Поделиться:

Митохондрии. Структура и функции белковых комплексов мембраны

Митохондрии (МТ) – одно из самых интересных мне направлений исследований. Объединение митохондрий с другой клеткой в ходе эндосимбиоза около 1,6 млрд лет назад стало основной всех многоклеточных эукариотов со сложной структурой. Предположительно митохондрии произошли от клеток, напоминающих α-протеобактерии.

Лучшее обзорное исследование последнего времени по митохондриях – работа Вернера Кулбрандта «Структура и функция митохондриальных белковых комплексов мембраны». Если вы знаете английский язык и интересуетесь устройством этих органелл, то настоятельно рекомендую к прочтению. Эта статья так хороша, что может быть смело главой хорошего учебника по молекулярной биологии. Сначала я хотел перевести всю статью, но это бы заняло непростительно много времени и оторвало бы от других дел. Поэтому ограничусь тезисами и картинками. Периодически разбавляя все своими мыслями.

Митохондрия кодирует сама только 13 белков, не смотря на наличие отдельной от клетки ДНК (мтДНК) и всего «производственного» цикла по транскрипции белков. Изолированная митохондрия какое-то время может сохранять композицию и функционировать.

Рисунок 1. Компоненты мембраны митохондриона. Внешняя мембрана отделяет митохондрию от цитоплазмы. Она окружает внутреннюю мембрану, которая отделяет межмембранное пространство от богатого белками центрального матрикса. Внутреннюю мембрану разделяют на внутреннюю пограничную мембрану и кристы. Две эти части непрерывны в местах крепления крист (cristae junction). Кристы простираются более или менее глубоко в матрикс и являются основным место митохондриального преобразования энергии. Небольшой протоновый градиент в межмембранном пространстве (pH 7,2-7,4) и матрикс (pH 7,9-8,0) приводят к образованию АТФ АТФ-синтазой в мембранах крист.

Внешняя мембрана пористая и позволяет веществам из цитоплазмы проходить через нее. Внутренняя мембрана плотная, для ее пересечения нужны транспортные белки [Гилберт Линг обоснованно не согласен], непрерывность барьера позволяет иметь внутренней мембране электрохимический потенциал в -180 mV. У матрикса довольно большой pH (7,9-8). Еще раз углублюсь в Линга. Щелочной (выше 7) pH способствует более развернутой конформации белков. Высокий pH нарушает водородные и солевые связи, делая поляризованные CO и NH доступными молекулам воды, там самым усиливая дипольный момент всей внутриклеточной воды и связывая ее. В этом ключе наличие мембраны нужно не для «удержания» протоплазмы внутри клетки (это делают сами белки при высоком pH), а для наличия потенциала.

мтДНК находится в нуклеотидах, которых примерно 1000 на клетку. Белковая плотность матрикса довольна высокая (до 500 мг/мл), что близко к кристаллизованным белкам.

Внутренняя мембрана образует инвагинации, называемые кристами, которые глубоко проникают в матрикс. Кристы определяют третий «отсек» митохондрий – просвет крист (cristae lumen). Мембраны кристы содержат большинство, если не все, полностью «собранные» комплексы цепи переноса электронов и АТФ-синтазы. Просвет кристы содержит большое количество маленького растворимого белкового переносчика электронов (цитохром с). Митохондриальные кристы, таким образом, основное место биологической конверсии энергии во всех не фотосинтетических эукариотах.

С кристами тоже много всего интересного. Оптические свойства кристы влияют на распространение и генерацию света в тканях. Я даже встречал идеи о том, что поверхность крист подобна (предположение) поверхностям топологических изоляторов (подразумевалась суперпроводимость без диссипации заряда).

Рисунок 2. Мембранные белковые комплексы дыхательной цепи. Комплекс I (NADH / убихинон оксидоредуктаза, синий), Комплекс II (сукцинат дегидрогеназа, розовы), Комплекс III (цитохром С редуктаза, оранжевый), Комплекс IV (цитохром С оксидаза, зеленый) и митохондриальная АТФ синтаза (известная как комплекс V, бежевая) работают вместе во время окислительного фосфорилирования, чтобы клетки могли использовать энергию. Комплексы I, III, IV выкачивают протоны вдоль мембраны кристы, создавая протоновый градиент, стимулирующий синтез АТФ.

Теперь немного внимания на комплекс II. Вы помните, что жир (кето) делает упор в метаболизме на FADH2 и комплекс II. Они восстанавливают пару CoQ, в какой-то момент окисленного CoQ не хватает для транспортировки электронов на комплекс III и образует обратный поток электронов на комплекс I с образованием супероксида. При долгом HFLC-питании комплекс I будет обратимо разрушен, при этом это нормальная физиологическая оптимизация.

Еще прошу вас заметить, что комплекс II не выкачивает протоны. Что у нас рассеивает протоновый градиент, нарушает фосфорилирование и стимулирует сжигание жиров на тепло? Правильно, стресс холода. Термогенез связан с метаболизмом через комплекс, который не выкачивает протоны, тем самым не давая дополнительных протонов для АТФ-синтазы. Можно только удивляться как замечательно у нас продуман организм.

Крепления крист и MICOS

Места крепления крист (cristae junctions) – маленькие круглы отверстия примерно 25 нм диаметром. В митохондриях всех организмов есть система MICOS (mitochondria contact site and cristae to outer membrane), сборка из пяти мембранных и одного растворимого белков, прикрепляющих кристы к наружной мембране.

В клетках с повышенной потребностью в энергии, такие как скелетные и сердечные мышцы, кристы плотно заполняют большую часть объема митохондрии. В тканях с меньшими потребностями в энергии, таких как печень и почки, кристы находятся не так плотно по отношению друг к другу. Остается больше места в матрице для биосинтетических ферментов.

Рисунок 3. Томографический объем митохондрии сердца мыши. А) Трехмерный объем митохондрии сердца мыши, снятый cryo-ET. Наружная мембрана (серая) окутывает внутреннюю мембрану (светло-синяя). Внутренняя мембрана плотно наполнена кристами б) Томографический срез объема. Плотно заполненный матрикс, содержащий большую часть митохондриальных белков, выглядит темным на электронном микроскопе. В то время как межмембранное пространство и просветы крист выглядят светлыми из-за низкой концентрации белков.

Димеры АТФ синтазы

Митохондриальная F1-F0 АТФ синтаза является самым заметным белковым комплексом кристы. АТФ синтаза – это древняя наномашина, которая использует электрохимический протновых градиент вокруг внутренней мембраны для создания АФТ посредством вращательного катализа. Протоны, двигающиеся через F0 комплекс мембраны, вращают ротор из 8 (у млекопитающих) или 10 (у дрожжей) с-узлов. Центральный стебель передает крутящий момент c-ротора каталитической головке F1, где АТФ образуется из АДФ и фосфата через последовательность конформационных изменения. Периферийный стебель предотвращает непродуктивное вращение Головы F1 против комплекса F0.

Многие годы считалось, что АТФ синтаза случайным образом располагается на внутренней мембране. Но оказалось, что АТФ синтаза располагается двойными рядами. Причем линейные ряды АТФ синтазы – фундаментальный атрибут всех живых митохондрий.

Рисунок 4. Двойные ряды АТФ синтазы у семи разных видов.

Ряды АТФ синтазы располагаются в основном вдоль хребтов крист. Димеры изгибают липидный бислой и как следствие само-организуются в ряды. Когда у митохондрий дрожжей выбивали узлы e и g АФТ синтазы, то штамм рос на 60% медленней диких собратьев, и потенциал мембран их митохондрий был снижен вдвое. У АФТ синтазы прокариотов недостает нескольких узлов, связанных с димерами, ряды димеров не были найдены у бактерий и архей. Кристы и ряды димеров АФТ синтазы, таким образом, являются адаптацией к большим энергетическим потребностям организма.

Рисунок 5. Структура димера АТФ синтазы митохондрии polymella sp. Вид сбоку на V-образный димер АТФ синтазы.

Комплексы и суперкомплексы дыхательной цепи

Протоновый градиент вокруг внутренней мембраны создается тремя крупными мембранными комплексами, известными как комплекс I, комплекс III и комплекс IV (см. рисунок 2). Комплекс I кормится электронами из NADH, высвобождаемая при передаче электрона энергия выкачивает четыре протона. Комплекс III получает электрон от восстановленного хинола и передает его носителю электронов (цитохрому с), выкачивая в процессе один протон. Комплекс IV получает электрон из цитохрома с и передает его молекулярному кислороду, выкачивая 4 протона за каждую молекулу кислорода, превращенную в воду. Комплекс II не выкачивает протоны, напрямую передавая электроны хинолу. Как перенос электронов из NADH в хинол связан с транслокацией протонов пока не ясно. Комплекс I – крупнее III и IV вместе взятых.

Рисунок 6. Комплекс I митохондрии коровьего сердца. Матриксная часть содержит ряд из  восьми железно-серных (Fe-S) кластеров, которые направляют электроны из NADH в хинол на пересечении матрикса и мембраны. Мембранная часть состоит из 78 лопастей, включая выкачивающие протоны молекулы.

Комплексы I, III и IV соединяются в суперкомплексы или респирасомы. У пекарских дрожжей (saccharomyces cerevisiae) нет комплекса I, их суперкомплексы состоят из III и IV. Роль суперкомплексов пока еще не ясна. Предполагают, что это  делает транспорт электронов более эффективным, но прямых доказательств этому пока нет.

Рисунок 7. Суперкомплекс митохондрии коровьего сердца. Обратите внимание на дистанцию между комплексами I и III, который надо проделать хинолу. Стрелки – движения электрона в суперкомплексе.

Основным белком просвета кристы является цитохром с, который переносит электрон из комплекса III в комплекс IV. Если цитохром с высвобождается в цитоплазму клетки, то вызывает апоптоз.

Рисунок 8. Ряды димеров АТФ синтазы задают форму кристам. У хребта кристы АФТ синтаза (желтый) образует слив для протонов (красный), протоновые насосы электронной цепи (зеленый) находятся по обоим сторона рядов димеров. Направляя протоны от источника к АТФ синтазе, кристы работают как протоновые направляющие, позволяющие эффективное производство АТФ. Красные стрелки показывают направление потока протонов.

Реорганизация мембраны во время старения

Старение – фундаментальный и плохо понимаемый процесс всех эукариотов. Исследовали старение митохондрий на грибах Podospora anserina, которые живут всего 18 дней. В нормальной митохондрии кристы проникают глубоко в матрикс. Для этого нужны ряды димеров АТФ синтазы и MICOS комплекс у мест крепления крист. С возрастом кристы начинают все ближе подходить к поверхности мембраны, димеры АФТ синтазы превщаются в мономеры, и все заканчивается высвобождением цитохрома с и клеточной смертью.

Транспорт электронов создает супероксид в комплексах I и III. Это побочный продукт метаболизма. Одновременно необходимый и смертельно опасный. Во время старения деление (fission) начинает превалировать над сращением (fussion). Это не дает поврежденным митохондриям «спастись» путем сращения и ускоряет неизбежное.

Рисунок 9. Изменения морфологии внутренней мембраны и димеров АТФ синтазы во время старения митохондрии.

Как видите, полей для будущих исследований очень много. Я предполагаю стык физики и биологии, где физики будут пытаются объяснить почему такая структура более энергетически эффективна. Тем более публикации по квантовой биологии уже имеются.

Поделиться:

Увеит. Перспективы лечения

Увеит – воспаление сосудистой оболочки глаза самой различной этиологии. Травмы, инфекции, генетика (HLAB27 и прочие полиморфизмы), аутоиммунные заболевания. По сути всё, что приводит серьезному дисбалансу иммунной системы.

Как следствие «защита» глаза ослабевает и помимо общих воспалительных процессов происходят вещи, которые портят зрение. Катаракта (помутнение хрусталика) как частое осложнение.

Кератические преципитаты. На английском сленге mutton fat, бараний жир. В принципе они так и выглядят.

И лейкоцитная «взвесь» и дымка в стекловидном теле.

Для меня эта тема во многом личная. У меня HLAB27 антиген (повышенная склонность к ревматоидным заболеваниям). И во время моей серьезной полноты (до 108 кг при росте 183) я заработал себе увеит, осложненный на одном из глаз катарактой. Которую не отрезают, потому что нужно будет делать витрэктомию (чистить стекловидное тело от взвеси) вместе с заменой помутневшего хрусталика. Процент осложнений довольно большой и пока все отечественные хирурги хором советовали мне просто наблюдаться и не торопиться под нож.

Я со временем стал за собой следить, рецидивов не было. Пораженный глаз с 0,3 поднялся до 0,5-0,6 (или мозг адаптировался воспринимать такую картинку, когда видишь через запотевшее и забрызганное грязью стекло). В солнечных очках с поляризацией (или когда нет яркого солнца) могу даже аккуратно водить авто, смотря только пораженным глазом. Если им же напрягаться, то могу при правильном освещении медленно читать газеты и журналы. Прогресс за 6-7 лет есть, но этого мне недостаточно. Условно здоровый глаз остался на 1,2.

Поэтому я с большим интересом смотрю за исследованиями лечения увеита и за изобретениями способов расчистки стекловидного тела. Последнего в общем то нет.

Лечение увеита сфокусировано на том, чтобы снять острую форму, снять воспаление. В первую очередь это кортикостероиды. И с этим ничего не изменилось.

Увеит. Маркеты воспланеия

Инновации идут в 2 направлениях. Точечная фокусировка на том или ином провоспатительном или противовоспалительном маркере. Картинка выше настолько прекрасна, что не требует комментариев. Хочу лишь сказать, что фарм-компании охотно инвестируют в ингибиторы этих маркеров (иммунодепрессанты), потому что у них довольно широкое применение. И самым продаемым лекарством в Мире (в деньгах) как раз является ингибитор TNFα (Humira). В клинических испытаниях много всего, но дождемся их окончания.

И второе – способы донесения лекарств до больного глаза. Например, вживление импланта, замедленно выделяющего флуоцинолон в течение длительного времени. Но процент осложнение был: 88-93% каратарка и 21-40% глаукома.

Для себя я делаю выводы, что лучшая ставка при увеите – на низкое количество воспалительных процессов и держание себя в форме.

По материалам:

The Future of Uveitis Treatment

Advancements in the management of uveitis

The Use of Biologic Therapies in Uveitis

Current approach in diagnosis and management of anterior uveitis

https://clinicaltrials.gov/

Поделиться:

Тайминг, дофамин и базальные ганглии

Тайминг – чуть более предметное обозначение, чем чувство времени, особенно когда мы говорим о промежутках в миллисекунды и секунды. Упорядоченное представление о времени. Продолжительность действия, вероятность события относительно той или иной временной границы. Измеряемое представление о времени.

Заметка будет строиться на материалах статьи «Нейроанатомические и нейрохимические субстраты тайминга». Важное имя, которое неплохо знать интересующимся нейрофизиологией и нейропсихологией – Warren Meck. Мек большую часть своей карьеры посвятил исследованию психофизиологии тайминга. Во многом благодаря Уоррену Меку мы знаем какие отделы и нейротрансмиттеры влияют на чувство времени.

Начал Мек с очаговых поражений отделов мозга. Так установили супрамодальную (агрегирующую) роль мозжечка в тайминге, а затем и обратную связь с префронтальной коры.

Затем добрались до базальных ганглий. У пациентов с болезнью Паркинсона есть дегенерация производящих дофамин нейронов различных базальных ядер. Вроде бы неплохая физиологическая модель, которая позволила прийти к выводу о том, что базальные ганглии связаны со скоростью внутренних часов. Проблема модели в компенсаторных механизмах мозга, часто получались неоднозначные результаты.

Проблему решила фМРТ мозга здоровых людей. Томография показала, что базальные ганглии постоянно вовлечены при определении продолжительности стимула. И в целом часть базальных ядер играет супрамодальную роль по отношению к таймингу. Для упрощения заметки я не буду вдаваться в детали – какие части базальных ядер отвечают за тайминг, также почти не буду освещать смежные отделы.

Дальнейшие исследования показали, что восстановление уровня дофамина регенерирует чувство тайминга при пораженных базальных ганглиях. Особую роль исследователи уделяли цепям взаимосвязей внутри черного вещества и полосатого тела.

Далее нужно смотреть, что именно в балансе дофамина играет бóльшую роль. При пораженных базальных ганглиях ДОФА (прекурсор дофамина) ни на что не влияла. Галоперидол, антагонист D2-рецепторов, снижал чувство тайминга. Перголид (D1/D2 агонист) улучал тайминг. Ученые пришли к выводу, что на тайминг влияет не столько количество дофамина, сколько то, что происходит на стороне рецепторов. Вывод. Воздействие на дофаминовые рецепторы базальных ядер модулирует чувство тайминга (чувство времени).

Это значит очень много всего. Элементарный пример. Экстраполируйте на спорт. Мы и так уже знаем, дофамин повышает мышечный тонус. Джек Круз высказывал в свое время идею, что темнокожие суператлеты не столько продукт генетической селекции (доплывала половина итд), а сколько продукт солнца (то есть электромагнетизма): дофамин помогает формировать более крупные мышцы, которые проще питать, потому что белки дыхательного комплекса ближе (большая энергоэффективность в целом) и так далее. К этому можно добавить лучшее чувство тайминга.

Перед следующей частью хочу порекомендовать прочитать заметку Круза «Дофамин делает невидимой фрактальную ткань природы». Круз в частности пишет про шизофреников, что у них чувство времени нарушено, и всю жизнь они ощущают замедленной и застывшей. Напомню, что сниженный уровень дофамина часто сопровождает шизофрению. Для иллюстрации фрактальности Круз приводит картину шизофреника. Я бы на его месте привел в пример фрактальных котов Луиса Уэйна. Для меня это очень страшные картины. Потому что это похоже на застывшую (обычно крайне динамичная) триптаминовую галлюцинацию, из которой высосали все эмоции, все смыслы, всю радость жизни, сделали краски менее яркими.

картинка шизофренических котов

Что здоровых людей заставить увидеть «фрактальную природу материи»? Правильно, серотонергические галлюциногены. Их изначально использовали для моделирования и изучения психоза. В обзорном исследовании как раз говорится о воздействии псилоцибина на дофаминовую систему базальных ядер. Неудивительно, псилоцибин вносит временные нарушения в дофаминовую систему базальных ядер, подавляя тайминг на отрезках времени длинной от нескольких секунд. На промежутках до 2 секунд исследователи не обнаружили дисфункцией. Это значит, что руку вы поднимите без проблем и поднимется она куда надо. Или поднять глаза на часы – без проблем, но вот уже 2 минуты могут казаться часами, а нарушенный моторный тайминг будет сильно мешать ходить (или сделает это невозможным);

Интересно, что псилоцибин увеличивает концентрацию дофамина в базальных ядрах. И вышеописанные последствия связаны с абнормальной функцией допаминергической системы, а не с дефицитами. В итоге мы к известным фармакологическим свойствам псилоцибина добавили перезагрузку дофаминовой системы. Возможно, с этим как-то связано с то, что псилоцибин с неплохим успехом используется для лечения депрессий и зависимостей.

Обзорная статья переключается на животных, и исследователи еще раз подчеркивают, что дофамин отвечает за «скорость внутренних часов». Когда крыс делали нечувствительными к дофамину с помощью пагубного пристрастия к метамфетамину, то в добавление к общим нарушениям в поведении сбивался и тайминг. Но когда крысам уже в другом исследовании давали смесь кокаина и NMDA-антагониста (кетамина), то нарушений тайминга не было. Исследователи говорят о связи дофамина и глутамата в формировании пагубной привычки, делающей крыс нечувствительной к дофамину. Глутаматергические входы из коры и таламуса в полосатое тело базальных ядер могут играть роль в формировании зависимостей и к сбоям в интервальном тайминге.

Возвращаясь на нейроанатомический уровень, результат нейронных расчетов в полосатом теле базальных ядер посылается обратно в моторный комплекс лобной доли через таламус. То есть типичная для нашего организма система обратных связей. Напомню, что лобная часть нашего мозга (frontal cortex) – эволюционно самая новая. Она связана со многими морально-этическими качествами, которые мы считаем человечными. У серийных убийц почти поголовно есть нарушения в лобной доле. В рамках нашей заметки это важно тем, что нарушения интервального тайминга связаны с повышенной импульсивностью человека.

Последнее, что хочу упомянуть, это упоминание оптогегенетики в качестве перспектив лечения различных патологий, связанных с таймингом, и критика Круза о том, что Мек начисто забыл про супрахиазматическое ядро и свет. Дофамин высвобождается под действием ультрафиолетовых лучей.

Выводы

Если вы хотите жить яркой жизнью, где будете наслаждаться каждым моментом и где вся ваша жизнь не будет превращаться в растянутое и застывшее во времени серое пятно, то загорайте на солнце без кремов и солнечных очков. А если у вас мало солнышка, то закаливайтесь. Холод также приводит к резкому выбросу дофамина. Кето-диета, к слову, тоже повышает уровень дофамина.

И избегайте плохих привычек, зависимостей, которые сделают вас нечувствительными к дофамину.

Поделиться: