Kiedy amoniak staje się toksyczny
Amoniak jest bardzo toksyczny dla mózgu, a nowe badania pokazują dlaczego: zdolność komórek glejowych do usuwania potasu jest zaburzona.
Zdjęcie przedstawia pojedyncze komórki glejowe głęboko w mózgu żywych myszy, a także mikroelektrodę używaną do pomiaru aktywności elektrycznej w komórkach nerwowych poddanych dwufotonowej mikroskopii laserowej. Fot: Rangroo Thrane/Thrane, UiO.
Do tej pory mieliśmy ograniczoną wiedzę na temat mechanizmów leżących u podstaw toksycznego działania amoniaku na mózg.
Jednak zespół badaczy profesora Erlenda Nagelhusa z Instytutu Podstawowych Nauk Medycznych współpracował z amerykańskimi naukowcami, aby odkryć ważne informacje na temat toksycznego działania amoniaku na komórki glejowe i nerwowe mózgu.
W zdrowych ludziach wątroba przekształca amoniak w mocznik, substancję, która jest wypłukiwana z moczem.
Osoby z upośledzoną funkcją wątroby nie są jednak w stanie pozbyć się amoniaku z organizmu wystarczająco szybko. Rezultatem jest nadmierne stężenie amoniaku we krwi.
– Prowadzi to do toksyczności amoniaku, która może wywołać drgawki i śpiączkę, a w najgorszym przypadku może być śmiertelna, mówią główni autorzy Vinita Rangroo Thrane i Alexander Thrane. Ich odkrycia zostały niedawno opublikowane w prestiżowym czasopiśmie medycznym Nature Medicine.
Obezwładnia mechanizmy obronne mózgu
Gdy nadmierne ilości amoniaku dostają się do centralnego układu nerwowego, mechanizmy obronne mózgu są poważnie zagrożone.
– Złożona molekularna reakcja łańcuchowa jest uruchamiana, gdy mózg jest narażony na nadmierne poziomy amoniaku. Stwierdziliśmy, że amoniak skraca transport potasu do komórek glejowych mózgu.
– Oznacza to, że potas gromadzi się wokół komórek nerwowych, powodując, że komórki te wchłaniają nadmierne ilości potasu i chlorku. Innymi słowy, obrona mózgu przed amoniakiem jest obezwładniona, wyjaśnia Rangroo Thrane.
Ta nowa wiedza może prowadzić do nowego i ulepszonego leczenia pacjentów cierpiących na śpiączkę wątrobową i napady, w tym dorosłych z alkoholową niewydolnością wątroby, dzieci z wrodzonym niedoborem enzymów wątrobowych i potencjalnie, dzieci z padaczką z prawidłową funkcją wątroby. Ponad 500 pacjentów rocznie cierpi na niewydolność wątroby w Norwegii.
Odrzucenie wcześniejszych badań
Wpływ amoniaku na komórki mózgowe był badany przez wielu naukowców, ale mieli oni tendencję do przyglądania się pojedynczym komórkom lub próbkom tkanek. Rangroo Thrane wyjaśnia:
– Badania te wykazały, że komórki glejowe wystawione na działanie amoniaku pęcznieją dość szybko. Nasze badania pokazują, że pęcznienie komórek glejowych nie jest konieczne, aby amoniak był toksyczny dla mózgu. Trójwymiarowe obrazowanie i analizy objętości poszczególnych komórek wykazały, paradoksalnie, że komórki glejowe w korze mózgowej kurczą się podczas toksycznego działania amoniaku.
Nowa technologia ujawniła efekt działania amoniaku
Obrazy nienaruszonych mózgów myszy umożliwiły badaczom wyciągnięcie tych wniosków. Dzięki zastosowaniu nowej technologii obrazowania zwanej mikroskopią dwufotonową byli oni w stanie zaobserwować mikroskopijny wpływ amoniaku na komórki nerwowe i glejowe u żywych myszy.
Naukowcy norwescy stojący za odkryciami (od lewej): Alexander Thrane, Erlend Nagelhus i Vinita Rangroo Thrane w Institute for Basic Medical Sciences, University of Oslo. Zdjęcie: Gunnar F. Lothe, UiO.
– Mikroskopowe badanie żywych komórek w nieuszkodzonej tkance było kiedyś niemożliwe ze względu na szkodliwy wpływ konwencjonalnych laserów na tkankę.
– To wszystko zmieniło się wraz z wprowadzeniem dwufotonowej mikroskopii laserowej, ponieważ ten rodzaj mikroskopu dostarcza ultrakrótkie impulsy światła w punkcie ogniskowym bez ogrzewania lub uszkadzania tkanki, wyjaśnia Rangroo Thrane.
Nowe leczenie przy użyciu dostępnych leków
Oprócz odkrycia mechanizmu stojącego za toksycznością amoniaku, Rangroo Thrane i jej koledzy zidentyfikowali również możliwe leczenie.
Badacze odkryli, że lek moczopędny Bumetanid (Burinex) może zmniejszyć rozmiar uszkodzeń wywołanych przez amoniak, łagodząc w ten sposób objawy toksyczności amoniaku, jak również zwiększając prawdopodobieństwo przeżycia.
– Bumetanid blokuje transport chlorku potasu do komórek nerwowych, chroniąc je w ten sposób przed uszkodzeniem. Nasze badanie wykazało, że lek przywrócił normalną aktywność elektryczną w mózgu myszy z zatruciem amoniakiem i zapobiegł napadom padaczkowym, mówi Rangroo Thrane.
Fakt, że Bumetanid jest już stosowany w norweskich szpitalach jako lek moczopędny w leczeniu niewydolności serca, niewydolności nerek i wysokiego ciśnienia krwi, może skrócić drogę do zmiany schematu leczenia.
– Konieczne są dalsze badania na zwierzętach i próby kliniczne, aby wyjaśnić, czy Bumetanid może być również stosowany do zapobiegania szkodliwemu działaniu amoniaku na ludzi, mówi Rangroo Thrane.
Artykuł został również opublikowany na stronie Sciencenordic.com