Wanneer ammoniak giftig wordt

Tot nu toe hebben we slechts beperkte kennis over de mechanismen die ten grondslag liggen aan de toxiciteit van ammoniak voor de hersenen.

Het team van onderzoekers van professor Erlend Nagelhus aan het Instituut voor Medische Basiswetenschappen heeft echter samengewerkt met Amerikaanse wetenschappers om belangrijke informatie over het toxische effect van ammoniak op de gliacellen en zenuwcellen van de hersenen aan het licht te brengen.

Bij gezonde mensen zet de lever ammoniak om in ureum, een stof die met de urine wordt uitgespoeld.

Mensen met een verminderde leverfunctie zijn echter niet in staat hun lichaam snel genoeg van ammoniak te ontdoen. Het resultaat is een te hoge ammoniakconcentratie in het bloed.

– Dit leidt tot ammoniakvergiftiging, die epileptische aanvallen en coma kan veroorzaken, en die in het ergste geval fataal kan zijn, aldus hoofdauteurs Vinita Rangroo Thrane en Alexander Thrane. Dit echtpaar is de belangrijkste wetenschapper achter de nieuwe bevindingen.

hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het prestigieuze medische tijdschrift Nature Medicine.

Overmeestert het afweersysteem van de hersenen

Wanneer excessieve hoeveelheden ammoniak het centrale zenuwstelsel binnendringen, wordt het afweersysteem van de hersenen ernstig op de proef gesteld.

Een complexe moleculaire kettingreactie wordt in gang gezet wanneer de hersenen worden blootgesteld aan excessieve hoeveelheden ammoniak. We hebben ontdekt dat ammoniak het transport van kalium naar de gliacellen in de hersenen kortsluit.

Dit betekent dat kalium zich ophoopt rond zenuwcellen, waardoor deze cellen buitensporige hoeveelheden kalium en chloride opnemen. Met andere woorden, het afweersysteem van de hersenen tegen ammoniak wordt overmeesterd, legt Rangroo Thrane uit.

Deze nieuwe kennis kan leiden tot een nieuwe en verbeterde behandeling van patiënten die lijden aan levercoma en aanvallen, waaronder volwassenen met alcoholisch leverfalen, kinderen met aangeboren leverenzymdeficiëntie en mogelijk ook epileptische kinderen met een normale leverfunctie. In Noorwegen lijden meer dan 500 patiënten per jaar aan leverfalen.

Eerdere studies weerleggen

De effecten van ammoniak op hersencellen zijn door veel onderzoekers bestudeerd, maar zij hebben de neiging om naar afzonderlijke cellen of weefselmonsters te kijken. Rangroo Thrane legt uit:

– Deze studies hebben aangetoond dat gliacellen die worden blootgesteld aan ammoniak vrij snel opzwellen. Ons onderzoek toont aan dat het opzwellen van gliacellen niet nodig is om ammoniak giftig te laten zijn voor de hersenen. Driedimensionale beeldvorming en volumeanalyses van individuele cellen toonden paradoxaal genoeg aan dat de gliacellen in de hersenschors krimpen tijdens ammoniaktoxiciteit.

Nieuwe technologie onthult het effect van ammoniak

Beelden van intacte muizenhersenen stelden de onderzoekers in staat deze conclusies te trekken. Met behulp van een nieuwe beeldvormingstechnologie, tweefotonmicroscopie genaamd, konden zij het microscopische effect van ammoniak op zenuw- en gliacellen in levende muizen waarnemen.

– Microscopisch onderzoek van levende cellen in onbeschadigd weefsel was vroeger onmogelijk vanwege het schadelijke effect van conventionele lasers op weefsel.

– Dit veranderde allemaal met de introductie van twee-fotonlasermicroscopie, omdat dit type microscoop ultrakorte lichtpulsen afgeeft op het brandpunt zonder het weefsel te verhitten of te beschadigen, legt Rangroo Thrane uit.

Nieuwe behandeling met beschikbare medicijnen

Naast het blootleggen van het mechanisme achter ammoniaktoxiciteit hebben Rangroo Thrane en haar collega’s ook een mogelijke behandeling geïdentificeerd.

De onderzoekers ontdekten dat het diureticum Bumetanide (Burinex) de omvang van de ammoniakschade kan verminderen, waardoor de symptomen van ammoniakvergiftiging worden verlicht en de overlevingskansen toenemen.

– Bumetanide blokkeert het transport van kaliumchloride naar de zenuwcellen, waardoor deze tegen schade worden beschermd. Onze studie toonde aan dat het geneesmiddel de normale elektrische activiteit in de hersenen van muizen met ammoniakvergiftiging herstelde en dat het epileptische aanvallen voorkwam, zegt Rangroo Thrane.

Het feit dat Bumetanide in Noorse ziekenhuizen reeds wordt gebruikt als diureticum bij de behandeling van hartfalen, nierfalen en hoge bloeddruk kan de route naar een verandering van behandelingsregime verkorten.

Verder dieronderzoek en klinische studies zijn nodig om duidelijk te maken of Bumetanide ook kan worden gebruikt om te voorkomen dat ammoniak schadelijk is voor mensen, zegt Rangroo Thrane.

Het artikel is ook gepubliceerd op Sciencenordic.com