Agyérbetegségek 2002;8(3):10-4.

PATOFIZIOLÓGIA

A reaktív oxigéngyökök szerepe a reperfúziós károsodás kialakításában

dr. Bari Ferenc
Szegedi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Élettani Intézet

 

Összefoglalás

A reaktív oxigénspeciesek (ROS) az ischaemiás agykárosodások kialakulásának fontos tényezői. A fiziológiás körülmények között is folyamatosan, kis mennyiségben képződő szabadgyökök közé tartozik többek között a szuperoxid- és a hidroxilgyök, valamint a hidrogén-peroxid. Jelentős mennyiségű szabadgyök termelődik a mikrogliában és az agyi érendotheliumban. A reaktív oxigénspeciesek képződése a mitochondriumban és egyéb sejtalkotókban zajló enzimatikus átalakulásokhoz köthető. A központi idegrendszer sejtjei különböző módon képesek hatástalanítani a szabadgyököket. Egyrészt enzimatikus úton (szuperoxid-diszmutáz, kataláz és glutation-peroxidáz segítségével), másrészt egyéb antioxidáns molekulák (például C- és E-vitamin) révén. Ischaemia és reperfúzió során azonban jelentős mértékben fokozódik a szabadgyök-képződés, amelynek hatására lipid-peroxidáció, protein- és nukleinsav-károsodás jöhet létre, ugyanis nem állnak kellő mennyiségben rendelkezésre az eliminációt végző enzimek és antioxidánsok. Az agy egyes régióiban nem egyenletes sem a reaktív oxigénspeciesek képződése, sem azok semlegesítése. Ezzel is magyarázható, hogy a központi idegrendszerben különösen sérülékeny területek is találhatók. Kísérletes bizonyítékok szerint a rövid ischaemiás periódusok a reaktív oxigénspeciesek eliminálásában szerepet játszó enzimek indukcióját eredményezik. Hasonlóan lehetséges az enzimek farmakológiai stimulációja is. Elsősorban állatkísérletekből ismert, hogy ischaemia és az azt követő reperfúzió sokrétűen károsítja a központi idegrendszer szinte minden sejttípusát. Az ideg- és gliasejtek közvetlen károsítása mellett kórosan befolyásol egyes agyi vascularis szabályozó mechanizmusokat is. Károsodik az érendotheliumtól függő vasodilatatio és a vascularis simaizom relaxációs képessége. Az endothelsejtekből egyrészt kevesebb értágulatot okozó anyag szabadul fel, másrészt ami keletkezik, annak egy része inaktiválódik. Az agyi vascularis simaizom K+-csatornái közül a reaktív oxigénspeciesek elsősorban az ATP-függő K+-csatornák funkcióját károsítják. Emellett zavar keletkezik az ideg- és gliasejtek közötti kommunikációt biztosító jelátvitelben is. Megváltoznak a vér reológiai tulajdonságai, fokozódik a vascularis ellenállás, amelyek együttesen perfúziós zavarok kialakulásához vezetnek. A jelenleg ismert mechanizmusok szerint az eredményes neuroprotektív stratégiák alapját a reaktív oxigénspeciesek semlegesítése, a védekező enzimek és antioxidáns vegyületek szintjének emelése képezheti.

A reaktív oxigéngyökök alapvető szerepet játszanak számos neurológiai kórfolyamat, köztük az ischaemiás agykárosodás kialakulásában. Fokális vagy globális ischaemia során az elégtelen vérellátás következtében csökken az egyes régiók – vagy a teljes agy – oxigenizációja. A spontán vagy thrombolysist követő reperfúzió során jelentősen megemelkedik a szöveti oxigénellátás, amelynek hatására oxidációs reakciók sora indul meg mind a citoplazmában, mind az intracelluláris organellumokban, különösen a mitochondriumokban. Az agyi ischaemia és reperfúzió során keletkező szabadgyökök vascularis és neuronalis diszfunkciók kialakulásához vezetnek. A folyamatok hátterében az áll, hogy a reaktív oxigéngyökök számos makromolekulát, köztük a lipideket, a fehérjéket és a nukleinsavakat is közvetlenül károsítják. Ennek következményeként a sejtfunkciók átmenetileg vagy maradandóan károsodnak, és közvetlen vagy apoptótikus sejtpusztulás alakul ki (1, 2). Bár a szabadgyökképződés mennyiségi viszonyainak és időbeni változásainak feltárására számos módszer ismert, az oki összefüggések tisztázásához igazán meggyőző bizonyítékokat a genetikai manipulációval (transzgénikus és knock out) előállított kísérleti állatokon végzett megfigyelések szolgáltattak. Azokban az állatokban ugyanis, amelyekben az antioxidáns és prooxidáns gének hiányoznak vagy éppen túlsúlyba kerülnek, jelentősen megváltozik a kísérletesen létrehozott agyi ischaemia kimenetele (3).

 

A reaktív oxigéngyökök forrásai

Fiziológiás körülmények között a szervezet által felhasznált O2 mintegy 2-3%-ából keletkeznek reaktív oxigéngyökök (elsősorban szuperoxid anion, hidroxilgyök és hidrogén-peroxid). Ez egyes becslések szerint mintegy 3000 kg szuperoxidot jelent az élet során. Hasonló arány tételezhető fel a központi idegrendszerben is, ugyanis izolált agyi mitochondriumpreparátumon végzett kísérletek szerint az elektrontranszport mintegy 2–5%-ában szuperoxid anion és hidrogén-peroxid keletkezik. A mitochondrialis légzési lánc mellett a reaktív oxigéngyökök képződésének legfontosabb forrásai még a ciklooxigenáz (COX), valamint a lipoxigenáz által katalizált folyamatok. Szabadgyökök képződnek továbbá a katecholaminok autooxidációja és a xantinoxidázhoz kapcsolódó reakciók során is (4, 5) (1. táblázat).

1. táblázat. A reaktív oxigéngyökök központi idegrendszerben előforduló legfontosabb forrásai

ForrásA jellegzetes reaktív oxigéngyök
Mitochondrium ·O2-, H2O2
Különböző funkciójú oxidázok (COX, LOX) ·O2-
Monoamin-oxidáz H2O2
Enzimek 
    GlükózoxidázH2O2
    Xantinoxidáz ·O2-
Phagocytosis·O2-
COX= ciklooxigenáz, LOX= lipoxigenáz

A folyamatosan képződő reaktív gyökök állandó oxidatív terhelést jelentenek a szervezet számára. Az antioxidáns rendszerek normális körülmények között ellensúlyozzák az oxidatív stresszt és eliminálják a gyököket. Az egyensúly dinamikus megbomlása esetén a szabadgyökök károsító hatása jut érvényre.

A folyamatosan termelődő reaktív oxigéngyökök semlegesítésére több mechanizmus is rendelkezésre áll. Az endogén gyökfogók a szabadgyököket keletkezésük környezetében ártalmatlan molekulákká alakítják át. Így fiziológiás körülmények között dinamikus egyensúly alakulhat ki.

Amennyiben a központi idegrendszer vér- és oxigénellátása zavart szenved, fokozódik a reaktív oxigéngyökök képződése, és a gyökök semlegesítése sem következik be.

A reaktív oxigéngyökök számos ismert forrása közül az elmúlt évtizedekben leginkább az arachidonsav lebontási útját vizsgálták (6). Ischaemia/reperfúziót követően sokszorosára nő a többszörösen telítetlen szabad zsírsavak, köztük az arachidonsav szintje (globális ischaemiát követően tíz-harmincszoros emelkedést mértek). Az arachidonsav átalakulásában részt vevő enzimek közül kitüntetett jelentőségű a COX (PGH2-szintetázként is jelölik), amely meghatározza a prosztanoidtermelődést, egyúttal a szuperoxid-képződés mennyiségi viszonyait. A központi idegrendszerben eddig a COX két izoformáját (COX-1 és -2) mutatták ki. A két enzim hasonló katalitikus aktivitással rendelkezik, eltér azonban molekulatömegük, szöveti és celluláris lokalizációjuk. Keletkezésüket két különböző gén szabályozza. A nagyfokú homológia ellenére az enzimek fiziológiai szerepe jelentősen különbözik. Szelektív vizsgálatukra az utóbbi években nyílt lehetőség (7). Eredetileg a COX-1-et konstitutív, míg a COX-2-t indukálható izoformának tekintették. Az elmúlt évek során beigazolódott, hogy a központi idegrendszerben, különösen az újszülött agyban a COX-2 is konstitutív enzim. A prosztanoidok képződése során, a PGG2–>PGH2 átalakuláskor minden esetben keletkezik szuperoxid anion. Ugyancsak reaktív oxigéngyökök képződéséhez vezet az arachidonsavnak a lipoxigenáz úton végbemenő átalakulása is. A COX-2-indukció és az ischaemiát követő károsodások kialakulása közötti pontos összefüggés ma még nem ismert. Néhány vizsgálat szerint a COX-2 szelektív gátlásával az idegrendszeri elváltozások jelentősen mérsékelhetők (8).

Az utóbbi években tovább bővült a reoxigenizáció során keletkező, ismert és potenciálisan neurotoxikus molekulák köre. Közülük különösen a nitrogén-monoxid (NO) szerepére gyűlt össze nagyszámú bizonyíték. A nitrogén-monoxid gyorsan szintetizálódik. Képződéséhez az ideg- és a gliasejtekben, valamint az agyi erekben egyaránt adottak a feltételek. A nitrogén-monoxid felszabadulását számos neurotranszmitter serkenti. A molekula könnyen diffundál mind az interstitiumban, mind a sejtmembránon keresztül. A nitrogén-monoxid L-argininból szintetizálódik. A folyamathoz molekuláris oxigén szükséges, és a szintézis speciális enzim, a nitrogén-monoxid-szintáz (NOS) segítségével megy végbe. Az elmúlt években a nitrogén-monoxid-szintáz három izoformáját azonosították. Közülük konstitutív formában létezik az endothelialis (eNOS) és a neuronalis nitrogén-monoxid-szintáz (nNOS vagy bNOS), amelyek aktivitása intracelluláris Ca2+-, illetve kalmodulinfüggő. Az indukálható izoforma (iNOS) segítségével képződő nitrogén-monoxid kialakulásához nincs szükség Ca2+-szignálra. Sokrétű fiziológiai szerepe mellett a nitrogén-monoxid patofiziológiai jelentőségét is egyre több bizonyíték igazolja. Számos vizsgálat támasztotta alá a nitrogén-monoxid fokozott felszabadulásának károsító hatásait. A nitrogén-monoxid ugyanis páratlan elektront tartalmaz és nagyon gyorsan reakcióba lép a szuperoxid anionnal. A keletkező peroxinitrit toxikus hatású. A nitrogén-monoxid nagy affinitással kötődik a vas- és kéntartalmú enzimekhez is, megváltoztatva azok biológiai aktivitását (9). A nitrogén-monoxid ischaemiát követő káros hatását számos bizonyíték igazolja. Az nNOS- és iNOS-gén-hiányos (knock out) kísérleti állatokban az ischaemiás neuronalis károsodás csökkenését tapasztalták.

Ellentmondásosabb az endothelialis eredetű nitrogén-monoxid szerepe. A reperfúzió során az endotheliumból és a leukocytákból felszabaduló szuperoxid az endothelialis eredetű nitrogén-monoxiddal reakcióba lép és így csökken a nitrogén-monoxid által mediált vasodilatatio mértéke. Ugyanakkor a nitrogén-monoxid-szintáz aspecifikus blokkolása után, illetve eNOS-hiányos állatokban fokozódik az ischaemia okozta sejtelhalás. Ennek oka, hogy a bazális nitrogén-monoxid felszabadulása önmagában szükséges a fiziológiás agyi perfúzió fenntartásához, annak hiányában az ischaemia lényegesen kedvezőtlenebb perfúziót, illetve reperfúziót jelent. Ez egyrészt az érkaliber csökkenése miatt alakul ki, másrészt viszont a fokozott thrombocytaaggregáció miatt nő a kis erekben a vér viszkozitása (10).

Ischaemia során az adeninnukleotidok lebomlása révén jelentősen emelkedik a hipoxantinszint, amelyet a xantinoxidáz, illetve a xantindehidrogenáz tovább alakít. A xantinoxidáz által katalizált reakció melléktermékeként szuperoxid és hidrogén-peroxid keletkezik. Ischaemia során a xantinoxidáz aktivitása jelentősen fokozódik, és ezzel együtt nő a reaktív oxigéngyökök képződése is (11).

Régóta ismert, hogy a mitochondriumban is jelentős mennyiségű szabadgyök jön létre. Fiziológiás körülmények között ezek eliminációja gyorsan, a sejtfunkciók károsítása nélkül megy végbe. Amennyiben azonban hypoxia során beszűkül az elektrontranszportban részt vevő molekulák köre, a molekuláris oxigén redukciója révén igen nagy mennyiségű szuperoxid anion keletkezik. A szabadgyökök a mitochondriumban is jelentős károsodást okoznak, amely citokróm C-felszabaduláshoz és DNS-fragmentációhoz vezet (12).

A szuperoxid anionból és a hidrogén-peroxidból katalitikus mennyiségű Fe- és Cu-ion jelenlétében a Fenton-reakcióként ismert átalakulással hidroxilgyök keletkezik. A hidroxilgyök nagyon reaktív, keletkezésének közvetlen környezetében reakcióba lép más molekulákkal, és további szabadgyököket indukál. Így a reaktív oxigéngyökök gyors, lehetőleg a keletkezés helyén végbemenő eliminációja egyben a szabadgyök-képződés további, esetenként lényegesen hatékonyabb gátlását is jelenti.

 

A reaktív oxigéngyökök semlegesítése

Az oxigéntartalmú szabad gyökök eliminálása enzimatikus és nem enzimatikus úton mehet végbe. A közvetlen enzimatikus eliminációkat szuperoxid-diszmutáz (SOD), kataláz és peroxidáz katalizálja.

Az aerob szövetekben található szuperoxid-diszmutáz három izoformája (SOD1-3) ismert, a rezet és cinket tartalmazó enzim a citoplazmában (Cu-Zn-SOD), míg a mangántartalmú (Mn-SOD) a mitochondriumban található. A harmadik izoforma az extracelluláris térben, a cerebrospinalis folyadékban és az agyi erek falában van. Az antioxidáns enzimek fontosságát mi sem bizonyítja jobban, mint az, hogy az emlőssejtek összes fehérjetartalmának mintegy 0,1%-át a Cu-Zn-SOD teszi ki (3).

Az exogén SOD-1-et számos kísérletes ischaemiamodellben használták a szuperoxid eliminálása érdekében. Az eredmények azonban korántsem egyértelműek, és kérdésessé teszik az enzim felhasználását az ischaemiát követő terápiában. A szisztémás keringésbe juttatott enzim ugyanis nem jut át a vér-agy gáton, emellett nagyon gyorsan le is bomlik (felezési ideje körülbelül hat perc). Amennyiben módosítottak az enzimen – például azzal, hogy polietilén-glikolhoz kötve gátolták meg gyors lebontását vagy liposzómába juttatva fokozták membránpermeabilitását –, lényegesen jobb eredményeket tudtak alkalmazásával elérni: az ischaemiás és a traumás agykárosodások kiterjedését egyaránt csökkentette. Kísérleteinkben folyamatosan juttattunk a hypoxia alatt szuperoxid-diszmutázt a cerebrospinalis folyadékba, és ezzel jelentősen tudtuk mérsékelni a hypoxia agyi érreakciókat károsító hatását (13, 14).

Transzgénikus egerekben, amikor a SOD-1 expressziója nem jön létre, kísérletes fokális ischaemiát követően, a megfelelő kontrollállatokhoz képest mintegy 50%-kal nő az agyban az infarktus által érintett térfogat. Ezzel szemben a SOD-1 fokozott expressziójával jelentősen mérsékelhető az ischaemiát követő sejtpusztulás (3).

A peroxidáz által katalizált reakcióban a peroxidok vízzé redukálódnak. Jelentős a vörösvérsejtek, a thrombocyták és a leukocyták peroxidáztartalma. A kataláz többek között szintén megtalálható a vér alakos elemeiben. A nem enzimatikus úton folyó szabadgyök-eliminációban az antioxidáns hatású anyagok (C- és E-vitamin) játszanak fontos szerepet.

Több tanulmány is igazolta, hogy a kísérletes ischaemiát megelőző fokozott vitaminbevitel csökkenti a központi idegrendszeri károsodás mértékét.

Az ischaemiás agykárosodások mérséklése szempontjából nagy jelentőségű a szabadgyökképződés gátlása, illetve az antioxidáns vegyületek szintjének fokozása. A kísérletesen létrehozott agyi ischaemia károsító hatásai csökkenthetők allopurinol és oxipurinol alkalmazásával. Mind a két vegyület mérsékli a xantinoxidáz hatását, az allopurinol gátolja annak kialakulását, az oxipurinol pedig az enzim kompetitív antagonistája. A foszfolipáz-inhibitorokat szintén eredményesen alkalmazzák több ischaemiás modellben, a sejtpusztulás mérséklése érdekében (15).

Számos tanulmány beszámol a COX-gátlók (elsősorban az indometacin) neuroprotektív hatásáról. A COX-2 felfedezése és ischaemiás károsodásokban játszott szerepének megismerése jelentősen bővítette a neuroprotektív stratégiák körét. Ischaemiát követően a COX-2-szintek 4–12 órán belül jelentősen emelkednek (16, 17). Az enzim szelektív gátlásával bizonyították, hogy a COX-2 a késői szuperoxid-képződés egyik legjelentősebb forrása (6).

 

A reaktív oxigéngyökök szerepe az endothelium funkciójának megváltozásában

Anatómiai lokalizációja és az utóbbi két évtizedben feltárt számos élettani funkciója miatt az érendothelium alapvető szerepet játszik az agyi vérkeringés szabályozásában (18). Az endothelsejtekből mechanikai és kémiai hatásokra felszabaduló anyagok befolyásolják az érátmérőt, a vér reológiai tulajdonságait és a véralvadást (19). A gyakran egyidejűleg elválasztott relaxáns- és constrictoranyagok együttesen határozzák meg egy adott érszegmens tágasságát. Legfontosabb értágító molekuláknak a nitrogén-monoxidot és a prosztaciklint tartják, míg a legjelentősebb vasoconstrictorok az endothelin és a thromboxan. Az ischaemiát követő károsodások fontos tényezője az endothelialis diszfunkció, amely morfológiai és funkcionális eredetű egyaránt lehet. Megnyilvánulási formáiban ez a vazoaktív anyagok egyensúlyának megbomlásaként és az áramlásmechanikai tulajdonságok megváltozásaként jelentkezik. Az agyi erekben endotheleredetű és/vagy az endothel által mediált vasodilatatio-károsodást figyeltek meg – például globális ischaemia és subarachnoidealis vérzés után egyaránt. Az erek kisebb relaxációs készségét egy, az endothelium által fokozottan szintetizált, feltételezhetően a tromboxán A2-receptoron ható, kontrakciót okozó anyag és/vagy az endothelium által termelt nitrogén-monoxid mennyiségének csökkenése, illetve inaktivációja (például átalakulása peroxinitritté) okozhatja. Hasonlóan, subarachnoidealis vérzést követően a perivascularis hemoglobin megköti a felszabaduló nitrogén-monoxidot és gátolja a nitrogén-monoxid által közvetített vasorelaxatiót (20).

Az ischaemiás károsodások reperfúziót követő gyakori velejárója a kis erek/kapillárisok elzáródása. Ebben a folyamatban kulcsszerepet játszanak a polymorphonuclearis leukocyták, amelyek interakcióba lépnek az endothelsejtekkel és egymással. Ennek hatására nő a vér viszkozitása és az áramlási ellenállás. A szuperoxid stimulálja az endothelsejteken a P-szelektin-expressziót, amelynek hatására a leukocyták és az endothelsejtek között erős kölcsönhatás, adhézió jön létre. Ennek következtében megváltozik a fehérvérsejtek mozgása, az érfalon gördülő mozgásuk alakul ki (rolling jelenség). A sejtfelszíni P-szelektin megjelenik a thrombocytákon is, így leukocyta-fibrin-thrombocyta komplexek alakulnak ki, amelyek tovább növelik a vér viszkozitását. Megváltozik a fehérvérsejtek deformálódási készsége is, merevebbé válnak (21). Antioxidánsok, például E-vitamin alkalmazásával eredményesen gátolható a leukocyta-kitapadás. Saját megfigyeléseink szerint az artériás keringésben leukocyta-aktivációt is eredményező forbolészter hatására nagy számban tapadnak ki fehérvérsejtek az agyi erek falához, és átmenetileg meggátolják az endothel eredetű vasomotor válaszokat. Az a. carotis communisba infundált forbolészter szelektív vasodilatatiót károsító hatását mutatja, hogy az oxitocin nem vált ki pialis arterioladilatatiót (13), és ugyancsak károsodik a bradikinin okozta értágulat is.

Az oxigénellátás zavara érinti a vér további sejtes alkotóelemeit is, hatására thrombocytaaggregáció, vörösvérsejt-összecsapzódás jön létre. A reperfúzió során aktivált leukocyták maguk is szuperoxid és hidrogén-peroxid forrásai. Ez utóbbi közvetlenül hat az endothelen át folyó transzportra, plasmaextravasatio alakulhat ki. A mikroerek az albumin (66 kDa) mellett például a lényegesen nagyobb molekulatömegű fibrinogénre (360 kDa) is áteresztővé válnak. A leukocyták nem csupán kitapadnak az érfalhoz, hanem az érfalon át kemotaxis révén el is hagyják az érpályát. Így ischaemiát követően komplex mechanizmus révén alakul ki a mikrokeringés súlyos zavara, amelynek következményeként hipoperfúzió vagy a perfúzió teljes megszűnése jöhet létre (22).

 

A reaktív oxigéngyökök szerepe az érsimaizom K+-csatornáinak károsodásában

Több adat bizonyítja a vascularis simaizom K+-csatornáinak egyes, elsősorban kísérletesen létrehozott kórképekhez köthető elváltozásait. Vizsgálataink alapján vált ismertté, hogy az ischaemia/reperfúzió szelektíven károsítja az agyi erek simaizomsejtjein a K+-csatornák működését. Tízperces, teljes agyi ischaemiát és reperfúziót követően négy órán keresztül, óránként vizsgáltuk meg a KATP-csatornák aktiválhatóságát (ezek az ioncsatornák az intracelluláris ATP-szintet érzékelik, annak csökkenésére nyílnak meg és sejthiperpolarizációt okoznak, ami a simaizomsejtek esetében relaxációt, azaz vasodilatatiót eredményez). A reperfúziót követő órákban az agyi erek válaszkészsége jelentősen csökkent. A hatás tartósnak bizonyult, még négy óra elteltével is csak mérsékelt dilatációt figyeltünk meg. Egyidejűleg azonban változatlan maradt az agyi arteriolák más vasodilatator anyagok – például nitroprusszid-nátrium, PGE2 – iránti érzékenysége, ezzel együtt dilatációs készsége is (23). Megfigyeléseink óta beigazolódott, hogy az agytraumát követő szelektív agyi vasomotor-károsodást szintén a KATP-csatornák ingerelhetőségének változása okozza, amelynek hátterében a reaktív oxigéngyökök trauma következtében jelentősen fokozódó felszabadulása áll (24).

A KATP-csatornákat károsító mechanizmust részben sikerült tisztáznunk; a megváltozott funkcióért – bizonyos mértékig – a reperfúzió során keletkezett szabad gyökök tehetők felelőssé. Szisztémás indometacin-előkezelés hatására – amely az általunk használt dózisban jelentősen mérsékli a szuperoxid-képződést az agyban –, ischaemiát követően is megmarad az agyi erek KATP-csatorna-aktiválók iránti érzékenysége. A reperfúziót követő 40–50. percben alkalmazott lokális szuperoxid-diszmutáz-kezelés azonban nem akadályozta meg a csökkent reakciókészség kialakulását (23).

A vascularis simaizom tónusának beállításában további K+-csatornák is szerepet játszanak. A KCa-csatornák (az intracelluláris Ca2+-szintet érzékelik, annak emelkedésére nyílnak meg) aktiválásával az agy pialis arterioláin vasodilatatio váltható ki. A KCa-csatornák az anoxiás stresszel szemben jóval ellenállóbbak a KATP-csatornáknál, ingerelhetőségük tízperces teljes ischaemia és reperfúzió után sem változik meg számottevően (25).

 

A reaktív oxigéngyökök szerepe a neuronalis-vascularis kapcsolat károsodásában

A központi idegrendszeri jelátvitelben a legfontosabb serkentő aminosav a glutamát. Egyre több bizonyíték szól amellett, hogy a glutamátfelszabadulás szerepet játszik az agyi vérkeringés lokális szabályozásában. Fiziológiás körülmények között a szürkeállományban a glutamátkoncentráció millimoláris tartományban van. A glutamát jelentős része intracellulárisan, jórészt az idegvégződésekben található. Bár általánosan elfogadott, hogy a központi idegrendszerben fiziológiás körülmények közütt a glutamátfelszabadulás aktivitásfüggő, meglehetősen hiányosak az ennek pontos mennyiségi viszonyaira vonatkozó kísérleti bizonyítékok. A felszabaduló glutamát döntő többsége a szinaptikus résben található, és nem alakul ki egyensúlyi eloszlás az interstitiumban (26). Azonban patológiás körülmények között, ha például hypoxia vagy ischaemia hatására a sejtek energiaraktárai kiürülnek, az extracelluláris glutamátkoncentráció a nyugalmi érték akár ötvenszeresét is elérheti. A glutamátfelszabadulás fiziológiás körülmények között serkentheti a regionális vérellátást.

In situ vizsgálatok szerint a cerebrovascularis rendszer egyes szegmensei (a. basilaris, pialis arteriolák) glutamát vagy szelektív glutamátreceptor-agonisták (elsősorban NMDA és kainát) hatására egyaránt relaxálnak. Az AMPA-receptorok ingerlésével az agykéregben nem jön létre számottevő érreakció. A glutamátfelszabadulás és a kapcsolódó agyi vasodilatatio több lépcsős folyamat eredménye. Az agyi erek simaizom- és endothelsejtjein nincsenek glutamátreceptorok vagy -receptoraltípusok. A jelátvitelben köztes, vazoaktív anyagnak is részt kell vennie. Feltételezések szerint a vasodilatatiót a perivascularis ideg- és gliasejtekből felszabaduló, az agyi erekhez diffúzió révén eljutó nitrogén-monoxid okozza (27).

Az NMDA-receptorok ingerlésével jelentős agyi vasodilatatio váltható ki. A hypoxia, az agyi ischaemia vagy az asphyxia azonban jelentősen csökkenti az agyi erek NMDA-ra adott válaszát.

Vizsgálataink szerint ezekben a károsító folyamatokban is a szabad gyökök játsszák a legfontosabb szerepet. Mindazon beavatkozások ugyanis, amelyek mérséklik a reaktív oxigéngyökök képződését vagy segítik a gyökök eliminációját, megakadályozzák a neuronalis-vascularis kapcsolat átmeneti károsodását. Indometacin-előkezeléssel vagy a prosztanoidtermelődés egyéb gátlásával (például a fehérjeszintézis blokkolásával) ugyanis jelentősen mérsékelhető az erek reakciókészségének megváltozása. Hasonlóan megtartható a vascularis reaktivitás az agykéregre juttatott szuperoxid-diszmutáz segítségével is (14, 28, 29).

Egyre több bizonyíték szól a reaktív oxigéngyökök reperfúziós károsodásokban játszott szerepe mellett. Ennek megfelelően nagy erőfeszítések folynak a reaktív oxigéngyökök felszabadulását korlátozó beavatkozások kifejlesztésére. Mivel a reaktív oxigéngyökök a központi idegrendszerben több támadásponton hatnak, így az endogén antioxidáns rendszerek aktivitásának fokozása, valamint a hatékony gyökfogó vegyületek fejlesztése és alkalmazása jelenthet segítséget az ischaemiás károsodások terápiájában.

 

A dolgozat az FKFP (0288/2000) támogatásával készült.
Levelezési cím: 6726 Szeged, Dóm tér 10. Tel: (62) 54-59-23, fax: (62) 54-58-42, e-mail: BARI@phys.szote.u-szeged.hu

Irodalom

  1. Floyd RA. Production of Free Radicals. In: Welch KMA, Caplan LR, Reis DJ, Siesjö BoK, Weir B (eds). Primer on Cerebrovascular Diseases. New York: Academic Press; 1997. p. 165-9.
  2. Cao W, Carney JM, Duchon A, Floyd RA, Chevion M. Oxygen free radical involvement in ischemia and reperfusion injury to brain. Neurosci Lett 1988;88:233-8.
  3. Chan PH. Reactive oxygen radicals in signaling and damage in the ischemic brain. J Cereb Blood Flow Metab 2001;21:2-14.
  4. Hall ED Lipid Peroxidation. In: Welch KMA, Caplan LR, Reis DJ, Siesjö BoK, Weir B (eds). Primer on Cerebrovascular Diseases. New York: Academic Press; 1997. p. 200-4.
  5. Zuckerman SL, Leffler CW, Shibata M. Recent advances and controversies in cerebrovascular physiology in the newborn. Curr Opin Ped 1993;5:162-9.
  6. Pourcyrous M, Leffler CW, Bada HS, Korones SB, Busija DW. Brain superoxide anion generation in asphyxiated piglets and the effect of indomethacin at therapeutic dose. Pediatr Res 1993;34:366-9.
  7. Marnett LJ, Rowlinson SW, Goodwin DC, Kalgutkar AS, Lanzo CA. Arachidonic acid oxygenation by COX-1 and COX-2. Mechanisms of catalysis and inhibition. J Biol Chem 1999;274:22903-6.
  8. Nogawa S, Zhang F, Ross ME, Iadecola C. Cyclo-oxygenase-2 gene expression in neurons contributes to ischemic brain damage. J Neurosci 1997;17:2746-55.
  9. Szabó Cs. Physiological and pathophysiological roles of nitric oxide in the central nervous system. Brain Res Bull 1996;41:131-41.
  10. Dalkara T, Moskowitz MA. The complex role of nitric oxide in the pathophysiology of focal cerebral ischemia. Brain Pathol 1994;4:49-57.
  11. Hall ED. Lipid Peroxidation. In: Welch KMA, Caplan LR, Reis DJ, Siesjö BoK, Weir B (eds). Primer on Cerebrovascular Diseases. New York: Academic Press; 1997. p. 200-4.
  12. Atlante A, Calissano P, Bobba A, Giannattasio S, Marra E, Passarella S. Glutamate neurotoxicity, oxidative stress and mitochondria. FEBS Lett 2001;497:1-5.
  13. Bari F, Errico RA, Louis TM, Busija DW. Influence of hipoxia/ischemia on cerebrovascular responses to oxytocin in piglets. J Vasc Res 1997;34:312-20.
  14. Bari F, Errico RA, Louis TM, Busija DW. Differential effects of short-term hipoxia and hypercapnia on N-methyl-D-aspartate-induced cerebral vasodilatation in piglets. Stroke 1996;27:1634-9.
  15. Farooqui AA, Litsky ML, Farooqui T, Horrocks LA. Inhibitors of intracellular phospholipase A2 activity: their neurochemical effects and therapeutical importance for neurological disorders. Brain Res Bull 1999;49:139-53.
  16. Dégi R, Bari F, Thrikawala N, Beasley TC, Thore C, Louis TM, et al. Effects of anoxic stress on prostaglandin H synthase isoforms in piglet brain. Dev Brain Res 1998,107:265-76.
  17. Domoki F, Veltkamp R, Thrikawala N, Robins G, Bari F, Louis TM, et al. Ischemia-reperfusion rapidly increases COX-2 expression in piglet cerebral arteries. Am J Physiol 1999;277:H1207-14.
  18. Faraci FM, Heistad DD. Regulation of the cerebral circulation: role of endothelium and potassium channels. Physiol Rev 1998;8:53-97.
  19. Akopov S, Sercombe R, Seylaz J. Cerebrovascular reactivity: role of endothelium/platelet/ leukocyte interactions. Cerebrovasc Brain Metab Rev 1996;8:11-94.
  20. Beckman JS. Nitric Oxide, Superoxide, and Peroxynitrite in CNS Injury. In: Welch KMA, Caplan LR, Reis DJ, Siesjö BoK, Weir B (eds). Primer on Cerebrovascular Diseases. New York: Academic Press; 1997. p. 209-10.
  21. del Zoppo GJ. Reperfusion Damage: The Role of PMN Leukocytes. In: Welch KMA, Caplan LR, Reis DJ, Siesjö BoK, Weir B (eds). Primer on Cerebrovascular Diseases. New York: Academic Press; 1997. p. 217-9.
  22. Ames A 3d, Wright RL, Kowada M, Thurston JM, Majno G. Cerebral ischemia. II. The no-reflow phenomenon. Am J Pathol 1968;52:437-53.
  23. Bari F, Louis TM, Meng W, Busija DW. Global ischemia impairs ATP-sensitive K+ channel function in cerebral arterioles in piglets. Stroke 1996;27: 1874-80.
  24. Armstead WM. Age-dependent impairment of K(ATP) channel function following brain injury. J Neurotrauma 1999;16:391-402.
  25. Bari F, Louis TM, Busija DW. Calcium-activated K+ channels in cerebral arterioles in piglets are resistant to ischemia. J Cereb Blood Flow Metab 1997;17:1152-6.
  26. Sokoloff L. Energetics of functional activation in neural tissues. Neurochem Res 1999;24:321-9.
  27. Domoki F, Perciaccante JV, Shimizu K, Busija DW, Bari F. N-methyl-D-aspartate-induced vasodilation is mediated by endothelium-independent nitric oxide release in piglets. (Közlésre benyújtva 2001.)
  28. Domoki F, Perciaccante JV, Veltkamp R, Robins G, Bari F, Louis TM, et al. Cycloheximide rapidly inhibits cortical COX activity and COX-dependent pial arteriolar dilation in piglets. Am J Physiol 1999;277:H1113-8.
  29. Veltkamp R, Domoki F, Bari F, Louis TM, Busija DW. Inhibitors of protein synthesis preserve the N-methyl-D-aspartate-induced cerebral arteriolar dilation after ischemia in piglets. Stroke 1999;30:148-52.