На Русском языке (pgf).
advertisement
Дисфункция мозга Репринтное издание Управляющий редактор И. Сега, Рим Издатель С. Каргер АГ, Базел Отпечатано в Италии Дисфункция мозга, 1988, 1:51-56 Воздействие прекращения диеты и диетической добавки триптофана на метаболизм трансмиттера при фенилкетонурии Йитте Бибер Нильсен, Ганс С. Лоу, Флемминг Гюттлер Институт Дж. Ф. Кеннеди, Дания, г. Глоструп Ключевые слова. ФКУ – Прекращение диеты – Триптофан - Трансмиттер Резюме. Прекращение диеты 10 молодыми людьми в фенилкетонурией (ФКУ) привело к 100% увеличению концентрации фенилаланина в плазме и цереброспинальной жидкости (ЦСЖ) и статистически значимому снижению концентрации 7 основных аминокислот в плазме. Концентрация тирозина и триптофана в ЦСЖ не изменилась, а концентрация гомованилиновой кислоты (ГВК) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) снизилась, но статистически значимо только в отношении последней. Концентрация 5-ГИУК была значительно ниже у пациентов с ФКУ, как на диете, так и без нее, по сравнению с нормальными контрольными данными. Когда 11 молодых людей с ФКУ придерживались стандартной диеты в добавкой триптофана, наблюдалось 5-кратное увеличение концентрации в плазме и 3-кратное увеличение спинальной концентрации этой аминокислоты. Благодаря 3-кратному увеличению концентрация 5-ГИУК достигла нормальных показателей. Рассматривается вопрос о возможной альтернативе диете с ограниченным потреблением фенилаланина при ФКУ. Введение Фенилкетонурия (ФКУ) – врожденное нарушение обмена фенилаланина, отсутствие лечения которого приводит к серьезной задержке умственного развития. Предотвращается путем установления для ребенка диеты с ограниченным потреблением фенилаланина в течение первого месяца жизни. В других лечебных центрах (1-4) есть данные о том, что прекращение диеты в возрасте 8 лет или ранее приводит к снижению умственной функции и появлению проблем поведенческих изменений. Однако, для некоторых пациентов соблюдение диеты в пубертатный период неудобно. Настоящее исследование свидетельствует о том, что прекращение диетотерапии в этом (а, возможно, и любом) возрасте приводит к нарушению процесса обмена аминокислот в плазме и, что более серьезно, внутримозгового обмена допамина и серотонина. В ранних исследованиях (5) мы рассматривали воздействие добавки тирозина на синтез допамина. Впоследствии, мы решили выяснить, может ли добавка триптофана стимулировать синтез серотонина, несмотря на высокую концентрацию фенилаланина в плазме и цереброспинальной жидкости (ЦСЖ). Пациенты и методы. Группа пациентов 1. Десять молодых людей с ФКУ в возрасте 15-24 лет наблюдались при соблюдении диеты и без нее по «перевернутой» схеме. Пациенты следовали диетотерапии с низким потреблением фенилаланина на протяжении, по меньше мере, 3 недель, а следующие 3 недели не соблюдали диету, в произвольном порядке. В конце каждого 3-недельного периода производилась поясничная пункция и определялось содержание аминокислот и метаболитов трансмиттера в ЦСЖ. Нормальная диета включала 1.3г протеина на кг веса. Неумеренное потребление мяса и молочных продуктов исключалось. Группа пациентов 2. Одиннадцать молодых людей с ФКУ в возрасте 14-25 лет следовали обычной диете с дополнительным потреблением 4.5г триптофана в день. Поясничная пункция проводилась для анализа ЦСЖ после, по меньшей мере, 3 недель стандартной диеты и через 1 неделю после стандартной диеты с дополнением триптофана в произвольном порядке. Контрольная группа. Восемнадцать молодых людей, не страдающих ФКУ, в возрасте 18-31 года, направленных на радикулографию с подозрением на пролапс люмбального диска, составили контрольную группу для измерения концентрации гомованилиновой кислоты (ГВК), 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК), фенилаланина, тирозина и триптофана в ЦСЖ. Поясничная пункция. Проводилась стандартным образом: жидкость забиралась через 2 часа после завтрака, когда пациент все еще находился в постели, 7 порциями по 0.5мл каждая. Порции хранились при температуре -80°С до измерения ГВК, 5-ГИУК, фенилаланина, тирозина и триптофана при помощи высокоэфффективной жидкостной хроматографии, как отмечалось ранее (6). Образцы крови. Непосредственно перед поясничной пункцией проводился забор венозной крови. Гепаринизованная плазма замораживалась в аликвотах и хранилась при температуре -20°С до проведения анализа аминокислот по Андерсену и др. (7). Кроме того, проводился анализ фенилаланина, тирозина и триптофана при помощи высокоэфффективной жидкостной хроматографии по Ликкелунду и др. (6). Использовались следующие статистические методы: Тест ранговой сумму Пратта для согласованных пар для сравнения данных по группе пациентов 1 (на диете и без) и данных по группе пациентов 2 (без диеты и без диеты с добавлением триптофана). Тест ранговой суммы Манна-Уитни (Wilcoxon) для сравнения двух групп пациентов и здоровых контрольных субъектов, а также для сопоставления сравнимых данных по двум группам пациентов без диеты. Тест Спирмана для вычисления коэффициента ранговой корреляции между концентрацией фенилаланина в плазме и концентрацией остальных основных аминокислот. Для всех случаев использовался 5% уровень значимости. Таблица 1. Воздействие прекращения диеты на концентрацию основных аминокислот в плазме у 10 молодых людей с ФКУ Средние показатели и 95% доверительный предел, ммоль/л На диете Без диеты Фенилаланин Изолейцин Лейцин Лизин Метионин Треонин Триптофан Тирозин Валин 1 р<0.01; 2р<0.05, 30.2<р<0.4 Результаты Прекращение диеты, группа пациентов 1 В таблице 1 приведены изменения концентрации аминокислот в плазме после прекращения диеты. Средняя концентрация фенилаланина в плазме превышала показатели группы на стандартной диете вдвое по сравнению с диетой с ограниченным потреблением фенилаланина. Средняя концентрация в плазме остальных основных аминокислот снизилась на 25-48% при стандартной диете. Все изменения были статистически значимыми, за исключением 29% снижения концентрации валина. Концентрация метионина, изолейцина, лизина, треонина, триптофана и тирозина при соблюдении диеты и без была в отрицательном соотношении с концентрацией фенилаланина. Чем выше была концентрация фенилаланина, тем ниже была концентрация данных аминокислот. Значения р варьировались от р<0.001 до р<0.05, а коэффициенты корреляции от -0.75 до 0.45. в отношении лейцина и валина корреляция не имела статистической значимости. Таблица 2. Метаболизм трансмиттера при ФКУ, воздействие прекращения диеты и добавки триптофана Средние показатели и 95% доверительный предел (в скобках) Контрольные субъекты (18 чел.) Фенилаланин 1 Тирозин 1 Триптофан 1 ГВК 2 ЦСЖ, группа пациентов 1 (10 чел.) На Без диете диеты ЦСЖ, группа пациентов 2 (11 чел.) Без +триптофан диеты Плазма, пациентов 2 Без диеты группа +триптофан 5-ГИУК 2 ГВК/5-ГИУК 1 ммоль/л; 2 нмоль/л Данные по ЦСЖ приведены в таблице 2. Определялись значения только по аминокислотам фенилаланин, тирозин и триптофан. Как и в плазме, концентрация фенилаланина увеличилась вдвое после прекращения диетотерапии, тогда как концентрация тирозина и триптофана не изменилась. Однако, как при соблюдении диеты, так и без нее, концентрация последних двух аминокислот была выше, чем у контрольной группы (Таблица 2). Средняя концентрация тирозина была почти на 50% выше у пациентов (р<0.005). Средняя концентрация триптофана была на 85% выше у пациентов (р<0.001). Средняя концентрация метаболита допамина – ГВК, у пациентов на диете не отличалась от средних показателей контрольной группы. После прекращения диеты средние показатели у группы пациентов несколько снизились, но это изменение не имело статистической значимости. Средняя концентрация метаболита серотонина – 5-ГИУК, у группы пациентов на диете составляла лишь 52% от концентрации в контрольно группе (р<0.001). Когда пациенты не соблюдали диету, концентрация 5-ГИУК была еще ниже, т.е. 30% от концентрации в контрольно группе (р<0.001). Разность на диете и без нее имела статистическую значимость (р<0.01). Добавка триптофана, группа пациентов 2 Результаты приведены в таблице 2. В отношении плазмы наблюдалось более чем 5-кратное увеличение средней концентрации триптофана, когда эта группа соблюдала стандартную диету с добавлением триптофана (р<0.001). Концентрация фенилаланина и тирозина не изменилась. В ЦСЖ концентрация фенилаланина и тирозина опять же не изменилась. Средняя концентрация триптофана увеличилась более чем в 3 раза при дополнительном потреблении триптофана (р<0.001). Наблюдалось немногим менее чем 3-кратное увеличение средней концентрации 5-ГИУК (р<0.001), что хорошо согласуется с предыдущим фактом. Средняя концентрация ГВК не изменилась. Средняя концентрация в ЦСЖ фенилаланина, тирозина, триптофана, ГВК и 5ГИУК у двух групп пациентов вне диеты численно отличается, но, за исключением концентрации триптофана (р<0.05), не имеет статистической значимости. Обсуждение Воздействие диетотерапии на концентрацию основных аминокислот Настоящее исследование показало, что увеличение фенилаланина в плазме после прекращения диетотерапии у 10 молодых людей с ФКУ сопровождалось значительным снижением концентрации в плазме большей части основных аминокислот. Концентрация этих аминокислот находится в обратной зависимости от концентрации фенилаланина в плазме. Более ранние исследования (8) показали, что пациенты с ФКУ, не подвергавшиеся лечению, обладали более низкой концентрацией в плазме многих аминокислот по сравнению со здоровыми субъектами и умственно отсталыми пациентами, помещенными в лечебные заведения, но не страдающими ФКУ. В ходе настоящего исследования прекращение диеты сопровождалось сокращенным потреблением семи основных аминокислот. Однако этот факт может лишь частично объяснить снижение концентрации аминокислот в плазме. Возможным объяснением низкой концентрации в плазме могло бы быть снижение кишечного всасывания. Оральный прием маркированных аминокислот пациентами с ФКУ и контрольными субъектами выявил замедленное накопление в крови пациентов с ФКУ. Более того, не обнаружено различий в поглощении аминокислот у пациентов с ФКУ, подвергающихся лечению, и у здоровых субъектов (9). Высокое содержание фенилаланина в желчи и дигестионных соках, вероятнее всего, монополизирует систему транспортировки носителей в кишечных стенках и, тем самым, снижает скорость впитывания остальных нейтральных аминокислот (10). Увеличение концентрации фенилаланина в ЦСЖ после прекращения диеты было сопоставимо с ее увеличением в плазме. Концентрация тирозина и триптофана осталась неизменной, хотя эта концентрация у пациентов с ФКУ превышала в 1.5 и 1.9 раза соответственно значения у здоровой контрольной группы. Поскольку предполагалось, что высокая концентрация фенилаланина в плазме ингибирует транспортировку этих дух аминокислот через гемоэнцефалический барьер (11), это наблюдение явилось неожиданностью. Рацман и др. (12) показали, что концентрация тирозина в ЦСЖ у пациентов с ФКУ в 2.2 раза выше, чем у контрольной группы, что согласуется с настоящими результатами. Эти наблюдения могут отражать нарушения внутриклеточного обмена тирозина и триптофана в клетках мозга и снижение транспортировки через мембраны нейронных клеток. Эта гипотеза подтверждается открытием того факта, что содержание тирозина в коре головного мозга при ФКУ, выявленное посмертно, было снижено до 50% от контрольных значений, а триптофана – до 42% от контрольных значений (13). Вывод, который напрашивается, заключается в том, что цереброспинальная концентрация тирозина и триптофана не отражает внутримозговое содержания этих аминокислот при ФКУ. Воздействие диетотерапии на обмен трансмиттеров Средняя концентрация ГВК в ЦСЖ у пациентов группы 1 не отличается от данных по контрольной группе. После прекращения диеты наблюдалось снижение, но оно не имело статистической значимости. Концентрация 5-ГИУК была значительно ниже у пациентов с ФКУ на диете по сравнению с контрольной группой, а после прекращения диеты наблюдался дальнейший спад 5-ГИУК. Высокая внутримозговая концентрация фенилаланина не только ингибирует транспортировку тирозина и триптофана в нейроны, но и вызывает конкурентное ингибирование тирозин и триптофан гидроксилазы, которые служат катализаторами первой стадии скорость определяющей в синтезе допамина и серотонина соответственно. На следующей стадии, катализированная Л-ароматической аминокислотой декарбоксилаза ингибируется метаболитами фенилаланина фениллактической и фенилуксусной кислотами (14). Сложно понять, почему обмен серотонина выглядит сильнее нарушенным, чем обмен допамина. Особенно при отсутствии диеты можно было бы ожидать определенного ограничения тирозина, доступного для синтеза допамина при ФКУ. Ранние исследования показали, что вигильность и синтез трансмиттеров снижается после прекращения диеты у 4 пациентов с ФКУ. Более поздние исследования (15) показали улучшение, как в плане вигильности, так и в плане синтеза допамина, когда стандартная диета сопровождалась дополнительным приемом больших доз тирозина. Воздействие триптофана на обмен трансмиттеров Настоящее исследование показало, что добавка триптофана к стандартной диете нормализует, или, по крайней мере, увеличивает, спинальную концентрацию 5ГИУК у 11 молодых людей с ФКУ (Таблица 2). При стандартной диете без добавки триптофана ни один из показателей концентрации 5-ГИУК у пациентов не находился в рамках 95% доверительного предела контрольной группы. Конкурентное ингибирование энзиматической реакции зависит от соотношения количества субстрата и ингибитора. Вместо снижения концентрации ингибитора – фенилаланина, при помощи диеты с ограниченным потреблением phe, можно нейтрализовать ингибирование посредством увеличения концентрации субстрата – триптофана, в данном случае, предшественника серотонина. Именно таким образом мы добились увеличения концентрации 5ГИУК в ЦСЖ у всех пациентов. Увеличение 5-ГИУК практически равнялось увеличению спинальной концентрации триптофана, что означает, что триптофан гидроксилаза не была насыщенна ее субстратом. Соотношение ГВК/5-ГИУК в ЦСЖ пациентов с ФКУ на стандартной диете было в 2.7 раз выше, чем у контрольных индивидов (Таблица 2). При сопровождении стандартной диеты дополнительным приемом триптофана это соотношение снижается до величины 0.9 раз соотношения контрольной группы, поскольку средняя концентрация 5-ГИУК увеличивается до нормального уровня, а концентрация ГВК не изменяется. Таким образом, добавка триптофана способна нормализовать соотношение ГВК/5-ГИУК при ФКУ. Добавка триптофана оказывает более впечатляющее воздействие на биохимические изменения в синтезе трансмиттера при ФКУ, чем добавка тирозина. Но когда тирозин принимался отдельно, это способствовало повышению вигильности у 9 молодых людей с ФКУ (5). Клинический эффект триптофана, по-видимому, более сомнителен, что будет обсуждаться позже в других исследованиях. Нам кажется, что добавка к рациону и триптофана, и тирозина могла бы стать альтернативой стандартному лечению ФКУ в молодости, когда диета часто не соблюдается. Благодарность Анализы аминокислот в плазме проводились в клиническом химическом отделении, Дания, г. Копенгаген, Rigshospitalet, КК 4051. Мы признательны Лизе Нильсен и Вибеке Расмуссен за техническое содействие и Мей-Бритт Лунд за подготовку рукописи. Настоящее исследование проводилось при финансовой поддержке Датского фонда медицинского страхования, Фонда 1870 года, Фонда 15 января 1972 года, Фонда Кристы и Вигго Петерсенов, Фонда профессора Карса Петерсена и Фонда частных банков.
