Kui naatriumi ja kaaliumi kontsentratsioonid ühtlustuvad kuna rakud ei saa hapnikku või toota energiat muudel põhjustel või NKA on muudel põhjustel inhibeeritud siis ei saa paljud transportvalgud oma tööd enam teha või isegi vahetavad transpordi suunda mis põhjustab kehast suurt kaost. Näiteks neuronitest neurotransmitterite välja lekkimist nagu seda juhtub kui aju ei saa verd isheemia ajal või on suremas ja rakuvälises vedelikus tõusevad nii stimuleerivate kui inhibeerivate neurotransmitterite kontsentratsioonid kümneid või sadu kordi üle tavakontsentratsiooni.
NKA inhibiitorid võivad tekitada epilepsiat ning südamerakkude NKA liigsel inhibeerimisel eluohtlikke rütmihäireid. Kaks ainet mida tavaliselt NKA inhibeerimisel kasutatakse on digoksiin ja ouabaiin. Mõlemad võivad tappa südametöö häirimisel ja on leitavad taimedest kuid midagi ouabaiini laadset eritub ka adrenaliininäärmetest ja hüpotaalamusest. Loomselt toodetud ouabaiini nimetatakse artiklites tavaliselt endogeenseks ouabaainiks (EO) ning osad autorid on skeptilised selles osas kas keha toodab seda sama molekuli kui taimedest leitab ouabaiin kuigi EO kohta leidub artikleid läbi 25 aastase perioodi. EO tuvastati antikehadega ning need võivad seonduda teiste ouabaiini lähedaste ainetega mistõttu suudetakse tuvastada mingit laadi aine olemasolu ilma et oleks kindel mis molekul tuvastati kuid see paistab piisavalt sarnane et paljud nimetavad EO'd ouabaiini isomeeriks.
NKA inhibeerimine pole tingimata halb kuna tõenäoliselt pole see kokkusattumus et loomariigi esindajad toodavad NKA inhibiitoreid mis aitavad stressi ajal neuronitel ja lihasrakkudel pingsamad olla.
Jänestes uuriti neurotransmitterite ja erinevate stimuleerivate või inhibeerivate aminohapete väljavoolu hippokampuse rakuvälisesse vedelikku tekitades neile isheemia kaela arterite kokku surumisega 10'ks või 30'ks minutiks. Osadel mõõdeti vedeliku koostisosasid suletud vereringe ajal ja teistel pärast 4 tunnist verevoolu taastamist. 30 minutilise isheemia lõpuks suurenes GABA kontsentratsioon 250 korda, glutamaat 160 korda ning aspartaat ja tauriin 40 korda. Nende kontsentratsioonid taastusid pärast 30 minutilist verevoolu taastumist. 1-2 tundi hiljem suurenes rakumembraanis olevate etanoolamiinide eraldumine rakuvälisesse vedelikku. 10 minutiline isheemia põhjustas sarnases suunas muutusi kuid vähemal määral. 4 tundi pärast verevoolu paistis hippokampuse tükis glutamaadi ja aspartaadi kontsentratsioon ~2-3 korda madalam kui kontrollgrupil. Samas osade aminohapete (alaniin, leutsiin, isoleutsiin, valiin ja fenüülalaniin) kontsentratsioonid suurenesid mitmekordselt.
Serotoniini kontsentratsioon rakkude ümber tõusis rottidel 12,5 minutilise isheemia järel hippokampuses 4 korda ja 20 minutiga striaatumis 25 korda. Serotoniini toksilist toimet vähendas 5-HT2 antagonist ritanseniir mida anti alates pool tundi enne isheemiat kuni tund pärast verevoolu taastamist ning selle mõjul paistis hippokampuses normaalse välimusega rakke ~2-3 korda rohkem.
5 minutine isheemia tõstis kõrbehiire hippokampuses GABA kontsentratsiooni 1060+/-143% üle tavakontsentratsiooni.
Inimuuringus kus 12 katsealust olid saanud suurema peatrauma või kellel oli ajuverejooks uuriti intentsiivosakonnas või operatsiooniruumis kogutud ajuvedeliku koostisosasid. Neil patsientidel esines isheemiahoogusid mida tuvastati survesensoriga ning millega koos oli aju juurde paigutatud vedelikuproove võttev kanüül. Muutuvate kontsentratsioonide juures tuleks arvestada et nende nii algkontsentratsioonid kui isheemia järgselt kõrgenenud kontsentratsioonid mõõdeti samadest isikutest ning kõik mõõdeti surmale lähedal (osad surid) olevate inimeste peadest. GABA kontsentratsioonid tõusid isheemiaga suhteliselt kõige rohkem ning kõigi mõõdetud inhibeerivate ja stimuleerivate neurotransmitterite kontsentratsioonid rakkude ümber tõusid. Tauriini rakuväline kontsentratsioon tõusis ühel patsiendil ~2 korda, glütsiinil 3 korda, aspartaadil ~14 korda ja glutamaadil 33 korda. Teistel patsientidel erinesid need suhtarvud kuni ~5 korda. Kõige rohkem suurenes kõigil GABA kontsentratsioon mis oli sõltuvalt patsiendist 6,8-1350 korda kõrgem algtasemest.
Rottidel suurenes surmava isheemia korral ajus endogeensete opioidide kontsentratsioon 30 minutiga keskmiselt 13 korda. Kaltsiumivaba (liigne kaltsiumi vabanemine isheemia aja suurendab samuti neurotransmitterite eritumist) vedelikuga aju loputamine langetas selle kontsentratsiooni 3 kordselt üle tavataseme. Enamus opioididest paistsid enkefaliinid.
Muskariini retseptori agonist karbakool inhibeerib NKA aktiivsust PKC (fosfokinaas C) aktiveerimisega. Suurim kasutatud doos aeglustas NKA tööd ~80% ning pärast karbakooli välja pesemist taastus enamus NKA aktiivsusest 4 tunniga. PKC aktiveerijad suutsid samuti NKA tööd inhibeerida.
Kui PKC aktiveerimine on alati NKA inhibeeriva rolliga siis võib sarnaseid tulemusi leida potentsiaalselt sadade teiste retseptoritega. Muskariini retseptorid on suurima retseptoriperekonna liikmed ja need seonduvad inhibeerivate (Gi) või paari eri stimuleeriva mõjuga G valguga (Gs või Gq). Kui G valgul on väiksemalt järel q täht nagu näiteks Gαq/11 valgul (mis on seotud osade muskariini retseptoritega) siis tõenäoliselt on tegu retseptoriga mis aktiveerib PKC valku.
CB1 agonistid THC ja WIN55,212-2 stimuleerisid NKA aktiivsust ja seda muutust sai vähendada kui rakkudele oli eelnevalt lisatud pertussis toksiini (läkaköha tekitava bakteri toksiin) mis blokeerib inhibeerivate G valkude (Gi/o) tööd.
Kui verevool ajusse peatub siis esialgu kaasneb kiiresti teadvuse kaotus seoses kaaliumi väljavooluga mis hüperpolariseerib rakud ning aitab säästa energiat. Paari minutiga algab suur naatriumi, kaltsiumi, kloori ja vee sissevool rakkudesse mis stimuleerib neuroneid glutamaadi ja teiste neurotransmitterite vabanemisega ning põhjustab rakkude paisumist. Osa glutamaadi väljavoolust on astrotsüütide tagurpidi töötavate transporterite tõttu. Glutamaadi põhjustatud suur kaltsiumi sissevool võib põhjustada rakkude enesetappu kuid suur kogus kaltsiumikanalite blokeerijaid võib olla toksiline isheemia tsoonist välja jäävatele rakkudele kuna liiga madal kaltsiumi kontsentratsioon ajab samuti rakud enesetappu tegema.
Toksilises koguses eritub isheemia ajal ka dopamiini mille kontsentratsioon võib tõusta siheemia ajal 500 korda ja mõjuda surmavalt striaatumi rakkudele.
Mitte kõik rohkes koguses vabanevad neurotransmitterid pole toksilised nagu näiteks GABA ja adenosiin. Adenosiin tekib ATP kasutamisel aidates oma A2 retseptoritega vähendada põletikku ja suurendada verevoolu ning A1 retseptorite aktiveerimisega vähendada neurotransmitterite väljavoolu.
Erituvad ka kasvufaktorid millest osad kaitsevad rakke kuid osad neist kahjustavad rakke ning osad nagu BDNF või NT-4/5 kaitsevad apoptoosi eest kuid soodustavad nekroosi hapniku/glükoosi puudusel või glutamaadi retseptorite üleliigse aktiivsuse korral.
Üks isheemiaga kaasnev nähtus on PKC aktiveerumine mis stimuleerib aju, südame ja neerude rakke ning suurendab nende suremust.
Kui suuremale isheemiale eelnevad väiksemad isheemiad siis need väiksemad vähem kahjulikud isheemiahood võivad pakkuda mitmepäevast kaitset suurema isheemia eest suurendades rakus kaitsvate valkude nagu näiteks raku sisevedelikust vaba kaltsiumit koguvate valkude ning rakkude enesetapu eest kaistvate valkude sünteesi. Sellised õrnemad eelnevad isheemiad põhjustavad suure isheemia ajal vähem glutamaadi väljavoolu ning rohkem GABA väljavoolu.
Dopamiin võib inhibeerida NKA aktiivsust sünaptosoomidest mis tehti palju dopamiini sisaldavate sünapsidega aju osadest kuid teistest aju osadest tehtud sünaptosoomide NKA'le ei paistnud dopamiinil mõju. Atsetüülkoliin ja noradrenaliin omasid sarnast spetsiifilist mõju sünaptosoomide NKA'le mis oli eraldatud vastavalt rohkesti atsetüülkoliini või noradrenaliini sisaldavatest aju osadest ning ei mõjutanud teistest piirkondades tehtud sünaptosoomidest.
Melatoniin vähendas rottides ouabaiini tekitatud maaniat. Melatoniini doosid 5 või 20 mg/kg ja liitiumkloriid doosil 45 mg/kg ning kui nädal oli iga päev selliseid doose antud siis süstiti ouabaiini doos (~0,3 nanogrammi) aju ventriikulisse. Melatoniin ja liitiumkloriid vähendasid ouabaiini stimuleerivat toimet ning ouabaiini doosiga kaasnevat oksüdatiivset stressi.
Uuringus opiaatide pikemaajalisest mõjust NKA transporterile rottide ajukoore rakkudes anti rottidele tramadooli või morfiini kuni 21 päeva enne aju eemaldamist ning osadega oodati kuni nad olid võõrutuses (96 tundi viimasest doosist). NKA aktiivsus oli madalam kõigil opiaate saanud katseloomadel. Tramadool ja morfiin mõlemad vähendasid NKA aktiivsust kuid täpsemad numbrid olid välja toodud tramadooli saajate hulgas. NKA aktiivsus langes ühtlase 20 mg/kg tramadooli doosiga 21 päevaga ~25% ning oli võõrutuses olijate grupis ~20% langenud. Sama doosi saajatel suurenes naatriumi kontsentratsioon ajukoore tükkides ~15-20% ja oli umbes sama palju suurenenud võõrutuses olijatel. Kaaliumi kontsentratsioon langes ~15% ning oli võõrutuses olijatel ~7% madalam kui kontrollgrupil.
NKA koosneb alfa, beeta ja FXYD subühikutest. Alfa subühikud tegelevad ATP kasutamise ja ioonide transpordiga. Beeta ja FXYD valgud osalevad NKA'le valmis struktuuri ja funktsiooni andmises (FXYD on rohkem stabiliseeriva rolliga kuid pole tingimata vajalik NKA tööks erinevalt beeta subühikust). Beeta subühikud osalevad ka rakkude üksteise külge kinnitamises ja takistavad rakkude liikumist. Lisaks osalevad beeta subühikud NKA transpordis raku seest raku membraanisse, kinnitavad NKA sees alfa subühikud õigesse kohta andes NKA'le töövõime ning kaitsevad NKA'd lagundamise eest. FXYD osaleb NKA aktiivsuse reguleerimises sõltuvalt koest (ajus sisaldab NKA FXYD7 subühikut). Vanemates uuringutes ja illustratsioonides oli NKA küljes kirjeldatud gamma subühikut mis on nüüd FXYD2 nimega.
REM une puudus tõstab ajus noradrenaliini taset ja see omakorda suurendab adrenaliini alfa-1 retseptori aktiveerimisega NKA aktiivsust. 4 päevane unepuudus suurendas rottide ajus NKA alfa-1, alfa-2 ja alfa-3 subühikute sünteesi kuid ei paistnud erinevust beeta subühikute tootmises. Adrenaliini alfa 1 retseptori antagonist vältis muutust NKA aktiivsuses ja subühikute tootmises. Kuigi NKA subühikute mRNA hulk paistis muutumatu eri loomade vahel võis mRNA kauem säilida adrenaliini alfa-1 retseptori aktiveerimise järgselt.
Vähemalt osadel juhtudel paistab et NKA inhibeerimine võib võimendada valutundlikkust ja NKA stimuleerimine aitab vähendada valu.
Morfiini valuvastast toimet sai vähendada NKA inhibiitoritega ilma et need inhibiitorid oleks opioidi retseptoriga seondunud. Kolme NKA inhibiitorit uuriti ja nende valutundlikkust taastav toime oli suurim ouabaiinil, vähemal määral digoksiin ja kõige vähem digitoksiin. 10 ng ouabaiini roti kohta aju ventriikulisse süstitult kaotas valuvastase toime mis kaasnes 5 mg/kg morfiiniga kuid 10-100 ng ouabaiini roti kohta selgroosse süstitult ei mõjutanud oluliselt valutundlikkust.
FXYD2 võib osaleda põletikule kaasnevas allodüünias ja seda subühikut toodetakse valusignaale saatvates neuronites suures koguses. FXYD2 takistab NKA alfa1 subühiku tööd inhibeerides sellega NKA tööd ja hoiab valu vahendavad neuronid aktiivsemalt. Kui FXYD2 puudusega mutanthiirtes tekitati mehhaaniline allodüünia siis neil lõppes allodüünia umbes 4 päeva pärast põletiku lõppu kuid tavahiirtes kestis allodüünia vähemalt 3 nädalat. FXYD2 mõju alfa1 subühikule kasvas mitu päeva ja oli maksimaalne ~4 päeva pärast põletikku inhibeerides NKA aktiivsust valunärvides ja stimuleerides valunärve. NKA vajab tööks minimaalselt alfa ja beeta subühikut kus alfa subühikud tegelevad transpordiga ja beeta subühikud reguleerivad alfa subühikute ekspressiooni ja annavad NKA'le õige struktuuri. NKA aktiivsust reguleerivad otseselt ATP, Na+ ja K+ olemasolu. Kaudsemalt reguleerivad seda katehhoolamiinid, insuliin, morfiin ja angiotensiin II oma retseptorite tööga. NKA tööd võivad inhibeerida ouabaiin, digoksiin ja adrenaliininäärmetest pärit digitaalise laadsed steroidhormoonid. Alfa1 subühikuga NKA transportereid saab otseselt stimuleerida kehas oleva follistatiini laadse valguga (FSTL1). FXYD2 avastati esialgu neerudes kus see vähendab NKA võimet seonduda naatriumi ja kaaliumiga. Valu, temperatuuri ja õrnemaid puutesignaale vahendavad sensoorsed neuronid sisaldavad NKA's alfa1, alfa3 ja beeta1 subühikuid. Alfa3 varianti leidub suuremates rakkudes. Alfa1 subühikud paistavad tavalisemad subühikud. Valutundlikud neuronid võivad eritada FSTL1 valku et stimuleerida alfa1 subühikutega NKA valke ja vähendada neuroni aktiivsust.
Kui uuriti FXYD2 sisaldust närvisüsteemi eri osades siis suurim sidaldus oli valutundlikes dorsaaljuure ganglioni rakkudes millest ~50% (vahemik 47%-58% kus suurem kontsentratsioon oli väiksemates neuronites) sisaldasid FXYD2 mRNA'd. Teisel kohal (~5 korda madalam sisaldus) oli ajuripatsis ning ülejäänud närvisüsteemi osades oli sisaldus nullilähedane. Kehas oli suurim FXYD2 mRNA sisaldus neerudes. Kuigi seljaaju dorsaalne osa sisaldab FXYD2 valku ei paista selles FXYD2 mRNA'd. Pigem paistab et see valk sünteesitakse dorsaaljuure ganglionis ja see transporditakse edasi seljaajusse.
FXYD subühikute mõju NKA töökiirusele on tavaliselt NKA kiirust kuni 2 korda muutev. Üldiselt paistab neil valkudel stabiliseeriv mõju NKA struktuurile võimaldades neil transporteritel näiteks kõrgemal temperatuuril töövõimelisena püsida.
FXYD valgud võivad olla vajalikud NKA funktsioneerimiseks normaalse temperatuuri juures sest näiteks FXYD2 G41R mutatsioon inimeses võib tekitada suurt magneesiumi kaotust uriiniga, takistab sellel subühikul seondumist NKA alfa1 subühikuga ja segab FXYD2 transporti rakumembraani. G41R mutatsioon sarnaselt osade teiste FXYD tööd segavate mutatsioonidega muudavad subühiku lõiku mis peaks rakumembraanis asuma ning seonduma alfa subühikuga.
FXYD subühikuid toodetakse üldiselt rohkem organites mis on tundlikumad oksüdatiivse stressi suhtes nagu aju, süda ja neerud. Stressi korral võib rakkudes suureneda FXYD subühikute juurde tootmine ning need võivad aidata NKA valkudel kauem töös püsida potentsiaalselt kaitstes neid lagunemise või raku sisse neeldumise eest.
NKA inhibiitoreid kasutatakse mõnikord südame paremini töös hoidmiseks. Tavaliselt on inhibiitoriks digoksiini. Sellised ained tõstavad NKA inhibeerimisega lihaste toonust, lühendavad süstooli, pikendavad diastooli kestvust ja aeglustavad pulssi. Lihastoonus tõus võib väljenduda südame väiksemaks minekuna isegi diastoolis kui süda on suhteliselt lõtvunud. See südame ajutine kahanemine aitab mõningaid südamehaigeid kuid mitte terve südamega inimesi. Tervetel on süda optimaalse suurusega ja kahanemine on sellisel juhul probleemiks kuid südamehaigetel kaldub süda suurem olema ning mõõdukas kokku tõmbumine aitab optimaalsemalt verd pumbata. Pulsi aeglustumist võib põhjustada väiksem sümpateetilise närvisüsteemi aktiivsus kui verevarustus on piisav kuigi piisavalt suure doosiga võib see osa närvisüsteemist aktiivsemaks minna. Parasümpateetiline närvisüsteem võib mõõduka digoksiini doosiga suurendada atsetüülkoliini eritamist ja sellega pulssi langetada. Soontele mõjuvad digoksiini laadsed ained otseselt sooni kitsendavalt kuid kaudselt võib see südamehaigetel põhjustada soonte laienemist kuna tavaliselt on nende sümpateetiline närvisüsteem põhjustanud ebatervislikult kõrgendatud kontsentratsioonis adrenaliini ja teiste stressihormoonide eritumist ning nende kontsentratsiooni langus pärast digoksiini saamist võib kokkuvõttes lõdvestada soonte lihaseid. Lisaks suurendab digoksiin vee kaotust uriiniga osaliselt sümpateetilise närvisüsteemi aktiivsuse vähendamisega. Digoksiin saab vähendada südamehaigete südame hapnikuvajadust sest kuigi südamelihased on veidi pingsamad ja südame kokkutõmbed tugevamad on takistus veresoontes madalam nende laienemise järel ja muutus vererõhule on väike.
No comments:
Post a Comment