ما هو الجلوتامات

الجلوتامات هو الناقل العصبي الأكثر وفرة في دماغنا ، والجهاز العصبي المركزي (CNS) ، وهو يشارك فعليًا في كل وظيفة دماغية مثيرة ، في حين أن الإثارة لها معنى محدد للغاية في

علم الأعصاب

، بشكل عام ، يزيد ناقل عصبي مثير من احتمال أن يكون للخلايا العصبية ، التي يعمل عليها إمكانية عمل (تسمى أيضًا النبض العصبي).

فعندما يحدث جهد محتمل ، يقال أن العصب يطلق النار ، في هذه الحالة ، يكون مشابهًا إلى حد ما لإكمال دائرة كهربائية تحدث عند تشغيل مفتاح الضوء ، ونتيجة إطلاق الخلايا العصبية هي أن الرسالة يمكن أن تنتشر في جميع أنحاء الدائرة العصبية ، وتشير التقديرات إلى أن أكثر من نصف المشابك في الدماغ تطلق الجلوتامات ، مما يجعلها الناقل العصبي السائد المستخدم في اتصالات الدوائر العصبية.

والجلوتامات هو أيضا مقدمة استقلابية لناقل عصبي آخر يسمى GABA (حمض جاما أمينوبوتيريك) ، وGABA هو الناقل العصبي المثبط الرئيسي في الجهاز العصبي المركزي ، لذا فإن الناقلات العصبية المثبطة هي في الأساس الوجه الآخر للعملة ، فهي تقلل من احتمالية إطلاق الخلايا العصبية التي تعمل عليها.

وظائف الجلوتامات

في الدماغ ، تشكل مجموعات الخلايا العصبية دوائر عصبية ، تقوم بوظائف محددة صغيرة النطاق ، على سبيل المثال ، تكوين واسترجاع الذاكرة ، وترتبط هذه الدوائر العصبية ببعضها البعض ، لتشكيل شبكات دماغية واسعة النطاق ، والتي تقوم بوظائف أكثر تعقيدًا ، على سبيل المثال ، السمع ، الرؤية ، الحركة.[1]

من أجل جعل الخلايا العصبية الفردية تعمل معًا عبر هذه الشبكات ، هناك حاجة إلى نوع من التواصل بينها ، وتتمثل إحدى طرق تحقيق ذلك في جزيئات الرسائل الكيميائية ، التي تسمى الناقلات العصبية ، ويلعب الجلوتامات دورًا بارزًا في الدوائر العصبية المرتبطة باللدونة المشبكية ، ولها القدرة على تعزيز أو إضعاف الإشارة بين الخلايا العصبية بمرور الوقت لتشكيل التعلم والذاكرة ، كما تلعب دور رئيسي في مجموعة فرعية من اللدونة تسمى التقوية طويلة المدى (LTP).

وبسبب هذه الأدوار وغيرها ، فإن نظام الجلوتاميترجيك ذو أهمية قصوى للإشارة السريعة ، ومعالجة المعلومات في الشبكات العصبية ، حيث إن إشارات الجلوتامات أمر بالغ الأهمية في مناطق الدماغ ، بما في ذلك القشرة الحصينية والحُصين ، وهما أمران أساسيان للوظيفة المعرفية.

و يتم التعبير عن مستقبلات الجلوتامات على نطاق واسع في جميع أنحاء الجهاز العصبي المركزي ، ليس فقط في الخلايا العصبية ، ولكن أيضًا في الخلايا الدبقية ، والخلايا الدبقية (أو الخلايا العصبية أو الخلايا الدبقية ببساطة) هي خلايا دماغية غير عصبية توفر الدعم والحماية للخلايا العصبية.

ونظرًا لأنه الجزيء الرئيسي الذي يشجع الإثارة العصبية ، فإن الجلوتامات هو الوسيط الرئيسي للإدراك والعواطف ، والمعلومات الحسية ، والتنسيق الحركي ، ويرتبط بنشاط معظم أنظمة الناقلات العصبية الأخرى ، لكن الجلوتامات ليس أفضل مركب.

حيث يتطلب الاتصال بالغلوتاماتيك تركيزات الغلوتامات الصحيحة التي يتم إطلاقها في الأماكن المناسبة لفترة زمنية صغيرة فقط ، فأقل من هذا يؤدي إلى ضعف التواصل ، وأكثر من ذلك يمكن أن يكون سامًا عصبيًا ويمكن أن يدمر الخلايا العصبية ، والشبكات العصبية.

الناقل العصبي الغلوتامات ومبدأ المعتدل

إشارات الغلوتامات هي مثال لما يُشار إليه أحيانًا باسم (مبدأ Goldilocks) ، في قصة الحكاية الخيالية ، طعم Goldilocks ثلاثة أوعية مختلفة من العصيدة ، الأول بارد جدًا ، والثاني ساخن للغاية ، والثالث هو درجة الحرارة المناسبة ، وهذا المفهوم لـ (الكمية الصحيحة) له تطبيق واسع النطاق ، بما في ذلك في العلوم المعرفية.

وفي العلوم المعرفية ، يمكن أن يشير هذا المبدأ إلى عملية يمكن أن يكون فيها الناقل العصبي ، (أو الدواء) نفسه له خصائص خصم (مثبط) ومنبه (إثارة) ، فيمكن أن ينطبق أيضًا على المواقف التي يكون فيها التحفيز القليل جدًا ، أو الكثير جدًا من نفس جزيء الإشارة مرتبطًا بالأداء دون المستوى الأمثل ، ولكن بعض الكمية الوسطية تنتج استجابات صحية.

وعند التفكير في الأشياء التي تتبع مبدأ Goldilocks ، من المهم تجنب التفكير بالأسود والأبيض ، أو التفكير السيئ ، فالشيء الرئيسي الذي يجب التركيز عليه هو أن هناك مبلغًا مناسبًا ، وغالبًا نطاق ، حيث يتم إنتاج أفضل النتائج.

توليف الجلوتامات وإشاراته وتنظيفه

تمتلك الناقلات العصبية العديد من الخصائص المشتركة ، الأول هو أنه يتم تصنيعها (أي صنع أو إنشاء) في الخلايا العصبية ، بعد ذلك ، يتم نقلها إلى مناطق بالقرب من نهاية الخلايا العصبية ، (الحويصلات المشبكية بالقرب من الطرف النهائي للخلايا العصبية) ، حيث يتم تخزينها حتى الحاجة إليها.[2]

يحدث هذا استعدادًا للإشارة ، والذي يتضمن إطلاق الناقل العصبي من الخلايا العصبية المرسلة للرسالة ، في الفضاء بين الخلايا العصبية (المشقوق المشبكي) ، لذلك يمكن أن ينشط  ، أي يرتبط بالمستقبلات على الخلايا العصبية المستقبلة للرسائل.

وبعد إرسال هذه الإشارة ، يتم تنظيف المسافة بين الخلايا العصبية ، بحيث يمكن جعلها جاهزة في المرة القادمة ، والتي تحتاج إلى إرسال رسالة ، ويتم تحقيق ذلك عن طريق امتصاص الناقل العصبي ، في خلية حتى يمكن إعادة استخدامه (إعادة التدوير) ، و / أو من خلال تحطيم (تحطيم وتعطيل) الناقل العصبي في الفضاء خارج الخلايا.

كيفية حدوث الجلوتامات

لا يعبر الغلوتامات الحاجز الدموي الدماغي ، ويجب تصنيعه في الخلايا العصبية من جزيئات البناء ، أي السلائف ، والتي يمكن أن تصل إلى الدماغ ، وفي الدماغ  الجلوتامين هو لبنة البناء الأساسية للجلوتامات ، فيقوم مسار التخليق الحيوي الأكثر انتشارًا ، بتكوين الغلوتامات من الجلوتامين باستخدام إنزيم يسمى الجلوتاميناز .

والإنزيمات هي محفزات تُستخدم لإنتاج تفاعلات كيميائية حيوية محددة ، عادةً ما يكون لها أسماء تنتهي بـ (ase) ، والإنزيمات المساعدة هي أجزاء من إنزيمات معينة ، والعديد من الإنزيمات المساعدة مشتقة من الفيتامينات.

والجلوتامين هو الأكثر وفرة من الأحماض الأمينية العشرين ، والتي يستخدمها الجسم لبناء البروتينات ، ويمكن إنتاجه في الجسم لذلك يصنف على أنه غير ضروري ، ويتم تصنيع معظم الجلوتامين وتخزينه في العضلات ، في ظل ظروف معينة ، مثل الإجهاد الشديد ، ويمكن أن يتطلب الجسم أكثر مما يمكن أن يصنعه ، وقد دفع هذا العديد من العلماء إلى اعتبار الجلوتامين على أنه حمض أميني أساسي مشروط ، وهو أحد الأحماض الأمينية القليلة التي يمكنها عبور حاجز الدم بالدماغ مباشرة ، لذلك يمكن استخدام تجمع الجلوتامين في العضلات ، لدعم الدماغ.

ويمكن أيضًا إنتاج الجلوتامات من

الجلوكوز

من خلال مسار التمثيل الغذائي ، الذي يبدأ بتحويل الجلوكوز إلى البيروفات (وهي عملية تسمى تحلل السكر) ،  ثم يثبت البيروفات دورة حمض الكربوكسيل (TCA) (وتسمى أيضًا

دورة كريبس

أو دورة حمض الستريك) ،  وتشكل دورة TCA العديد من الوسطيات الهامة.

واحدة من هذه المركبات الوسيطة هي α-ketoglutarate (α-KG) ، ويمكن استخدام α-KG لإنتاج الغلوتامات ، وإنزيم يسمى ديهيدروجيناز الغلوتامات ، والذي يستخدم فيتامين B3 (NAD) + كمساعد أنزيم ، وهو المسؤول عن هذا التفاعل ، كما يمكن لهذا الإنزيم نفسه إعادة تحويل الغلوتامات إلى α-KG ، وبسبب هذا الإنزيم ، يمكن تحويل الغلوتامات و α-KG بشكل مستمر إلى بعضهما البعض.

مع العلم بأنه  تبني المسارات الابتنائية الجزيئات من الوحدات الأصغر ، وتقسم المسارات التقويمية الجزيئات إلى وحدات أصغر.

والناقلات العصبية ، بما في ذلك الغلوتامات ، تنقل المعلومات من الخلايا العصبية (مرسل الرسالة) إلى الخلايا العصبية  (المستهدفة) الأخرى (مستلمي الرسالة) ، داخل الدوائر العصبية ، وبعد التوليف ، يتم نقل الجلوتامات إلى الحويصلات المشبكية ، بواسطة ناقلات الجلوتامات الحويصلية.

ويحدث هذا النقل (والتخزين) في الخلايا العصبية المرسلة للرسائل ، تحسبًا للحاجة إلى إرسال رسائل الجلوتامات في المستقبل ، ويتم تخزين الغلوتامات في هذه الحويصلات ، حتى يؤدي النبض العصبي إلى إطلاق الجلوتامات في الشق المشبكي ، أي الفراغ بين الخلايا العصبية ، ويبدأ عملية الإشارات بوساطة المستقبل.

تستجيب الخلايا العصبية التي تحتوي على بروتينات مستقبلات الجلوتامات (أي مستقبلات الجلوتامات) ، للجلوتامات في الشق المشبكي ، وهناك نوعان عامان من مستقبلات الغلوتامات ، أحد الأنواع يسمى مستقبلات أيونوتروبيك : ويسمح بارتباط الغلوتامات بهذه المستقبلات بدخول الأيونات ، (أي المعادن المشحونة كهربائيًا مثل الصوديوم أو

الكالسيوم

) إلى الخلية.

وهناك ثلاث فئات من مستقبلات الغلوتامات الأيونوتروبية :

1- N-methyl-D-aspartate (NMDA)

2-  α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA )

3- مستقبلات kainate.

أما النوع الثاني من المستقبلات مرتبط بالجزيئات التي ستنشط مسارات الإشارات ، داخل الخلايا بعد ارتباط الغلوتامات ، ويطلق عليها مستقبلات G المقترنة بالبروتين أو الاستقلاب ، وتعمل مستقبلات الغلوتامات الأيضية (mGluR) على تعديل الانتقال المشبكي (أي الاتصال العصبي) ، من خلال تنظيم نشاط مجموعة متنوعة من القنوات الأيونية ، بما في ذلك مستقبلات الغلوتامات الأيونية ، وكذلك المستقبلات للناقلات العصبية الأخرى.

المرحلة التالية من النقل العصبي هي التنظيف ، ويعتمد التشوير على التغيرات النسبية وليس المبالغ المطلقة ، وفي غرفة هادئة قد تكتشف الأذن البشرية الهمس ، ففي ملهى ليلي صاخب قد لا يسمع صيحة. تعمل الناقلات العصبية على مبدأ مماثل ، تنتج الاندفاعات القصيرة من الغلوتامات استجابات.

ولكن ، حتى تحدث أفضل استجابة بأقل كمية من الغلوتامات ، يجب أن تكون المسافة بين الخلايا العصبية معادلة لغرفة هادئة ، ويتبع الغلوتامات أيضًا مبدأ Goldilocks ، قليل جدًا والإشارات داخل الشبكات العصبية هي أقل من المستوى ، ولكن الكثير منها يمكن أن يكون سامًا عصبيًا ، لهذه الأسباب  يجب إزالة الجلوتامات في الفضاء خارج الخلية بين الخلايا العصبية ، بشكل مستمر.

عادةً ما يكون تنظيف الناقل العصبي مزيجًا من :

1- نقل بعض الناقل العصبي مرة أخرى إلى الخلايا .

2-  تعطيل تنشيط الناقل العصبي ، الذي يبقى طافيًا في الفراغ بين الخلايا. ، في حين أن أولى هذه العمليات تنطبق على الغلوتامات ، لا يوجد نظام تثبيط إنزيمي للغلوتامات في الفضاء خارج الخلية ، وهذا يعني أن الغلوتامات يمكن أن تتفاعل مع مستقبلاتها باستمرار ، حتى تنتشر أو يتم تناولها بواسطة الناقلات الخلوية لإعادة استخدامها ( إعادة التدوير).

الجلوتامات والتقوية طويلة الأمد

الجلوتامات ومستقبلاته هي عناصر مركزية ، في تكوين الذاكرة واسترجاعها بسبب دورها في الآلية الخلوية الرئيسية للذاكرة ، والتعلم التي تسمى التقوية طويلة الأمدLTP.

LTP هو شكل من أشكال اللدونة المشبكية ، وهو مصطلح يشير إلى العمليات البيوكيميائية التي من خلالها تستجيب المشابك لأنماط النشاط ، إما عن طريق التقوية استجابة للنشاط المتزايد ، أو عن طريق الضعف استجابةً لانخفاض النشاط ، وLTP هو عنصر التعزيز المستمر لللدونة ، إنها واحدة من الآليات الخلوية الرئيسية ، التي تكمن وراء كيفية تشفير الدماغ للذكريات.

ويحدث LTP في العديد من مناطق الدماغ المشاركة في عمليات الذاكرة ، بما في ذلك

القشرة المخية

الحديثة ، اللوزة الدماغية ، المخطط ، ولكن في الحصين يتم دراسته على نطاق واسع ، تلعب إشارات الجلوتامات الشاملة الدور الأكبر ، لذا فإن النقطة الأساسية هي أن الغلوتامات تسمح للخلايا العصبية بربط المعلومات.

سمية الجلوتامات

أحد الجوانب المتناقضة على ما يبدو في الانتقال العصبي للغلوتاميتيرج ، هو أنه ضروري لتطور الدماغ ووظيفته ، كما أنه سام عند حدوثه بشكل مفرط ، وهو تأثير يُعرف باسم سمية استثارة الغلوتامات ، ففي الدماغ السليم ، يتم تخزين كل الغلوتامات تقريبًا (99.99٪) داخل الخلايا ، ويتم إطلاقه بكميات صغيرة فقط عند الحاجة لإنتاج استجابة إشارة.[3]

لأن الإشارة هي حدث قائم على التغيير ، فإن الخلايا العصبية والخلايا النجمية تفرغ الفراغ خارج الخلية من الغلوتامات بين هذه الإشارات ، ولكن ، إذا أدت الظروف إلى مستويات عالية من الغلوتامات ، في الشق المشبكي ، فقد يتسبب ذلك في تنشيط مفرط لمستقبلات NMDA (أي الكثير من إثارة الجلوتامات).

ويمكن أن يؤدي الإثارة المستمرة لمستقبلات NMDA إلى دخول مفرط لـ Ca2 + ، في الخلايا العصبية ، مما يزيد التحفيز المفرط لـ NMDA أيضًا من مستويات Ca2 + ـ داخل الخلايا من خلال التأثير على آليات استتباب الكالسيوم داخل الخلايا.

ويتم الحفاظ على المستويات داخل الخلايا من الكالسيوم الحر ، بتركيزات منخفضة جدًا بالنسبة للمستويات خارج الخلية ، مما  يؤدي إلى الارتفاع المفرط في مستويات الخلايا Ca2 + ، داخل الخلايا إلى عدد من العمليات المدمرة للخلايا التي تؤدي في نهاية المطاف إلى موت الخلايا ، من خلال عملية تسمى موت الخلايا المبرمج ، ويمكن أن تؤدي الاختلالات في الكالسيوم ، إلى تنشيط الإنزيمات التي تعطل سلامة ووظيفة الحمض النووي وأغشية الخلايا ، والعضيات داخل الخلايا ، وخاصة الميتوكوندريا.

ويمكن أن يسبب الكالسيوم تورم الميتوكوندريا ، مما يؤدي إلى إطلاق أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ، وتوقف إنتاج الطاقة الخلوية (أي توليد ATP) ، وهذه العمليات ، على الرغم من أنها ضارة من تلقاء نفسها ، تنتج حلقات ردود فعل إيجابية تسريع تلف الخلايا ، مما يؤدي بسرعة إلى الهضم الذاتي للخلايا العصبية عن طريق انهيار البروتين ، وتكوين الجذور الحرة ، وبيروكسيد الدهون.

أهمية مسارات وعمليات الجلوتامات

الجلوتامات هي واحدة من أهم الناقلات العصبية في الدماغ والمنشط العصبي الرئيسي ، ومن خلال ارتباطه بمستقبلات NMDA و AMPA ، يعد الغلوتامات عنصرًا رئيسيًا في الآليات الخلوية التي تدعم الذاكرة والتعلم ، وبسبب هذه الأدوار وغيرها ، فإن الغلوتامات أمر بالغ الأهمية لنمو الدماغ والأداء المعرفي. [4]

لكن الغلوتامات تخضع أيضًا لمبدأ المعتدل : فيمكن أن تكون إشارات الغلوتامات المفرطة سامة للأعصاب ، في ظل الظروف المثالية ، تسمح قدرات التنظيم الذاتي للدماغ بالحصول على (الكمية المناسبة) من إشارات الغلوتامات ، يتم الإفراج عن المبالغ المناسبة في الأماكن المناسبة لفترة زمنية مناسبة ، لكن الظروف ليست دائما مثالية.

ويمكن لمعظمنا استخدام بعض الدعم الإضافي في الأوقات التي تكون فيها الطلبات عالية ، أو تتجاوز قدرتنا على التأقلم ، الجسم (والدماغ لا يختلفان) ، فلديهم قدرات هائلة للتكيف ، لكن هذه القدرات ليست لانهائية ، وهي أكثر فعالية عند دعمها.

ومن خلال دعم نظام الجلوتاميترجيك ، فإن الهدف هو :

1-  تعزيز الاستفادة المثلى من

وظائف الدماغ

العامة.

2- توفير الموارد الغذائية التي يمكن استخدامها حسب الحاجة من خلال المسارات الأساسية ، التي تكمن وراء قدرات الدماغ الرائعة على اللدونة المشبكية  ، القدرة لتكييف وتقوية الدوائر والشبكات العصبية استجابة للمتطلبات المعرفية.