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2014-01-26T14:27:48Z

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[[中枢神经系统]]主要由[[神经元]]和[[神经胶质细胞]]构成。神经元是[[神经组织]]的结构单位。神经元之间的相互作用以化学物质（[[神经递质]]）传递的方式进行，前一个神经元在[[神经冲动]]时从末梢向[[突触]]间释放神经递质，后者与[[突触后膜]]上的[[受体]]发生作用，引起一系列[[生理]]反应。由于中枢神经系统功能十分独特，其[[代谢]]亦具特点。

'''（一）[[糖代谢]]'''

[[大脑]]含[[葡萄糖]]量为112±37mg/100g，人脑组织[[糖原]]含量仅为0.1％脑组织重。脑组织利用的葡萄糖主要靠[[血液]]提供，人脑对[[血糖]]浓度的波动极敏感，血糖浓度正常时，[[血脑屏障]]对葡萄糖的易化转运能力颇强，脑对葡萄糖的需要不受脑[[毛细血管]]转运的限制。据计算，人脑平均葡萄糖的利用率为31μmol/100g脑组织/分钟，其中26μmol用于氧化供能，其余用于合成脑内[[糖脂]]、[[糖蛋白]]的原料，或转变成其它脑组织有用之物。葡萄糖在中枢神经组织的氧化形式主要为有氧氧化和[[无氧酵解]]，占脑中葡萄糖分解率的90％-95％，其次是[[磷酸]][[戊糖]]途径，占5％-10％，1克分子葡萄糖在脑细胞内彻底氧化供能可生成38克分子[[ATP]]，因葡萄糖氧化过程中形成的NADH＋H+主要通过[[苹果]]酸-[[天冬氨酸]]穿梭进入[[线粒体]]内。脑龄不同，葡萄糖氧化方式不尽相同，胎脑组织葡萄糖酵解供能，出生不久逐渐以糖的有氧氧化来提供能量。正常情况下，人脑[[乳酸]]生成量很低，为2.7μmol/（100脑组织.min），[[丙酮]]酸生成量0.6μmol（100g脑组织.min）。当脑供血及供氧不足时，丙酮酸、乳酸生成明显增加，可危害大脑功能。一旦氧供应恢复，脑内[[LDH]]1[[催化]]乳酸生成丙酮酸，后者进入线粒体内转变成[[乙酰]]CoA参加[[三羧酸循环]]而彻底氧化。当血糖降至1.0mmol/L（20mg％）以下时，对大脑耗糖量会产生明显限制性影响，此时耗氧量减少20％，可出现严重[[低血糖症]]状。当血糖降至0.5mmol/L时，耗氧量仅为正常的58％，则产生[[低血糖昏迷]]，危害大脑功能。大量注射[[胰岛素]]，使血糖显著降低，引起脑内糖供应不足而产生[[低血糖]][[休克]]，用以治疗[[躁狂型精神病]]人，对防止病人自伤或危及他人安全有一定效果，但低血糖可损害脑功能，不宜频繁使用。脑组织除利用葡萄糖外，还可利用[[甘露糖]]及[[半乳糖]]氧化供能。婴幼儿以乳汁为主要能源，因此婴幼儿脑内半乳糖的[[分解代谢]]显得比成人重要。

脑组织糖代谢[[酶类]]的定位与分布亦有其特征，[[酸性磷酸酶]]主要分布于神经胶质细胞和[[髓鞘]]内，[[碱性磷酸酶]]活性主要见于神经元内，而[[醛缩酶]]主要存在于大脑[[灰质]]和[[小脑]]内，即使在同一神经元内，[[胞核]]与胞浆的糖代谢酶类布局也有不同。胞核中[[已糖]][[激酶]]及6-[[磷酸葡萄糖脱氢酶]]活性高于胞浆，相反胞核内的[[磷酸果糖激酶]]活性低于胞浆。这种[[酶活性]]分布的差异，其意义还不清楚。对神经胶质细胞糖代谢酶活性的研究，发现糖代谢酶与年龄有关，则出生动物的6-磷酸葡萄糖脱氢酶及[[琥珀酸脱氢酶]]活性均较高，而随年龄增长活性呈下降趋势，这反映了[[髓鞘形成]]时期对能量需要大。此外，脑损伤的恢复期，6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性旺盛，磷酸戊糖途径代谢活跃，生成的NADPH＋H+可用于脑组织的修复。

'''（二）[[脂类]]代谢'''

脂类在脑内含量较丰富，且相当稳定，更新率缓慢。脑组织可利用葡萄糖分解产物乙酰CoA作原料合成脂酸，但能力不强。脑内生成的23碳、25碳长链奇数碳原子脂肪酸是构建脑组织类脂成分及合成某些脑活性物质的重要原料，α-羧脂酸是脑内[[脑苷脂]]和脑[[硫脂]]的重要组分。脑组织亦具有进行α-氧化的能力。先天性脂酸α-氧化代谢缺陷病人，不能使[[植烷酸]]进行α-氧化，而大量堆积于[[血浆]]或组织中，导致在髓鞘中堆积，植烷酸还可抑制其它脂酸正常代谢，如抑制软脂酸转变成软[[脂酰]]CoA，严重影响脑组织结构及功能，临床上称为Refsum[[综合征]]。

脑组织利用α-[[磷酸甘油]]和脂酰CoA合成[[溶血磷脂酸]]，再与一分子脂酰CoA作用生成[[磷脂酸]]、磷脂酸在[[磷酸酶]]作用下[[磷酸解]]生成[[甘油]]二酯，甘油二酯与CDP-[[胆碱]]反应合成[[卵磷脂]]，脑内不能直接利用[[脑磷脂]]与S-[[腺苷蛋氨酸]]反应生成卵磷脂。[[神经磷脂]]中脂酸碳链较长（C18-26）为其特点之一。

脑内鞘脂分为[[鞘磷脂]]和鞘糖脂两类，均含[[鞘氨醇]]，不含甘油醇。脑组织鞘糖脂主要存在于脑灰质中，其脂酸通常为[[硬脂酸]]。脑内[[神经节苷脂]]的N-[[脂酰鞘氨醇]]部分有疏水性，[[糖基]]部分有亲水性。神经节苷脂中含数目不等的[[唾液酸]][[分子]]，唾液酸可起屏蔽作用，抵御神经节苷脂被[[糖苷酶]]酶解，现已从脑组织中分离出30余种神经节苷脂，为神经元尤其是突触膜的重要成分。神经节苷脂的亲水性糖基与唾液酸构成神经元的膜[[激素受体]]及神经递质受体，参与[[神经细胞]]间的识别与信息交流，发挥其重要的功能。神经节苷脂在[[溶酶体]]内被β-[[半乳糖苷酶]]或[[已糖胺]]酶降解，若先天性缺乏这两种酶则发生GM1-神经节苷脂沉淀病或GN2-[[神经节苷脂贮积病]]（黑朦性[[痴呆]]）。[[神经]]髓鞘含16％半乳糖脑苷脂及4％脑硫脂，[[神经鞘]][[磷脂]]占5％髓鞘干重。半乳糖脑苷脂与鞘形成有关，前者可被半乳糖基磷脂酰胺-β-半乳糖苷酶水解生成[[神经酰胺]]和半乳糖，缺乏此酶时，[[半乳糖苷]][[脂沉积]]于组织中，可导致Krable球样[[细胞]][[脑白质营养不良]]症。脑硫脂降解需[[硫酸]]脑苷脂酶催化脱去硫酸，缺乏此酶可致脑硫脂贮积，发生[[异染性脑白质营养不良]]。神经鞘磷脂可被溶酶体中的神经鞘[[磷脂酶]]降解，缺乏此酶引起神经鞘磷脂沉淀症，出现患儿痴呆，[[肝脾肿大]]，易夭折。

脑组织能合成[[胆固醇]]，也能摄取血液胆固醇，用于构建其膜系统。幼年动物脑髓鞘化活跃期，HMGCoA[[还原酶]]活性较强，脑合成胆固醇旺盛；[[成年期]]比酶活性锐降，脑内胆固醇合成率明显降低。脑组织缺乏降解胆固醇酶系，因此，其更新十分缓慢。

脑内[[乙酰乙酸]][[硫激酶]]（AAT）和[[琥珀酸]]单酰CoA转硫酶（SUT）活性高，因此，脑组织可利用[[肝脏]]脂酸β-氧化所形成的酮体作为能源，实验证明长期[[饥饿]]的动物脑，其25％-50％的能量来自酮体的氧化。

'''（三）[[氨基酸]]代谢'''

中枢神经系统存在两个氨基酸代谢池：一是神经胶质细胞内[[代谢池]]，其更新率较快；另一个是神经元代谢池，其更新率缓慢。脑组织可利用葡萄糖代谢的中间产物碳骨架经转氨基作用合成[[非必需氨基酸]]，又可从血液直接摄取氨基酸。已知血液中的氨基酸进入脑内需经血液屏障的转运系统，其转运系统转运氨基酸的能力随脑发育成熟而变化。正常情况下氨基酸净入脑率似乎不受血脑屏障的转运饱和度控制，而受脑中氨基酸代谢率的限制，因脑毛细血管[[对氨基]]酸转运到脑内的饱和度大大超过正常血浆中氨基酸的浓度。此外，还存在各种氨基酸入脑率相互竞争机制，例如：[[苯丙酮尿症]]病人，[[苯丙氨酸]]在脑内蓄积可抑制[[必需氨基酸]]（[[色氨酸]]）的入脑率，严重影响以色氨酸为[[前体]]的5-[[羟色胺]]神经递质的合成，使病人脑部神经、精神异常[[症状]]加重。脑组织中游离氨基酸约75％-80％是天冬氨酸、[[谷氨酸]]、[[谷氨酰胺]]，其中以谷氨酸浓度最高，为10mmol/L，此外，还有N-乙酰天冬氨酸、[[牛磺酸]]及γ-[[氨基丁酸]]。

代谢池内的氨基酸可用于合成脑特殊[[蛋白质]]，如合成与降解神经递质的[[酶蛋白]]；在[[轴突]]末梢可用于合成少量[[结构蛋白]]，如[[微管蛋白]]、神经[[微丝]]及膜蛋白，保证使脑细胞的[[蛋白]]成分处于不断的更新状况。幼年动物髓鞘形成期[[蛋白质合成]]旺盛，成年期缓慢更新。脑组织存在多种[[蛋白水解酶]]（以酸性和中性[[蛋白酶]]为主），蛋白酶将脑内[[衰老]]变性的蛋白质水解成各种肽类，后者在内[[肽酶]]及[[外肽酶]]作用下，降解成氨基酸而进入脑氨基酸代谢池。

脑内[[谷氨酸脱氢酶]]活性虽仅次于肝和[[肾上腺皮质]]，但谷氨酸脱氢酶催化反应的平衡常数实际上有利于谷氨酸的生成。

脑细胞缺乏合成[[尿素]]的酶等，脑内生成的氨不能转变成尿素，而只能用于合成氨酰胺，再运送到肝或肾。

'''（四）[[核酸]]代谢'''

脑组织可利用[[甘氨酸]]、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳单位作原料，[[从头合成]]嘌呤核苷酸，又可从补救合成途径合成嘌呤核苷酸。但脑内缺乏合成[[嘧啶]]环的[[氨甲酰磷酸]][[合成酶]]Ⅱ，不能从头合成[[嘧啶核苷酸]]，只能从补救途径合成。脑内[[RNA]]含量最为丰富，其代谢速度的快慢与其[[神经系统]]所处功能状态有关，急性[[电休克]]可加速脑组织[[核苷酸]]代谢率，其中以GTP及UTP在脑内浓度增高和更新率加速最明显。[[DNA]]主要存在于神经细胞核内，成熟的神经元内DNA含量相当恒定。线粒体DNA含量少，更新缓慢。[[生长激素]]及[[神经生长因子]]能促进脑内核酸的合成与更新。不同脑区核酸更新率存在差别，[[大脑半球]]灰质的核酸更新不及[[白质]]的快，小脑、[[丘脑]]和[[脑干]]比大脑转换的更快。脑组织含有丰富的核酸与其蕴藏大量的[[遗传信息]]有关，通过合成大量的神经递质、[[神经肽]]类[[激素]]及各种激素[[释放因子]]和[[抑制因子]]协调全身代谢。

'''（五）[[能量代谢]]'''

正常情况下，人脑[[呼吸商]]为1，清醒时流经脑的[[血流量]]为52±12ml/（100g脑组织.min），脑的耗氧量为3.5ml/（100g脑组织.min）。明显高于机体其他组织的耗氧量。成人脑组织全脑代谢率按人脑平均1400g计算，相当于每分钟需耗氧46ml，需氧化76mg葡萄糖，流经脑组织的血液每分钟需有750-1000ml。人脑按重量只占体重的2％左右，其需氧量几乎占全身的20％-25％，血流量占[[心输出量]]的15％，证明脑组织耗氧量大，是体内能量代谢十分活跃的器官之一。[[生长发育]]期脑需氧比例更大，四岁前幼童脑耗氧量占全身的50％以上。脑对[[缺氧]]耐受力极差，3-5分钟严重缺氧对大脑产生明显的功能损害，处于完全缺氧状态5分钟后，神经元功能难以恢复，缺氧30分钟后造成永久的不可逆的神经损害，尤其是脑[[皮层]]及皮层下[[视觉]]通路神经元最不耐受缺氧。脑对缺氧[[耐受性]]差与脑内ATP高稳定水平有关，即脑ATP迅速生成及迅速利用。1/2的ATP在3秒钟内即可变成ADP，有的脑区甚至不需3秒钟。在基础状况下，ATP/ADP比值为10-20，低于此比值，脑内腺苷激酶催化2克分子ADP生成1克分子ATP和1克分子AMP，增加可利用的ATP，以应付急需。AMP可促进ATP生成，为正调节剂，并具有放大效应。脑内ATP丰富时，[[肌酸激酶]]活跃，可生成[[磷酸肌酸]]而贮存能量，脑内肌酸激酶为BB型[[同工酶]]。
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临床生物化学/神经系统的生物化学特点 - 版本历史

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