หน้าที่ของกลูตาเมตและผลกระทบต่อระบบประสาทและร่างกาย

คุณรู้หรือไม่ว่ากระบวนการส่งข้อมูลทำงานอย่างไรในระดับของระบบประสาท? คุณรู้ไหมว่ากลูตาเมตมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้?

บางที ณ จุดนี้ คุณอาจกำลังนึกถึง "อูมามิ" หรือรสชาติที่ห้าของศาสตร์การทำอาหาร ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับหัวข้อนี้อยู่บ้าง (แต่เราจะอธิบายรายละเอียดในภายหลัง) อย่างไรก็ตาม กลูตาเมตที่เรากำลังพูดถึงนั้นแท้จริงแล้วเป็นกรดอะมิโนที่สังเคราะห์ขึ้นในระดับโครงสร้างของเซลล์ประสาท

ระบบประสาทประสานงานผ่านโครงสร้างพิเศษหลายอย่างที่ทำหน้าที่ตอบสนองของร่างกายต่อสิ่งรบกวนหรือสิ่งเร้าซึ่งหมายความว่าก่อนที่สิ่งกระตุ้นที่ตรวจพบโดยอวัยวะรับของเราทีมเซลล์ประสาทของเราจะถูกนำไปใช้งานเพื่อให้ข้อมูลนี้มาถึงส่วนกลาง ระบบประสาทซึ่งเกิดการตอบสนองที่ปล่อยออกมาจากสื่อเดียวกัน (ส่วนโค้งสะท้อน)

แล้วกลูตาเมตมีบทบาทอย่างไรในกระบวนการทั้งหมดนี้?ในกระบวนการแลกเปลี่ยนข้อมูลและการกระตุ้นนี้ จะมีการสร้างเครือข่ายข้อมูลขึ้น ซึ่งเซลล์ประสาทเป็นองค์ประกอบพื้นฐานในการแลกเปลี่ยนนั้น ไซแนปส์! นี่คือคำที่นิยมใช้เรียกกระบวนการที่โครงสร้างสองอย่างมาสัมผัสกันเพื่อทำการแลกเปลี่ยน และ ณ จุดนี้เองที่สารในลักษณะขององค์ประกอบนี้ นั่นคือ สารสื่อประสาท มีบทบาทสำคัญ เนื่องจากเป็นสารเหล่านี้ที่ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทเกิดขึ้นได้

การแลกเปลี่ยนประสาทและกลูตาเมต

เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น ลองนึกถึงตอนที่คุณเผลอเหยียบเท้าตัวเอง หรือไปสัมผัสของร้อนดูสิ ปฏิกิริยาของคุณเกิดขึ้นทันที คุณดึงมือหรือส่วนนั้นของร่างกายออกเพื่อป้องกันตัวเอง คุณอาจจะบอกว่า "ฉันทำไปโดยไม่ได้คิดอะไร" แต่ความจริงแล้วไม่ใช่เช่นนั้นทั้งหมดเบื้องหลังปฏิกิริยาของคุณคือกระบวนการทางประสาทที่ซับซ้อนซึ่งทำให้สมองของคุณออกแบบปฏิกิริยาที่เหมาะสมกับสิ่งเร้าเหล่านั้น

แกนกลางของระบบประสาทคือสมอง ซึ่งเป็นที่ที่ความคิดและการรับรู้ทั้งหมดได้รับการประมวลผลและออกแบบการตอบสนอง อย่างไรก็ตามโครงสร้างของสมองไม่ได้มีความเชี่ยวชาญในการรับสัญญาณภายนอกโดยตรงดังนั้นจึงมีโครงสร้างระดับเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับระบบนี้ เรียกว่าเซลล์ประสาท ซึ่งทำหน้าที่ส่งต่อข้อมูลจากแหล่งที่รวบรวมไปยังโครงสร้างของระบบประสาทส่วนกลาง ซึ่งมีหน้าที่ออกแบบการตอบสนองที่เหมาะสมกับสิ่งเร้าที่ได้รับ

เซลล์ประสาทมีโครงสร้างเฉพาะตัว ประกอบด้วยนิวเคลียสที่อยู่ภายในโครงสร้างที่เรียกว่า " โซมา " นอกจากนี้ยังมีส่วนที่ยื่นออกมาเป็นทรงกระบอกยาวเรียกว่าแอกซอน หรือ "ตัวเซลล์" ซึ่งเชื่อมต่อปลายประสาทกับนิวเคลียส และส่วนที่ยื่นออกมาสั้นกว่าเรียกว่าเดนไดรต์การสังเคราะห์กลูตาเมตเกิดขึ้นภายในเซลล์นี้เซลล์ผลิตกรดอะมิโนนี้เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ในการสร้างการติดต่อกับเซลล์ประสาทอื่น ๆ (ไซแนปส์) และส่วนประกอบนี้เองที่ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นและสารสื่อประสาท ทำให้เกิดการพัฒนาของวงจรสะท้อนกลับ ซึ่งก็คือวงจรการกระตุ้น-ตอบสนองนั่นเอง

ในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม กลูตาเมตเป็นตัวกลางในการเชื่อมต่อไซแนปส์กระตุ้นส่วนใหญ่ในระบบประสาทส่วนกลาง คาดว่ามีกลูตาเมตอยู่ในไซแนปส์ของสมองประมาณ 80-90% ทำให้มันเป็นตัวกลางหลักในการส่งข้อมูลทางประสาทสัมผัส การเคลื่อนไหว การรับรู้ และอารมณ์ ยิ่งไปกว่านั้น มันยังมีบทบาทสำคัญในการสร้าง การรวบรวม และการเรียกคืนความทรงจำในกระบวนการเรียนรู้ และในความยืดหยุ่นของระบบประสาท ซึ่งเป็นความสามารถของสมองในการปรับตัวและจัดระเบียบตัวเองใหม่

อีกแง่มุมที่สำคัญคือ กลูตาเมตเป็นสารตั้งต้นโดยตรงของ GABA (กรดแกมมา-อะมิโนบิวทิริก) ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทชนิดยับยั้งหลักของระบบประสาทส่วนกลาง ด้วยวิธีนี้ ทั้งสัญญาณกระตุ้นและสัญญาณยับยั้งจึงถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลเดียวกัน ทำให้เกิดความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างการกระตุ้นและการยับยั้งของเซลล์ประสาท ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อการทำงานของสมองให้มีสุขภาพดี

ลักษณะของส่วนประกอบ

กลูตาเมตเป็นกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นต่อร่างกาย หมายความว่าร่างกายสามารถสังเคราะห์ขึ้นเองได้ ในระดับเซลล์ประสาท กลูตาเมตจะถูกสร้างขึ้นเป็นหลักในกระบวนการเผาผลาญของเซลล์ประสาทก่อนซินแนปส์ โดยเริ่มต้นจากกลูตามีน ซึ่งเป็นอะไมด์ที่มีอยู่มากมายในร่างกาย โดยเฉพาะในกล้ามเนื้อ แต่ก็พบได้ในระบบประสาทด้วย ปฏิกิริยานี้จะสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่เรียกว่ากลูตามิเนส และในที่สุดเซลล์ประสาทจะสร้างกลูตาเมต ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการส่งผ่านสิ่งเร้าและการตอบสนอง สารประกอบนี้จะถูกดูดซึมโดยเซลล์ประสาทหลังซินแนปส์ผ่าน ตัวรับกลูตาเม ตจำเพาะ

จากมุมมองด้านเมตาบอลิซึมโดยทั่วไป กลูตาเมตยังสามารถสร้างขึ้นจากอัลฟา-คีโตกลูตาเรตซึ่งเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครบส์ (หรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก) ผ่านปฏิกิริยาการถ่ายโอนหมู่เอมีน อัลฟา-คีโตกลูตาเรตจะได้รับหมู่เอมีนและถูกเปลี่ยนเป็นกลูตาเมต ความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างวัฏจักรพลังงานของเซลล์และการสังเคราะห์กลูตาเมต ทำให้กรดอะมิโนนี้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการเชื่อมโยงระหว่างเมตาบอลิซึมและการส่งสัญญาณประสาท

กระบวนการในเซลล์เกลีย:ในขั้นตอนสุดท้ายของวัฏจักรที่เริ่มต้นด้วยกระบวนการที่อธิบายไว้ข้างต้น ปฏิกิริยาที่สองจะเกิดขึ้นเพื่อปิดวัฏจักร กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้จากการแพร่ของกรดอะมิโนที่เป็นสารสื่อประสาทไปยังเซลล์เกลีย (โดยเฉพาะแอสโทรไซต์) ที่อยู่รอบๆ ไซแนปส์และท่อกลางของไขสันหลัง ในโครงสร้างนี้ ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดขึ้น ทำให้เกิดกลูตามีนซึ่งจะถูกดูดซึมกลับเข้าไปใหม่โดยเซลล์ประสาทก่อนไซแนปส์เพื่อเริ่มต้นวัฏจักรใหม่ ความร่วมมืออย่างต่อเนื่องระหว่างเซลล์ประสาทและแอสโทรไซต์นี้เรียกว่าวัฏจักรกลูตาเมต-กลูตามีนและคิดเป็นสัดส่วนถึง 40% ของการรีไซเคิลกลูตาเมตทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในสมอง

กระบวนการที่อธิบายไว้นั้นเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในระดับมิลลิวินาที เนื่องจากพัฒนาการของวงจรปฏิกิริยาตอบสนองและหน้าที่การรับรู้ด้านอื่นๆ เป็นกระบวนการที่คงที่และสำคัญยิ่งในการรักษาสุขภาวะของมนุษย์

ตัวรับกลูตาเมตและไซแนปส์กระตุ้น

เพื่อให้กลูตาเมตทำหน้าที่ของมันได้ มันจำเป็นต้องจับกับตัวรับจำเพาะที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์เป็นหลัก ตัวรับเหล่านี้เป็นโปรตีนชนิดพิเศษที่เมื่อจดจำสารสื่อประสาทได้แล้ว จะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าและเคมีในเซลล์ที่รับสัญญาณนั้น

โดยทั่วไปแล้ว สามารถแบ่งตัวรับสัญญาณออกเป็นสองกลุ่มหลักๆ ได้แก่:

• ตัวรับไอโอโนทรอปิกพวกมันทำหน้าที่เป็นช่องไอออนที่เปิดออกเมื่อกลูตาเมตจับตัว ทำให้ไอออน (ส่วนใหญ่คือโซเดียม แคลเซียม และโพแทสเซียม) ผ่านเข้าไปได้ พวกมันสร้างการตอบสนองที่รวดเร็วและโดยตรงต่อศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ประสาท
• ตัวรับเมตาบอโทรปิกสารเหล่านี้เชื่อมต่อกับโปรตีน G และกระตุ้นสารส่งสัญญาณรองภายในเซลล์ ผลของสารเหล่านี้จะเกิดขึ้นช้ากว่า แต่สามารถปรับเปลี่ยนความสามารถในการกระตุ้นและความยืดหยุ่นของเซลล์ประสาทได้อย่างลึกซึ้ง

ในกลุ่มตัวรับกลูตาเมตชนิดไอโอโนโทรปิก มีสามประเภทหลักที่โดดเด่น:

• ตัวรับ NMDA: สำคัญอย่างยิ่งสำหรับ ความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติก และหน่วยความจำ มันยอมให้แคลเซียมผ่านได้สูง แต่ต้องอาศัยการจับกับกลูตาเมตและการลดศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ก่อนจึงจะเปิดใช้งาน จึงทำหน้าที่เป็น “เครื่องตรวจจับไม้ขีดไฟ"ระหว่างกิจกรรมก่อนซิแนปส์และกิจกรรมหลังซิแนปส์"
• เครื่องรับสัญญาณ AMPAมันจะทำงานอย่างรวดเร็วเมื่อมีการปล่อยกลูตาเมต และโดยหลักแล้วจะอนุญาตให้โซเดียมผ่านเข้าไปได้ มันมีหน้าที่หลักในการ... ศักยภาพการกระตุ้นอย่างรวดเร็ว ในไซแนปส์กลูตาเมอร์จิกส่วนใหญ่
• เครื่องรับสัญญาณไคนโตะมีปริมาณน้อยกว่า แต่มีบทบาทในการปรับเปลี่ยนทั้งในไซแนปส์กระตุ้นและไซแนปส์ยับยั้ง นอกจากนี้ยังมีส่วนร่วมในการควบคุมความสามารถในการตื่นตัวของเครือข่ายประสาทเฉพาะกลุ่มอีกด้วย

ตัวรับ AMPA และ NMDA ทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบเมื่อกระแสประสาทมาถึง ถุงบรรจุสารสื่อประสาทก่อนซินแนปส์จะปล่อยกลูตาเมตเข้าไปในช่องว่างซินแนปส์ ขั้นแรก ตัวรับ AMPA จะถูกกระตุ้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าอย่างรวดเร็วและรุนแรง แต่เกิดขึ้นเพียงช่วงสั้นๆ หากการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้านี้มากพอ มันจะกำจัด "สิ่งกีดขวาง" แมกนีเซียมที่ปกติจะปิดกั้นช่องของตัวรับ NMDA ทำให้ตัวรับ NMDA สามารถทำงานได้ จากนั้นตัวรับ NMDA จะยอมให้แคลเซียมเข้าไป กระตุ้นกลไกภายในเซลล์ที่เสริมสร้างหรือทำให้ซินแนปส์อ่อนแอลง ซึ่งเป็นพื้นฐานระดับเซลล์ของการเรียนรู้และความทรงจำ

ความแข็งแรงและจำนวนของตัวรับเหล่านี้ไม่ได้คงที่ ปัจจัยต่างๆ เช่นความเครียดเรื้อรังประเภทของการกระตุ้นจากสิ่งแวดล้อม หรือรูปแบบของกิจกรรมทางไฟฟ้า สามารถกระตุ้นกระบวนการเสื่อมสภาพหรือการแทรกตัวของหน่วยย่อย AMPA และ NMDA ใหม่เข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ได้ ตัวอย่างเช่น การสัมผัสกับปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเครียดอย่างต่อเนื่อง (การครุ่นคิด การตัดสินอย่างต่อเนื่อง ภาระทางอารมณ์สูง) สามารถกระตุ้นเส้นทางฮอร์โมนที่ส่งเสริมการเสื่อมสภาพของหน่วยย่อยบางชนิด (เช่น GluR1 หรือ NR1) ผ่านระบบยูบิควิติน-โปรตีเอโซม ลดการส่งสัญญาณกลูตาเมตในบริเวณสำคัญ เช่น สมองส่วนหน้า และส่งผลกระทบต่อความจำใช้งานและความยืดหยุ่นทางความคิด

กลูตาเมต, ความยืดหยุ่นของไซแนปส์, ความจำและการเรียนรู้

กลูตาเมตเป็นสารสื่อประสาทที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งในสมอง และมีบทบาทพื้นฐานในด้านความจำและการเรียนรู้หน้าที่ของมันไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การส่งสัญญาณประสาทเท่านั้น แต่ยังปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของจุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า ความยืดหยุ่นของไซแนปส์ (synaptic plasticity)

ความยืดหยุ่นที่เกี่ยวข้องกับกลูตาเมตมีอยู่ 2 รูปแบบหลัก ได้แก่:

• การเสริมศักยภาพระยะยาว (LTP)การเสริมศักยภาพระยะยาว (Long-term potentiation, LTP) คือการเพิ่มประสิทธิภาพของไซแนปส์อย่างต่อเนื่องหลังจากได้รับการกระตุ้นด้วยความถี่สูงซ้ำๆ กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับการกระตุ้นตัวรับ NMDA และการไหลเข้าของแคลเซียมไปยังเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์เป็นหลัก แคลเซียมนี้จะกระตุ้นกระบวนการส่งสัญญาณที่ทำให้ไซแนปส์แข็งแรงขึ้น เช่น โดยการเพิ่มตัวรับ AMPA เข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ LTP ถือเป็นหนึ่งในพื้นฐานระดับเซลล์ของ... การสร้างความทรงจำใหม่.
• ภาวะซึมเศร้าระยะยาว (LTD)นี่คือกระบวนการตรงกันข้าม ซึ่งประสิทธิภาพของไซแนปส์จะลดลงหลังจากรูปแบบการกระตุ้นซ้ำๆ หรือต่อเนื่องเป็นเวลานาน โดยปกติแล้วจะเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นตัวรับกลูตาเมตแบบเมตาโบโทรปิกอย่างต่อเนื่อง หรือรูปแบบการกระตุ้น NMDA ที่เฉพาะเจาะจง LTD ช่วยให้ “ลบ” หรือปรับเปลี่ยนการเชื่อมต่อซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาระบบทำงานหนักเกินไปและช่วยให้การเรียนรู้มีความยืดหยุ่น

ในระหว่างกระบวนการเรียนรู้ การปล่อยกลูตาเมตที่ไซแนปส์เฉพาะจุดจะกระตุ้นกลไก LTP และ LTD เหล่านี้ ทำให้การเชื่อมต่อบางส่วนแข็งแรงขึ้นและบางส่วนอ่อนแอลง ด้วยวิธีนี้ สมองจะเข้ารหัส จัดเก็บ และจัดระเบียบข้อมูลใหม่ตามประสบการณ์ ความสมดุลที่เหมาะสมของระดับกลูตาเมตและการตอบสนองของตัวรับกลูตาเมตมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการเหล่านี้ในการทำงานอย่างถูกต้อง

ความไม่สมดุลในระบบกลูตาเมตสามารถกระตุ้นให้เกิดปัญหาด้านความจำและการเรียนรู้ได้ ทั้งภาวะที่มีมากเกินไป (นำไปสู่การกระตุ้นมากเกินไปและความเสียหายของเซลล์ประสาท) และภาวะที่ขาดแคลน (ลดความยืดหยุ่น) ล้วนสามารถทำให้เกิดปัญหาด้านการรับรู้ได้ ที่จริงแล้ว การเปลี่ยนแปลงในการส่งสัญญาณกลูตาเมตมีความเชื่อมโยงกับความผิดปกติทางระบบประสาท ต่างๆ โรคจิตเภท โรคอารมณ์แปรปรวน ภาวะความเสื่อมถอยทางสติปัญญา และโรคทางระบบประสาทเสื่อม

หน้าที่ของกลูตาเมตในร่างกาย

กลูตาเมตเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางประสาทในระดับระบบประสาท อย่างไรก็ตาม มันยังมีบทบาทในการสังเคราะห์ส่วนประกอบอื่นๆ และมีส่วนร่วมในหน้าที่ทางเมตาบอลิซึมหลายอย่างอีกด้วย

• การสร้างโปรตีน: โดยการมีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญต่างๆ มันจึงทำหน้าที่เป็น สารตั้งต้นในการก่อตัวของสารประกอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งสารที่มีลักษณะเป็นโปรตีน โครงสร้างคาร์บอนของกลูตาเมตสามารถเปลี่ยนเป็นอัลฟา-คีโตกลูตาเรตและรวมเข้ากับวัฏจักรเครบส์ได้ ในขณะที่หมู่เอมีนจะถูกถ่ายโอนไปยังโครงสร้างอื่นเพื่อสร้างกรดอะมิโนชนิดต่างๆ
• สารสื่อประสาท: นี่ถือเป็นบทบาทที่สำคัญที่สุด เนื่องจากมีส่วนร่วมหลักใน กระบวนการสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทโดยจะเหนี่ยวนำและกระตุ้นโครงสร้างที่อำนวยความสะดวกในการส่งผ่านสิ่งเร้าและแรงกระตุ้น

เซลล์ประสาทจะปล่อยกลูตาเมตที่สังเคราะห์ขึ้นผ่านการเผาผลาญและทำหน้าที่เป็นสารเคมีซึ่งถูกจับโดยโครงสร้างเฉพาะที่เรียกว่าตัวรับโปรตีน

• ตัวรับโปรตีนที่เกี่ยวข้อง: ตัวรับ N-methyl-D-aspartate (NMDA), AMPA, Kainate และตัวรับที่เรียกว่า metabotropic receptors แม้ว่ากระบวนการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างเซลล์ประสาทจะเกิดขึ้นได้ผ่านการเชื่อมต่อโดยตรงของแอกซอนของเซลล์ประสาทหนึ่งกับเดนไดรต์ของอีกเซลล์ประสาทหนึ่ง (ไซแนปส์ไฟฟ้า) ก็ตาม โดยปกติแล้วจำเป็นต้องมีการกระตุ้นด้วยสารเคมี เช่น กลูตาเมต เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการส่งสัญญาณมีความละเอียดและปรับเปลี่ยนได้

นอกจากบทบาทในระบบประสาทส่วนกลางแล้ว กลูตาเมตยังมีหน้าที่สำคัญในเนื้อเยื่ออื่นๆ อีกด้วย:

• อินเทสติโนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญสำหรับเซลล์เยื่อบุลำไส้ (enterocytes) โดยจะถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยาการถ่ายโอนหมู่เอมีนและปฏิกิริยาออกซิเดชันเพื่อสร้าง ATP และกรดอะมิโน เช่น อลานีน แอสปาร์เทต โพรลีน ออร์นิทีน และซิทรูลีน
• ตับมีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญไนโตรเจน การสังเคราะห์กรดอะมิโนอื่นๆ และวัฏจักรยูเรีย และเป็นกุญแจสำคัญในการผลิต... เอ็น-อะเซทิลกลูตาเมตซึ่งเป็นตัวกระตุ้นที่สำคัญของวัฏจักรยูเรีย
• ระบบต้านอนุมูลอิสระ: เป็นสารตั้งต้นของ กลูตาไธโอนซึ่งเป็นหนึ่งในสารต้านอนุมูลอิสระที่สำคัญที่สุดในเซลล์ ทำหน้าที่ปกป้องเซลล์จากความเครียดออกซิเดชันและอนุมูลอิสระออกซิเจนและไนโตรเจน

โมโนโซเดียมกลูตาเมตและรสอูมามิ

ในความเข้าใจของคนส่วนใหญ่ เมื่อเราพูดถึง "กลูตาเมต" เรามักจะนึกถึงโมโนโซเดียมกลูตาเมต (MSG)ซึ่งเป็นเกลือที่เกิดจากปฏิกิริยาของโมเลกุลกรดอะมิโนกับสารประกอบอนินทรีย์โซเดียม

ส่วนประกอบนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ อูมามิ หรือ อาจิโนโมโตะและมีประโยชน์หลายอย่างในอุตสาหกรรมอาหาร:

อาหารเอเชีย: การผสมผสานรสอูมามิ ซึ่งถือเป็นรสชาติที่ห้าของโลก ช่วยให้สามารถปรุงอาหารได้หลากหลายเมนู และมีอยู่ในส่วนผสมหลักของวัฒนธรรมการทำอาหารนี้ตามธรรมชาติ เช่น สาหร่ายทะเล (230 ถึง 3380 มิลลิกรัม) และซีอิ๊ว (450 ถึง 700 มิลลิกรัม) อาหารเหล่านี้อุดมไปด้วยแอล-กลูตาเมตอิสระและนิวคลีโอไทด์ เช่น อินโนซิเนตและกัวนิเลต ซึ่งช่วยเสริมสัญญาณอูมามิโดยการออกฤทธิ์ต่อตัวรับเดียวกัน

รส อูมามิถูกอธิบายว่าเป็นรสชาติ "กลมกล่อมมาก"ที่ให้ความรู้สึกพึงพอใจในปาก นักวิทยาศาสตร์ คิคุนาเอะ อิเคดะ จากมหาวิทยาลัยโตเกียว เป็นผู้เชื่อมโยงความรู้สึกนี้ที่เกิดจากน้ำซุปสาหร่ายคอมบุกับผงชูรส (MSG) การใช้ผงชูรสในอาหารก่อให้เกิดความรู้สึกเข้มข้นที่ยากจะอธิบายเป็นคำพูด และในหลายกรณีก็ดึงดูดใจอย่างมาก ซึ่งอาจนำไปสู่การกินมากเกินไปหากปริมาณที่ใส่ไม่ควบคุม

อาหารที่ไม่ผ่านการแปรรูป: โมโนโซเดียมกลูตาเมต (MSG) พบได้ตามธรรมชาติในอาหาร แม้ว่าจะไม่ได้เป็นส่วนประกอบหลักในการปรุงอาหารก็ตาม ตัวอย่างอาหารบางชนิดพร้อมปริมาณกลูตาเมตอิสระโดยประมาณมีดังต่อไปนี้:

• มะเขือเทศ (140-250 มก.)
• มันฝรั่ง (30-180 มก.)
• แฮม (340 มก.)
• ชาเขียว (200-650 มก.)
• ชีส: พาร์เมซาน (1150 มก.), เชดดาร์ (180 มก.), ร็อกฟอร์ต (1200 มก.)

แม้แต่น้ำนมแม่ก็มีกลูตาเมตอิสระในปริมาณมาก ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามระยะเวลาการให้นมบุตร สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากลูตาเมตไม่เพียงแต่ช่วยให้รสชาติของน้ำนมดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่ด้านพลังงานและภูมิคุ้มกันในลำไส้ของทารกอีกด้วย

ยาเม็ด: ระยะหนึ่ง ยาเม็ดขนาด 500 มิลลิกรัมที่มีส่วนประกอบนี้เป็นที่นิยมในตลาดทั่วไป โดยถูกโฆษณาว่าเป็น "อาหารบำรุงสมอง" และอ้างว่าเป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถกระตุ้นกระบวนการทำงานของสมองได้ แม้ว่ากลูตาเมตจะเป็นสิ่งสำคัญต่อการทำงานของเซลล์ประสาท แต่การรับประทานโดยตรงในรูปแบบอาหารเสริมควรระมัดระวังร่างกายควบคุมระดับกลูตาเมตในเลือดและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสมองอย่างเข้มงวด และการรบกวนสมดุลนี้อาจส่งผลเสียได้

ในส่วนของความปลอดภัยด้านอาหาร คณะกรรมการระหว่างประเทศหลายแห่งได้ประเมินการใช้ผงชูรสเป็นสารปรุงแต่ง องค์กรต่างๆ เช่นJECFA (คณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญร่วมระหว่าง FAO และ WHO ด้านสารปรุงแต่งอาหาร) และหน่วยงานกำกับดูแลในภูมิภาคต่างๆ ได้จัดให้ผงชูรสเป็นส่วนผสมที่ได้รับการยอมรับว่าปลอดภัยโดยทั่วไป (GRAS)เมื่อใช้ตามหลักปฏิบัติที่ดีในการผลิต ซึ่งหมายความว่า ในระดับการบริโภคปกติ ผงชูรสไม่ได้ก่อให้เกิดความเสี่ยงที่ทราบได้ต่อประชากรทั่วไป

กลูตาเมต, ภาวะพิษจากสารกระตุ้น และพยาธิสภาพทางระบบประสาท

แม้ว่ากลูตาเมตจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของสมองตามปกติ แต่การมีมากเกินไปเป็นเวลานานอาจเป็นพิษต่อเซลล์ประสาท ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ภาวะพิษจากสารกระตุ้น ( excitotoxicity ) มันเกิดขึ้นเมื่อมีการปล่อยกลูตาเมตออกมาอย่างมหาศาลหรือต่อเนื่อง หรือเมื่อระบบการดูดซับกลับโดยเซลล์ประสาทและเซลล์แอสโทรไซต์ล้มเหลว ซึ่งทำให้ตัวรับ (โดยเฉพาะตัวรับ NMDA) ถูกกระตุ้นอย่างต่อเนื่องและทำให้แคลเซียมไหลเข้าสู่เซลล์มากเกินไป

การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมภายในเซลล์จะกระตุ้นให้เกิดเหตุการณ์ที่ก่อให้เกิดความเสียหายเป็นลูกโซ่ ได้แก่ การกระตุ้นเอนไซม์ที่ย่อยสลายโปรตีนและไขมัน การผลิตอนุมูลอิสระมากเกินไป การเปลี่ยนแปลงของไมโทคอนเดรีย และในที่สุดก็ทำให้เซลล์ประสาทตายภาวะความเป็นพิษจากการกระตุ้นมากเกินไปนี้มีความเชื่อมโยงกับโรคต่างๆ มากมาย:

• โรคหลอดเลือดสมองและภาวะขาดเลือดในระหว่างภาวะหลอดเลือดสมองตีบหรือหัวใจหยุดเต้น การขาดออกซิเจนจะทำให้เซลล์ประสาทอยู่ในสภาวะดีโพลาไรเซชันอย่างถาวร ส่งผลให้มีการปล่อยกลูตาเมตออกมาในปริมาณมาก การกระตุ้นตัวรับ NMDA อย่างต่อเนื่องและการไหลเข้าของแคลเซียมจำนวนมากจะนำไปสู่การตายของเซลล์ประสาทในบริเวณที่ได้รับผลกระทบ
• Epilepsiaอาการชักจากโรคลมชักเกี่ยวข้องกับการปล่อยกระแสไฟฟ้าจำนวนมากและพร้อมเพรียงกันของเซลล์ประสาทกระตุ้น การทำงานที่มากเกินไปของระบบกลูตาเมอร์จิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านตัวรับ AMPA และเมื่อโรคดำเนินไป ก็รวมถึงตัวรับ NMDA ด้วยนั้น พบว่าส่งเสริมการเริ่มต้นและการคงอยู่ของการปล่อยกระแสไฟฟ้าในโรคลมชัก
• โรคเกี่ยวกับระบบประสาทโรคต่างๆ เช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคฮันติงตัน และโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงบางชนิด (ALS) เกี่ยวข้องกับการปล่อยกลูตาเมตมากเกินไปหรือการดูดซึมกลับที่บกพร่อง การปล่อยกลูตาเมตที่มากเกินไปนี้ส่งผลให้เซลล์ประสาทเสื่อมลงอย่างต่อเนื่อง ในความเป็นจริง ยาที่ควบคุมการปล่อยหรือการทำงานของกลูตาเมต (เช่น ริลูโซลใน ALS หรือตัวปรับการทำงานของตัวรับ NMDA ในโรคอื่นๆ) ถูกนำมาใช้เพื่อพยายามชะลอการลุกลามของความเสียหาย
• การบาดเจ็บที่สมองในกรณีที่เกิดการบาดเจ็บที่ศีรษะหรือไขสันหลัง การแตกหักของเซลล์ประสาทและไซแนปส์จะทำให้เกิดการปล่อยกลูตาเมตอย่างฉับพลันเข้าสู่ช่องว่างนอกเซลล์ ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่: เซลล์ประสาทข้างเคียงก็จะได้รับความเสียหายและปล่อยกลูตาเมตออกมาเช่นกัน ทำให้บริเวณที่ได้รับบาดเจ็บรุนแรงขึ้น

นอกจากนี้ ยังมีการวิจัยเกี่ยวกับบทบาทของการส่งสัญญาณกลูตาเมอร์จิกในกลุ่มอาการออทิสติกสเปกตรัมโดยมีการเสนอว่าความไม่สมดุลระหว่างการกระตุ้น (กลูตาเมต) และการยับยั้ง (GABA) อาจเกิดขึ้นในบริเวณต่างๆ เช่น สมองส่วนหน้า และในกลุ่มอาการวิตกกังวล ต่างๆ ซึ่งการเรียนรู้แบบเชื่อมโยงเกี่ยวกับความกลัวและการลดความกลัวนั้น อาจได้รับประโยชน์จากการบำบัดที่ปรับเปลี่ยนกิจกรรมของกลูตาเมอร์จิกในวงจรเฉพาะ

กลุ่มอาการร้านอาหารจีน:ผู้เขียนบางท่านใช้คำนี้เพื่ออธิบายกลุ่มอาการ (เวียนศีรษะ คลื่นไส้ เจ็บหน้าอก หอบหืด อ่อนเพลีย) ที่เกิดจากการบริโภคอาหารที่ปรุงรสด้วยผงชูรส (MSG) ในปริมาณมาก มีการเสนอแนะว่าในบุคคลที่มีความไวเป็นพิเศษหรือผู้ที่มีความเสี่ยงทางระบบประสาท การกระตุ้นระบบกลูตาเมอร์จิกมากเกินไปอย่างเฉียบพลันอาจทำให้เกิดความไม่สบายชั่วคราวได้ แม้ว่าการทบทวนทางวิทยาศาสตร์อย่างเป็นระบบจะยังไม่สามารถยืนยันความสัมพันธ์เชิงสาเหตุโดยตรงในประชากรส่วนใหญ่ได้อย่างแน่ชัดก็ตาม อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ชัดเจนคือภาวะเรื้อรังใดๆ ที่ทำให้ระบบกลูตาเมอร์จิกทำงานมากเกินไปสามารถส่งเสริมให้เกิดความอ่อนล้าและความเสียหายของเซลล์ประสาทได้

• วิงเวียน
• ความเกลียดชัง
• เจ็บหน้าอก
• Asma
• อาการชัก (ในกรณีของผู้ป่วยที่บอบบางหรือมีความบกพร่องทางระบบประสาท)

ความสมดุลของกลูตาเมต-GABA และการควบคุมภาวะสมดุลภายในร่างกาย

ในระบบประสาทส่วนกลาง เซลล์ประสาทกระตุ้นส่วนใหญ่ใช้กลูตาเมต ในขณะที่เซลล์ประสาทที่ยับยั้งส่วนใหญ่ใช้ GABA ความสมดุลระหว่างสองกลุ่มนี้เป็นตัวกำหนดระดับการทำงานโดยรวมของสมอง หากการกระตุ้นด้วยกลูตาเมตมีมากกว่า อาจทำให้เกิดภาวะตื่นตัวมากเกินไป ความวิตกกังวล อาการชัก หรือความเสียหายต่อเซลล์ประสาท หากการยับยั้งด้วย GABA มีมากกว่า อาจทำให้การทำงานของสมองช้าลง ง่วงนอนอย่างรุนแรง หรือตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้ยาก

GABA ถูกสังเคราะห์โดยตรงจากกลูตาเมตโดยเอนไซม์กลูตามิกแอซิดดีคาร์บอกซิเลส (GAD)ดังนั้นเซลล์ประสาท GABAergic จึงต้องอาศัยกลูตาเมตและกลูตามีนในปริมาณที่เพียงพอเพื่อรักษาสภาพการทำงาน ในทางกลับกัน เซลล์แอสโทรไซต์จะควบคุมระดับกลูตาเมตภายนอกเซลล์ ป้องกันภาวะความเป็นพิษจากการกระตุ้นมากเกินไป และจัดหากลูตามีนสำหรับการสังเคราะห์กลูตาเมตและ GABA ขึ้นใหม่

กลไกทางสรีรวิทยา เช่นโทนของเส้นประสาทเวกัส ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ และการตอบสนองต่อความเครียดที่เหมาะสม มีส่วนช่วยในการรักษาเสถียรภาพของการส่งสัญญาณกลูตาเมอร์จิก การฝึกหายใจที่ความถี่เรโซแนนซ์ (ประมาณ 0,1 เฮิรตซ์) และเทคนิคไบโอฟีดแบ็กบางอย่าง พบว่าช่วยปรับปรุงภาวะสมดุลของระบบประสาทอัตโนมัติ และโดยอ้อมช่วยลดผลกระทบของความเครียดทางพฤติกรรมต่อโครงสร้างของไซแนปส์กลูตาเมอร์จิก ส่งเสริมความยืดหยุ่นที่ดีขึ้น

โดยรวมแล้ว กลูตาเมตเป็นโมเลกุลที่มีสองด้าน ด้านหนึ่งมีความสำคัญต่อการทำงานของสมอง ความจำ การเรียนรู้ และรสอูมามิอีกด้านหนึ่งอาจเป็นอันตรายได้เมื่อระดับหรือการส่งสัญญาณของมันผิดปกติ การทำความเข้าใจกลไกการทำงาน ตัวรับ และการเผาผลาญของมันให้ดียิ่งขึ้น จะเปิดประตูสู่การพัฒนาแนวทางด้านโภชนาการ พฤติกรรม และเภสัชวิทยา เพื่อปกป้องระบบประสาทและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของสมอง