AMONIAK I JEGO PRZEMIANY W ORGANIZMIE LUDZKIM

1. Czym jest amoniak

Amoniak jest wszechobecnym w przyrodzie nieorganicznym związkiem chemicznym azotu i wodoru, występującym w formie gazowej. Przemiany amoniaku pełnią istotną rolę, obecną w procesach  życiowych roślin, zwierząt i ludzi. Występuje w organizmach żywych i jest produktem ich rozkładu, znajdujemy go także w wodzie, glebie i powietrzu. Struktura amoniaku oparta jest o azot. Azot jest atomem, który wchodzi w skład wszystkich aminokwasów, występuje w atmosferze w postaci gazu (N2), w formach organicznych w glebie oraz w postaci jonów, np. amonu lub azotanu, w roślinach i drobnoustrojach. Między glebą, roślinami, zwierzętami i atmosferą zachodzi ciągły obieg azotu, z wytwarzaniem amoniaku.

W organizmach ssaków rozpad białka odbywa się z wytworzeniem cząstki amoniaku, a następnie „neutralizacji go” do mniej toksycznej postaci, czyli mocznika.  Taka przemiana nosi nazwę ureotelizm. Powstający w metabolizmie amoniak jest przekształcany w mocznik i wydalany w roztworze wodnym. Ureotelizm jest wyrazem przystosowania zwierząt do życia na lądzie, występuje u zwierząt lądowych, lecz mających w miarę łatwy dostęp do wody. Człowiek jest także ureoteliczny. (1)

            Zarówno mocznik jak i amoniak, należą w organizmach ssaków do form tak zwanego azotu pozabiałkowego (dla odróżnienia od azotu związanego z białkiem). Amoniak nie pełni funkcji fizjologicznej. Jest to jednak molekuła ogromnie ważna klinicznie, ponieważ jest silnie toksyczna dla układu nerwowego. Amoniak powstaje nieustannie w wyniku deaminacji aminokwasów pochodzących z białek, ważne jest, aby istniały mechanizmy zapewniające terminowe i skuteczne usuwanie tej cząsteczki. Wątroba ma kluczowe znaczenie dla katabolizmu amoniaku, ponieważ jest jedyną tkanką, w której ulegają ekspresji wszystkie elementy cyklu mocznikowego, znanego również jako cykl Krebsa-Henseleita, zapewniając konwersję amoniaku do mocznika. Amoniak jest również zużywany w syntezie endogennych (inaczej- nieistotnych, po angielsku -nonessential) aminokwasów oraz w różnych aspektach metabolizmu pośredniego. (2)

Utylizacja produktów przemiany materii nagromadzonych podczas procesów metabolicznych jest integralną częścią zdrowia każdego żywego organizmu. Usuwanie nadmiaru azotu i amoniaku nie jest wyjątkiem. Chociaż azot jest niezbędny do wzrostu i utrzymania zwierząt, nadmiar niektórych związków azotowych może szybko doprowadzić do toksyczności i śmierci.

            Występujący w  organizmach azot amonowy występuje w dwóch różnych postaciach , czyli amoniaku [NH3] i amonu [NH4+], które są głównym składnikiem puli białek i kwasów nukleinowych. (3)

Amoniak (NH3) jako wolna zasada jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie i rozpuszczalny w lipidach. Większość błon komórek zwierzęcych jest dla niego przepuszczalna. Amon NH4+ jest słabo rozpuszczalny w lipidach. Zatem amoniak (jako rozpuszczalny w tłuszczach) przenika przez ścianę jelita, natomiast jony amonowe nie mają takich właściwości. (4)

            Ogólnie przyjmuje się, iż amoniak dostaje się do komórek głównie w wyniku dyfuzji NH3, który jest następnie jonizowany do NH4+. Ponadto istnieją dowody na to, że w dystalnych kanalikach nerkowych amoniak NH3 jest aktywnie transportowany przez błonę plazmatyczną. Jon amonowy (NH4+) może konkurować z jonem potasu  K+ lub wodoru H+ o transport na błonowych kanałach jonowych i transporterach, a niektóre komórki, w tym astrocyty mózgowe, chłonnie pobierają jon amonu NH4+. Dwie z pięciu akwaporyn, które są przepuszczalne dla amoniaku (Aqp8 i Aqp9), mogą odgrywać rolę w wychwytywaniu NH4+ przez hepatocyty. (5)

1. Formy azotu

1.1. Azot

Azot, pierwiastek niezbędny do życia, stanowi aż 78% atmosfery.  Jest obecny w białkach, kwasach nukleinowych i wielu biomolekułach. Azot jest jednym z podstawowych składników odżywczych niezbędnych do przetrwania wszystkich żywych organizmów. Azot atmosferyczny w formie  dwuatomowego gazu (N2), jest w dużej mierze niedostępny w tej postaci dla większości organizmów. Dopiero przekształcenie azotu w amoniak (NH3) staje się dostępne dla producentów pierwotnych, takich jak rośliny, co tłumaczy kluczową rolę amoniaku w przemianach biochemicznych. Oprócz N2 i NH3 azot występuje w wielu różnych formach, w tym zarówno w postaci nieorganicznej (np. amoniak, azotan), jak i organicznej (np. aminokwasy i kwasy nukleinowe). W ten sposób azot podlega wielu różnym przemianom w ekosystemie, zmieniając się z jednej formy w drugą [ryc. 1].  W naturze azot jest rozdystrybuowany między atmosferą, glebą, wodami gruntowymi i biomasą, a stopnie utlenienia wahają się od +5 w przypadku najbardziej utlenionego związku (azotan) do −3 w najbardziej zredukowanej formie (amoniak). Amoniak (NH3) dominuje przy pH zasadowym, podczas gdy protonowana forma jonowa, amon (NH4+), przeważa w warunkach obojętnych i kwaśnych. Interkonwersja różnych związków azotowych umożliwia złożoną wymianę azotu w ekosystemach, która tworzy tak zwany cykl azotowy. (6–8)

Rycina 1 Cykl azotowy

Źródło: The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact (8).

1.2. Reaktywne Formy Azotu

Reaktywne formy azotu (RNS = reactive nitrogen species) są to związki charakteryzujące się dużą reaktywnością chemiczną. Podobnie jak reaktywne formy tlenu należą do substancji zwanych wolnymi rodnikami i podobnie jak one reagują z najważniejszymi strukturami i cząsteczkami komórkowymi, zmieniając ich funkcje. Do reaktywnych form azotu należy tlenek azotu (NO) oraz powstające z niego w wyniku przemian metabolicznych: kation nitrozoniowy (NO+), anion nitroksylowy (NO-) i nadtlenoazotyn (ONOO-). (9)

1.2.1. Tlenek azotu NO

Od czasu odkrycia go jako cząsteczki przekaźnika biologicznego nieco ponad dziesięć lat temu, tlenek azotu (NO·) stał się dobrze rozpoznawany ze względu na swój udział w różnych procesach biologicznych w prawie wszystkich aspektach życia, w tym w rozszerzaniu naczyń krwionośnych, rozszerzaniu oskrzeli, neurotransmisji, hamowaniu fagocytów i płytek krwi, agregacji oraz w aktywności przeciwbakteryjnej.

Synteza tlenku azotu następuje przy udziale specyficznej rodziny enzymów – syntaz tlenku azotu (NOS). Obecnie wyróżnia się trzy podstawowe typy syntaz NO: e-NOS lub NOS typu 3, występującą konstytutywnie w komórkach śródbłonka i syntetyzującą tlenek azotu potrzebny do regulacji ciśnienia krwi, n-NOS lub NOS typu 1, występującą w neuronach i zależną od wapnia i kalmoduliny oraz i-NOS lub NOS typu 2 – indukowalną, silnie wiążącą kalmodulinę i niezależną od jonów wapnia, stwierdzaną m.in. w makrofagach, monocytach, neutrofilach, hepatocytach oraz komórkach nabłonka oddechowego. (9)

Synteza tlenku azotu zachodzi głównie przy udziale indukowalnej syntazy tlenku azotu typu 2 (NOS2), której ekspresję wykazują pierwotnie makrofagi pod wpływem działania cytokin oraz endotoksyn bakteryjnych takich jak lipopolisacharyd (LPS).

Tlenek azotu może ulegać reakcjom redukcji do anionu nitroksylowego (NO–) lub, w obecności silnego utleniacza jak •OH, utlenianiu do kationu nitrozoniowego (NO+). NO+ może nitrozylować białka i DNA. NO może także wchodzić w reakcję z anionorodnikiem ponadtlenkowym (•O2-), tworząc nadtlenoazotyn (ONOO-):

NO + •O2− → ONOO−

Proces ten ma wpływ na fizjologię organizmu, ponieważ tlenek azotu jest aktywnym biologicznie związkiem zaangażowanym m.in. w regulację napięcia mięśniówki gładkiej i co za tym idzie, ciśnienia krwi, regulację agregacji trombocytów oraz sygnalizację komórek naczyń krwionośnych. Nadtlenoazotyn może reagować z innymi związkami tworząc kolejne reaktywne formy azotu takie jak dwutlenek azotu (•NO2) i tritlenek diazotu (N2O3) oraz inne wolne rodniki. Do najważniejszych reakcji z udziałem RFA należą:

ONOO− + H+ → ONOOH → •NO2 + •OH

ONOO− + CO2 → ONOOCO2−

ONOOCO2− → •NO2 + O=C(O•)O−

•NO + •NO2 ↔ N2O3

NO wykazuje działanie cytotoksyczne poprzez nitrozylację grup -SH hemu i białek oraz reszt tyrozylowych, może powodować także powstawania nitrozoamin, które wykazują działanie rakotwórcze. Poprzez swoje działania prowadzi do zahamowania glikolizy oraz zmniejszenia ilości ATP w komórkach. Zwiększone stężenie tlenku azotu w chorobie niedokrwiennej serca powoduje uszkodzenie mięśnia sercowego, co prowadzi do zmniejszonej kurczliwości serca. (10)

1.2.2. Kation nitrozoniowy (NO+)

Kation nitrozoniowy jest reaktywnym związkiem pośrednim w wielu reakcjach chemicznych i biochemicznych. Kation NO+ ma bezpośredni lub pośredni wpływ na zubożenie warstwy ozonowej w stratosferze ziemskiej. W układach biologicznych kation NO+ jest wytwarzany poprzez utlenianie cząsteczki NO tlenem cząsteczkowym, anionem ponadtlenkowym lub związkami metali przejściowych. Autooksydacja NO w organizmie skutkuje wytworzeniem cząsteczki N2O3, co prowadzi do powstania kationu nitrozoniowego. NO+ może reagować z biologicznymi tiolami, takimi jak glutation lub cysteina, tworząc S-nitrozowe związki, które są dość stabilne i mogą rozszerzać działanie tlenku azotu poza miejsce jego powstawania. NO+  jest kluczowym związkiem w procesie nitrowania, w którym grupa NO+ jest w miejsce wolnej pary elektronowej, głownie a atomach siarki lub azotu. (11,12)

1.2.3. Anion nitroksylowy (NO–)

Jon nitroksylowy powstały podczas samoutleniania hydroksyloaminy przy wysokim pH reaguje z tlenem, dając anion nadtlenoazotynowy, jednak NO- może wywierać działanie toksyczne poza tymi, które wynikają z tworzenia nadtlenoazotynu. (11)

NO- ma właściwości tiofilowe, co znaczy że reaguje z wolnymi tiolami bądź białkami, które takie grupy zawierają. Prowadzi to do zmian funkcji tych białek bądź do zmian w czasach reakcji z tymi białkami. Wiele istotnych białek oraz enzymów zawiera grupy tiolowe, co sprawia że są one podatne na działanie NO-. W grupie tej znajdują się przykładowo enzymy odpowiedzialne za degradację uszkodzonych białek, prezentację antygenów czy też naprawę DNA. Anion nitroksylowy wykazuje również dużą reaktywność do metali, takich jak (III), Cu(II) czy Mn(II). Reakcje nitrozylacji metali bądź metaloprotein są głównymi reakcjami jakim ulega NO-. (13)

1.2.4. Nadtlenoazotyn  - Peroksynitryt

Powstaje w wyniku  nieenzymatycznej reakcji tlenku azotu (NO) z ponadtlenkiem (O2). Peroksynitryt oddziałuje z lipidami, DNA i białkami poprzez ich bezpośrednie utlenianie lub pośrednio – poprzez inne wolne rodniki. Reakcje te wyzwalają odpowiedzi komórkowe, od subtelnych modulacji sygnalizacji komórkowej do przytłaczającego uszkodzenia oksydacyjnego, zmuszając komórki do śmierci (apoptozy). Wytwarzanie nadtlenoazotynów stanowi kluczowy patogenny mechanizm w stanach takich jak udar, zawał mięśnia sercowego, przewlekła niewydolność́ serca, cukrzyca czy wstrząs krążeniowy.

Istnieje wiele przykładów tioli białkowych, które są utleniane przez nadtlenoazotyn, co prowadzi do inaktywacji enzymów, między innymi dehydrogenazy gliceraldehydo-3-fosforanowej czy mitochondrialnej kinazy kreatynowej. Glutation (GSH) to najbardziej rozpowszechniony niskocząsteczkowy związek tiolowy, przez pewien czas to on był uważany za bezpośredni komórkowy zmiatacz peroksynitrylu. Jednakże reakcja z GSH nie jest tak szybka, aby dominować nad innymi reakcjami. Ponieważ nadtlenoazotyn i jego drugorzędowe rodniki mogą inicjować różne ścieżki, które mogą powodować niepożądane utlenianie biologiczne, komórki są wyposażone w skuteczne narzędzia odtruwające, które zapobiegają tworzeniu się nadtlenoazotynów (SODs- dysmutazy ponadtlenkowe) oraz mechanizmy detoksyfikujące powstałe rodniki (np. peroksydaza glutationowa). (14)

1.2.5. Dwutlenek azotu NO2 i jego dimer N2O4

Dwutlenek azotu jest toksycznym gazem, który otrzymuje się w wyniku utleniania tlenku azotu. Najważniejsze znaczenie tego związku polega na tym, że reaguje on z wodą tworząc kwas azotowy [Ryc. 2]. W przeciwieństwie do NO, NO2 ma tendencję do dimeryzacji. Posiada również wolny elektron, przez co zaliczany jest do wolnych rodników. (7)

Rycina 2 Reakcja powstawania kwasu azotowego

Źródło: House J., House H. Nitrogen(7)

1.2.6. Tlenek diazotu N2O

N2O jest bezbarwnym gazem. Jako tzw. gaz rozweselający jest stosowany do znieczulenia anestezjologicznego. Należy on do gazów cieplarnianych. Może być również stosowany jako dodatek do żywności, głownie do spieniania piany (bita śmietana w sprayu). Jest stosunkowo niereaktywny, jednak reaguje wybuchowo z H2. (7)

 

1.3. Mocznik

Mocznik  N2H4CO jest głównym azotowym produktem przemiany materii i powstaje w wyniku rozpadu białek. (15,16)

Prawie całkowicie wydalany jest z organizmu z moczem, jedynie niewielka część wydala się z potem. W organizmie mocznik jest syntetyzowany w ramach cyklu mocznikowego, w wyniku utleniania aminokwasów bądź amoniaku. Głównym substratem do produkcji mocznika jest N-Acetyloglutaminian. Wytwarzanie mocznika w cyklu mocznikowym zachodzi głównie w hepatocytach, czyli w komórkach wątroby, tylko w niewielkim stopniu pochodzi on z innych źródeł, np. z rozpadu mięśni.  Stężenie mocznika we krwi wynosi 5-25 mg/dl u osób dorosłych. (16,17)

1.3.1. Fizjologia - produkcja i wydalanie mocznika

Mocznik jest małą cząsteczką organiczną (MW 60) zawierającą dwie grupy aminowe (NH2) i połączoną grupę karbamylową (C-O). Jest głównym azotowym produktem końcowym katabolizmu białek i aminokwasów. Białka są najpierw degradowane do aminokwasów składowych, które z kolei ulegają degradacji (deaminacji), z wytworzeniem amoniaku (NH3), który jest toksyczny. W serii pięciu kontrolowanych enzymatycznie reakcji, zwanych łącznie „cyklem mocznikowym”, toksyczny amoniak powstały w wyniku rozpadu białka, przekształca się w nietoksyczny mocznik. Oprócz amoniaku i pięciu enzymów „cyklu mocznikowego”, endogenna produkcja mocznika wymaga obecności wodorowęglanu, asparaginianu i wkładu energetycznego w postaci trifosforanu adenozyny (ATP). Dwutlenek węgla (CO2) jest produktem ubocznym cyklu mocznikowego. Prawie cała ta produkcja mocznika zachodzi w komórkach wątroby (hepatocytach), jedynym innym źródłem są komórki nerek.

Jak można się spodziewać, na tempo produkcji mocznika wpływa zawartość białka w diecie. Dieta niskobiałkowa wiąże się ze zmniejszoną produkcją mocznika, a dieta wysokobiałkowa ze zwiększoną produkcją mocznika. Głodzenie jest, być może wbrew intuicji, związane ze zwiększoną produkcją mocznika, ale można to wytłumaczyć zwiększoną ilością białka uwalnianego w wyniku rozpadu tkanki mięśniowej (autoliza), który występuje podczas głodzenia i stanowi źródło energii. Każda patologia związana z rozpadem tkanek jest z tego samego powodu związana ze zwiększoną produkcją mocznika.

Większość mocznika wytwarzanego w wątrobie jest transportowana z krwią do nerek, gdzie jest wydalana z organizmu wraz z moczem, a tylko niewielkie ilości wydalane są wraz z potem. Proces eliminacji mocznika przez nerki rozpoczyna się filtracją w kłębuszkach nerkowych, ponieważ mocznik wraz z krwią transportowany jest do nerek, gdzie przechodzi do przesączu kłębuszkowego, czyli prekursora moczu. Na początku stężenie mocznika w przesączu kłębuszkowym jest takie jako jak w osoczu, następnie mocznik przechodzi przez kanaliki nefronu, gdzie jest ponownie wchłaniany oraz wydzielany, dlatego jedynie 30-50% mocznika zostaje w moczu ostatecznym. Transportery mocznika oraz mocznik odgrywają kluczową rolę w produkcji skoncentrowanego moczu, ponieważ obecność mocznika wpływa na ilość wody zwrotnie wchłoniętej do krwi. Zmniejszenie spożycia białka w diecie zmniejsza maksymalną zdolność zagęszczania moczu, jednak może być przywrócone przez wlew mocznika lub spożywanie białka. . Zmniejszona maksymalna zdolność zagęszczania moczu występuje u kilku genetycznie zmodyfikowanych myszy pozbawionych różnych transporterów mocznika, co dowodzi wpływu mocznika na zdolność zagęszczania moczu przez nerki. (18)

W różnych krajach wynik badania mocznika wyraża się na dwa sposoby. W niektórych miejscach stężenie w osoczu lub surowicy wyraża się jako ilość azotu mocznikowego (BUN) w mg/dl, mimo iż próbka do analizy to krew, a nie mocz. W innych krajach mocznik jest wyrażany jako cała cząsteczka w jednostce mmol/l.  Jednakże BUN odzwierciedla tylko zawartość azotu w moczniku. Aby obliczyć zawartość mocznika (czyli całej cząsteczki, a nie tylko jej części azotowej) w próbce, należy wziąć pod uwagę przelicznik (19):

BUN 10 mg/dl = mocznik 21.4 mg/dl

BUN (mg/dL) na mocznik(mmol/L):

Pomnożyć razy 10 aby przejść z /dL na /L a następnie podzielić przez 28 aby przekształcić mg BUN na mmol mocznika, czyli 10/28 = 0.357

Zatem przelicznik wynosi 0.357

BUN mg/dL pomnożony razy 0.357 = mocznik (mmol/L)

Mocznik (mmol/L) podzielony przez 0.357 = BUN (mg/dL)

Prawidłowe wartości:

Mocznik we krwi  2.5-7.8 mmol/L

BUN we krwi  7.0-22 mg/dL

Stężenie mocznika w surowicy/osoczu odzwierciedla równowagę między produkcją mocznika w wątrobie a wydalaniem mocznika przez nerki z moczem; tak więc zwiększony poziom mocznika w osoczu / surowicy może być spowodowany zwiększoną produkcją mocznika, zmniejszoną eliminacją mocznika lub połączeniem tych dwóch. Zdecydowanie najwyższe stężenia występują w kontekście zmniejszonego wydalania mocznika z moczem z powodu zaawansowanej choroby nerek i związanego z tym znacznego zmniejszenia współczynnika przesączania kłębuszkowego (GFR). Wartość mocznika jako testu czynności nerek zależy od obserwacji, że stężenie mocznika w surowicy/osoczu odzwierciedla GFR: wraz ze spadkiem GFR wzrasta poziom mocznika w osoczu/surowicy. (20)

W kilku przypadkach stężenie mocznika we krwi może być zwiększone przy prawidłowym GFR. Wzrost zawartości białka w diecie powoduje zwiększoną produkcję mocznika. Jeśli produkcja jest znacznie zwiększona, może wpływać na wzrost mocznika w osoczu/surowicy. Wzrost stężenia amoniaku może mieć również związek z wiekiem. Oprócz przyczyn fizjologicznych występują również przyczyny patologiczne wzrostu stężenia mocznika we krwi, takie jak zwiększony katabolizm białek, który prowadzi do zwiększonej syntezy mocznika. Stan ten występuje w wyniku głodzenia, urazu czy też po zabiegach bądź w trakcie ciężkiej infekcji. Leki wywołujące rozpad białek, takie jak kortykoteroidy również mogą mieć wpływ. Należy również wziąć pod uwagę, iż mocznik w nerkach ma wpływ na zachowanie wody w organizmie, co znaczy że zwiększone wchłanianie zwrotne mocznika, może prowadzić do wzrostu stężenia we krwi. Tak więc odwodnienie będzie miało wpływ na wyższe stężenie mocznika we krwi. (20–22)

Zmniejszenie stężenia mocznika w osoczu/surowicy jest rzadsze i zwykle ma mniejsze znaczenie kliniczne niż zwiększenie stężenia mocznika w osoczu / surowicy. Istnieją dwie fizjologiczne przyczyny obniżonej koncentracji: dieta niskobiałkowa i ciąża. Przyczyną patologiczną mogą być choroby wątroby. Niedobór któregokolwiek z pięciu enzymów cyklu mocznikowego (UCD - defekty cyklu mocznikowego), może powodować zmniejszenie syntezy mocznika, co w konsekwencji prowadzi do  zmniejszenia stężenia mocznika we krwi. Innym przypadkiem jest przewodnienie, które wpływa na GFR, zwiększając go.  Większy GFR powoduje zwiększone wydalanie mocznika. Z tego powodu przewodnienie, które może wystąpić np. w SIADH (zespół nieadekwatnego wydzielaniawazopresyny) często wiąże się ze zmniejszeniem stężenia mocznika we krwi. (19)

1.4. Kwas moczowy

Kwas moczowy to heterocykliczny związek organiczny C5H4N4O3. W przemianie dwóch purynowych kwasów nukleinowych, adeniny i guaniny w kwas moczowy, bierze udział wiele enzymów. Początkowo monofosforan adenozyny (AMP) jest przekształcany w inozynę za pomocą dwóch różnych mechanizmów. Na początku następuje dezaminacja w celu utworzenia monofosforanu inozyny (IMP), a następnie defosforylacja z nukleotydazą w celu utworzenia inozyny, bądź usunięcie grupy fosforanowej przez nukleotydazę w celu utworzenia adenozyny, a następnie dezaminacja w celu utworzenia inozyny. Monofosforan guaniny (GMP) jest przekształcany w guanozynę przez nukleotydazę. Nukleozydy, inozyna i guanozyna, są dalej przekształcane w zasadę purynową, hipoksantynę bądź guaninę, przez fosforylazę nukleozydów purynowych (PNP). Hipoksantyna jest następnie utleniana do ksantyny przez oksydazę ksantynową (XO), a guanina jest dezaminowana do ksantyny przez deaminazę guaninową. Ksantyna jest ponownie utleniana przez oksydazę ksantynową, tworząc produkt końcowy, kwas moczowy. Przy fizjologicznym pH kwas moczowy jest słabym kwasem o pKα 5,8. Występuje on głównie w postaci moczanu, soli kwasu moczowego. Wraz ze wzrostem stężenia moczanów we krwi zwiększa się tworzenie kryształów kwasu moczowego. Normalny przedział referencyjny dla kwasu moczowego we krwi ludzkiej wynosi 1,5 - 6,0 mg/dl u kobiet i 2,5 - 7,0 mg/dl u mężczyzn. Zwykle kwas moczowy jest w większości usuwany przez nerki, a niewielka jego część przechodzi do przewodu pokarmowego, gdzie następnie rozkładana jest przez bakterie jelitowe. (23)

Kwas moczowy powstaje w wyniku przemiany metabolicznej egzogennych lub endogennych puryn, głównie w wątrobie i jelitach. Bezpośrednim prekursorem kwasu moczowego jest ksantyna, która jest metabolizowana do kwasu moczowego przez oksydazę ksantynową lub jej izoformę - dehydrogenazę ksantynową. Około dwie trzecie całkowitego moczanu w organizmie jest wytwarzane endogennie, a pozostałą jedną trzecią stanowią puryny dostarczane do organizmu wraz z dietą. Pokarmy bogate w puryny obejmują piwo, mięso, drób, owoce morza, grzyby, szpinak, szparagi, kalafior i inne. Kwas moczowy może być również wytwarzany przez fruktozę. Alkohol także może zwiększać poziom kwasu moczowego w wyniku zwiększonego rozpadu nukleotydów i zmniejszonego wydalania z moczem. U ludzi kwas moczowy stanowi końcowy produkt degradacji enzymatycznej w metabolizmie puryn. Dominujący fizjologiczny model wydalania moczanu przez nerki od dziesięcioleci obejmuje cztery etapy: filtrację kłębuszkową, wchłanianie zwrotne z filtratu kłębuszkowego, późniejsze wydzielanie, a następnie wchłanianie zwrotne. (24,25)

3. Cykl mocznikowy – metabolizm białek i aminokwasów

Amoniak w organizmie powstaje w wyniku rozpadu aminokwasów, amin, puryn oraz mocznika. Zazwyczaj metabolizm amoniaku odbywa się w wątrobie, mózgu oraz mięśniach, w komórkach których znajdują się szlaki metaboliczne mające na celu utylizację amoniaku. Przykładowo, amoniak w 80-90% przekształcany jest w cyklu mocznikowym, zachodzącym w hepatocytach, czyli komórkach wątroby poprzez usunięcie grupy aminowej z aminokwasów, do  stosunkowo nietoksycznego mocznika [Ryc.3]. Mocznik z kolei wydalany jest przez nerki. W mięśniach szkieletowych oraz mózgu amoniak przekształcany jest w glutaminę w cyklu glutaminowym. (26,27)

Rycina 3 Schemat cyklu mocznikowego

Źródło: Zaburzenia psychiczne i neurologiczne u pacjentów z encefalopatią wątrobową. (28)

Metabolizm amoniaku jest jedną z funkcji wątroby. Wątroba zbudowana jest głównie z komórek miąższowych, czyli wspomnianych wcześniej hepatocytów oraz w mniejszym stopniu z komórek gwiaździstych siateczkowo-śródbłonkowych oraz z komórek nabłonka dróg żółciowych (29). W organizmie ludzkim wątroba pełni wiele funkcji, które zostały przedstawione poniżej [Ryc.4]. 

Rycina 4 Funkcje wątroby

 Źródło: opracowano na podstawie Campbell I.: Liver: metabolic functions (30).

 

Krew dopływająca do wątroby pochodzi z żyły wrotnej oraz tętnicy wątrobowej i zawiera w sobie składniki wchłonięte w przewodzie pokarmowym, jak i wydzielone przez narządy. Jednakże wątroba filtruje także związki wytwarzane poza przewodem pokarmowym, takie jak amoniak, glutamina oraz kwas glutaminowy, które jak wspomniano wcześniej, powstają w procesie dezaminacji białek we wszystkich tkankach. (29)

 

Białko spożywane z pożywienia wpływa do krwiobiegu w postaci aminokwasów i jest magazynowane w puli wolnych aminokwasów. Aminokwasy powstałe w wyniku degradacji białek tkankowych są również magazynowane w puli wolnych aminokwasów i wchłaniane przez tkanki. Związki te pełnią rolę materiałów do syntezy białek, prekursorów innych związków azotowych oraz źródła energii po utlenieniu, a ich proporcje zmieniają się w zależności od kondycji organizmu. Aminokwasy mają reszty aminokwasowe, a pierwszym etapem metabolizmu aminokwasów jest dezaminacja. Struktury węglowe po usunięciu reszt aminowych są ostatecznie wykorzystywane w cyklu kwasu cytrynowego. Pierwszym krokiem do degradacji większości aminokwasów jest usunięcie reszty aminowej, która jest przenoszona do kwasu α-ketoglutarowego w celu wytworzenia glutaminianu. Dehydrogenaza glutaminianowa przekształca glutaminian w α-ketoglutaran i amoniak. Ponieważ amoniak jest silnie toksyczny, jest przekształcany w glutaminę w wielu tkankach w celu transportu do wątroby (31).

Mocznik znajdujący się we krwi jest wydalany z moczem w swojej normalnej postaci, podczas gdy około 20–25% jest emitowane do światła jelita i rozkładane przez ureazę bakterii w jelicie w celu wytworzenia amoniaku. Amoniak jest również wytwarzany w nerkach. W komórkach kanalików nerkowych glutaminaza wytwarza amoniak z glutaminy, następnie większość amoniaku jest wydalana z moczem, podczas gdy część jest wchłaniana do żyły nerkowej. (31,32)

Synteza amoniaku w nerkach, wykorzystująca jako główny substrat metaboliczny glutaminę, generuje równoważne ilości NH4+ jak i HCO3-. Wytworzony HCO3- jest transportowany do krążenia ustrojowego. Wydalanie NH4+ przez nerki wskazuje tym samym na wytwarzanie HCO3-. Znaczna część wytworzonego NH4+ jest zawracana do krążenia ustrojowego przez żyłę nerkową, jednak jego część, która metabolizowana jest w wątrobie, głównie we wspomnianym wcześniej cyklu mocznikowym, wykorzystuje HCO3-. W związku z tym, wytwarzany NH4+ przez nerki, nie przyczynia się do wzrostu HCO3- we krwi. (33)

Jedynie minimalna ilość amoniaku w moczu pochodzi z przesączania kłębuszkowego. Zakładając, że stężenie amoniaku w osoczu wynosi 20 μmol/l, a GFR wynosi 120 ml/min/1,73m2, przefiltrowana ilość amoniaku u zdrowej osoby wynosi około 3-4 mmol/d, z czego 60-80% jest ponownie wchłaniane przed kanalikiem zbiorczym, co sugeruje, iż przefiltrowana ilość amoniaku wynosi około 1 mmol/d. Wiemy jednakże, iż u większości osób wydalanie amoniaku z moczem wynosi nawet 30-40 mmol/d. Stąd wniosek, iż wydalanie amoniaku przez nerki prawie całkowicie odzwierciedla syntezę wewnątrznerkową amoniaku oraz selektywny transport amoniaku z komórek nabłonka nerkowego do moczu lub do układu krążenia. Podsumowując, amoniak wydalany z moczem powoduje równomolowe tworzenie się nowych wodorowęglanów, jednak amoniak zawracany do krążenia ogólnoustrojowego jest metabolizowany w wątrobie  z użyciem równomolowych ilości wodorowęglanu, tym samym zużywając HCO3- wytwarzany podczas amoniagenezy w nerkach. Ten proces jest kluczowym elementem regulacji nerkowej homeostazy kwasowo-zasadowej. (5,33,34)

Detoksykacja amoniaku zachodzi również w mięśniach szkieletowych. W tkance mięśniowej zachodzi proces dezaminacji BCAA (aminokwasów posiadających rozgałęziony boczny łańcuch alifatyczny), z przemianą kwasu α-ketoglutarowego w glutaminiam, który z kolei przekształcany jest w glutaminę przy udziale amoniaku [Ryc.5]. (31)

Rycina 5 Synteza glutaminy

Źródło: Katayama K. Ammonia metabolism and hepatic encephalopathy (31).

4. Przemiany glutaminianu

Glutaminian jest głównym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w mózgu i odgrywa zasadniczą rolę w normalnym funkcjonowaniu mózgu, w tym w uczeniu się i pamięci. Cykl glutaminianowo-glutaminowy w biochemii to sekwencja zdarzeń, dzięki którym w ośrodkowym układzie nerwowym utrzymywana jest odpowiednia podaż tego neuroprzekaźnika. Astrocyty pełnią kluczową rolę w funkcjonowaniu mózgu, a neurotransmisja glutaminergiczna wymaga ciągłej, dynamicznej interakcji między astrocytami i neuronami. Po depolaryzacji neuronów glutaminergicznych stężenie glutaminianu w szczelinie synaptycznej wzrasta z niskiego stężenia spoczynkowego ~ 0,1–1 µM do ~ 100 µM –1 mM. Transportery glutaminianu o wysokim powinowactwie w astrocytach, szybko i skutecznie usuwają glutaminian ze szczeliny synaptycznej, co umożliwia kontynuację neurotransmisji glutaminianowej i zapobiega ekscytotoksyczności. Glutaminian pobierany przez astrocyty jest głównie utleniany w celu uzyskania energii lub przekształcany w glutaminę, która może być uwalniana z astrocytów i pobierana przez neurony w celu uzupełnienia półproduktów cyklu TCA i glutaminianu neuronalnego. Glutaminian może również uczestniczyć w cyklu nukleotydów purynowych lub być stosowany do syntezy białek lub tripeptydu glutationu. Glutamina, która powstaje głównie w astrocytach, z powodu selektywnej lokalizacji syntetazy glutaminowej w tych komórkach, jest pobierana ze środowiska zewnątrzkomórkowego przez neurony i przekształcana z powrotem w glutaminian, który jest utleniany w celu wytworzenia energii przez cykl kwasu cytrynowego TCA, inaczej zwany cyklem Krebsa lub podlega dekarboksylacji z wytworzeniem kwasu gamma-aminomasłowego (GABA), głównego neuroprzekaźnika hamującego w mózgu. (35)

Aby egzogenny glutaminian był metabolizowany w cyklu Krebsa, musi on zostać przekształcony w α-ketoglutaran w procesie transaminacji lub deaminacji. Badania metabolizmu glutaminianu w astrocytach przyniosły nieco sprzeczne wyniki dotyczące znaczenia i mechanizmu utleniania w cyklu TCA. Jak opisano wcześniej, znaczna część glutaminianu wchłanianego przez astrocyty jest metabolizowana w cyklu TCA i przekształcana w produkty związane z cyklem TCA, w tym mleczan. Metabolizm glutaminianu jest silnie regulowany, a ponadto istnieją dowody na istnienie kilku pul glutaminianu w astrocytach: jedna pula o małej pojemności, w której zachodzi tworzenie się glutaminy oraz transaminacja, a także druga pula o dużej pojemności, w której może zachodzić detoksykacja dużych ilości glutaminianu pobranego z przestrzeni pozakomórkowej. Ta ostatnia pula pozwala na użycie glutaminianu jako substratu energetycznego w cyklu TCA. Ta pula ma niskie zapotrzebowanie na α-ketokwasy, ponieważ deaminacja nie wymaga ich obecności, co jest wyraźną zaletą w warunkach, w których te substancje mogą nie występować w odpowiednich ilościach. (36)

Jednym z problemów zarówno cyklu glutaminianowo-glutaminowego, jak i cyklu GABA-glutaminowego jest homeostaza amoniaku. Kiedy jedna cząsteczka glutaminianu lub GABA jest przekształcana w glutaminę w astrocytach, wchłaniana jest jedna cząsteczka amoniaku. Ponadto dla każdej cząsteczki glutaminianu lub GABA, która przechodzi z synapsy do atrocytów, w neuronach zostanie wyprodukowana jedna cząsteczka amoniaku. Ten amoniak będzie oczywiście musiał zostać przetransportowany z neuronów z powrotem do astrocytów w celu detoksykacji, ponieważ podwyższone stężenie amoniaku ma szkodliwy wpływ na wiele funkcji komórkowych i może powodować szereg objawów neurologicznych. Transport amoniaku może przebiegać na dwa różne sposoby: sam amoniak może po prostu dyfundować (jako NH3) lub być transportowany (jako NH4+) przez błony komórkowe, do i z przestrzeni zewnątrzkomórkowej, lub poprzez nośniki - aminokwasy. Amoniak może dyfundować przez błony lipidowe oraz wykazano, że może być transportowany przez transportery K+/Cl-. (37,38)

5. Amoniak a przyroda

Wodorotlenek amonu i inne związki zawierające amoniak są szeroko stosowane w przetwórstwie żywności. Przepisy FDA (Food and Drug Administration) potwierdzają, że wodorotlenek amonu jest bezpieczny („ogólnie uznawany za bezpieczny”) do stosowania jako środek spulchniający, środek regulujący pH i środek do wykańczania powierzchni w żywności bez ograniczeń innych niż dobra praktyka produkcyjna (GMP). Amoniak jest również stosowany jako czynnik chłodniczy ze względu na swoje właściwości termodynamiczne. Jest szczególnie skuteczny w zakresie od 0-300C, dzięki czemu jest szeroko stosowany do konserwacji żywności oraz w przemyśle chemicznym. Amoniak jest bezbarwny, toksyczny i łatwopalny. Siły oddziaływania jego cząsteczek są niewielkie, dlatego  też amoniak bardzo łatwo się rozprzestrzenia. (39,40)

Wodorotlenek amonu stosowany jest w obszernej gamie produktów spożywczych, od wypieków, serów i czekoladek aż do produktów mięsnych, w których stosowany jest jako środek przeciwbakteryjny. Amoniak w innych formach, np. siarczan amonu może być stosowany w przyprawach, koncentratach czy też przekąskach i dżemach. Wyższe dawki amoniaku podawane doustnie mogą powodować oparzenia ust, gardła i żołądka jednak stwierdza się, iż spożycie tak dużej dawki nie jest możliwe. NH4OH, czyli wodorotlenek amonu może być również stosowany do zwalczania patogenów, takich jak E.coli, które mogą być obecne w produktach mięsnych. Polega to na zwiększaniu poziomów NH4OH w celu uzyskania pH, w których szkodliwe bakterie zginą. Według FDA takie zastosowanie tego środka, jest również bezpieczne. (39)

6. Hiperammonemia (HA)

Ciężkie choroby wątroby, jak na przykład marskość, mogą prowadzić do wtórnego (nabytego) zespolenia wrotno-systemowego, czyli zespolenia między żyłą wrotną i żyłą główną dolną, a co za tym idzie do znacznego zmniejszenia syntezy mocznika i glutaminy, które prowadzić może do hiperamonemii. Badania in vitro na ludzkiej wątrobie z marskością, wykazały 80% zmniejszenie produkcji mocznika z chlorku amonu, co wskazuje na zmniejszenie pojemności cyklu mocznikowego. Jednakże, równocześnie z tą zmianą wyraźnie wzrasta aktywność glutaminazy wątrobowej, która zwiększa stężenie amoniaku, a następnie produkcję mocznika. Wydaje się, iż jest to mechanizm kompensacyjny upośledzonej funkcji wątroby. Tkanka mięśniowa również wykazuje odpowiedź kompensacyjną poprzez metabolizowanie glutaminy, do czego wykorzystywany jest amoniak, w szybszym tempie podczas hiperamonemii. Mimo, iż mocznik jest niezbędnym substratem w wielu reakcjach biochemicznych organizmu, jeśli jego stężenie wzrośnie powyżej bezpiecznego poziomu, może prowadzić do tak zwanej encefalopatii wątrobowej. Reakcje kompensacyjne organizmu mają na celu utrzymanie amoniaku na bezpiecznym poziomie poniżej 50 µmol/l. (41,42)

6.1. Przyczyny hiperamonemii

Encefalopatia wątrobowa jest powikłaniem związanym z hiperamonemią, wtórnym do nabytego zaburzenia czynności wątroby. Przyczyny hiperamonemii zostały przedstawione na rycinie 6. W stanie hiperamonemii następuje zmniejszenie amoniagenezy w nerkach i zwiększenie wydalania z moczem. Ponadto mięśnie i mózg przekształcają nadmiar amoniaku w glutaminę. Kiedy poziom amoniaku w mózgu szybko rośnie, enzym syntetaza glutaminy znajdujący się w astrocytach, szybko syntetyzuje glutaminę z amoniaku, powodując nadmierną produkcję glutaminy w mózgu, co może zakłócić symbiotyczną relację między neuronami i astrocytami. Późniejszy wzrost osmolarności wewnątrzkomórkowej może również powodować obrzęk i utratę astrocytów. Oprócz zmian morfologicznych astrocytów, zwiększone stężenia amoniaku w mózgu zmieniają również poziomy ekspresji białek astrocytów, takich jak kwaśne białko włóknikowe gleju, glutaminian, transportery glicyny i receptory benzodiazepinowe typu „obwodowego”.  W rezultacie z astrocytów uwalniane są cytokiny zapalne, w tym czynnik martwicy nowotworu, interleukina-1, interleukina-6 oraz interferon. Amoniak może również wpływać na mechanizm produkcji energii w astrocytach. Zmniejszona ekspresja receptorów glutaminianu w astrocytach powoduje wzrost glutaminianu i prawdopodobnie drgawki. Ponadto zwiększa się mózgowy przepływ krwi, może rozwinąć się obrzęk mózgu i nadciśnienie wewnątrzczaszkowe. (41,42)

 

Rycina 6 Przyczyny hiperamonemii

Źródło: Panasiuk A. Encefalopatia wątrobowa (26).

6.2. Dysbioza jelitowa jako przyczyna zwiększonego stężenia amoniaku we krwi

Przyczyną zwiększonego stężenia amoniaku we krwi może być również dysbioza jelitowa, która jest przyczyną nasilonej fermentacji w jelitach, skutkiem czego powstają substancje szkodliwe, takie jak alkohol czy pochodne ropy naftowej. Bakterie jelitowe są ważnym składnikiem mikrobioty jelita ludzkiego, które jest skolonizowane przez około 1014 drobnoustrojów. Bakterie jelitowe odgrywają ważną rolę w zdrowiu człowieka, dla przykładu dostarczają niezbędnych składników odżywczych, syntetyzują witaminę K, wspomagają trawienie celulozy. Jednakże mogą one być również szkodliwe, jeśli dojdzie do zmian w ilości oraz rodzaju bakterii danej mikrobioty. Powstała w ten sposób dysbioza może powodować wiele chorób przewlekłych, takich jak nieswoiste zapalenia jelit, otyłość, nowotwory, czy też z choroby ze spektrum autyzmu. (43,44)

Mikrobiota jelitowa odgrywa kluczową rolę w rozwoju jelit i regulacji układu odpornościowego jelit. Odgrywa również ważną rolę w trawieniu, przyswajaniu składników odżywczych, produkcji witamin i metabolizmie, a ostatnio wykazano, że ma znaczący wpływ na dwukierunkową sygnalizację zachodzącą między jelitami a układem nerwowym, zwaną osią mikrobiota-jelita-mózg. Może również wpływać na funkcjonowanie mózgu i prowadzić do zmian w zachowaniu, co szeroko wykazano w modelach zwierzęcych. Dla przykładu, badania na gryzoniach wykazały, że mikroflora może pozytywnie wpływać na reakcje stresowe poprzez oś podwzgórze-przysadka-nadnercza, wpływając na zmniejszenie niepokoju. Mikrobiota jelitowa ma silny wpływ na syntezę i metabolizm serotoniny, a także produkuje inne neuroaktywne metabolity, w tym GABA (poprzez Lactobacillus i Bifidobacteria), acetylocholinę (Lactobacillus), dopaminę (Bacillus i Serratia) oraz norepinefrynę (Escherichia i Saccharomyces), które mogą dostać się do krążenia i bezpośrednio wpływać na procesy nerwowe w całym organizmie, w tym w mózgu. Na rycinie 7 zostały przedstawione czynniki wpływające na mikrobiotę jelitową. (45)

Rycina 7 Czynniki wpływające na mikrobiotę jelitową

Źródło: opracowano na podstawie Impacts of Gut Bacteria on Human Health and Diseases (43).

Część szkodliwych bakterii, które mogą pojawić się w jelitach produkuje ureazę. Enzym ureaza prowadzi do powstawania amoniaku poprzez katalizowanie hydrolizy mocznika [Ryc.8]. Do bakterii mających zdolność wytwarzania ureazy należą między innymi: Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella oxytoca, Proteus spp., Yersinia enterocolitica. (46)

Rycina 8 Reakcja hydrolizy mocznika

Źródło: opracowano na podstawie Bakteryjna ureaza - wskaźnik diagnostyczny i element patogenności drobnoustrojów jelitowych (46).

         Istnieje wystarczająco dużo dowodów naukowych, aby stwierdzić iż mikrobiota jelitowa różni się u chorych na zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD) w porównaniu do dzieci zdrowych. W szczególności ilości Bifidobacterium spp i Akkermansia muciniphila były zmniejszone u dzieci u dzieci z ASD w porównaniu z grupą kontrolną, podczas gdy ilość potencjalnie szkodliwych gatunków Desulfovibrio spp., Sutterella i Alkaliflexus była zwiększona u chorych dzieci w niektórych badaniach. (47–50)

6.3. Hiperamonemia a autyzm

            W jednym z badań, u dziecka u którego zdiagnozowano autyzm dziecięcy, zaobserwowano ekstremalnie wysokie poziomie kwasu gammaaminomasłowego (GABA) w moczu i krwi oraz wysokie stężenie amoniaku w osoczu. Wysokie poziomy GABA w osoczu i moczu są prawdopodobnie główną przyczyną zaburzeń ze spektrum autyzmu, które objawiać się mogą zachowaniami autostymulującymi, opóźnieniami językowymi i tym podobnymi. Możliwy jest również związek pomiędzy wątrobą a autyzmem dziecięcym, poprzez podwyższone poziomy amoniaku we krwi, jednakże dokładny powód podwyższonego stężenia amoniaku w osoczu nie jest znany. GABA jest głównym neurotransmiterem działającym hamująco na mózg ssaków. Enzymem odpowiedzialnym za jego rozpad jest transaminaza GABA (GABA-T). W jednym z badań, aktywność tego enzymu u dziecka z autyzmem była o około 45,5% niższa niż w grupie kontrolnej. Podwyższony poziom tlenku azotu (NO) (tlenowej pochodnej amoniaku) w mózgu hamuje aktywność GABA-T, co również skutkuje podwyższonym poziomem GABA w osoczu. Oznacza to, iż oba te czynniki, czyli podwyższone stężenia GABA oraz amoniaku skutkują hamowaniem funkcji mózgu, co może ujawniać się w objawach bardzo częstych przy zaburzeniach ze spektrum autyzmu. Dla przykładu, chorzy z encefalopatią wątrobową cierpią na zaburzenia poznawcze, zaburzenia koncentracji, czas reakcji na bodźce jest u nich wydłużony. Dodatkowo pojawia się u nich objaw zwany Asterixis (liver flap), czyli drżenia rąk. Wszystkie te objawy są również powszechne u chorych na zaburzenia ze spektrum autyzmu. (26,51–53)

6.4. Neuroprzekaźniki

Badania eksperymentalne wykazały rozległe zmiany w komponentach szlaków neuroprzekaźników w ostrej i przewlekłej hiperamonemii.

I. Cykl glutaminianu

Glutaminian uwolniony z neuronów glutaminergicznych wiąże się z dwoma receptorami jonotropowymi w neuronach postreceptorowych, receptorem N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) i receptorem AMPA/kainian, przewodzące jony Na+, K+ i Ca2+. Glicyna aktywuje receptor NMDA. Neurotransmisja, w której pośredniczy receptor AMPA, bierze udział w uczeniu się i zapamiętywaniu. Jednym ze skutków aktywacji receptora NMDA jest zwiększenie produkcji NO, co z kolei zwiększa produkcję cGMP przez cyklazę guanylanową. Glutaminian wiąże się również z receptorami metabotropowymi sprzężonymi z białkami G. Niezwiązany glutaminian jest usuwany ze szczeliny synaptycznej przez wychwyt do astrocytów. Nadmierna aktywacja receptora NMDA i AMP może zachodzić przez ekscytotoksyny, takie jak kwas glutaminowy (zbyt wysokie stężenia glutaminianu), NMDA, czy też kwas kainowy, co zwiększa liczbę jonów Ca2+ wchodzących do komórki. Nadmiar tych jonów prowadzi do aktywacji licznych enzymów, takich jak proteazy czy fosfolipazy, które z kolei mogą uszkadzać składniki DNA, cytokszkieletu oraz błon komórkowych. W konsekwencji, nadmierna aktywacja tych receptorów prowadzi do uszkodzeń neuronów. Badania pokazują, że ostra hiperamonemia aktywuje szlak NO–cGMP sprzężony z receptorem NMDA. Jednakże, jak dotąd jedyny dowód, iż HA powoduje ekscytotoksyczne uszkodzenie mózgu, ogranicza się do badań na myszach. (5,54)

II. Neurotransmisja GABA-ergiczna

Amoniak, przy podwyższonych stężeniach, zwiększa wiązanie agonistów z GABA oraz benzodiazepinowymi składnikami kompleksu receptora GABAA. Ponadto amoniak hamuje wychwyt GABA przez astrocyty o 30–50%. Może również wpływać na neurotransmisję GABA poprzez zwiększenie produkcji steroidów w mózgu (neurosteroidy). Neurosteroidy są wytwarzane przez astrocyty i mikroglej w odpowiedzi na aktywację receptorów w zewnętrznych błonach mitochondrialnych. Ich ekspresja jest zwiększona w odpowiedzi na uszkodzenie mózgu, zapalenie i zaburzenia neurodegeneracyjne oraz in vitro przez ekspozycję na amoniak. Związki te działają jako modulatory receptorów takich jak receptor GABA czy też NMDA. Wykazano, iż poziomy neurosteroidów mózgowych w encefalopatii oraz hiperamonemii są podwyższone u zwierząt, z kolei u ludzi tylko i wyłącznie w przypadku encefalopatii. (5,55)

III. Układ serotoninergiczny

W badaniach wykazano, iż hiperamonemia może wpływać na przemiany 5-hydroksytryptaminy (5-HT). Wlew amoniaku szczurom zwiększa poziom tryptofanu i kwasu 5-hydroksyindolooctowego (5-HIAA), ale nie 5-HT, biologicznie aktywnego metabolitu tryptofanu. Amoniak zwiększa uwalnianie 5-HT z synaptosomów zależnie od dawki, a zaburzone przemiany 5-HT mogą odpowiadać za słaby apetyt i wymioty w zaburzeniach hiperamonemicznych. (5)

IV. Układ cholinergiczny

Zmiany w układzie cholinergicznym zaobserwowano w zaburzeniach hiperamonemicznych, jednak nie jest jasne, czy głównym czynnikiem był zwiększony poziom amoniaku. Pośmiertne badanie mózgów ludzi i szczurów z ostrą niewydolnością wątroby wykazało zwiększoną aktywność acetylocholinoesterazy (AChE), ale bez zmian w aktywności acetylotransferazy cholinowej. Wystąpił 50–60% spadek stężenia acetylocholiny w mózgu szczura. Nieprawidłowości te najwyraźniej wynikały głównie z niewydolności wątroby, ponieważ nie były nasilane przez dietę z dużą zawartością amoniaku i nie były obserwowane u szczurów z HA indukowanym przeciekiem wrotnym. W przypadku myszy, która jest modelem przewlekłego HA aktywność AChE i acetylotransferazy cholinowej w mózgu była zmniejszona, a liczba neuronów cholinergicznych w przodomózgowiu zmniejszona. Występuje duży spadek ilości receptorów muskarynowych M1, wskazujący na utratę presynaptycznych neuronów cholinergicznych, jednak wzrost receptorów muskarynowych M2 wskazuje zwiększenie wrażliwości receptorów postsynaptycznych. Zmiany te można przypisać głównie HA lub wtórnym zaburzeniom. (5,56)

6.5. Neurotoksyczne działanie amoniaku

Amoniak jest toksyczny jedynie dla mózgu. Toksyczność ta jest najbardziej widoczna u pacjentów z wrodzonymi defektami cyklu mocznikowego.  U ludzi z ciężką ostrą hiperamonemią objawy pojawiają się w ciągu kilku dni i szybko postępują. Noworodek dotknięty chorobą może wydawać się zdrowy po urodzeniu, jednak od trzeciego lub czwartego dnia życia objawy toksyczności amoniaku będą postępować. Bez interwencji, zaburzenia neurologiczne przechodzą od letargu i wymiotów, braku zainteresowania otoczeniem, dezorientacji i senności, po drgawki, śpiączkę i śmierć. Czasem może również wystąpić epizod przypominający udar. Pobudzenie ośrodka oddechowego może powodować hiperwentylację i zasadowicę oddechową, jednak nie zawsze jest to obecne. Dokładne objawy przestawiono w tabeli 1. (5)

Tabela 1 Objawy hiperamonemii

Źródło: opracowano na podstawie Ammonia Metabolism and Hyperammonemic Disorders (5).

Dzieci i dorośli z umiarkowanym lub sporadycznie podwyższonym poziomem amoniaku w osoczu mają niespecyficzne objawy psychiatryczne lub neurologiczne, które mogą mieć charakter epizodyczny. To mogło być błędnie przypisywane zaburzeniom, takim jak cykliczne wymioty, schizofrenia i różne postacie padaczki. Mogli mieć trudności w zachowaniu lub uczeniu się w dzieciństwie i mieć niechęć do pokarmów białkowych, ale nie mieli zdiagnozowanych ostrych epizodów hiperamonemii. Obraz kliniczny zależy od tego, na ile amoniaku jest narażony mózg i na jak długo, a także od dojrzałości ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Toksyczność koreluje z poziomami amoniaku w osoczu, ale nie ma ścisłego związku. Stężenia w osoczu wynoszące 100–200 μmol/l są zwykle związane z objawami letargu, splątania i wymiotów, a wyższe stężenia zwykle prowadzą do śpiączki. U pacjentów z ostrą niewydolnością wątroby, poziomy  >300 μmol/l wiarygodnie przewidują przepuklinę mózgową. Przedłużająca się hiperamonemia lub stężenie amoniaku we krwi >200 μmol/l w ciągu 2 lat mogą prowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia mózgu. (5)

7. Encefalopatia wątrobowa

Encefalopatia wątrobowa (HE) jest zespołem zwykle obserwowanym u pacjentów z marskością wątroby. Definiuje się ją jako spektrum nieprawidłowości neuropsychiatrycznych występujących u pacjentów z zaburzeniami czynności wątroby, po wykluczeniu chorób mózgu. Encefalopatia wątrobowa charakteryzuje się zmianami osobowości, upośledzeniem umysłowym i obniżonym poziomem świadomości. Ważnym warunkiem jej wystąpienia jest skierowanie krwi wrotnej do krążenia ogólnoustrojowego przez naczynia poboczne wrotno-systemowe. Jest również opisywana u pacjentów bez marskości wątroby, ze spontanicznymi lub chirurgicznymi przetokami wrotno-systemowymi. Rozwój encefalopatii wątrobowej tłumaczy się w pewnym stopniu działaniem substancji neurotoksycznych, które występują w przebiegu marskości wątroby i nadciśnienia wrotnego. Subtelne oznaki encefalopatii wątrobowej obserwuje się u prawie 70% pacjentów z marskością wątroby. U około 30-45% pacjentów z marskością wątroby występuje jawna encefalopatia wątrobowa. (57)

Astrocyty odgrywają kluczową rolę, a amoniak jest główną toksyną w patogenezie encefalopatii wątrobowej. W mózgu amoniak jest odtruwany w astrocytach poprzez syntetazę glutaminy. Badania spektroskopowe wykazały, że poziomy glutaminy są podwyższone, podczas gdy poziomy mioinozytolu są obniżone w mózgach pacjentów z marskością wątroby i HE. Na podstawie tych wyników wysunięto wniosek, że akumulacja glutaminy u pacjentów z marskością wątroby powoduje rozwój obrzęku mózgu o niskim stopniu nasilenia, z upośledzoną zdolnością regulacji płynów z powodu wyczerpania puli mioinozytolu w astrocytach. Bezpośrednich dowodów na zwiększoną zawartość wody w mózgu u pacjentów z marskością wątroby i HE dostarczono również poprzez ilościowe mapowanie wody za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI) ludzkiego mózgu. Badania te wykazały, że zmiany zawartości wody w mózgu u pacjentów z marskością wątroby są specyficzne dla regionu mózgu i korelują z ciężkością HE. Najbardziej wyraźny wzrost zawartości wody w mózgu zaobserwowano w istocie białej, która składa się głównie z astrocytów mielinizujących akson, tym samym wzmacniając rolę obrzęku astrocytów u pacjentów z marskością wątroby i HE. Nie tylko amoniak, ale także inne stany, o których wiadomo, że wywołują lub nasilają epizody encefalopatii u pacjentów z marskością wątroby, takie jak cytokiny prozapalne, hiponatremia i benzodiazepiny wywołują obrzęk astrocytów. Dzięki tym odkryciom ustalono, że encefalopatia w przewlekłej chorobie wątroby jest kliniczną manifestacją obrzęku mózgu o niskim stopniu złośliwości, który nasila się w wyniku wyżej wymienionych czynników wywołujących HE. (58)

7.1. Klasyfikacja

Według ekspertów, można wyszczególnić 3 podtypy HE:

a. Obecna w ostrej niewydolności wątroby (typ A)

b. Występująca jako następstwo przecieku wrotno-systemowego bez uszkodzeń wątroby (typ B)

c. Pojawiająca się w konsekwencji marskości wątroby bądź nadciśnienia wrotnego (typ C)

Podział pod względem stanu świadomości przedstawiono w tabeli 2. HE dzieli się również na przewlekłą i nawracającą. Przewlekła encefalopatia charakteryzuje się stałością objawów u pacjentów, podczas gdy w przypadku nawracającej HE u pacjentów występują przerwy od objawów, a epizody nawracają w wyniku pojawiania się określonych czynników, takich jak dieta bogatobiałkowa, leki moczopędne, zaparcia, biegunki czy krwawienia żylakowe. Encefalopatia w końcowym wyniku może prowadzić do śpiączki, którą wyzwolić mogą  infekcje bakteryjne, znaczne krwawienia z przewodu pokarmowego czy też niewydolność nerek. (59)

Tabela 2 Czterostopniowa klasyfikacja zaawansowania encefalopatii wątrobowej

Źródło: Encefalopatia wątrobowa (59)

7.2. Minimalna encefalopatia

Należy również poruszyć bardzo ważny aspekt jakim jest MHE, czyli minimalna encefalopatia wątrobowa, która może dotyczyć nawet 40-80% chorych z marskością wątroby. Rozpoznania dokonuje się na podstawie testów psychometrycznych oraz badań oceniających reakcję mózgu na światło lub dźwięk. U chorych z MHE stwierdzono wyższe stężenia cytokin prozapalnych w porównaniu z pacjentami bez MHE, stąd podejrzewa się, iż minimalna encefalopatia jest wynikiem synergistycznego działania na mózg tych cytokin oraz amoniaku. Objawy są podobne do HE, z wykluczeniem trudności z zapamiętywaniem zdarzeń, konstrukcją zdań oraz wykonywaniem precyzyjnych czynności. Przeprowadzono badanie, w którym dowiedziono, iż pacjenci z MHE nieświadomie łamię więcej przepisów drogowych, przez wzgląd na ich problemy z przedłużoną koncentracją czy szybką reakcją oraz podejmowaniem decyzji. Jest to istotnie ważna jednostka chorobowa, ponieważ chorzy z MHE mogą rozwinąć jawną encefalopatię. (59)

7.3. Asterixis

Asterixis to objaw, charakteryzujący się nagłymi, krótkimi, arytmicznymi ruchami, spowodowanymi mimowolnym przerwaniem skurczu mięśni. Ruch zazwyczaj obejmuje nadgarstki, stawy śródręczno-paliczkowe, stawy biodrowe i stopy. Asterixis może również obejmować mięśnie twarzy i języka. Większość lekarzy pierwszego kontaktu zna ten objaw, ponieważ ma z nim do czynienia w przypadku pacjentów z encefalopatią wątrobową, niewydolnością nerek lub niewydolnością oddechową. Ma on jednak wiele innych przyczyn, zarówno strukturalnych, jak i systemowych, a jego przejawy mogą być niezwykle zróżnicowane. Nie znamy dokładnej lokalizacji neuroanatomicznej tego objawu, a wiele informacji na temat możliwych szlaków związanych z powstawaniem asterixis pochodzi z opisów przypadków. Może to być związane z różnymi zmianami w osi nerwowej. Zasadniczo dyskretne zmiany strukturalne powodują jednostronny asterixis, podczas gdy przyczyny metaboliczne lub toksyczne powodują zwykle asterixis dwustronny. Podstawowy mechanizm jest przewidywany na podstawie neuropatologicznych skutków zaburzeń czynności wątroby i nerek, ponieważ oba stany są często związane z asterixis. Przesunięcia płynów w przestrzeniach powodują obrzęk komórek Alzheimera typu II i zaburzenia metaboliczne, prowadzące do naruszenia bariery krew-mózg, zwiększania odpowiedzi na bodziec obwodowych receptorów benzodiazepinowych i produkcji neurosteroidów. Dokładny mechanizm, w jaki sposób zaburzenia metaboliczne prowadzą do asterixis jest niejasny. (60,61)

Jednakże, w jednym z badań, po raz pierwszy wykazano udział pierwotnej kory ruchowej MI w powstawaniu tego objawu. Wcześniejsze badania z użyciem EEG wskazywały na udział kory czuciowo-ruchowej, jednak dopiero w nowszym badaniu precyzyjnie zlokalizowano aktywność korową związaną z asterixis, w klinicznie scharakteryzowanej grupie pacjentów. W badaniu tym wykorzystano MEG, czyli magnetoencefalografię. Nie można jednak ostatecznie wyjaśnić dokładnych mechanizmów tego zjawiska. Można je traktować jako naprzemienną aktywność eferentno-aferentną. (62)

7.4. Leczenie

Odkryto dwa nowe obiecujące podejścia w opóźnianiu uszkodzenia mózgu, podawanie antagonistów receptora NMDA oraz łagodna hipotermia (32-35oC). Wydaje się, że łagodna hipotermia osłabia większość zmian, które przyczyniają się do nadciśnienia wewnątrzczaszkowego w modelach zwierzęcych, a także u pacjentów z ostrą niewydolnością wątroby. Hipotermia zmniejsza ciśnienie śródczaszkowe, działając na różne mechanizmy. Zmniejsza stężenie amoniaku we krwi tętniczej i jego metabolizm w mózgu, zmniejsza mózgowy przepływ krwi, produkcję cytokin w mózgu i poziom markerów stresu oksydacyjnego. Natomiast blokowanie receptorów NMDA za pomocą antagonistów zasadniczo opóźnia śmierć szczurów z ciężką ostrą niewydolnością wątroby i zmniejsza śmiertelność u tych z łagodniejszymi postaciami. Trwają badania kliniczne mające na celu potwierdzenie ich terapeutycznej użyteczności. Tradycyjne metody leczenia encefalopatii wątrobowej w przewlekłej chorobie wątroby mają na celu zmniejszenie poziomu amoniaku poprzez zmniejszenie spożycia białka oraz produkcji amoniaku przez florę jelitową  i jego wchłaniania. (63)

Diagnostyka oraz leczenie HE są szczególnie ważne w podeszłym wieku, przez wzgląd na często występujące u tej grupy zaparcia oraz przyjmowanie leków, które mogą powodować uszkodzenia wątroby. Objawy encefalopatii, takie jak senność, apatia, splątanie i tym podobne, mogę być błędnie diagnozowane jako otępienie bądź depresja, a dalsza diagnostyka jest pomijana. Odpowiednio wcześnie zdiagnozowana i leczona HE jest stanem odwracalnym przy wdrożeniu odpowiedniej terapii. (28)

8. Geny amoniakowe - wady wrodzone/choroby cyklu mocznika

Pierwotne defekty cyklu mocznikowego (UCD) są spowodowane dziedziczonymi niedoborami jednego z sześciu enzymów cyklu mocznikowego lub jednego z dwóch transporterów, które są niezbędne do dostarczania ornityny, asparaginianu i argininy do cyklu. Niemowlęta z częściowym bądź całkowitym brakiem aktywności któregokolwiek z tych białek, w szczególności pierwszych 4 enzymów cyklu mocznikowego, często początkowo wydają się zdrowe, jednak w ciągu kilku dni rozwijają objawy przedmiotowe i podmiotowe hiperamonemii. W przypadku częściowych niedoborów enzymów cyklu mocznikowego, mogą minąć dziesięciolecia, zanim u osób chorych dojdzie do sytuacji, w której ich zdolność do ureagenezy zostanie osłabiona, powodując epizod hiperamonemii. Wtórny defekt w cyklu mocznikowym może wystąpić w przypadku wystąpienia niedoboru substratów jednego z enzymów cyklu mocznikowego. (64,65)

8.1. Diagnostyka

Najważniejszym krokiem w diagnostyce defektów cyklu mocznikowego (UCD) jest kliniczne podejrzenie hiperamonemii. Szczególną ostrożność należy zachować podczas pobierania amoniaku z krwi, ponieważ jako gaz, jego stężenie może szybko spadać. Przetrzymywanie próbek często skutkuje fałszywymi wynikami. Oprócz amoniaku w osoczu, pomocne dane laboratoryjne obejmują pH, CO2, lukę anionową, mleczan we krwi, aminokwasy w osoczu i kwasy organiczne w moczu, w tym specyficzne oznaczenie kwasu orotowego. Osoby z UCD zazwyczaj mają normalny poziom glukozy i elektrolitów. PH i CO2 mogą się zmieniać w zależności od stopnia obrzęku mózgu i hiperwentylacji lub hipowentylacji, jednakże hiperamonemia w kontekście zasadowicy oddechowej silnie sugeruje UCD. Należy pamiętać, że u noworodków podstawowe stężenie amoniaku jest podwyższone w porównaniu z dorosłymi, które zazwyczaj wynosi mniej niż 35 mmol/l. U noworodków wynosi ono mniej niż 110 mmol/l. Podwyższony poziom amoniaku w osoczu wynoszący 150 mmol/l lub wyższy u noworodków i większy niż 100 mmol/l u starszych dzieci i dorosłych, związany z prawidłową luką anionową i prawidłowym poziomem glukozy we krwi, jest silnym wskazaniem na obecność UCD. Ilościowa analiza aminokwasów może być wykorzystana do oceny tych osób i ustalenia wstępnej diagnozy, ponieważ zbadanie argininy, cytruliny, ornityny i argininobursztynianu dostarczy wskazówek co do punktu defektu w cyklu. Poziom glutaminy będzie również dość wysoki i może służyć jako potwierdzenie prawdziwej hiperamonemii. Jeśli podejrzewa się defekt syntetazy N-acetyloglutaminianu (NAGS), syntetazy fosforanu karbamylu (CPS1) lub transkarbamylazy ornityny (OTC), obecność podwyższonego stężenia kwasu orotowego w moczu silnie wskazuje na niedobór OTC. Kwas orotowy jest wytwarzany, gdy występuje nadmiar fosforanu karbamylu. (64)

8.2. Niedobór CPS

Niedobór syntetazy karbamylofosforanowej (CPS) jest spowodowany mutacją genu CPS i jest dziedziczony autosomalnie recesywnie. Obraz kliniczny pacjentów z niedoborem CPS jest nie do odróżnienia od pacjentów z niedoborem OTC. W przypadku ciężkiego niedoboru enzymu początek choroby widać już u noworodka. Jednakże w przypadku łagodniejszych mutacji, choroba może być wykryta dopiero w wieku dorosłym. Podejście do leczenia niedoboru CPS jest podobne jak w przypadku niedoboru OTC i stosuje się ograniczenie żywieniowe białka oraz podawanie argininy/cytruliny i benzoesanu sodu/fenylooctanu sodu. (66)

8.3. Niedobór OTC

Niedobór transkarbamylazy ornityny to najczęstszy defekt cyklu mocznikowego. Gen znajduje się na chromosomie X i ulega ekspresji w wątrobie i jelicie cienkim. Zidentyfikowano ponad 340 patologicznych mutacji. Chłopcy z ciężkim niedoborem enzymu wykazują objawy już w okresie niemowlęctwa. Osoby najbardziej dotknięte chorobą wykazują wzrost stężenia amonu już w ciągu 1-2 dni po urodzeniu. Typowe objawy kliniczne obejmują utratę przytomności, niewydolność oddechową i drgawki, które przypominają sepsę noworodkową. U pacjentów z mniej nasilonymi mutacjami pierwsze objawy pojawiają się w późniejszym okresie życia, głównie po 1 miesiącu życia. Objawy to zazwyczaj nudności, wymioty, utrata przytomności i drgawki. Łagodne mutacje mogą nie być oczywiste klinicznie. U dziewcząt nasilenie zależy w pewnym stopniu od mutacji, ale głównie od odsetka hepatocytów, które prezentują zmutowany allel. Dziewczęta z niekorzystną ekspresją i bardzo niską aktywnością enzymatyczną, będą wykazywać objawy ostrej encefalopatii w okresie niemowlęcym, natomiast dziewczęta z wyższą ekspresją enzymów mogą być pozornie zdrowe przez całe życie, chyba że są narażone na silny stres metaboliczny, który przekroczy pojemność ich cyklu mocznikowego. Dane z klinik w Stanach Zjednoczonych wykazały, że około dwie trzecie heterozygotycznych dziewcząt nie ma objawów. Jednak nawet niewielkie niedobory mogą nie być nieszkodliwe. Pozornie bezobjawowi nosiciele z normalnym IQ wykazują subtelne słabości w umiejętnościach niewerbalnych.  (5)

Leczenie tego zaburzenia zależy od ciężkości choroby. W łagodnych przypadkach ograniczenie spożycia białka poprawia objawy kliniczne i rokowanie. Wielu pacjentów powinno otrzymywać doustnie cytrulinę i argininę, aby poradzić sobie ze zmniejszoną syntezą argininy w cyklu mocznikowym. Ponieważ jedna grupa aminowa jest włączana do cytruliny w wyniku reakcji syntetazy argininobursztynianu, stosowanie tego aminokwasu jest niezbędne w ciężkich przypadkach. Arginina jest również niezbędna w przypadku pacjentów z UCD, za wyjątkiem chorych z niedoborem arginazy. Ponadto w ciężkich przypadkach podaje się leki dla alternatywnych szlaków, takie jak benzoesan sodu i fenylooctan sodu. Przeszczep wątroby jest jednym z najważniejszych sposobów leczenia niedoboru OTC zarówno u mężczyzn, jak i u kobiet. (66)

8.4. Niedobór liazy argininobursztynianowej (ASL) – kwasica argininobursztynianowa

Kwasica argininobyrsztynianowa to zaburzenie dziedziczone autosomalnie recesywnie. Jest spowodowane utratą liazy argininobursztynianu, która wytwarza argininę i fumaran z argininobursztynianu. Występuje wzrost argininobursztynianu we krwi i moczu. Ponadto obserwuje się silny niedobór argininy. Ciężki niedobór ASL ujawnia się u noworodków z encefalopatią hiperamonemiczną. W przeciwieństwie do innych UCD, u niektórych pacjentów z późniejszą prezentacją rozwija się zaburzenie wieloukładowe. Obejmuje to powiększenie wątroby, które może prowadzić do zwłóknienia, nadciśnienia, hipertriglicerydemii, niskiego stężenia potasu w osoczu i postępującego spadku sprawności intelektualnej. Wzrost poziomu amonu jest głównie spowodowany niedoborem argininy, a ograniczenie argininy i białka jest skuteczne, jednakże upośledzenie umysłowe obserwuje się u prawie wszystkich pacjentów, nawet jeśli stężenie amonu we krwi jest dobrze kontrolowane. Uważa się, że te ogólnoustrojowe nieprawidłowości można wyjaśnić niedoborem NO, ponieważ oprócz swojej roli w cyklu mocznikowym ASL jest włączany wraz z ASS i NOS do kompleksu wielobiałkowego, który jest niezbędny do produkcji NO. Alternatywnym wytłumaczeniem może być toksyczność argininobursztynianu lub niedobór argininy. (5,66)

8.5. Niedobór arginazy I – hiperargininemia

Arginaza jest ostatnim etapem syntezy mocznika. Przy jej udziale arginina przekształcana jest w ornitynę i mocznik. Niedobór arginazy zazwyczaj nie charakteryzuje się hiperamonemią o szybkim początku. Zamiast tego, u osób dotkniętych chorobą często występuje opóźnienie rozwoju i postępująca spastyczność, zwłaszcza kończyn dolnych. Mogą również występować napady padaczkowe. Następuje stopniowe upośledzenie umysłowe. Również wzrost u tych pacjentów jest zaburzony, bez terapii chorzy nie osiągają normalnego wzrostu w wieku dorosłym. Inne objawy, które mogą pojawić się we wczesnym okresie życia, obejmują epizody drażliwości, anoreksji i wymiotów. Ograniczenie spożycia białka jest jedynym znanym sposobem zapobiegania bądź opóźnienia objawów. (64,66)

8.6. Cytrulinemia

Cytrulinemia jest spowodowana niedoborem syntetazy argininobursztynianu i jest dziedziczona autosomalnie recesywnie z mutacją w genie syntetazy argininobursztynianu. U tych pacjentów poziom cytruliny we krwi jest bardzo wysoki, jednakże objawy kliniczne tych pacjentów są najwyraźniej spowodowane hiperamonemią, co byłoby równoznaczne z tym, iż sama cytrulina jest nieszkodliwa. W ciężkich przypadkach objawy kliniczne związane z podwyższonym stężeniem amonu we krwi rozwijają się w okresie noworodkowym, chociaż postępują one wolniej niż u pacjentów z ciężkim niedoborem OTC lub CPS. Diagnozę tego zaburzenia można postawić na podstawie analizy aminokwasów, która ujawnia bardzo niskie poziomy argininy oraz ekstremalnie wysokie poziomy cytruliny.  Leczenie cytrulinemii polega na ograniczeniu spożycia białka i podawaniu argininy. Ponieważ u tych pacjentów biosynteza argininy jest poważnie zaburzona, podawanie argininy jest skuteczne i stanowi zasadniczą część leczenia. Rokowanie dla pacjentów z tym zaburzeniem jest generalnie lepsze niż dla pacjentów z niedoborem OTC lub CPS. Jednak w większości przypadków obserwuje się pewien stopień upośledzenia umysłowego. (66)

8.7. Niedobór syntetazy N-acetyloglutaminianowej (NAGS)

NAGS katalizuje konwersję glutaminianu i acetylo-CoA do N-acetyloglukozaminy (NAG), kofaktora CPS1. Bez NAG, CPS1 nie może przekształcić amoniaku w fosforan karbamylu. Osoby z całkowitym niedoborem NAGS szybko rozwijają hiperamonemię w okresie noworodkowym. Osoby z częściowym niedoborem NAGS mogą w prawie każdym okresie życia, poprzez narażenie na stresujące zdarzenie wyzwalające, odczuć objawy choroby. W leczeniu tego schorzenia okazało się skuteczne zastosowanie analogu NAG, karbamyloglutaminianu. W przypadku niedoboru syntazy N-acetyloglutaminianowej, N-karbamyloglutaminian może być stosowany jako alternatywny aktywator syntazy karbamoilofosforanowej. Przeszczep wątroby może być uważany za najlepszą opcję leczenia, szczególnie u noworodków. (64,65)

9. Wpływ amoniaku na hormony

Wielu badaczy zaobserwowało zmiany w metabolizmie organizmu podczas zatrucia amoniakiem. Może to sugerować wpływ hiperamonemii na metabolizm hormonów. Zostało to zbadane u zwierząt, którym podano różne formy amoniaku, co prowadziło do hiperglikemii czyli zwiększenia poziomu glukozy we krwi. Przeprowadzono również badania u pacjentów chorych na marskość wątroby z objawami encefalopatii, gdzie zaobserwowano iż wraz z wysokimi stężeniami amoniaku we krwi zmniejszona była tolerancja glukozy. Amoniak hamuje uwalnianie insuliny w odpowiedzi na szereg bodźców. Ekspozycja trzustki chomików na działanie amoniaku spowodowała zahamowanie wydzielanie insuliny, standardowo stymulowane glukozą. Podobnie wlewy octanu amonu hamowały stymulowane przez glukozę uwalnianie insuliny u ludzi i szczurów. W badaniach zaobserwowano również, że zdolność argininy do stymulowania wydzielania insuliny jest zmniejszona u szczurów z hiperamonemii, oraz że zwierzęta wyczerpały zapasy glikogenu w mózgu, wątrobie i tkance mięśniowej. (67)

W kolejnym badaniu analizie poddano prolaktynę (PRL). Jest ona hormonem wytwarzanym w przysadce mózgowej,  wywołującym laktację oraz pobudzającym gruczoły sutkowe do wzrostu. PRL działa również jako modulator równowagi osmotycznej w błonach komórkowych, promotor angiogenezy, regulator układu odpornościowego i osmoregulator płynu mózgowo-rdzeniowego. Aby ustalić czy istnieje związek pomiędzy stężeniem prolaktyny a encefalopatią wątrobową, zbadano stężenie PRL we krwi szczurów z przedwątrobowym nadciśnieniem wrotnym oraz wpływ hiperamonemii, tlenku azotu (NO) oraz układ dopaminergicznych i adrenergicznych na wydzielanie tego hormonu. Wykazano, iż nastąpił spadek poziomów PRL w osoczu. Wysokie stężenie amoniaku w osoczu zmniejszyło wydzielanie PRL. Wiele dowodów wskazuje, że katecholaminy i NO mogą regulować wydzielanie hormonów przysadki. Stwierdzono również, że kwas gamma-aminomasłowy zmniejszył wydzielanie PRL z przysadki mózgowej, oraz że NO pośredniczy w tym działaniu hamującym. (68)

Przeprowadzono również wiele badań mających na celu określenie mechanizmów związanych ze szkodliwym wpływem nadmiernego spożycia białka na reprodukcję i płodność. Chociaż mechanizmy te nie zostały jeszcze w pełni poznane, procesy rozrodcze na które prawdopodobnie wpływa nadmierny metabolizm białek, obejmują rozwój pęcherzykowy, lutealny i embrionalny. Jedno z badań miało na celu wyjaśnienie wpływu diety o dużej zawartości białka na poziomy amoniaku i mocznika w surowicy i płynie pęcherzykowym, stężenia estrogenu i progesteronu w surowicy oraz parametry wzrostu i wydzielania komórek ziarnistych u owiec. Jednakże nie zaobserwowano istotnych zmian stężeń estrogenu i progesteronu w związku ze zmianą diety. Obserwowano niską aktywność metaboliczną komórek ziarnistych w jajnikach owiec karmionych dietą wysokobiałkową oraz stwierdzono, iż apoptoza komórek ziarnistych była istotnie wyższa w jajnikach owiec karmionych dietą wysokobiałkową. (69)

10. Stres oksydacyjny i nitrozacyjny

Stres oksydacyjny to sytuacja, w której występuje nadprodukcja wolnych rodników i reaktywnych form tlenu (RFT), przekraczająca zdolność systemu biologicznego do neutralizowania ich niekorzystnych skutków. RFT obejmują jony tlenu, wolne rodniki i nadtlenki i są produktami metabolizmu komórkowego. Żelazo i jego metabolity odgrywają kluczową rolę w tworzeniu i niszczeniu RFT. Cząsteczki te biorą udział w normalnych procesach fizjologicznych, takich jak transmisja synaptyczna, sygnalizacja komórkowa i odpowiedź immunologiczna. RFT są również wytwarzane jako część naturalnej odpowiedzi immunologicznej. Stres oksydacyjny odgrywa ważną rolę w zdrowiu i chorobach. Z jednej strony służy jako fizjologiczny regulator różnych funkcji komórek, ale z drugiej strony może powodować uszkodzenia narządów z powodu nierównowagi między wytwarzaniem i usuwaniem RFT. Stres oksydacyjny jest zaangażowany w patogenezę różnych zaburzeń, takich jak choroba Alzheimera, cukrzyca czy choroba wieńcowa. (58,70)

Neurony mają wysokie zużycie tlenu, stosunkowo mało przeciwutleniaczy (tj. katalazy i glutationu) i są wyjątkowo podatne na stres oksydacyjny. Ponadto błony komórek neuronalnych są bogate w wielonienasycone kwasy tłuszczowe, przez co są podatne na uszkodzenia RFT. Komórki mózgowe mają również wyższy poziom żelaza, które działa jak prooksydant w stanach patologicznych. RFT prowadzą do peroksydacji lipidów, co prowadzi do dalszej produkcji aldehydów i alkanów, które są toksyczne dla neuronów i istoty białej oraz indukują apoptozę. Badania wykazały zmienną podatność określonych obszarów mózgu na uszkodzenie oksydacyjne. Obszary dopaminergiczne wydają się być szczególnie wrażliwe na urazy wywołane przez RFT oraz RFA (reaktywne formy azotu). W wielu badaniach sugeruje się również, iż encefalopatia wątrobowa może być skutkiem stresu oksydacyjnego. (70)

Obecnie niewiele wiadomo na temat wpływu amoniaku i innych czynników powodujących powstawanie encefalopatii,  na tworzenie RFT i NO w innych typach komórek mózgowych niż astrocyty. Wykazano, że amoniak wyzwala tworzenie reaktywnych form tlenu w neuronach korowych i komórkach ziarnistych móżdżku oraz podnosi poziom RFT i NO w mikrogleju i komórkach śródbłonka in vitro, ale mechanizmy leżące u jego podstaw nie są znane. Badania in vitro sugerują, że RONS (reactive oxygen and nitrogen species) pochodzące z komórek mikrogleju i śródbłonka narażonych na działanie amoniaku, mogą również przyczyniać się do obrzęku astrocytów wywołanego amoniakiem, a zatem mogą dalej wzmacniać stres oksydacyjny/nitrozacyjny w astrocytach. Obecnie nie wiadomo, czy wzajemna zależność między powstawaniem reaktywnych form azotu i tlenu, a obrzękiem komórek podobnie jak w astrocytach, istnieje również w innych typach komórek mózgowych.  (58)

10.1. Rola stresu oksydacyjnego w encefalopatii

Pierwszym dowodem na trwający stres oksydacyjny w mózgu pacjentów z encefalopatią był znacząco podwyższony poziom białka szoku cieplnego 27, zastępczego markera stresu oksydacyjnego w korze mózgowej  u pacjentów z marskością wątroby i HE, w porównaniu z grupą kontrolną pacjentów bez choroby wątroby lub z marskością wątroby, ale bez HE. Nowy aspekt patogenezy HE wyłonił się z odkrycia, że ​​amoniak, TNFα, benzodiazepiny i obrzęk hipoosmotyczny mogą wywoływać utlenianie RNA w hodowanych astrocytach, mózgach szczurów traktowanych octanem amoniaku oraz w próbkach mózgu narażonych na amoniak. RFT utleniają guanozynę do 8-oksoguanozyny, która jest wykrywana w astrocytach i cytozolu neuronów szczurów zatrutych amoniakiem. Zwiększone utlenianie RNA stwierdzono również w mózgu pacjentów z marskością wątroby z encefalopatią. Pacjenci z marskością wątroby, ale bez HE wykazywali poziom utleniania RNA w mózgu podobny do grupy kontrolnej pacjentów bez choroby wątroby. Rola utleniania RNA w neurotoksyczności amoniaku i HE nie jest jeszcze jasna; jednakże istnieją dobre dowody na to, że utlenianie rRNA i mRNA może zagrozić dokładności i skuteczności translacji, powodując w ten sposób tworzenie wadliwych lub niestabilnych białek. W jakim stopniu utlenianie RNA przyczynia się do wielokrotnych zaburzeń systemów receptorów neuroprzekaźników w HE i związanej z HE zmiany ekspresji genów nie jest jasne. Utlenianie neuronalnego RNA było związane z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi we wczesnych stadiach choroby Alzheimera. Odkrycia te podkreślają znaczenie stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego w patogenezie encefalopatii. Tworzenie RONS indukowane amoniakiem aktywuje szereg czynników transkrypcyjnych, wpływając w ten sposób na ekspresję kilku genów, które odgrywają rolę w patogenezie HE. W związku z tym stres nitrozacyjny w astrocytach wywołany amoniakiem i hipoosmolarnością aktywuje czynniki transkrypcyjne SP-1 i MTF-1. Okazuje się, że jest to konsekwencja indukowanego przez NO uwalniania cynku i wynikający z tego wzrost wewnątrzkomórkowych poziomów wolnych jonów cynku. Podwyższony poziom wolnych jonów cynku jest wysoce toksyczny dla komórek. Wyniki te sugerują ważną rolę amoniaku jako wyzwalacza zaburzonej homeostazy cynku w mózgu pacjentów z marskością wątroby i encefalopatią. (58)

10.2. Mitochondria

Badania nad izolowanymi mitochondriami narażonymi na kontakt z amoniakiem, astrocytami narażonymi na działanie amoniaku i modelami zwierzęcymi z encefalopatią zidentyfikowały mitochondria jako kolejne miejsce powstawania RFT. Amoniak zaburza mitochondrialny potencjał błonowy, zmniejsza syntezę ATP i wywołuje obrzęk mitochondriów w astrocytach. Obrzęk mitochondriów, tworzenie się RFT i upośledzona synteza ATP obserwowane są również w izolowanych mitochondriach mózgu narażonych na działanie amoniaku, w modelach zwierzęcych z HE oraz w astrocytach w pośmiertnych próbkach mózgu pacjentów z ostrą niewydolnością wątroby. (58)

Mitochondria zawierają układy enzymów katalizujących wytwarzanie nadtlenku wodoru jako produktu obowiązkowego na równi z układami generującymi RFT w sporadycznych, prawdopodobnie niepożądanych reakcjach. Dzieje się tak zwłaszcza w przypadku łańcucha transportu elektronów. W rzeczywistości sugeruje się, że niewielka część elektronów przepływających przez ETC powoduje częściową redukcję tlenu do ponadtlenku, który jest następnie szybko i skutecznie redukowany do nadtlenku wodoru. Powstawaniu RFT sprzyja wysoki potencjał błony mitochondrialnej (tj. niska synteza ATP) i duża dostępność NADH (H+). I odwrotnie, spadek poziomów RFT powinien następować po przyspieszeniu przepływu elektronów. Aniony ponadtlenkowe nie przechodzą przez wewnętrzną błonę mitochondrialną i są szybko dysmutowane do swobodnie przepuszczalnego nadtlenku wodoru przez dysmutazę ponadtlenkową manganu. Dlatego głównym wytwarzanym RFT jest nadtlenek wodoru. Jego akumulacja sama w sobie nie byłaby szkodliwa, ale w reakcji z żelazem (Fe2+) powstaje wysoce reaktywny i toksyczny rodnik hydroksylowy. Enzymy i kompleksy oddechowe normalnie katalizują reakcje inne niż powstawanie RFT, które są wymagane do metabolizmu energetycznego, funkcji komórek i utrzymania żywotności. Potwierdzeniem, że mitochondria generują RFT in vivo są badania innych enzymów mitochondrialnych, takich jak oksydazy monoaminowe (MAO), które wytwarzają nadtlenek wodoru jako bezpośredni i obowiązkowy produkt. (71)

10.3. Paradoks antyoksydacyjny

Stosowanie przeciwutleniaczy w zapobieganiu rozwojowi chorób oraz ich leczeniu jest bardzo powszechną praktyką. Jednakże badania na ten temat, przynosiły skrajne wyniki.  Przykładowo osoby będące na diecie bogatej w owoce i warzywa, mają zmniejszone ryzyko zachorowania na raka oraz zwiększone stężenie β-karotenu we krwi. Suplementy β-karotenu nie mają jednak działania przeciwnowotworowego, wręcz przeciwnie u osób palących. Spożywanie owoców i warzyw, czyli produktów obfitujących w antyoksydanty, zmniejsza ilość wolnych rodników uszkadzających DNA w ludzkim organizmie, jednak suplementy witaminy C, E lub β-karotenu nie zmniejszają uszkodzeń DNA w większości badań. W miarę kontynuacji badań narastają efekty paradoksalne, suplementy witaminy E chroniły przed chorobami układu krążenia w jednym z badań, z kolei w innym badaniu tego efektu już nie stwierdzono. Wiadomo również, iż spożycie witaminy C poniżej zalecanego dziennego spożycia wiąże się ze zwiększonym uszkodzeniem DNA przez wolne rodniki, jednak paradoksalnie tak samo jest z suplementacją dużej dawki tej witaminy. (72)

Badania  na temat antyoksydantów wykazały, że przeciwutleniacze mogą działać zarówno w pozytywny jak i negatywny sposób, jeśli są niewłaściwie używane. Solidne metody analityczne zastosowane przez kilkoro badaczy w 53 randomizowanych badaniach klinicznych wykazały, że spożycie β-karotenu i witaminy E jako suplementów przeciwutleniających, przekraczających zalecane dzienne dawki spożycia raczej zwiększało śmiertelność z jakiejkolwiek przyczyny u ludzi. Dawka witaminy A również budzi wątpliwości co do jej korzystnego działania, ponieważ w tym samym badaniu zauważono istotny związek ze zwiększoną śmiertelnością. Według najnowszych badań, detoksykacja reaktywnych form tlenu i wzrost stężenia antyoksydantów we krwi może mieć działanie pronowotworowe. Zaobserwowano, że leczenie karotenoidami u pacjentów z gruźlicą prowadzi do nasilenia zachorowań na raka płuc. U kobiet stosujących suplementy przeciwutleniające odnotowano zwiększone ryzyko nowotworów skóry. Podejrzewa się, że napoje bogate we flawonoidy, takie jak herbata, zwiększają ryzyko nowotworów ośrodkowego układu nerwowego i białaczki dziecięcej. Oznacza to, iż nadmierne spożycie antyoksydantów może działać jako potencjalny środek immunosupresyjny i zwiększać prawdopodobieństwo rozwoju nowotworów złośliwych, poprzez upośledzenie naturalnego układu odpornościowego i bezpośrednie uszkodzenie komórek oraz DNA. Duża popularność antyoksydantów, które polecane były w wielu chorobach, zachęciły ludzi do nadmiernego ich stosowania, co może okazać się niebezpieczne przez wzgląd na przytoczone wyżej przykłady. (73)

11. Wpływ zakażenia H. pylori na metabolizm amoniaku

Zakażenia bakterią Helicobacter pylori są powszechne na całym świecie. Obecnie uważa się, że zakażenie tą bakterią powoduje szereg różnych chorób w organizmie człowieka, od zapalenia błony śluzowej żołądka czy wrzodów żołądka bądź dwunastnicy, po raka żołądka. H. pylori wydziela ureazę, która rozkłada mocznik na amoniak, co wzbudziło zainteresowanie badaczy na temat wpływu zakażenia na pojawienie się encefalopatii w chorobach wątroby. Postawiono hipotezę, że eradykacja bakterii poprawi encefalopatię. (74)

H. pylori – bakteria, która często infekuje ludzki żołądek, ma aktywność ureazy wielokrotnie silniejszą niż enterobakterie. Jak zostało wcześniej powiedziane, ureaza zawarta w soku żołądkowym rozkłada mocznik na amoniak i dwutlenek węgla, po czym amoniak jest szybko wchłaniany do krwi. Badania wykazały, że spożycie amoniaku prowadzi do wzrostu poziomu amoniaku we krwi u około połowy zdrowych osób i praktycznie u wszystkich pacjentów z marskością wątroby. Przeprowadzono metaanalizę biorąc pod uwagę 6 badań, w celu rzetelnego sprawdzenia związku pomiędzy zakażeniem tą bakterią, a stężeniem amoniaku we krwi. Wyniki sugerują, że zakażenie H. pylori jest związane z podwyższonym poziomem amoniaku we krwi u pacjentów z marskością wątroby. Jednakże w jednym z innych badań wyniki były zgoła inne, ponieważ nie stwierdzono zwiększonego poziomu amoniaku we krwi oraz zaobserwowano, iż eradykacja bakterii nie wpływa na objawy encefalopatii u pacjentów z marskością wątroby. Wyniki te mogą się różnić, ponieważ mają na nie wpływ takie czynniki jak stopień zaawansowania marskości wątroby oraz ilość bakterii w organizmie, jak również sposoby badania skutków. Przykładowo w jednym z badań stężenie amoniaku we krwi było istotnie obniżone tylko u pacjentów z marskością wątroby klasy B/C w skali Child-Pugh oraz u pacjentów z dużą gęstością bakterii w błonie śluzowej żołądka. Chociaż bakteryjna ureaza generuje znaczne ilości amoniaku w żołądku, wydaje się że nie wpływa w znaczący sposób na stężenie amoniaku we krwi, co można wyjaśnić zwiększonym usuwaniem amoniaku innymi metodami, takimi jak synteza glutaminy, która stanowiłaby mechanizm kompensacyjny. Oczywiście zwiększona produkcja amoniaku przez ureazę może przyczynić się do hiperamonemii, w przypadku osób z defektami procesów detoksykacji w wątrobie bądź upośledzonymi alternatywnymi metodami usuwania amoniaku. (75–77)

Ponad 95% pacjentów z chorobą wrzodową dwunastnicy ma przewlekłą infekcję wywołaną przez Helicobacter pylori, a jej eradykacja zmniejsza częstość nawrotów owrzodzenia. Niedawno wykazano, że u pacjentów z zakażeniem, stężenie gastryny w osoczu jest podwyższone oraz spada po ustąpieniu zakażenia. Ponieważ ten wzrost stężenia gastryny w osoczu jest związany ze zwiększoną kwaśnością żołądka po posiłkach, gastryna może być łącznikiem między przewlekłym zakażeniem H. pylori, a owrzodzeniem dwunastnicy. Mechanizm, za pomocą którego zakażenie H. pylori zwiększa stężenie gastryny w osoczu, jest nieznany, ale może być związany wysoką aktywnością enzymatyczną ureazy, która prowadzi do zwiększania stężenia jonów amonowych w soku żołądkowym. Bakteria znajduje się głównie pod błoną śluzową żołądka w pobliżu części antralnej żołądka, a wytwarzanie przez nią amoniaku może podnosić pH powierzchni nabłonka. Ponieważ uwalnianie gastryny przez komórki G żołądka jest normalnie hamowane przez kwas w żołądku, wzrost pH spowodowany wysokimi stężeniami amoniaku może wyjaśnić zwiększone uwalnianie gastryny. Aby potwierdzić dane hipotezy, zostały przeprowadzone badania, których wyniki potwierdziły, iż eradykacja bakterii powodowała obniżenie stężenia gastryny. Jednakże nie udowodniono wpływu wytwarzanego przez H. pylori amoniaku na stężenia gastryny. (78)

12. Wpływ diety na stężenie amoniaku

W celu zniwelowania bądź złagodzenia objawów związanych z hiperamonemią należy odnieść się do prawidłowego funkcjonowania mikrobioty jelitowej oraz do spożycia białka z pożywieniem. Przeprowadzono badanie dotyczące szczegółowego wpływu spożycia białka w diecie na metabolizm amoniaku. Wykazano, iż ograniczenie w spożyciu białka zmniejszyło wydalanie amoniaku z moczem o około 85% w ciągu 2 dni. Zmniejszyła się ekspresja glutaminazy oraz karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, kluczowych białek zaangażowanych w syntezę amoniaku, natomiast wzrosła ekspresja syntetazy glutaminowej. Oznacza to, iż istnieje wpływ ograniczenia podaży białka na stężenie azotu w organizmie chorego. Białko jest makroskładnikiem, który należy dostarczyć w diecie, do prawidłowego wzrostu i rozwoju organizmu. Zaleca się spożywanie 0,8 g/kg m.c. białka u dorosłego, zdrowego człowieka. Białka są rozkładane w żołądku i jelitach do aminokwasów, które następnie wraz z krwią wędrują do wątroby. Wątroba rozkłada prawie połowę  aminokwasów w diecie człowieka jako substraty do glukoneogenezy. Katabolizm aminokwasów polega na przeniesieniu grupy aminowej przez aminotransferazy na ketokwas, często do α-ketoglutaranu z wytworzeniem glutaminianu, a następnie na dezaminacji glutaminianu przez dehydrogenazę glutaminianową, co prowadzi do wytworzenia amoniaku. Przez wzgląd na to, iż amoniak jest substancją toksyczną, układy takie jak cykl mocznikowy znajdują się głównie w wątrobie, aby przekształcić go w mniej toksyczną postać, którą można łatwo usunąć z krążenia i wydalić. Podwyższony poziom amoniaku we krwi jest czynnikiem wywołującym encefalopatię wątrobową, jest również powiązany z innymi zaburzeniami neurologicznymi, takimi jak choroba Alzheimera, stwardnienie zanikowe boczne czy choroba Huntingtona. Z tego powodu postanowiono zbadać, czy zmniejszenie spożycia białka w diecie przyniesie założony efekt poprawy objawów związanych z encefalopatią. Stwierdzono, iż zwiększenie spożycia białka prowadziło do zwiększenia stężenia amoniaku we krwi u pacjentów z marskością wątroby, która wiąże się z upośledzeniem funkcji wątroby, na przykład detoksykacji amoniaku. Jednakże długotrwałe ograniczenie spożycia białka może prowadzić do pogorszenia bilansu azotowego oraz niedożywienia. Z tego powodu, konieczne jest zastosowanie również innych środków wpływających na syntezę amoniaku bądź hamowanie jego produkcji. Białko pochodzenia roślinnego zawiera nie tylko błonnik pokarmowy, który stymuluje perystaltykę jelit, ale także hamuje wchłanianie amoniaku poprzez zakwaszenie jelita, co sprawia że jest bardziej właściwym źródłem białka niż białko pochodzenia zwierzęcego. Kiedy wzrost poziomu białka w diecie podnosi poziom amoniaku, dieta bogata w BCAA, czyli aminokwasy rozgałęzione może poprawić stan odżywienia bez podwyższania poziomu amoniaku. (31,79,80)

12.1. Spożycie białka w UCD

Podczas obliczania odpowiedniej ilości białka w diecie chorych na UCD, ważne jest aby wziąć pod uwagę ich zapotrzebowanie energetyczne, które zależne jest od wieku, płci oraz aktywności fizycznej pacjenta. Dodatkowym ułatwieniem byłyby pomiary metabolizmu białek u takich pacjentów podczas ostrych epizodów choroby oraz w czasie kiedy pacjent czuje się dobrze. Pomogłoby to dostosować dietę do stanu pacjenta, odpowiednio go odżywić, zapobiec katabolizmowi białek, a jednocześnie nie dostarczyć ich na tyle dużo, by spowodowały wzrost stężenia amoniaku we krwi. Podstawą zaleceń dietetycznych jest RDI (zalecane dzienne spożycie) w normach żywienia. W wytycznych dotyczących leczenia UCD podstawą zaleceń dotyczących spożycia białka jest  „Zapotrzebowanie na białko i aminokwasy w żywieniu człowieka: Raport ze wspólnej konsultacji ekspertów FAO / WHO / UNU (seria raportów technicznych WHO; nr 935), 2007”. W praktyce, spożycie białka powinno być bardzo zindywidualizowane, dlatego najlepszym sposobem będzie obserwacja pacjenta i indywidualne dostosowywanie spożycia białka do jego potrzeb. W niektórych wytycznych zaleca się 0,8g białka/kg m.c./dzień oraz dodatkowo formuła niezbędnych aminokwasów. Wytyczne dotyczące postępowania z pacjentami z UCD wskazują, iż celem postępowania żywieniowego jest zmniejszenie spożycia białka, z jednoczesnym zapobieganiem endogennemu katabolizmowi białek, przy zapewnieniu wystarczającej ilości energii do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Z tego powodu na maksymalnie 24h można wykluczyć białko z diety, dostarczyć 100-120% RDI wartości kalorycznej i uzupełniać BCAA, co doprowadzi do anabolizmu, bez nadmiernego obciążenia organizmu amoniakiem. Białko należy następnie włączać stopniowo z powrotem do diety. (81)

13. Wpływ probiotycznych szczepów bakteryjnych na metabolizm amoniaku

Probiotyki to żywe niepatogenne mikroorganizmy, które jako składniki żywności (suplementy), również korzystnie wpływają na zdrowie żywiciela. Tymi niepatogennymi mikroorganizmami mogą być bakterie kwasu mlekowego, takie jak pałeczki kwasu mlekowego i bifidobakterie lub drożdże, takie jak Saccharomyces boulardii. Wydaje się, że najważniejszym wspólnym efektem wszystkich probiotyków jest fermentacja niewchłanianych cukrów. W przypadku pałeczek kwasu mlekowego lub drożdży następuje to w jelicie cienkim, przy bifidobakteriach w okrężnicy. Wszystkie probiotyki potrzebują cukru jako źródła energii do fermentacji. Fermentacja zależy od ilości mikroorganizmów probiotycznych i substratów fermentowalnych, które są dostępne oraz od odpowiedniego środowiska. Zasady działania probiotyków opierają się na fermentacji łatwo fermentowalnych cukrów, takich jak monosacharydy, glukoza i fruktoza, disacharydy, sacharoza i laktoza oraz oligosacharydy pochodzące z fruktozy, zwane FOS, oraz polisacharydy fruktozy zwane inuliną. Fermentacja odbywa się głównie w jelicie cienkim. Można założyć dwa podstawowe efekty działania probiotyków:

- Pierwszy efekt dotyczy substratu: probiotyk powoduje niedobór substratu dla innych bakterii

- Drugi główny efekt dotyczy produktów końcowych: probiotyk tworzy nadwyżkę produktów fermentacji, co może wpływać na nieprobiotyczną florę.

Oba te efekty sugerują, że wysoce skoncentrowane formuły probiotyczne będą prawdopodobnie najbardziej skuteczne. (82,83)

Na podstawie probiotycznych produktów fermentacji, tj. kwasu mlekowego, etanolu i CO2, teoretycznie można wyróżnić pięć głównych grup probiotyków:

a. Lactococci (Lactococcus lactis) i homolaktyczne lactobacilli (np. Lactobacillus salivarius i Lactobacillus acidophilus): te bakterie wytwarzają tylko kwas mlekowy (2 mole z 1 mola glukozy) i nie wytwarzają CO2,

b. Heterolaktyczne pałeczki kwasu mlekowego (np. Lactobacillus casei, Lactobacillus rhamnosus i Lactobacillus plantarum): te bakterie wytwarzają głównie kwas mlekowy (prawie 2 mole z 1 mola glukozy) i tylko niewielką ilość CO2,

c. Heterolaktyczne pałeczki kwasu mlekowego (np. Lactobacillus bifermentans i Lactobacillus fermentum): bakterie te wytwarzają 1 mol kwasu mlekowego, 1 mol etanolu i 1 mol CO2 z 1 mola glukozy,

d. Drożdże (np. Saccharomyces boulardii): te mikroorganizmy produkują 2 mole etanolu i 2 mole CO2 z 1 mola glukozy,

e. ściśle beztlenowe bifidobakterie, z których wszystkie są obligatoryjnie heterolaktyczne (np. Bifidobacterium bifidum, B. longum i B. infantis): bakterie te wytwarzają 2 mole kwasu L-mlekowegooraz 3 mole kwasu octowego z 2 moli glukozy. Nie wytwarzają CO2.

Wysoko skoncentrowane probiotyki stosowane w leczeniu HE zapobiegają rozwojowi i namnażaniu się innych bakterii przykładowo poprzez usuwanie substratów. Zatem w jelitach o wysokich stężeniach probiotyków ilość innych bakterii zmniejszy się. Oznacza to również zmniejszenie stężenia amoniaku we krwi wrotnej, zmniejszenie stresu oksydacyjnego w hepatocytach oraz zmniejszenie wchłaniania zarówno toksyn drobnoustrojowych, jak i toksycznych metabolitów. Nie zaleca się stosowania jako probiotyków pałeczek kwasu mlekowego, które produkują tylko 2 mole kwasu mlekowego z 1 mola glukozy i nie produkują CO2. Nie mogą wytworzyć żadnego ciśnienia gazowego, które przyczyniłoby się do wydalenia flory, chociaż będą hamować rozwój bakterii. Stosowanie probiotycznych bifidobakterii również nie jest szczególnie zalecane, ponieważ są to bezwzględne beztlenowce, które żyją w okrężnicy i nie wytwarzają CO2. Uważa się, że w encefalopatii wątrobowej najlepszym wyborem są probiotyki z grup b i c. U ciężko chorych pacjentów, prawdopodobnie najbardziej użyteczne są pałeczki kwasu mlekowego wytwarzające etanol, heterolaktyczne, ze względu na dużą produkcję gazu. (82)

W celu lepszego zrozumienia wpływu probiotyków, przeprowadzono metaanalizę, w której wykazano, że podawanie probiotyków pacjentom z marskością wątroby skutkowało modulacją flory jelitowej ze znacznym zmniejszeniem ilości kilku patogenów bakteryjnych w analizie bakteriologicznej kału. Dane dotyczące wpływu probiotyków wykazały, że mogą one być korzystne w profilaktyce i leczeniu powikłań marskości wątroby. Probiotyki zmieniają florę jelitową i zmniejszają produkcję amoniaku. Wykazano, że 30-dniowe podawanie bakterii probiotycznych pacjentom z marskością wątroby z minimalną HE powoduje 50% odwrócenie encefalopatii. W innym badaniu oceniano skuteczność 3-miesięcznego podawania Bifidobacterium longum oraz fruktooligosacharydów 60 pacjentom z marskością wątroby z minimalną HE i stwierdzono, że to połączenie znacząco poprawiło wyniki testów biochemicznych i neuropsychologicznych przy minimalnej encefalopatii. Analiza ta wykazała również, że terapia probiotykami istotnie zmniejszyła ryzyko rozwoju jawnej HE u pacjentów z marskością wątroby. Część badań wykazała, że probiotyki zmniejszają poziom amoniaku w surowicy, podczas gdy inne nie potwierdziły tej hipotezy. Metaanaliza połączona wykazała, że ​​chociaż probiotyki mają tendencję do zmniejszania stężenia amoniaku, różnica nie była istotna statystycznie. Podsumowując, wyniki tej metaanalizy 496 pacjentów wykazały, że probiotyki są skuteczne w zapobieganiu rozwojowi jawnej HE u pacjentów z marskością wątroby. (84,85)

U pacjentów z marskością wątroby wywołaną wirusem HBV, zmiany w mikrobiocie jelitowej charakteryzują się wyraźnym wzrostem liczby bakterii potencjalnie patogennych i zmniejszeniem liczby bakterii komensalnych, co może przyczyniać się do podwyższenia poziomu amoniaku w kale. Poprzednie badania wykazały, że mikroflora jelitowa odgrywa znaczącą rolę w interakcjach jelitowo-mózgowych, a zaburzenia mikroflory jelitowej mogą wpływać na oś jelito-mózg, zmieniając reakcje behawioralne. Zmiany w mikrobiocie jelitowej są związane z przerwaniem bariery jelitowej, co z kolei związane jest z rozwojem encefalopatii. Badania kliniczne z randomizacją oszacowały skuteczność probiotyków, prebiotyków i synbiotyków u pacjentów z minimalną HE i ujawniły, że leczenie probiotykami jest skuteczne w zmniejszaniu poziomu endotoksyn i amoniaku w surowicy, poprawie MHE i zapobieganiu rozwojowi jawnej HE u pacjentów z marskością wątroby. Podsumowując, obecne dane mają istotne implikacje dla leczenia MHE w praktyce klinicznej. Probiotyki zawierające C. butyricum i B. infantis mogą modulować mikroflorę jelitową, przywracając właściwą pracę jelit, co przyczynia się do obniżenia poziomu amoniaku we krwi. Mogą one być stosowane jako skuteczna terapia uzupełniająca MHE w praktyce klinicznej. (86)

14. Suplementy wspomagające

Syntetyczne disacharydy, takie jak laktuloza i laktytol, są dobrymi środkami do leczenia encefalopatii wątrobowej, dysbiozy jelitowej oraz objawów hiperamonemii. Ich działanie przeczyszczające skraca czas zalegania kału w jelicie. Nie są one degradowane w jelicie cienkim, rozkładane są na kwasy organiczne w dolnym odcinku przewodu pokarmowego i hamują wchłanianie amoniaku poprzez jego jonizację. Ponadto sugeruje się, iż zakwaszenie jelita hamuje wzrost bakterii wytwarzających ureazę w jelicie i zwiększa liczbę bakterii nie wytwarzających ureazy, co powoduje zahamowanie produkcji amoniaku. (31,41)

Kolejnym ze sposobów niwelowania skutków toksycznego działania amoniaku jest stymulowanie jego metabolizmu. Ornityna i asparaginian są ważnymi substratami w przemianie amoniaku w mocznik, wykazano że podawanie asparaginianu ornityny faktycznie zmniejsza stężenie amoniaku. W przypadku marskości wątroby połączonej z encefalopatią, wykazano również, iż cynk może mieć istotne znaczenie w obniżaniu stężenia amoniaku. Chociaż istniało doniesienie, że krótkotrwałe podawanie cynku przez 10 dni było nieskuteczne w przypadku encefalopatii wątrobowej, stosunkowo długotrwałe podawanie przez kilka miesięcy, w celu utrzymania podwyższonego stężenia cynku we krwi, znacznie zmniejszyło stężenie amoniaku we krwi i poprawiło wskaźniki encefalopatii. Ponieważ podawanie cynku może zaburzać wchłanianie żelaza i miedzi, konieczne jest monitorowanie ich stężeń w czasie podawania cynku. (31)

14.1. Laktuloza

Laktuloza jest disacharydem, który wpływa na modyfikację składu mikrobioty jelitowej poprzez zwiększenie liczby pałeczek kwasu mlekowego i bifidobakterii oraz zwiększenie produkcji SCFA (krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych). Laktuloza nie jest trawiona w jelicie cienkim, wchłaniana jest jedynie w niewielkim stopniu. Rozkładana w jelicie grubym do CO2 i kwasów organicznych zwiększa ilość wody, co przyspiesza perystaltykę. Przyspieszanie pasażu jelitowego powoduje zmniejszenie ilości wchłoniętych z jelita toksyn, wpływa to z jednej strony na leczenie zaparć, ale również poprawia funkcje wątroby, poprzez usuwanie endotoksyn. Laktuloza zakwasza treść jelita grubego. Obniżenie pH treści jelitowej prowadzi do przemiany amoniaku w jon amonowy, dzięki czemu zmniejsza się stężenie amoniaku we krwi. Ponadto sugeruje się, że zakwaszenie jelita hamuje wzrost bakterii wytwarzających ureazę w jelicie i zwiększa liczbę bakterii nie wytwarzających ureazy, co powoduje zahamowanie produkcji amoniaku. Udowodniono, iż podawanie laktulozy jest działaniem skutecznym w leczeniu encefalopatii wątrobowej, jak również w prewencji powstawania jawnej encefalopatii u pacjentów z marskością wątroby. Na ogół laktulozę podaje się doustnie, jednakże lewatywa jest również dostępna, gdy podanie doustne jest trudne. Działania niepożądane obejmują dyskomfort w jamie brzusznej, wzdęcia i biegunkę, a dawkę należy zmieniać w zależności od stanu. (5,28,31,87)

W jednym z badań, stwierdzono, że zarówno laktuloza jak i sylimaryna oraz połączenie obu związków powoduje zmniejszenie biomarkera stresu oksydacyjnego MDA (dialdehydu malonowego), który jest końcowym produktem peroksydacji lipidów. Wykazano również, na podstawie markerów czynności wątroby oraz wyników histologicznych, iż sylimaryna, laktuloza oraz oba w połączeniu mogą chronić przed marskością wątroby wywołaną tioacetamidem u szczurów. Na podstawie tych wyników wyciągnięto wniosek, iż połączenie sylimaryny i laktulozy powinno być przydatne w leczeniu marskości wątroby, ponieważ zmniejszają one peroksydację lipidów oraz wykazują znaczące działanie przeciwko stresowi oksydacyjnemu i uszkodzeniom wątroby, poprzez wzmacnianie mechanizmów przeciwutleniających organizmu. (87)

14.2. Sylimaryna

Sylimaryna to substancja pozyskiwana z rośliny zwanej ostropestem plamistym. Jest używana od ponad dwóch tysięcy lat w leczeniu wielu schorzeń, takich jak choroby wątroby. Jednak w ostatnich latach wzrosła liczba badań dotyczących tej substancji w zakresie leczenia kilku innych patologii, co może być spowodowane jej właściwościom przeciwutleniającym i przeciwzapalnym, a także zdolności do modulowania komórkowych szlaków sygnałowych. Właściwości antyoksydacyjne zostały zbadane na kurczakach i udowodniono, iż sylimaryna może łagodzić zaburzenia homeostazy wywołane stresem oksydacyjnym poprzez modulację biomarkerów stresu oksydacyjnego i ekspresji wątrobowych genów oksydacyjnych. Oceniono wpływ suplementacji sylimaryną na różne parametry u szczurów z marskością wątroby i stwierdzono, że zmniejszyła się całkowita aktywność bilirubiny i aminotransferazy alaninowej oraz przywrócona została homeostaza elektrolitów. Ponadto suplementacja tą substancją obniżyła stężenie biomarkera stresu oksydacyjnego malonodialdehydu (MDA) i zwiększyła poziom enzymów antyoksydacyjnych dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i katalazy (CAT), co wskazuje, że sylimaryna osłabia marskość wątroby wywołaną tioacetamidem. Różne rodzaje badań wykazały, że sylimaryna może działać poprzez kilka mechanizmów w chorobach wątroby:

- jako przeciwutleniacz eliminujący reaktywne formy i regulujący wewnątrzkomórkową zawartość glutationu,

- jako stabilizator błony komórkowej i regulator przepuszczalności, który zapobiega przedostawaniu się środków hepatotoksycznych do hepatocytów,

- jako promotor syntezy rybosomalnego RNA, który może stymulować regenerację wątroby,

- jako inhibitor transformacji hepatocytów do miofibroblastów,

- jako lek przeciwzapalny hamuje uwalnianie cytokin i hamuje jądrowy czynnik transkrypcyjny NF-κB.

Sylimaryna jest od wielu lat stosowana jako środek hepatoprotekcyjny, jednakże leczenie tym środkiem nie jest szeroko stosowane, ponieważ nie ma ujednoliconych standardów dotyczących stosowania. Potrzebne są kolejne badania, aby ustalić wystarczającą oraz bezpieczną dawkę. (88–91)

Przeróżne badania wskazywały na rolę sylimaryny w obniżaniu parametrów wątrobowych ALT (aminotransferazy alaninowej) oraz AST (aminotransferazy asparaginowej) w chorobach wątroby. Jednakże w tych badaniach metody były zupełnie różne, od dawki suplementu ziołowego po formy sylimaryny, która może być podawana w połączeniu z innymi składnikami. Dlatego też przeprowadzono metaanalizę do której włączono te badania, w celu zbadania statystycznie istotnej skuteczności tej substancji. Stwierdzono, iż sylimaryna minimalnie obniżyła stężenia ALT i AST, jednakże nie był to wynik istotny statystycznie. Nie znaczy to oczywiście o braku skuteczności danego suplementu, jednakże należy wziąć pod uwagę iż u każdego pacjenta wyniki mogą się różnić w zależności od podanej dawki, podanej formy sylimaryny oraz od rodzaju choroby wątroby oraz chorób współistniejących. (92)

14.3. Asparaginian ornityny

L-asparaginian L-ornityny (LOLA) to mieszanina dwóch aminokwasów endogennych o zdolności wiązania amoniaku w postaci mocznika i/lub glutaminy. Asparaginian ornityny to preparat najczęściej wykorzystywany w leczeniu encefalopatii. Występuje w formie granulatu w saszetkach o zawartości 3g do przygotowywania roztworów doustnych, koncentratu przeznaczonego do infuzji (ampułki 5g/10 ml) oraz w formie tabletek. Jednakże skuteczne są tylko odpowiednio wysokie dawki. Dawkowanie LOLA przedstawiono na rycinie 9. L-asparaginian L-ornityny napędza szlak metaboliczny odtruwający amoniak w hepatocytach. L-ornityna jest przekształcana do semialdehydu glutaminianowego przez aminotransferazę ornityny, który jest następnie przekształcany w glutaminian. Wreszcie glutaminian przekształca się w glutaminę, która odtruwa jedną cząsteczkę amoniaku za pomocą syntetazy glutaminowej. Połączony preparat L-ornityny i L-asparaginianu został opracowany w celu maksymalizacji zdolności mięśni do detoksykacji amoniaku jako glutaminy poprzez zwiększenie dostępności glutaminianu. W badaniach stwierdzono, iż LOLA zmniejsza obrzęk mózgu u szczurów z ostrą niewydolnością wątroby. W przeglądzie badań klinicznych nad LOLA w leczeniu encefalopatii do 2009 r. tylko cztery uznano za dopuszczalne. LOLA obniżyła poziom amoniaku zarówno normalnie, jak i po obciążeniu białkiem, a także nastąpiła pewna poprawa odpowiedzi na testy psychometryczne. Jednak nie było mocnych dowodów na znaczący korzystny wpływ. W dużym, kontrolowanym badaniu, w ostrej niewydolności wątroby nie wykazano później żadnego wpływu asparaginianu ornityny na nasilenie encefalopatii, śmiertelność ani amoniak w osoczu. W nowych preparatach L-ornityna jest połączona z fenylooctanem, L-ornityna, która napędza produkcję glutaminy w mięśniach i fenylooctan, który sprzężony z glutaminą w postaci fenyloacetyloglutaminy, jest wydalany z moczem. (5,28,41,93)

Rycina 9 Dawkowanie asparaginianu ornityny

Źródło: Zaburzenia psychiczne i neurologiczne u pacjentów z encefalopatią. (28)

14.4. Cynk

Cynk jest ważnym mikroelementem w organizmie człowieka. Odgrywa kluczową rolę w wielu procesach biochemicznych i fizjologicznych. Jest niezbędnym składnikiem ponad 300 różnych enzymów, a swoje katalityczne działanie zawdzięcza bezpośredniemu zaangażowaniu w konwersję substratów i stabilizację struktury enzymów. Jest pierwiastkiem niezbędnym do wielu funkcji metabolicznych i enzymatycznych oraz jest kluczowym kofaktorem metabolizmu amoniaku. Chociaż jon Zn2+ jest obojętny pod względem redoks, ma ważne właściwości przeciwutleniające. Ponadto cynk jest ważny w metabolizmie neuroprzekaźników i hormonów wzrostu, hormonów płciowych i tarczycy, a także w magazynowaniu insuliny w komórkach Langerhansa trzustki. Metabolizm cynku zachodzi głównie w wątrobie i aż 83% pacjentów z marskością wątroby wykazuje niedobór cynku. Cynk jest głównie wchłaniany w jelicie cienkim. Jest on najbardziej rozpowszechnionym wewnątrzkomórkowym pierwiastkiem śladowym i można go znaleźć we wszystkich tkankach. Mięśnie i kości zawierają największe ilości cynku, które stanowią 85% zapasów tego pierwiastka śladowego w organizmie, a następnie skóra i wątroba, które razem stanowią dodatkowe 11%. Pozostała część jest rozprowadzana w innych tkankach. Ciało osoby dorosłej o wadze 70 kg zawiera łącznie 2-3 g cynku. Zawartość cynku w dietach zwykle spożywanych w krajach uprzemysłowionych, jest na ogół wystarczająca, aby spełnić to wymaganie. Dieta zawierająca mięso jest uważana za bogatą w cynk. Co ważniejsze, mięso zawiera cynk w łatwo przyswajalnej formie. Niedożywienie i niektóre choroby, w tym marskość wątroby, mogą prowadzić do niedoboru cynku. Pacjenci z marskością wątroby mają zmniejszone wchłanianie cynku, zmniejszone stężenie cynku w surowicy i zmniejszoną zawartość cynku w wątrobie w porównaniu z grupami kontrolnymi. Leki moczopędne również odgrywają ważną rolę, ponieważ zwiększają wydalanie cynku przez nerki. (94,95)

W celu zbadania wpływu cynku na choroby wątroby przeprowadzono analizę 4 badań. Wykazano, ze dodatkowa suplementacja cynkiem może mieć znaczący wpływ na testy psychometryczne przeprowadzone u pacjentów, w porównaniu z leczeniem samą laktulozą u pacjentów z marskością wątroby i łagodną encefalopatią. Dlatego właśnie sugeruje się, iż połączona suplementacja cynku i laktulozy przez okres 3-6 miesięcy może poprawić wyniki testów psychometrycznych u pacjentów z marskością wątroby i niezbyt zaawansowaną encefalopatią, w porównaniu do samej laktulozy. Po przeanalizowaniu badań klinicznych nad skutecznością cynku oraz biorąc pod uwagę, iż przekroczenie spożycia cynku powyżej górnej granicy dalej zachowuje wysoki poziom bezpieczeństwa, uważa się, iż podawanie cynku pacjentom z marskością wątroby, encefalopatią wątrobową, podwyższonym poziomem amoniaku we krwi oraz obniżonym poziomem cynku w surowicy jest wskazane.  (96–98)

14.5. Glutamina

Istnieje tylko jedna znana reakcja endogennej produkcji glutaminy u ssaków - dostarczana przez enzym syntetazę glutaminową, która podlega wszechobecnej ekspresji, jest aktywna w cytozolu i może być uważana za kluczowy enzym metabolizmu azotu. Synteza glutaminy z glutaminianu i amoniaku jest zależna od ATP i wymaga również obecności magnezu i manganu jako kofaktorów. Reakcja syntetazy glutaminowej jest źródłem całej puli glutaminy w organizmie, ponieważ u zdrowych osób glutamina nie jest wchłaniana w jelitach. Oprócz wielu ról glutaminy reakcja syntetazy glutaminowej jest niezbędna do pracy wielu narządów, między innymi równoważąc pulę azotu między różnymi przedziałami, odtruwając amoniak i glutaminian w astrocytach oraz wspierając homeostazę komórek osmotycznych. (99)

Od jakiegoś czasu wiadomo, że glutamina jest silnym związkiem chroniącym błonę śluzową żołądka. W badaniu, w którym opracowano model owrzodzenia wywołanego stresem u szczurów, wykazano że ​​glutamina była najskuteczniejszym aminokwasem w leczeniu istniejących wrzodów wywołanych stresem. Zaobserwowano również leczniczy wpływ glutaminy na wrzody utworzone przez inne mechanizmy, na przykład na wrzody wywołane przez indometacynę. Dalsze prace z uszkodzeniami żołądka wywołanymi aspiryną lub kwasem octowym wykazały, że wysokie dawki glutaminy (750–1500 mg/kg) zapewniały prawie pełną ochronę przed uszkodzeniami i owrzodzeniami. Badania sugerują, że doustna suplementacja glutaminą chroniłaby przed owrzodzeniem i uszkodzeniem błony śluzowej żołądka, które były wynikiem nadmiernego wydzielania kwasu u pacjentów z chorobą wrzodową lub innymi podobnymi zaburzeniami żołądka. (100)

14.6. Karwakrol

Aminy biogenne pełnią różne role w organizmie człowieka, przy czym wysoki poziom w mikroorganizmach stanowi bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Bakteryjne enzymy dekarboksylazy aminokwasów odgrywają główną rolę w tworzeniu tych amin. Ich tworzenie się można kontrolować poprzez hamowanie wzrostu drobnoustrojów. Stosowanie środków przeciwdrobnoustrojowych może być skutecznym sposobem zwalczania mikroorganizmów. Zbadano wpływ karwakrolu na różnych poziomach, na produkcję amin biogennych przez patogeny przenoszone przez żywność. Olejek oregano i jego główny składnik fenolowy, karwakrol jest znany z szerokiego spektrum działania przeciwdrobnoustrojowego. Zbadano, iż patogeny przenoszone przez żywność wytwarzały nie tylko tyraminę, ale także inne aminy oraz amoniak. Wpływ karwakrolu na produkcję amoniaku i patogenów przenoszonych przez żywność jest zależny od szczepów bakteryjnych, a także poziomu karwakrolu. Wyciągnięto wniosek, że karwakrol w ilości 0,5% i 1% mógłby hamować wzrost patogenów i ich specyficzną produkcję amin, jednakże potrzeba więcej badań, aby zbadać mechanizm przeciwdrobnoustrojowy karwakrolu na określone bakterie i wytwarzanie przez nie patogenów przenoszonych przez żywność, zanim będzie można go zastosować jako dodatek do żywności. (101)

14.7. BCAA

Aminokwasy o rozgałęzionych łańcuchach (BCAA) składające się z waliny, leucyny i izoleucyny działają zarówno jako substraty białek, jak i jako kluczowe regulatory metabolizmu różnych składników odżywczych. Pacjenci z marskością wątroby często nie mają wystarczającej ilości BCAA i dlatego cierpią na różne zaburzenia metaboliczne. Encefalopatia wątrobowa (HE) jest ciężkim zaburzeniem metabolicznym z objawami neurologicznymi. Ponadto łagodna postać encefalopatii, czyli MHE jest ważnym problemem społecznym, ponieważ występuje u nawet 80% pacjentów z przewlekłą chorobą wątroby i wpływa na rokowanie oraz codzienne czynności, co może prowadzić na przykład do upadków. Chociaż HE/MHE mogą być spowodowane różnymi stanami patologicznymi, hiperamonemia jest ważnym czynnikiem w patogenezie HE/MHE. Oprócz cyklu mocznikowego w wątrobie, amoniak może być odtruwany w mięśniach szkieletowych poprzez syntezę glutaminy z użyciem BCAA. Zatem suplementacja BCAA może zwiększyć detoksykację amoniaku w mięśniach szkieletowych i może być strategią terapeutyczną w przypadku HE/MHE. (102,103)

Istnieje uzasadnione przypuszczenie, że mięśnie szkieletowe odgrywają ważną rolę w detoksykacji amoniaku, oraz że hiperamonemia zwiększa metabolizm BCAA w mięśniach szkieletowych, a tym samym przyczynia się do obniżenia stężenia BCAA w osoczu u pacjentów z chorobami wątroby. Jednakże wpływ BCAA na detoksykację amoniaku w mięśniach nie jest ostatecznie rozstrzygnięty. Spożycie BCAA poprawia usuwanie amoniaku z mięśni i produkcję glutaminy, ale powoduje również wzrost stężenia amoniaku we krwi. Z tego powodu wymaga to dalszego zbadania. W jednym z badań sprawdzono czy połączenie suplementu bogatego w BCAA oraz cynku poprawiło metabolizm amoniaku i stwierdzono, że połączenie znacząco zmniejszyło poziom amoniaku bardziej niż sam suplement bogaty w BCAA. Dlatego połączenie może być użyteczną metodą przeciwdziałania przeciążeniu azotem przez BCAA. (31,104)

14.8. Fosfolipidy

Fosfolipidy niezbędne (essential phospholipids EPL), to takie, które zawierają w sobie odpowiednio dużo niezbędnych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, a zwłaszcza kwasu linolowego. Według analizowanych badań z randomizacją, EPL przyspieszają poprawę lub normalizację objawów subiektywnych (np. samopoczucia), głównie w przewlekłym wirusowym zapaleniu wątroby, stłuszczeniu wątroby i zatruciach wątroby. Zauważalne różnice widać również w badaniach, takich jak ultrasonografia i tomografia komputerowa, markery biochemiczne cytolizy wątrobowej, detoksykacji, wydalania, syntezy i klirensu oraz histologii wątroby. Ważnym obszarem dalszych badań i rozwoju jest łączenie EPL z innymi lekami działającymi na wątrobę i/lub badanie ich odpowiedniej skuteczności, najlepiej w długoterminowych badaniach klinicznych. Żadne poważne skutki uboczne nie ograniczają długotrwałego stosowania doustnego EPL, dlatego też mogą one być stosowane profilaktycznie, jeśli pacjenci odczuwają po nich poprawę. (105)

14.9. Słabiej zbadane suplementy

I. Magnez

U pacjentów z marskością wątroby stwierdzono zmniejszone całkowite stężenie magnezu w organizmie, pomimo często normalnego poziomu jonów magnezu w surowicy. Uważa się, że jest to spowodowane kombinacją czynników, w tym słabym wchłanianiem w jelicie cienkim, zwiększonym wydalaniem z moczem z powodu zwiększonych poziomów aldosteronu, hormonu wzrostu i glukagonu oraz niedożywieniem. Postuluje się, że niedobór magnezu odgrywa rolę w skurczach i osłabieniu mięśni obserwowanych w wielu typach chorób wątroby (91).

II. Korzeń lukrecji

Aktywnym składnikiem korzenia lukrecji jest glicyryzyna, będąca połączeniem kwasu lukrecjowego i glukuronowego. Proponowane mechanizmy hepatoprotekcyjnego działania glicyryzyny obejmują jej właściwości zapobiegające peroksydacji lipidów, przeciwutleniające, immunosupresyjne i przeciwzapalne. Badania in vitro z ludzkimi liniami komórek raka wątrobowokomórkowego wykazały, że glicyryzyna zapobiega przedostawaniu się wirusa zapalenia wątroby typu A do komórek poprzez indukowanie zmian w ludzkich błonach komórkowych. Uważa się, że glicyryzyna zwiększa produkcję INF-γ i stymuluje aktywność komórek NK, zapobiegając w ten sposób zapaleniu hepatocytów.
Badania na modelach zwierzęcych wykazały, że zmniejsza ona również reakcje metaboliczne cytochromu P450 i zwiększa glukuronidację w wątrobie. Myszy leczone glicyryzyną wykazały zwiększoną produkcję endogennego interferonu, a inne badanie na myszach wykazało, że glicyryzyna hamowała produkcję TNF i fibrogenezę wątroby. (91)

 

1.        POLSKIE TOWARZYSTWO BIOCHEMICZNE POSTĘPY BIOCHEMII.

2.        Chapter 14. Ammonia and Urea | Gastrointestinal Physiology, 2e | AccessMedicine | McGraw-Hill Medical.

3.        Dimski DS. Ammonia Metabolism and the Urea Cycle: Function and Clinical Implications. J Vet Intern Med. 1994;8(2):73–8.

4.        Untitled Document [Internet]. [cited 2020 Aug 25]. Available from: https://www.ucl.ac.uk/~ucbcdab/urea/amtox.htm

5.        Walker V. Ammonia metabolism and hyperammonemic disorders [Internet]. 1st ed. Vol. 67, Advances in Clinical Chemistry. Elsevier Inc.; 2014. 73–150 p. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/bs.acc.2014.09.002

6.        Cabello P, Luque-Almagro VM, Roldán MD, Moreno-Vivián C. Nitrogen cycle. Encycl Microbiol. 2019;(May):301–10.

7.        House JE, House KA. Chapter 13 Nitrogen. Descr Inorg Chem. 2016;197–214.

8.        Bernhard A. The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact. Nat Educ Knowl. 2010;2(2):12.

9.        Rutkowski R, Pancewicz SA, Rutkowski K, Rutkowska J. Znaczenie reaktywnych form tlenu i azotu w patomechanizmie procesu zapalnego. Pol Merkur Lek. 2007;23(134):131–6.

10.      Sokołowska M. Dobre i złe strony tlenku azotu. Cardiol J. 2001;8(5):467–74.

11.      Hughes MN. Relationships between nitric oxide, nitroxyl ion, nitrosonium cation and peroxynitrite. Vol. 1411, Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics. 1999. p. 263–72.

12.      Borodkin GI, Shubin VG. Nitrosonium cation in chemical and biochemical reactions: achievements and prospects. Russ Chem Rev. 2017 Jan 31;86(1):18–46.

13.      Ościmska J, Augustyniak A, Błaszczyk A. Nitroksyl (HNO/NO-) — enigmatyczna cząsteczka o unikatowych właściwościach i potencjale farmakologicznym. Kosmos. 2012;61(3):505–16.

14.      Ríos N, Prolo C, Álvarez MN, Piacenza L, Radi R. Peroxynitrite Formation and Detection in Living Cells. In: Nitric Oxide: Biology and Pathobiology: Third Edition. Elsevier Inc.; 2017. p. 271–88.

15.      Артюхин В. Introduction Urea. Прикладная Информатика. 2010 Jan 1;(4):376–89.

16.      Halbout J-M, Tang CL. Properties and Applications of Urea. In: Nonlinear Optical Properties of Organic Molecules and Crystals. Elsevier; 1987. p. 385–404.

17.      Korrapati MC, Mehendale HM. Urea. In: Encyclopedia of Toxicology: Third Edition. Elsevier; 2014. p. 885–8.

18.      Weiner ID, Mitch WE, Sands JM. Urea and ammonia metabolism and the control of renal nitrogen excretion. Clin J Am Soc Nephrol [Internet]. 2015 Aug 7 [cited 2020 Aug 24];10(8):1444–58. Available from: /pmc/articles/PMC4527031/?report=abstract

19.      Higgins C. Urea and the clinical value of measuring blood urea concentration [Internet]. [cited 2020 Aug 24]. Available from: https://acutecaretesting.org/en/articles/urea-and-the-clinical-value-of-measuring-blood-urea-concentration

20.      Baum N, Dichoso CC, Carlton CE. Blood urea nitrogen and serum creatinine. Physiology and interpretations [Internet]. Vol. 5, Urology. Urology; 1975 [cited 2020 Aug 24]. p. 583–8. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1093306/

21.      Mehta AR. Why does the plasma urea concentration increase in acute dehydration? Am J Physiol - Adv Physiol Educ. 2008;32(4):336.

22.      Aronson D, Mittleman MA, Burger AJ. Elevated blood urea nitrogen level as a predictor of mortality in patients admitted for decompensated heart failure. Am J Med [Internet]. 2004 Apr 1 [cited 2020 Aug 24];116(7):466–73. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15047036/

23.      Maiuolo J, Oppedisano F, Gratteri S, Muscoli C, Mollace V. Regulation of uric acid metabolism and excretion. Int J Cardiol [Internet]. 2016 Jun 15 [cited 2020 Aug 17];213:8–14. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26316329/

24.      Mandal AK, Mount DB. The molecular physiology of uric acid homeostasis. Annu Rev Physiol [Internet]. 2015 Feb 1 [cited 2020 Aug 17];77:323–45. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25422986/

25.      Kang D-H, Johnson RJ. Uric Acid Metabolism and the Kidney. In: Chronic Renal Disease. Elsevier; 2020. p. 689–701.

26.      Panasiuk A. Encefalopatia wątrobowa. Forum Med Rodz. 2014;8(2):64–75.

27.      Jones EA, Mullen KD. Theories of the Pathogenesis of Hepatic Encephalopathy [Internet]. Vol. 16, Clinics in Liver Disease. Clin Liver Dis; 2012 [cited 2020 Aug 18]. p. 7–26. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22321462/

28.      Grata-Borkowska U, Susło R, Haczyc P, Michalska M, Lewera D, Drobnik J. Zaburzenia psychiczne i neurologiczne u pacjentów z encefalopati wtrobow. Psychiatria. 2016;13(4):203–9.

29.      Traczyk J. Fizjologia człowieka w zarysie. In: J. T, editor. Fizjologia człowieka w zarysie. Warszawa: Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich; 1989. p. 359–65.

30.      Campbell I. Liver: metabolic functions. Anaesth Intensive Care Med. 2006;7(2):51–4.

31.      Katayama K. Ammonia metabolism and hepatic encephalopathy. Hepatol Res. 2004;30(SUPPL.):73–80.

32.      Vairappan B. Renal ammonia metabolism in liver diseases. Gastroenterol Hepatol Open Access. 2018;9(2):60–3.

33.      Weiner ID, Verlander JW. Renal ammonia metabolism and transport. Compr Physiol. 2013;3(1):201–20.

34.      Weiner ID, Hamm LL. Molecular mechanisms of renal ammonia transport [Internet]. Vol. 69, Annual Review of Physiology. NIH Public Access; 2007 [cited 2020 Aug 18]. p. 317–40. Available from: /pmc/articles/PMC4313553/?report=abstract

35.      McKenna MC, Ferreira GC. Enzyme Complexes Important for the Glutamate-Glutamine Cycle. Adv Neurobiol. 2016;13:59–98.

36.      Sonnewald U, Schousboe A. Introduction to the Glutamate-Glutamine Cycle. Vol. 13, Advances in neurobiology. 2016. p. 1–7.

37.      Bosoi CR, Rose CF. Identifying the direct effects of ammonia on the brain [Internet]. Vol. 24, Metabolic Brain Disease. Springer New York; 2009 [cited 2020 Aug 26]. p. 95–102. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19104924/

38.      Bak LK, Schousboe A, Waagepetersen HS. The glutamate/GABA-glutamine cycle: Aspects of transport, neurotransmitter homeostasis and ammonia transfer [Internet]. Vol. 98, Journal of Neurochemistry. John Wiley & Sons, Ltd; 2006 [cited 2020 Aug 26]. p. 641–53. Available from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1471-4159.2006.03913.x

39.      Questions and Answers about Ammonium Hydroxide Use in Food Production — International Food Information Council [Internet]. [cited 2020 Aug 17]. Available from: https://foodinsight.org/questions-and-answers-about-ammonium-hydroxide-use-in-food-production/

40.      Tan W, Du H, Liu L, Su T, Liu X. Experimental and numerical study of ammonia leakage and dispersion in a food factory. J Loss Prev Process Ind. 2017 May 1;47:129–39.

41.      Liu J, Lkhagva E, Chung HJ, Kim HJ, Hong ST. The pharmabiotic approach to treat hyperammonemia. Nutrients. 2018;10(2):140.

42.      Good DW. Ammonium transport by the thick ascending limb of Henle’s loop. Annu Rev Physiol. 1994;56:623–47.

43.      Zhang YJ, Li S, Gan RY, Zhou T, Xu DP, Li H Bin. Impacts of gut bacteria on human health and diseases. Int J Mol Sci. 2015;16(4):7493–519.

44.      Rosenfeld CS. Microbiome Disturbances and Autism Spectrum Disorders. Drug Metab Dispos. 2015;43(10):1557–71.

45.      Hughes HK, Rose D, Ashwood P. The Gut Microbiota and Dysbiosis in Autism Spectrum Disorders. Curr Neurol Neurosci Rep. 2018;18(11).

46.      Furowicz AJ, Karakulska J, Peruzynska A. Bakteryjna ureaza - wskaznik diagnostyczny i element patogennosci drobnoustrojow jelitowych. Med Weter. 2004;60(02):119–23.

47.      Finegold SM. Desulfovibrio species are potentially important in regressive autism. Med Hypotheses [Internet]. 2011 Aug [cited 2020 Aug 20];77(2):270–4. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21592674/

48.      Finegold SM, Dowd SE, Gontcharova V, Liu C, Henley KE, Wolcott RD, et al. Pyrosequencing study of fecal microflora of autistic and control children. Anaerobe [Internet]. 2010 Aug [cited 2020 Aug 20];16(4):444–53. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20603222/

49.      Wang L, Christophersen CT, Sorich MJ, Gerber JP, Angley MT, Conlon MA. Low relative abundances of the mucolytic bacterium Akkermansia muciniphila and Bifidobacterium spp. in feces of children with autism. Appl Environ Microbiol [Internet]. 2011 Sep [cited 2020 Aug 20];77(18):6718–21. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21784919/

50.      Williams BL, Hornig M, Parekh T, Lipkin WI, Biron C. Application of Novel PCR-Based Methods for Detection, Quantitation, and Phylogenetic Characterization of Sutterella Species in Intestinal Biopsy Samples from Children with Autism and Gastrointestinal Disturbances. Am Soc Microbiol [Internet]. 2012 [cited 2020 Aug 20]; Available from: http://mbio.asm.org/

51.      Cohen B. I. Elevated levels of plasma and urine gammaaminobutyric acid – a case study for an autistic child. Autism. 1999;3:437–40.

52.      Cohen B. I. Infantile autism and the liver - a possible connection. Autism. 2000;4:441–2.

53.      Cohen BI. GABA-transaminase, the liver and infantile autism. Med Hypotheses. 2001 Dec 1;57(6):673–4.

54.      Felipo V, Butterworth RF. Neurobiology of ammonia [Internet]. Vol. 67, Progress in Neurobiology. Elsevier Ltd; 2002 [cited 2020 Aug 18]. p. 259–79. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12207972/

55.      Ha JH, Basile AS. Modulation of ligand binding to components of the GABAA receptor complex by ammonia: Implications for the pathogenesis of hyperammonemic syndromes. Brain Res [Internet]. 1996 May 13 [cited 2020 Aug 18];720(1–2):35–44. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8782894/

56.      Ratnakumari L, Qureshi IA, Butterworth RF. Central Muscarinic Cholinergic M1 and M2 Receptor Changes in Congenital Ornithine Transcarbamylase Deficiency. Pediatr Res [Internet]. 1996 [cited 2020 Aug 18];40(1):25–8. Available from: https://www.nature.com/articles/pr19962583

57.      Hepatic Encephalopathy: Definition, Pathogenesis, Clinical Features of Hepatic Encephalopathy [Internet]. [cited 2020 Aug 17]. Available from: https://emedicine.medscape.com/article/186101-overview

58.      Häussinger D, Görg B. Oxidative/nitrosative stress and hepatic encephalopathy. In: Oxidative Stress. Elsevier; 2020. p. 669–93.

59.      Hartleb M. Encefalopatia wątrobowa u chorych z marskością wątroby. Gastroenterol Klin. 2013;(2):106–22.

60.      Ellul MA, Cross TJ, Larner AJ. Asterixis. Pract Neurol [Internet]. 2017 Feb 1 [cited 2020 Aug 17];17(1):60–2. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27807107/

61.      Bahroo LB, Shamim EA. Asterixis. In: Encyclopedia of Movement Disorders. Elsevier Inc.; 2010. p. 68–70.

62.      Butz M, Timmermann L, Gross J, Pollok B, Südmeyer M, Kircheis G, et al. Cortical activation associated with asterixis in manifest hepatic encephalopathy. Acta Neurol Scand [Internet]. 2014 Oct 1 [cited 2020 Aug 18];130(4):260–7. Available from: http://doi.wiley.com/10.1111/ane.12217

63.      Felipo V. Hepatic encephalopathy: Effects of liver failure on brain function. Vol. 14, Nature Reviews Neuroscience. 2013. p. 851–8.

64.      Summar ML, Mew NA. Inborn Errors of Metabolism with Hyperammonemia: Urea Cycle Defects and Related Disorders. Vol. 65, Pediatric Clinics of North America. W.B. Saunders; 2018. p. 231–46.

65.      Hoffmann GF, Kölker S. Defects in amino acid catabolism and the urea cycle. In: Handbook of Clinical Neurology. Elsevier B.V.; 2013. p. 1755–73.

66.      Endo F, Matsuura T, Yanagita K, Matsuda I. Clinical manifestations of inborn errors of the urea cycle and related metabolic disorders during childhood. J Nutr. 2004;134(6 SUPPL.):1605–9.

67.      Visek WJ. Ammonia: Its Effects on Biological Systems, Metabolic Hormones, and Reproduction. J Dairy Sci. 1984 Mar 1;67(3):481–98.

68.      Scorticati C, Perazzo JC, Rettori V, McCann SM, De Laurentiis A. Role of ammonia and nitric oxide in the decrease in plasma prolactin levels in prehepatic portal hypertensive male rats. Neuroimmunomodulation [Internet]. 2007 Jan [cited 2020 Aug 17];13(3):152–9. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17119344/

69.      Nandi S, Mondal S, Pal DT, Gupta PSP. Effect of ammonia-generating diet on ovine serum and follicular fluid ammonia and urea levels, serum oestrogen and progesterone concentrations and granulosa cell functions. J Anim Physiol Anim Nutr (Berl) [Internet]. 2016 Apr 1 [cited 2020 Aug 17];100(2):309–15. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26211538/

70.      Modak JM, McCullough LD. Oxidative and Nitrosative Stress. In: Primer on Cerebrovascular Diseases: Second Edition. Elsevier Inc.; 2017. p. 240–6.

71.      Schulz R, Di Lisa F. Oxidative stress and nitrosative stress. In: Cardiomyocytes - Active Players in Cardiac Disease. Springer International Publishing; 2016. p. 267–78.

72.      Halliwell B. The antioxidant paradox [Internet]. Vol. 355, Lancet. Elsevier Limited; 2000 [cited 2020 Aug 19]. p. 1179–80. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10791396/

73.      Tiwari A. The antioxidant paradox. Pharmacogn Mag. 2019;15(64):173.

74.      Taylor-Robinson SD, Jackson N, Buckley C. Helicobacter pylori, ammonia and the brain [Internet]. Vol. 40, Gut. BMJ Publishing Group; 1997 [cited 2020 Aug 17]. p. 805–6. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9245939/

75.      Jiang HX, Qin SY, Min ZG, Xie MZ, Lin T, Hu BL, et al. Association of Helicobacter pylori with elevated blood ammonia levels in cirrhotic patients: A meta-analysis. Yonsei Med J [Internet]. 2013 Jul [cited 2020 Aug 17];54(4):832–8. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23709415/

76.      Zullo A, Hassan C, Morini S. Helicobacter pylori infection in patients with liver cirrhosis: Facts and fictions. Dig Liver Dis [Internet]. 2003 [cited 2020 Aug 17];35(3):197–205. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12779075/

77.      Zullo A. Helicobacter pylori infection, plasma ammonia levels, and psychometric testing in cirrhotic patients. Am J Gastroenterol. 1999 Aug 1;94(8):2214–8.

78.      Chittajallu RS, Neithercut WD, Macdonald AMI, McColl KEL. Effect of increasing Helicobacter pylori ammonia production by urea infusion on plasma gastrin concentrations. Gut [Internet]. 1991 [cited 2020 Aug 17];32(1):21–4. Available from: /pmc/articles/PMC1379207/?report=abstract

79.      Lee HW, Osis G, Handlogten ME, Guo H, Verlander JW, Weiner ID. Effect of dietary protein restriction on renal ammonia metabolism. Am J Physiol - Ren Physiol [Internet]. 2015 Jun 15 [cited 2020 Aug 20];308(12):F1463–73. Available from: /pmc/articles/PMC4469882/?report=abstract

80.      Griffin JWD, Bradshaw PC. Effects of a high protein diet and liver disease in an in silico model of human ammonia metabolism. Theor Biol Med Model [Internet]. 2019 Jul 31 [cited 2020 Aug 17];16(1):11. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31366360/

81.      Boneh A. Dietary protein in urea cycle defects: How much? Which? How? Mol Genet Metab. 2014 Sep 1;113(1):109–12.

82.      Bongaerts G, Severijnen R, Timmerman H. Effect of antibiotics, prebiotics and probiotics in treatment for hepatic encephalopathy. Med Hypotheses. 2005 Jan 1;64(1):64–8.

83.      Solga SF. Probiotics can treat hepatic encephalopathy. Med Hypotheses. 2003 Aug 1;61(2):307–13.

84.      Xu J, Ma R, Chen LF, Zhao LJ, Chen K, Zhang RB. Effects of probiotic therapy on hepatic encephalopathy in patients with liver cirrhosis: An updated meta-analysis of six randomized controlled trials. Hepatobiliary Pancreat Dis Int. 2014 Aug 15;13(4):354–60.

85.      Rivera-Flores R, Morán-Villota S, Cervantes-Barragán L, López-Macias C, Uribe M. Manipulation of microbiota with probiotics as an alternative for treatment of hepatic encephalopathy. Vol. 73, Nutrition. Elsevier Inc.; 2020. p. 110693.

86.      Xia X, Chen J, Xia J, Wang B, Liu H, Yang L, et al. Role of probiotics in the treatment of minimal hepatic encephalopathy in patients with HBV-induced liver cirrhosis. J Int Med Res [Internet]. 2018 Sep 1 [cited 2020 Aug 17];46(9):3596–604. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29806520/

87.      Ghobadi Pour M, Mirazi N, Alaei H, Moradkhani S, Rajaei Z, Monsef Esfahani A. Effects of lactulose and silymarin on liver enzymes in cirrhotic rats. Can J Physiol Pharmacol [Internet]. 2017 [cited 2020 Aug 17];95(5):522–9. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28281782/

88.      Camini FC, Costa DC. Silymarin: Not just another antioxidant. Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology. De Gruyter; 2020.

89.      Abenavoli L, Milic N. Silymarin for Liver Disease. In: Liver Pathophysiology: Therapies and Antioxidants. Elsevier; 2017. p. 621–31.

90.      Baradaran A, Samadi F, Ramezanpour SS, Yousefdoust S. Hepatoprotective effects of silymarin on CCl4-induced hepatic damage in broiler chickens model. Toxicol Reports. 2019 Jan 1;6:788–94.

91.      Hanje AJ, Fortune B, Song M, Hill D, McClain C. The use of selected nutrition supplements and complementary and alternative medicine in liver disease [Internet]. Vol. 21, Nutrition in Clinical Practice. SAGE Publications Inc.; 2006 [cited 2020 Aug 17]. p. 255–72. Available from: /pmc/articles/PMC4239999/?report=abstract

92.      De Avelar CR, Pereira EM, De Farias Costa PR, De Jesus RP, De Oliveira LPM. Effect of silymarin on biochemical indicators in patients with liver disease: Systematic review with meta-analysis [Internet]. Vol. 23, World Journal of Gastroenterology. Baishideng Publishing Group Co., Limited; 2017 [cited 2020 Aug 17]. p. 5004–17. Available from: /pmc/articles/PMC5526770/?report=abstract

93.      Butterworth RF, Kircheis G, Hilger N, McPhail MJW. Efficacy of L-Ornithine L-Aspartate for the Treatment of Hepatic Encephalopathy and Hyperammonemia in Cirrhosis: Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. J Clin Exp Hepatol. 2018 Sep 1;8(3):301–13.

94.      Koop AH, Mousa OY, Pham LE, Corral-Hurtado JE, Pungpapong S, Keaveny AP. An argument for vitamin d, a, and zinc monitoring in cirrhosis. Ann Hepatol. 2018 Nov 1;17(6):920–32.

95.      Grüngreiff K, Reinhold D, Wedemeyer H. The role of zinc in liver cirrhosis. Vol. 15, Annals of Hepatology. Fundacion Clinica Medica Sur; 2016. p. 7–16.

96.      Shen YC, Chang YH, Fang CJ, Lin YS. Zinc supplementation in patients with cirrhosis and hepatic encephalopathy: A systematic review and meta-analysis. Vol. 18, Nutrition Journal. BioMed Central Ltd.; 2019.

97.      Orujov Z. The effectiveness of oral zinc supplementation in patients with liver cirrhosis and hepatic encephalopathy. EURASIAN J Clin Sci. 2020 Jan 9;2(3):38–41.

98.      Diglio DC, Fernandes SA, Stein J, Azeredo-da-Silva A, de Mattos AA, Tovo C V. Role of zinc supplementation in the management of chronic liver diseases: A systematic review and meta-analysis. Ann Hepatol. 2020 Mar 1;19(2):190–6.

99.      Häberle J. Glutamine supplementation in glutamine synthetase deficiency. In: Glutamine in Clinical Nutrition. Springer New York; 2015. p. 427–36.

100.    Hagen SJ. Glutamine supplementation and Helicobacter pylori infection. In: Glutamine in Clinical Nutrition. Springer New York; 2015. p. 357–67.

101.    Özogul F, Kaçar Ç, Kuley E. The Impact of Carvacrol on Ammonia and Biogenic Amine Production by Common Foodborne Pathogens. J Food Sci [Internet]. 2015 Dec 1 [cited 2020 Aug 17];80(12):M2899–903. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26580308/

102.    Kawaguchi T, Taniguchi E, Sata M. Effects of oral branched-chain amino acids on hepatic encephalopathy and outcome in patients with liver cirrhosis [Internet]. Vol. 28, Nutrition in Clinical Practice. Nutr Clin Pract; 2013 [cited 2020 Aug 17]. p. 580–8. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23945292/

103.    James JH. Branched chain amino acids in heptatic encephalopathy. Am J Surg [Internet]. 2002 [cited 2020 Aug 17];183(4):424–9. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11975931/

104.    Dam G, Ott P, Aagaard NK, Vilstrup H. Branched-chain amino acids and muscle ammonia detoxification in cirrhosis. In: Metabolic Brain Disease [Internet]. Metab Brain Dis; 2013 [cited 2020 Aug 17]. p. 217–20. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23315357/

105.    Gundermann KJ, Kuenker A, Kuntz E, Droździk M. Activity of essential phospholipids (EPL) from soybean in liver diseases. Vol. 63, Pharmacological Reports. Elsevier B.V.; 2011. p. 643–59.