Neuropsychopharmacologia Hungarica

2009. szeptember, XI. évfolyam 3. szám [translated version]

Theoretical article

The role of carbon dioxide (and intracellular ph) in the pathomechanism of several mental disorders

Andras Sikter1, Gabor Faludi2, Zoltan Rihmer2
1 Municipal Clinic of Szentendre, Section of Internal Medicine, Hungary
2 Dept of Clinical and Theoretical Mental Health, Kutvolgyi Clinical Center, Semmelweis University, Budapest, Hungary

Are the diseases of civilization caused by learnt behaviour, not the stress itself?

The role of carbon dioxide (CO2) is underestimated in the pathomechanism of neuropsychiatric disorders, though it is an important link between psyche and corpus. The actual spiritual status also influences respiration (we start breathing rarely, frequently, irregularly, etc.) causing pH alteration in the organism; on the other hand the actual cytosolic pH of neurons is one of the main modifiers of Ca2+-conductance, hence breathing directly, quickly, and effectively influences the second messenger system through Ca2+-currents. (Decreasing pCO2 turns pH into alkalic direction, augments psychic arousal, while increasing pCO2 turns pH acidic, diminishes arousal.) One of the most important homeostatic function is to maintain or restore the permanence of H+-concentration, hence the alteration of CO2 level starts cascades of contraregulation. However it can be proved that there is no perfect compensation, therefore compensational mechanisms may generate psychosomatic disorders causing secondary alterations in the “milieu interieur”. Authors discuss the special physico-chemical features of CO2, the laws of interweaving alterations of pCO2 and catecholamine levels (their feedback mechanism), the role of acute and chronic hypocapnia in several hyperarousal disorders (delirium, panic disorder, hyperventilation syndrome, generalized anxiety disorder, bipolar disorder), the role of “locus minoris resistentiae” in the pathomechanism of psychosomatic disorders. It is supposed that the diseases of civilization are caused not by the stress itself but the lack of human instinctive reaction to it, and this would cause long-lasting CO2 alteration. Increased brain-pCO2, acidic cytosol pH and/or increased basal cytosolic Ca2+ level diminish inward Ca2+-current into cytosol, decrease arousal – they may cause dysthymia or depression. This state usually co-exists with ATP-deficiency and decreased cytosolic Mg2+ content. This energeticaland ion-constellation is also typical of ageingassociated and chronic organic disorders. It is the most important link between depression and organic disorders (e.g. coronary heart disease). The above-mentioned model is supported by the fact that H+ and/or Ca2+ metabolism is affected by several drugs (catecholemines, serotonin, lithium, triaecetyluridine, thyroxine) and sleep deprivation, they act for the logically right direction.

KEYWORDS: arousal, behaviour, bipolar disorder, carbon dioxide, delirium, depression, diseases of civilization,
generalized anxiety disorder, hyperventilation syndrome, locus minoris resistentiae, milieu interieur, panic disorder, stress

 

Elméleti összefoglalás

A széndioxid (és az intracelluláris pH) szerepe néhány mentális betegség patomechanizmusában

Sikter András1, Faludi Gábor2, Rihmer Zoltán2
1 Municipal Clinic of Szentendre, Section of Internal Medicine, Hungary
2 Dept of Clinical and Theoretical Mental Health, Kutvolgyi Clinical Center, Semmelweis University, Budapest, Hungary

Nem maga a stressz, hanem tanult viselkedési formák okoznák a civilizációs betegségeket?

A széndioxid szerepe alábecsült a neuropszichiátriai betegségek patomechanizmusában, ugyanakkor fontos kapocs a lélek és a test között. A mindenkori lelki állapot többnyire a légzést is befolyásolja (lassítja, gyorsítja, irregulárissá teszi), ezért változik a pH. Másrészt a neuronok citoszoljának aktuális pH-ja a Ca2+ konduktivitás egyik legfontosabb modifikátora, ezért a légzés a Ca2+-on keresztül közvetlenül, gyorsan, hatékonyan befolyásolja a “second messenger” rendszert. (A csökkenõ CO2 koncentráció mindig alkalózis, az emelkedõ pedig acidózis irányában viszi el a pH-t, íly módon az elõbbi gyorsít, növeli az arousalt, míg az utóbbi lassít, csökkenti az arousalt.) A H+ ion koncentráció állandóságának megõrzése, helyreállítása az egyik legfontosabb homeosztatikus funkció, ezért a széndioxid szint megváltozása az ellenregulációs változások egész sorozatát indítja el. Mindazonáltal bizonyítható, hogy nincs tökéletes kompenzáció, ezért a kompenzáló mechanizmusok pszichoszomatikus betegségeket generálhatnak, minthogy másodlagos eltéréseket okoznak a “milieu interieur”-
ban. A szerzõk tárgyalják a CO2 rendhagyó fizikókémiai tulajdonságait, a CO2 és a katecholamin szintek összefonódó változásainak törvényszerûségeit (feedback), az akut és krónikus hipokapnia szerepét néhány hyperarousal kórképben (delirium, pánikbetegség, hiperventilációs szindróma, GAD, bipoláris betegség), a “locus
minoris resistentiae” szerepét a pszichoszomatikus betegségek patomechanizmusában. Feltételezik, hogy a civilizációs betegségeket nem maga a stressz, hanem annak le nem reagálása okozza azáltal, hogy a CO2 szint tartósan eltér a fiziológiástól. A növekvõ agyi pCO2, acidotikus citoszol pH, és/vagy emelkedett bazális citoszol Ca2+ koncentráció csökkenti a citoszolba történõ Ca2+ beáramlást és az arousalt – dysthymiát, depressziót
okozhatnak. Ez többnyire ATP hiánynyal és a citoszol Mg2+ tartalmának csökkenésével is jár. Ez az energetikai és ionkonstelláció jellemzõ az életkor emelkedésével korrelációt mutató krónikus szervi betegségekre is, és a legfontosabb kapcsolat az organikus betegségekkel, például az iszkémiás szívbetegséggel. A felvázolt modellbe beleillik, hogy egyes farmakológiai szerek (katecholaminok, szerotonin, litium, triacetiluridin, tiroxin), valamint az alvásmegvonás okozta H+ és/vagy Ca2+ metabolizmus változás szintén a logikailag kívánt irányban hat.

 

KULCSSZAVAK: arousal, bipoláris betegség, civilizációs betegségek, delírium, depresszió, GAD, hyperventilációs szindróma, locus minoris resistentiae, milieu interieur, pánikbetegség, stressz, széndioxid, viselkedés