اكتشف العلماء أخيرًا لماذا يستهلك الدماغ الكثير من الطاقة ، حتى أثناء الراحة

(السيد suhachai praserdumrongchai / iStock / Getty Images)

يلتهم دماغ الإنسان ما يصل إلى 10 مرات طاقة أكثر من باقي الجسم ، يأكل من خلاله 20 في المئة من استهلاكنا للوقود في المتوسط ​​عندما نستريح.

حتى في المرضى الذين يعانون من غيبوبة ويقال إنهم 'ميتون دماغًا' ، يستهلك الدماغ طاقة أقل بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات فقط.

إنه أحد الألغاز العظيمة في علم الأعصاب البشري: لماذا يستمر عضو غير نشط إلى حد كبير في طلب الكثير من القوة؟

تثبت دراسة جديدة الإجابة على مصدر استهلاك وقود صغير وسري ، مختبئ داخل أعصابنا.

عندما تمرر خلية دماغية إشارة إلى خلية عصبية أخرى ، فإنها تفعل ذلك عبر المشبك ، أو فجوة صغيرة بينهما.

أولاً ، ترسل الخلايا العصبية قبل المشبكية مجموعة من الحويصلات إلى نهاية ذيلها ، الأقرب إلى المشبك. ثم تمتص هذه الحويصلات في الناقلات العصبية من داخل الخلية العصبية ، وتعمل نوعًا ما مثل 'الأظرف' التي تحتوي على الرسائل التي تحتاج إلى إرسالها بالبريد.

ثم يتم نقل هذه 'المغلفات' المملوءة إلى حافة الخلية العصبية ، حيث 'تلتصق' وتندمج في الغشاء ، وتطلق ناقلاتها العصبية في الفجوة المشبكية.

مرة واحدة هنا ، تتصل أجهزة الإرسال هذه بمستقبلات في خلية 'ما بعد التشابك' ، وبالتالي تواصل الرسالة.

نحن نعلم بالفعل أن الخطوات في هذه العملية الأساسية تتطلب كمية كبيرة من طاقة الدماغ ، خاصة عندما يتعلق الأمر بانصهار الحويصلة. لا تستطيع النهايات العصبية (المحطات الطرفية) الأقرب إلى المشبك تخزين جزيئات طاقة كافية ، مما يعني أنه يتعين عليها توليفها بمفردها لتوصيل الرسائل الكهربائية في الدماغ.

لذلك فمن المنطقي أن الدماغ النشط يستهلك الكثير من الطاقة. ولكن ماذا يحدث لهذا النظام عندما يخمد النيران العصبي ولا تلتصق الحويصلة بالغشاء أبدًا؟ لماذا يستمر الجهاز في استهلاك الطاقة؟

لمعرفة ذلك ، صمم الباحثون العديد من التجارب على النهايات العصبية ، والتي قارنت حالة التمثيل الغذائي للمشبك عندما يكون نشطًا وعندما يكون غير نشط.

حتى عندما لا تعمل النهايات العصبية ، وجد المؤلفون أن الحويصلات المشبكية تتطلب طاقة استقلابية عالية.

المضخة المسؤولة عن دفع البروتونات خارج الحويصلة وبالتالي امتصاص النواقل العصبية لا يبدو أنها ترتاح أبدًا. ويتطلب دفقًا ثابتًا من الطاقة للعمل.

في الواقع ، كانت هذه المضخة 'المخفية' مسؤولة عن نصف استهلاك التمثيل الغذائي للنسيج العصبي في التجارب.

يقول الباحثون إن هذا لأن هذه المضخة تميل إلى التسرب. على هذا النحو ، فإن الحويصلات المشبكية تتسرب باستمرار من البروتونات عبر مضخاتها ، حتى لو كانت مليئة بالفعل بالناقلات العصبية وإذا كانت الخلايا العصبية غير نشطة.

'نظرًا للعدد الهائل من نقاط الاشتباك العصبي في الدماغ البشري ووجود مئات من SVs في كل [من] هذه النهايات العصبية ، فإن تكلفة التمثيل الغذائي المخفية لعودة المشابك العصبية بسرعة في حالة' جاهزة 'تأتي على حساب [طاقة ما قبل المشبكية الرئيسية ] ونفقات الوقود ، والتي من المحتمل أن تساهم بشكل كبير في متطلبات التمثيل الغذائي للدماغ وضعف التمثيل الغذائي ، 'المؤلفين نستنتج .

هناك حاجة إلى مزيد من البحث لمعرفة كيف يمكن أن تتأثر الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية بمثل هذه الأعباء الأيضية العالية لأنها قد لا تستجيب جميعها بنفس الطريقة.

بعض الخلايا العصبية في الدماغ ، على سبيل المثال ، قد تكون أكثر عرضة لفقدان الطاقة ، ومعرفة السبب يمكن أن يسمح لنا بالحفاظ على هؤلاء الرسل ، حتى عند حرمانهم من الأكسجين أو السكر.

تساعدنا هذه النتائج على فهم أفضل لسبب تعرض الدماغ البشري لانقطاع أو إضعاف إمدادات الوقود الخاصة به ، يقول عالم الكيمياء الحيوية تيموثي رايان من طب وايل كورنيل في مدينة نيويورك.

إذا كان لدينا طريقة لخفض استنزاف الطاقة بأمان وبالتالي إبطاء عملية التمثيل الغذائي للدماغ ، فقد يكون ذلك مؤثرًا للغاية من الناحية السريرية.

تم نشر الدراسة في تقدم العلم .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.