Dodano: 13 grudzień 2021r.

Dlaczego mózg zużywa tak dużo energii? Naukowcy znają odpowiedź

Nowe badania wyjaśniają, dlaczego nasz najważniejszy organ, choć ma masę około dwóch proc. masy ciała człowieka, to zużywa około 20 proc. całej jego energii. Wszystko prawdopodobnie dlatego, by mózg był nieustannie gotowy do działania.

Dlaczego mózg zużywa tak dużo energii? Naukowcy znają odpowiedź

 

- Mózg jest uważany za bardzo kosztowny energetycznie organ – mówi autor pracy prof. Timothy Ryan, biochemik z Weill Cornell Medicine w Nowym Jorku. Wcześniej naukowcy zakładali, że tak duży pobór wiąże się z faktem aktywności elektrycznej w mózgu. Stałe wystrzeliwanie sygnałów elektrycznych przez komórki prowadzi do zużywania ogromnej ilości energii zgromadzonej w cząstkach zwanych adenozyno-5'-trifosforanami (ATP).

Jednak badania prowadzone w ciągu ostatnich dekad wskazały pewną niewyjaśnioną lukę w tej teorii. Okazuje się bowiem, że mózgi ludzi w stanie wegetatywnym lub śpiączki, które wykazują bardzo niewielką aktywność elektryczną, nadal zużywają ogromne ilości energii. Neurolodzy stanęli więc przed pytaniem: jeśli aktywność elektryczna nie zużywa całej energii w mózgu, to co ją pochłania?

W nowych badaniach uczeni odkryli, że maleńkie struktury w naszych mózgach zwane pęcherzykami synaptycznymi, które przechowują i transportują neuroprzekaźniki, mogą stale pobierać energię. Dzieje się tak niezależnie od tego, czy akurat są potrzebne czy też nie. Być może taka sytuacja powoduje, że mózg jest nieustannie gotowy do działania.

Nowe badaniem opublikowano w czasopiśmie „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.abi9027).

Nieszczelne pęcherzyki

W ostatnich latach Ryan i jego zespół badali połączenia w mózgu zwane synapsami. Dzięki nim neurony spotykają się i komunikują, wypuszczając maleńkie pęcherzyki wypełnione substancjami chemicznymi zwanymi neuroprzekaźnikami.

Wcześniej naukowcy wykazali, że aktywne synapsy zużywają bardzo dużo energii. W nowym badaniu unieszkodliwiono neurony za pomocą toksyny, a następnie zmierzono poziom ATP wewnątrz synaps. Okazało się, że połączenia między neuronami nadal zużywają dużo energii.

Badacze postanowili sprawdzić dlaczego tak się dzieje i przyjrzeli się pęcherzykom synaptycznym bliżej. Okazało się, że różne cząstki odpowiedzialne za transport energii do i z synaps pracowały na okrągło, nawet mimo dezaktywacji neuronów i „spoczynku” samych synaps. Innymi słowy energia „wycieka” z pęcherzyków odpowiedzialnych za transport związków chemicznych nawet w nieaktywnych synapsach.

Mózg stale w gotowości do działania

Naukowcy stwierdzili, że za „wyciek” odpowiadają tak zwane białka transportowe, które pobierają neuroprzekaźnik, zmieniają kształt i przenoszą go do wnętrza pęcherzyka. Dzieje się tak dzięki różnicy w stężeniach substancji wewnątrz białka. Do wykonania tego zadania potrzebna jest energia, a proces ten dzieje się stale, niezależnie od tego, czy neurony pozostają aktywne czy nie.

- Odkryliśmy pewien rodzaj nieefektywności w neuronach – tłumaczy Ryan. - Wyciek może wydawać się niewielki, ale jeśli zbierzemy tryliony wycieków razem, to kończy się dość dużym wydatkiem energii, nawet bez aktywności elektrycznej – dodaje.

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem neuronów szczurów, ale zdaniem naukowców podobny mechanizm jest bardzo prawdopodobny u ludzi. Nie jest jasne, dlaczego nasze mózgi ewoluowały w ten sposób. Być może dzięki temu mechanizmowi nasz mózg jest w stanie szybciej aktywować potrzebne neurony.

Ryan i jego zespół mają nadzieję, że ich odkrycia pomogą nie tylko w zrozumieniu działania ludzkiego mózgu, ale także osobom chorym. Na przykład, odkrycie może prowadzić do opracowania nowych terapii dla niektórych chorób, takich jak choroba Parkinsona.

 

Źródło: Live Science, fot. CC0 Public Domain/ PxHere