нейрон
Кредит: общественное достояние

Предполагается, что в мозге есть гомеостатические механизмы, предотвращающие истощение клеточной энергии, необходимой для всех клеточных процессов. Например, кровоток увеличивается, а кислород и глюкоза активно доставляются в ту область мозга, в которой происходит нервная активация. Кроме того, церебральный кровоток и поглощение глюкозы клетками колеблются, сопровождая изменения клеточной активности в мозге в зависимости от состояния сна и бодрствования животных. В рамках этих механизмов гомеостатической энергии мозга предполагается, что энергетический статус клеток в мозге может поддерживаться постоянным во всех физиологических условиях, в том числе во время сна и бодрствования животных. Однако экспериментально это не доказано.

Чтобы выяснить, является ли энергетический статус клеток в мозгу живых животных постоянным или изменчивым, исследователи измерили внутриклеточную концентрацию аденозин-5′-трифосфата (АТФ), основного метаболита клеточной энергии, с помощью флуоресцентного датчика в мозг живых мышей. Используя оптическое волокно и широкопольную микроскопию, они показали изменение уровня цитозольного АТФ в нейронах коры головного мозга в зависимости от состояния бодрствования и сна животных: уровни АТФ были высокими во время бодрствования и снижались во время не-REM сна и значительно уменьшились во время быстрого сна. С другой стороны, церебральный кровоток, как метаболический параметр для снабжения энергией, немного увеличивался во время медленного сна и значительно увеличивался во время быстрого сна по сравнению с состоянием бодрствования. Снижение уровней АТФ в нейронах также наблюдалось под общей анестезией у мышей и в ответ на локальную электрическую стимуляцию мозга для активации нейронов.ion, при этом улучшилась гемодинамика.

Поскольку нейронные уровни АТФ повышаются по всей коре в состоянии бодрствования, то есть когда возрастает потребность клеток в энергии, механизмы модуляции энергии в нейронах могут повышать уровень АТФ в нейронах во всей коре в ответ на сон — -бодрствующий переход животных. Между тем, значительное снижение уровней АТФ в нейронах во время быстрого сна, несмотря на одновременное увеличение церебральной гемодинамики для снабжения энергией, предполагает отрицательный энергетический баланс в нейронах, что может быть связано с специфическим для быстрого сна стимулированием таких энергозатратных действий, как производство тепла. Ожидается, что значительное снижение уровней АТФ в корковых нейронах во время быстрого сна будет использоваться в качестве нового биомаркера быстрого сна. В конце концов, церебральный энергетический метаболизм может не всегда удовлетворять потребности нейронов в энергии, что приводит к физиологическим колебаниям внутриклеточного уровня АТФ в нейронах.

Изменение уровней энергии нейронных клеток в масштабах всей коры мозга в зависимости от состояний сна и бодрствования
Уровни внутриклеточного АТФ отражают баланс между синтезом энергии и потреблением энергии в мозге. Во время быстрого сна активность синтеза энергии в головном мозге (измеряемая как церебральный кровоток) увеличивалась, в то время как уровни АТФ в нейронах значительно снижались, что свидетельствует о значительном увеличении активности нейронов, потребляющих энергию. Кредит: TMIMS




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *