تخلیه انرژی مغز هنگام استراحت
به گزارش سیناپرس، به طور کلی مغز انسان نسبت به سایر اندام ها انرژی بسیار بیشتری مصرف کرده و به طرز شگفت انگیزی، حتی زمانی که نورون هایش سیگنال هایی به نام انتقال دهنده های عصبی را به یکدیگر ارسال نمی کنند، همچنان یک مصرف کننده انرژی باقی می ماند. بنابراین دانشمندان به بررسی این تخلیه انرژی پرداخته و علت آن را به دست آوردند.
محققان پزشکی دانشکده پزشکی وایل کرنل (Weill Cornell Medicine) واقع در منهتن، نیویورک ایالات متحده امریکا دریافته اند که فرآیند بسته بندی انتقال دهنده های عصبی ممکن است مسوول این تخلیه انرژی باشد.
آنها در تحقیقات خود، کپسول های ریزی به نام وزیکول سیناپسی را به عنوان منبع اصلی مصرف انرژی در نورون های غیرفعال شناسایی کردند. به گزارش سیناپرس، نورون ها از این وزیکول ها به عنوان محفظه ای برای مولکول های انتقال دهنده عصبی خود استفاده کرده که از درگاه های ارتباطی به نام پایانه های سیناپسی برای ارسال سیگنال به نورون های دیگر شلیک می کنند.
مشاهده این موضوع که مغز مقدار زیادی انرژی مصرف می کند، حتی زمانی که در حال استراحت است، به چندین دهه قبل از مطالعات استفاده از سوخت مغز در حالت های کما و رویشی باز می گردد. به گزارش سیناپرس، این مطالعات نشان داد که حتی در این حالت های عمیقا غیرفعال، مصرف گلوکز مغز معمولاً تنها به نصف کاهش می یابد که همچنان مغز را به عنوان مصرف کننده انرژی بالاتری نسبت به سایر اندام ها باقی نگه می دارد. به گزارش سیناپرس، تا کنون منابع این تخلیه انرژی در حال استراحت به طور کامل شناخته نشده بود.
دکتر رایان و همکارانش در آزمایشگاه، در سال های اخیر نشان داده اند که پایانه های سیناپسی نورون ها، رشدهای جوانه مانندی که از آنها انتقال دهنده‌های عصبی را شلیک می کنند، مصرف‌کنندگان اصلی انرژی در زمان فعال بوده و به هرگونه اختلال در عرضه سوخت خود بسیار حساس هستند.
در مطالعه جدید، آنها مصرف سوخت در پایانه های سیناپسی را در صورت غیرفعال بودن بررسی کردند و دریافتند که هنوز هم این مصرف انرژی زیاد است.
اعضای این تیم مطالعاتی کشف کردند که مصرف سوخت بالا در حالت استراحت عمدتاً به دلیل وجود وزیکول ها در پایانه های سیناپسی است. به گزارش سیناپرس، در طول عدم فعالیت سیناپسی، وزیکول ها به طور کامل با هزاران انتقال دهنده عصبی بارگیری شده و آماده می شوند تا این محموله های حامل سیگنال را از طریق سیناپس ها به نورون های شریک ارسال کنند.
این سوال مطرح می شود که چرا یک وزیکول سیناپسی حتی در صورت بارگیری کامل انرژی مصرف می کند؟ محققان دریافتند که اساساً یک نشت انرژی از غشای وزیکول وجود دارد، یک جریان پروتون، به طوری که یک آنزیم پمپ پروتون ویژه در وزیکول باید به کار خود ادامه دهد حتی در زمانی که وزیکول پر از مولکول های انتقال دهنده عصبی است.
به گزارش سیناپرس، آزمایش ها پروتئین هایی به نام انتقال دهنده را به عنوان منابع احتمالی نشت این پروتون نشان دادند. انتقال دهنده ها معمولاً انتقال دهنده های عصبی را به داخل وزیکول ها می آورند، شکل آنها را تغییر داده تا انتقال دهنده عصبی را به داخل منتقل کنند، اما در همان زمان به پروتون اجازه می دهند تا از آن خارج شود.
به نظر دکتر رایان، آستانه انرژی برای این تغییر شکل انتقال دهنده توسط تکامل پایین تنظیم شده است تا بارگذاری مجدد انتقال دهنده عصبی سریع تر در طول فعالیت سیناپسی و در نتیجه تفکر و عمل سریع تر فراهم شود. نقاط منفی قابلیت بارگیری سریعتر این است که حتی نوسانات حرارتی تصادفی می تواند تغییر شکل ناقل را تحریک کرده و باعث تخلیه مداوم انرژی حتی زمانی که هیچ انتقال دهنده عصبی بارگیری نمی شود، گردد.
اگرچه نشت در هر وزیکول بسیار کم است، اما حداقل صدها تریلیون وزیکول سیناپسی در مغز انسان وجود دارد که افزایش تخلیه انرژی را به دنبال خواهد داشت.
این یافته ها پیشرفت قابل توجهی در درک زیست شناسی اساسی مغز محسوب می شود.به گزارش سیناپرس، علاوه بر این، آسیب پذیری مغز در برابر اختلال در تامین سوخت آن یک مشکل عمده در عصب شناسی است و کمبود متابولیک در بسیاری از بیماری های مغزی رایج از جمله آلزایمر و بیماری پارکینسون مشاهده شده است. این تحقیقات در نهایت می تواند به حل معماهای مهم پزشکی کمک کرده و درمان های جدیدی را پیشنهاد کند.
دکتر رایان می گوید اگر ما راهی برای کاهش ایمن تخلیه انرژی و در نتیجه کاهش متابولیسم مغز داشته باشیم، از نظر بالینی می تواند بسیار تاثیرگذار باشد. بنابراین تحقیقات و آزمایش های بیشتری در این زمینه لازم به نظر می رسد.
شرح کامل این پژوهش ها و نتایج حاصل از آن در آخرین شماره مجله پیشرفت های علم (Science Advances) منتشر شده و قابل دسترس و مطالعه است.
مترجم: نیروانا محمدحسینی
منبع: news-medical
