Зачем мозгу столько энергии?

То, что мозг расходует больше энергии, чем любой другой орган, и тратит до 20% всех вырабатываемых организмом мощностей известно давно. До сих пор специалисты придерживались мнения, что основная часть этой энергии тратится на взаимодействие нейронов между собой.

Ученые университета штата Миннесота установили, что около двух третей своего энергетического бюджета мозг тратит на генерацию нервных импульсов, а оставшуюся треть – на поддержания нормального состояния клеток. Авторы пришли к такому выводу на основе обработки изображений, полученных с помощью магниторезонансной спектроскопии, используемой для оценки уровня продукции энергии во время изменений активности работы мозга. Они утверждают, что этот метод, используемый уже в течение более 30 лет и позволяющий отследить судьбу продуктов метаболизма в различных тканях, в будущем может оказаться полезным для выявления дефектов мозга, опухолей или ранних симптомов нейродегенеративных заболеваний.

Ученые использовали магниторезонансную спектроскопию для изучения активности синтеза аденозинтрифосфата (АТФ) – основного источника энергии клетки – в мозге крыс. Для этого оборудование программировали на выявление в организме комбинации из трех атомов фосфора, входящей в состав каждой молекулы АТФ. Целью работы было изучение возможной взаимосвязи между выработкой АТФ и активностью мозга путем измерения количества энергии, выделяемого мозгом при различных уровнях активности.

Как и предполагалось, уровень продукции АТФ значительно изменялся в зависимости от активности мозга. При нокаутировании крыс АТФ в их мозге вырабатывалось в 2 раза меньше, чем в состоянии легкой анестезии. Авторы утверждают, что в неактивном состоянии мозг тратит энергию в основном на поддержание жизнедеятельности клеток, в то время как дополнительная АТФ, синтезируемая в более сознательном состоянии, расходуется на осуществление других функций мозга. По их оценкам, только около трети АТФ, синтезируемой полностью бодрствующим мозгом, расходуется на поддержание жизнедеятельности клеток, а все остальное – на другие функции.

Поддержание нормального состояния нейронов необходимо для полноценного функционирования ткани мозга и нормального протекания многих биологических процессов в мозге, в том числе межнейронных взаимодействий. Заряженные ионы натрия, калия и кальция постоянно перемещаются через мембраны нервных клеток, обеспечивая их перезарядку и генерацию нервных импульсов. Эти процессы требуют значительных затрат энергии, и их нарушения могут приводить к накоплению ионов внутри клеток, их набуханию и гибели.

Сходные результаты авторы получили при изучении энергетических затрат мозга кота, которые значительно увеличивались при визуальной стимуляции животного. В ближайшем будущем они планируют провести схожие эксперименты с участием людей.

Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам Scientific American

07.05.2008