Creierul uman are, în general, un factor de siguranță foarte mic în ceea ce privește alimentarea cu combustibil. Scurtele schimbări în nivelul de glucoză din sânge sau întreruperile temporare în fluxul sanguin care blochează transportul glucozei și al oxigenului (două elemente necesare pentru crearea sursei de energie a creierului) pot provoca tulburări neurologice severe.
Creierul uman este “vinovat” de un consum de energie inimaginabil de mare. Acesta consumă de până la 10 ori mai multă energie decât restul corpului. Astfel, în medie, 20% din combustibilul total al corpului este consumat, chiar și în starea de repaus, de la umeri în sus.
La pacienții în comă, despre care se spune că sunt „în moarte cerebrală”, doar de două până la trei ori mai puțină energie este consumată de creier decât în mod obișnuit. Acesta este unul dintre marile mistere ale neuroștiinței umane: de ce un organ, în acest caz în mare măsură inactiv, continuă să necesite atât de multă energie? Un nou studiu îndreaptă atenția către un mic consumator de combustibil, ascuns în neuronii noștri.
Când o celulă a creierului transmite un semnal unui alt neuron, o face printr-o sinapsă sau printr-un mic culoar de comunicare între celulă și neuron. În primul rând, neuronul presinaptic trimite o mulțime de vezicule la capătul cel mai aproapiat de sinapsă al neuronului. Aceste vezicule absorb apoi neurotransmițători din interiorul neuronului, acționând ca niște „plicuri” care dețin mesaje ce trebuie trimise prin poștă. Aceste „plicuri” pline sunt apoi transportate chiar la marginea neuronului, unde staționează și ulterior se fuzionează în membrana celulară, eliberând neurotransmițători în fanta sinaptică. Odată ajunși aici, acești transmițători se conectează la receptorii de pe celula „post-sinaptică”, sau receptorul mesajului, continuând astfel derularea instrucțiunilor din plic.
Cercetătorii cunosc deja faptul că pașii procesului menționat mai sus necesită o cantitate substanțială de energie, mai ales în cadrul etapei de fuziune a veziculelor cu membrana celulară. Mai mult, capetele nervoase sau terminalele cele mai apropiate de sinapsă, nu au capacitatea de a stoca suficiente molecule de energie, ceea ce înseamnă că energia trebuie să fie sintetizată în timp real pentru a conduce mesaje electrice în creier.
Prin simpla funcționare continuă a acestui proces, este de la sine înteles că un creier activ consumă multă energie. Pentru mult timp însă, a fost un mister de atunci când declanșarea neuronală este inactivă și veziculele nu staționează pe membrană creierul consumă atât de multă energie?
Pentru a înțelege acest fenomen, cercetătorii au proiectat mai multe experimente pe terminalele nervoase, comparând starea metabolică a sinapsei atunci când este activă cu cea atunci când este inactivă. Răspunsurile duc către plicurile cu informații.
Se pare că este vorba despre pompa de protoni. Pompa de protoni este un mecanism responsabil pentru împingerea protonilor din veziculă și, prin urmare, aspirarea neurotransmițătorilor care pare că nu se odihnește niciodată. Iar aceasta necesită un flux constant și considerabil de energie pentru a funcționa.
În experimentele derulate, această pompă este culpabilă pentru jumătate din consumul metabolic al sinapselor în repaus. Acest lucru se datorează faptului că pompa funcționează fără oprire, deoarece veziculele au scurgeri constante de protoni, spun cercetătorii. Ca atare, veziculele sinaptice revarsă protoni indiferent dacă creierul este activ sau inactiv. Astfel, pompa se luptă continuu pentru a menține starea de homeostază, iar pentru rularea acesteia este pivotală o sursă de energie neîntreruptă.
“Scurgerile nu sunt mari, dar dacă luam în considerare câți neuroni se găsesc în creierul uman și însumăm acest fenomen, scurgerile acestea devin un cost metabolic major chiar și în perioadele în care creierul nu este activ”, spune Ryan, unul dintre cercetători. Nu este clar de ce creierul nostru a evoluat să aibă aceste scurgeri, iar acest aspect urmează să fie investigat.
Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a afla dacă toate tipurile de neuroni sunt afectate în mod similar sau dacă există categorii de neuroni ale căror sarcină metabolică este mai diminuată. De exemplu unii neuroni din creier pot fi mai vulnerabili la pierderea de energie. Deslușirea acestor mistere ne-ar putea informa de modul în care am putea să păstrăm acești mesageri, chiar și în situații critice când oxigenul sau zahărul lipsesc.
„Aceste descoperiri ne ajută să înțelegem mai bine de ce creierul uman este atât de vulnerabil la întreruperea sau slăbirea alimentării sale cu hrană dorită, oxigenul sau zaharurile”, spune biochimistul Timothy Ryan de la Weill Cornell Medicine din New York. „Dacă am avea o modalitate de a reduce în siguranță scurgere de energie asociată pompei de protoni și, astfel, de a încetini metabolismul creierului, acest lucru ar putea avea un mare impact clinic.”
Descoperirea unei metode prin care am putea să “bandajăm” temporar pompa de protoni sau să încetinim scurgerea acesteia, fără reacții adverse, ar putea diminua riscurile pe care le implică un accident vascular sau un eveniment de hipoxie cerebrală. Acest lucru ar putea oferi posibiliatea de a salva viețile miilor de oameni ce pot fi supuși unui accident cerebral vascular în orice clipă sau a celor ce suferă de epilepsie.
Articol de Victoria Nănău
