Proč spotřebuje mozek tolik energie?

Mozek využívá mnohem víc energie než kterýkoliv jiný lidský orgán. Až doposud si většina vědců myslela, že mozek využívá veškeré množství této energie k pohonu elektrických impulsů a které neurony mezi sebou využívají při komunikaci. Domnívali se, že je vše spotřebováno při odesílání impulsů.

Mozek využívá mnohem víc energie než kterýkoliv jiný lidský orgán, toto množství odpovídá 20 procentům celkového výkonu lidského těla. Až doposud si většina vědců myslela, že mozek využívá veškeré množství této energie k pohonu elektrických impulsů a které neurony mezi sebou využívají při komunikaci. Domnívali se, že je vše spotřebováno při odesílání impulsů.

Nová studie řízená Národní Akademií vědců v USA odhalila, že dvě třetiny energie v mozku jsou využity pomocí neuronů nebo pomocí nervových buněk na odeslání signálu. Zbývající třetina je využívána k tomu, co spolu autor studie Wei Chen radiolog ze Zdravotní školy Minnesotské Univerzity (University of Minnesota Medical School) popisuje jako, zdravotní prevenci a údržbu buněk.

Výzkumníci dosáhli tohoto závěru, zobrazením mozku pomocí spektroskopické magnetické resonance (MRS), aby mohli změřit jeho produkci energie v různých situacích. Chen tvrdí, že technologie, která existuje už tři desetiletí a je používána k vyhledávání produktů metabolismu v různých tkáních, by mohla jednoho dne být důkazním nástrojem pro zjišťování mozkových defektů a při diagnostice nádorů nebo předchůdců neurodegeneračních chorob (jako jsou Alzheimerova nebo Parkinsonova nemoc).

Chen a jeho kolegové použili MRS k změření hodnoty produkce adenosine triphosphat (ATP), základního zdroje energie v buňkách krysího mozku. MRS používá magnetické resonanční zobrazování (MRI), přístroj naprogramovaný ke sběru jednotlivých elementů v těle - v tomto případě tři atomy fosforu z každé molekuly ATP. Jejich cílem je determinovat ATP produkty, které jsou propojeny s mozkovými aktivitami a to tak, že změří spotřebovanou energii během různých úrovní vědomí.

Hodnoty ATP se viditelně mění v závislosti na mozkové aktivitě. Tým zaznamenal, že jakmile jsou laboratorní krysy omráčeny, začnou produkovat o 50 procent méně ATP molekul, než když jsou v částečné anestezii. ATP vyprodukované ve chvíli kdy je mozek neaktivní, vypadají, že jsou využívány hlavně na údržbu buněk, kdežto dodatečné ATP nalezené u bdělejších jedinců poháněly ostatní mozkové funkce. Domnívají se, že v plně bdělém stavu je využívána pro údržbu buněk pouze jedna třetina vyprodukovaných ATP a zbytek je využíván pro jiné aktivity mozku.

"Udržovací energie je důležité pro zachování mozkových tkání při životě," říká Chen, "a pro mnoho dalších biologických procesů mozku," například pro komunikaci neuronů. Nabité atomy sodíku, kalcia a draslíku (neboli ionty) jsou pravidelně propouštěny membránami buněk, takže se neurony mohou znovu nabít. ATP zásobují tyto ionty energií, takže mohou proniknout membránami buněk. Chen říká, že zde musí být dostatek energie k udržení náležité iontové rovnováhy vně i uvnitř buňky; pokud by se jich uvnitř zachytilo mnoho, mohlo by dojít ke zvětšování buňky, což by ji mohlo poškodit a později vyústit až v mrtvici nebo jiné komplikace.

Tým už také studuje energetické požadavky kočičího mozku, u kterého je už také na první pohled vidět závislost na tom, zdali je kočka stimulovaná nebo v bdělém stavu. Dalšími na řadě jsou lidé, které jak Chen doufá, bude moci studovat už "velice brzy".

zdroj: http://www.sciam.com/article....