De ce creierul consumă atât de multă energie, chiar și în repaus? Oamenii de știință cred că au descoperit răspunsul

Creierul uman consumă de până la 10 ori mai multă energie decât restul corpului, consumând în medie 20% din energia utilizată chiar şi atunci când ne odihnim.

Acesta este unul dintre marile mistere ale neuroștiinței umane: de ce un organ continuă să consume atât de multă energie chiar dacă este în mare măsură inactiv?

Un nou studiu sugerează un posibil răspuns la această întrebare indicând un mic și secret consumator de energie ce se află ascuns în neuroni.

Celulele creierului (neuronii) comunică între ele prin semnale transmise prin sinapse. Sinapsa este zona de contact dintre doi neuroni.

Credit: mr.suphachai praserdumrongchai/iStock/Getty Images

Neuronul presinaptic trimite o mulţime de vezicule la capătul axonului („coada” neuronului) cât mai aproape de sinapsă. Aceste vezicule absorb neurotransmițători din interiorul neuronului acționând ca niște „plicuri” cu mesaje care trebuie trimise prin poștă.

Aceste „plicuri” umplute sunt apoi transportate până la marginea neuronului unde se leagă şi fuzionează cu membrana, eliberându-şi neurotransmițătorii în golul sinaptic. Odată ajunşi aici, transmițătorii se conectează la receptorii de pe celula postsinaptică, continuând astfel mesajul.

Se ştie că pașii acestui proces fundamental necesită o cantitate substanțială de energie pentru creier, mai ales pentru fuziunea veziculelor cu membrana. Capetele nervoase (terminalele) cele mai apropiate de sinapsă nu pot stoca suficiente molecule, ceea ce înseamnă că trebuie să le sintetizeze singure pentru a avea energie şi a conduce mesajele electrice în creier.

În concluzie, are sens ca un creier activ să consume multă energie. Dar ce se întâmplă atunci când activitatea neuronală scade și veziculele neuronale nu se ataşează de membrană? De ce creierul continuă să consume atât de multă energie?

Pentru a înțelege acest lucru, cercetătorii au efectuat mai multe experimente pe terminalele nervoase pentru a compara starea metabolică a sinapsei atunci când este activă și atunci când este inactivă.

Chiar și atunci când terminalele nervoase nu indicau o activitate neuronală, cercetătorii au descoperit că veziculele sinaptice solicitau o energie metabolică mare.

Se pare că „pompa” care este responsabilă cu împingerea protonilor din vezicule și, prin urmare, cu aspirarea neurotransmițătorilor nu se opreşte niciodată. Aceasta necesită un flux constant de energie pentru a funcționa.

De fapt, această „pompă ascunsă” a fost responsabilă pentru jumătate din consumul metabolic al sinapselor de repaus în experimente.

Acest lucru se datorează faptului că această „pompă” tinde să aibă scurgeri, spun cercetătorii. Ca atare, veziculele sinaptice revarsă, în mod constant, protoni prin intermediul pompelor lor, chiar dacă sunt deja pline de neurotransmițători și chiar dacă neuronul este inactiv.

„Având în vedere numărul mare de sinapse din creierul uman și prezența a sute de vezicule sinaptice la fiecare din aceste terminale nervoase, acest cost metabolic ascuns al sinapselor care revin rapid în starea „pregătit” implică o energie presinaptică majoră ceea ce contribuie, probabil, în mod semnificativ la cerințele metabolice ale creierului și la vulnerabilitatea metabolică”, concluzionează autorii atudiului.

Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a afla cum sunt afectate diferitele tipuri de neuroni de sarcinile metabolice atât de mari, deoarece este posibil să reacţioneze diferit.

Unii neuroni din creier, de exemplu, pot fi mai vulnerabili la pierderea de energie și atunci am  putea înţelege cum să păstrăm acești mesageri chiar și atunci când sunt lipsiți de oxigen sau zahăr.

„Aceste descoperiri ne ajută să înțelegem mai bine de ce creierul uman este atât de vulnerabil la întreruperea sau diminuarea alimentării sale cu energie.

Dacă am putea reduce în siguranță această pierdere de energie pentru a încetini astfel metabolismul creierului, atunci acest lucru ar putea avea un mare impact clinic”, a declarat biochimistul Timothy Ryan de la Weill Cornell Medicine din New York.

Studiul a fost publicat în Science Advances.

Traducere după Scientists Have Finally Discovered Why The Brain Consumes So Much Energy, Even at Rest