Чому наш мозок використовує стільки енергії Agence Science-Presse
Мозок на всіх рівнях
Почнемо з допису минулого тижня, який привернув увагу до ендогенної активності мозку для задоволення його постійних високих потреб у енергії на молекулярному рівні. Справді, я вже писав тут, хоча це становить лише 2% ваги людського тіла, мозок постійно споживає близько 20% поживної енергії та кисню, поглиненого організмом. Отже, це на сьогоднішній день найбільш енергоємний орган в організмі, як показано на зображенні вище, де його метаболічна активність порівнюється з активністю серця і печінки.
Ми знаємо, що мозок містить два основні типи клітин, нейрони та гліальні клітини, приблизно в однакових кількостях (85 мільярдів) для обох (хоча пропорції сильно варіюються залежно від розглянутих структур мозку). Однак нейрони є енергоємними людьми нашого мозку, які споживають майже 80% енергії мозку. І що робити? Головним чином для роботи іонних транспортерів (або "іонних насосів"), які є трансмембранними білками, що дозволяють виділяти певні іони, а інші надходити в нейрон проти їх електрохімічного градієнта.
Тому що ми повинні пам’ятати, що всі наші мозкові процеси, з яких випливає наша думка, засновані на електрохімічній активності («нервові імпульси» або «потенціали дії»), яка циркулює вздовж аксонів наших нейронів, які утворюють складні мережі. наш “коннектом”). Однак нервовий імпульс виробляється надходженням іонів натрію в нейрон і майже негайним виділенням іонів калію, створюючи тим самим коротку деполяризацію, яка передається поетапно і яка називається потенціалом дії. І якщо цей потенціал дії може відбутися так швидко (за кілька мілісекунд), то це тому, що іони рухаються і виходять дуже швидко, як тільки їх відповідні канали відкриваються в клітинній мембрані, дотримуючись їх електрохімічного градієнта. Вони швидко переходять з найбільш концентрованого відсіку в найменш концентрований, не потребуючи для цього вкладеної енергії.
То чому нейрони такі енергоємні? Просто тому, що якби діяв лише цей процес, електрохімічні градієнти не зрівнялися б по обидва боки нервової мембрани, і будь-яка можливість генерувати нові нервові імпульси була б неможливою. Тож вам доведеться постійно відтворювати ці електрохімічні градієнти, активно відкачуючи натрій з нейрону та калій у нього, а це забирає енергію! До речі, нецікаво відзначити, що те, як цей білковий насос змінює форму, щоб виконувати свою роботу, було з’ясовано лише в 2013 році, як це пояснювалось у першому посиланні нижче (де також згадується, що 40% загальної енергії, яку ми споживаємо, призначена для ці насоси, які ми також знаходимо у великій кількості в наших м’язах).
Ця постійна робота, оскільки нервові імпульси постійно обмінюються в наших нейронних мережах, тому саме іонні насоси калію натрію забезпечують це завдяки постійному надходженню аденозинтрифосфату (або АТФ), невеликої молекули, отриманої з глюкози, яку ці насоси можуть використовувати безпосередньо. Тож ми тепер краще розуміємо, чому наше мислення плутається, коли нам не вистачає енергії, а пошкодження мозку відбувається, коли бракує кисню лише на кілька хвилин.
Стаття Джона Лієфа, яка надихнула мене на цю тему, також викликала у мене посмішку, коли він згадує, що нейрони черпають свою енергію переважно за допомогою так званого "окисного" метаболічного шляху (який використовує кисень) і що гліальні клітини (особливо астроцити) використовують шлях гліколізу (який не потребує кисню).
Це тому, що ті, хто стежить за цим блогом, можливо, помітили (!), Мене дуже цікавить робота Анрі Лейборита, якого я вважаю попередником сучасної когнітивної науки. І я знаходжу в цій різниці, яку тепер визнають між метаболічними шляхами нейрону і гліальної клітини, спостереження, зроблене вже Лейборитом на початку 1960-х рр. З цього приводу я просто цитую уривок з презентації "Les intuitions de Laborit" "про мозок", який я дав кілька тижнів тому в Монреалі і з яким ви можете проконсультуватися за посиланнями нижче.
Короткий висновок про енергію, яка дозволяє мені писати ці рядки, як і обіцяно у вступі до цього допису. Тож до мене приходить глюкоза, яку я ковтаю через продукти, які я можу собі купити! І це, я можу зробити це частково завдяки вашим щедрим пожертвам, зробленим на сайті, як зазначено в оновленні, яке я щойно зробив під "термометром пожертв" навпроти, як це роблю двічі на рік. Тож я ще раз щиро дякую вам за цю "метаболічну" підтримку (!) І запевняю вас, що я присвячую найкращі години нейрональної діяльності, які мій мозок може надати цьому блогу ...
Я додаю остаточне посилання нижче, яке приходить до мене, коли я розміщую цю публікацію в Інтернеті, оскільки вона стосується саме сьогоднішньої теми. Сузана Геркулано-Хоузел, яка брала участь у дослідженні 2009 року щодо підрахунку наших нейронів і гліальних клітин, про яке йшлося вище, щойно опублікувала в березні 2016 року книгу «Людська перевага», центральною теорією якої є те, що винахід приготування їжі дозволило б підвищити калорійність споживання, ніж наші предки 1,5 мільйона років тому, перевага, яка сприяла б розповсюдженню нейронів в корі людини, відповідальних за наші найвидатніші "вищі функції".