Головной мозг человека тратит больше энергии, чем любой другой орган, даже когда работает на очень «низких оборотах». И недавнее исследование американских ученых позволило установить канал и выяснить причины постоянной «утечки» энергии
Наш головной мозг использует около пятой части всей энергии, потребляемой организмом: энергетические потребности мозговых тканей в среднем в 8–10 раз больше, чем у любых других тканей. Неудивительно, что он крайне чувствителен к недостатку основного метаболического «топлива» – углевода глюкозы.
Даже в состоянии комы, когда мозговая активность практически отсутствует, потребление глюкозы мозгом снижается обычно лишь наполовину от нормы. Верно и обратное: если в крови уровень глюкозы понизится вдвое, человек впадет в коматозное состояние. Даже очень краткие перебои в обеспечении мозга кровью, доставляющей кислород и глюкозу, приводят к серьезным неврологическим нарушениям.
Ранее ученые из Медицинского колледжа Вейля при Корнельском университете (США) выяснили, что такая уязвимость мозга связана с работой синапсов – образований на концах длинных отростков нейронов (аксонов), которые обеспечивают транснейронную передачу информации в виде нервного импульса. Сейчас исследователи доказали, что синапсы активно потребляют энергию даже в неактивных нейронах.
Но вот на что конкретно эта энергия тратится? Дело в том, что передача нервного импульса между нейронами происходит за счет выделения и поглощения специальных веществ – нейромедиаторов. Эти вещества высвобождаются пресинаптической мембраной клетки-«передатчика», а затем воспринимаются постсинаптической мембраной клетки-«приемника».
Сами нейромедиаторы выходят упакованные в специальные контейнеры – синаптические пузырьки. И оказалось, что по своей природе процесс «упаковки» энергетически «дырявый»: из мембраны синаптического пузырька все время идет утечка энергии в виде протонов. А чтобы ее возместить, постоянно работает особый фермент – протонный насос, на что требуется немалая энергия.
Как показали эксперименты, источниками утечки протонов служат белки, доставляющие нейромедиаторы в синаптические пузырьки. Они при этом изменяют свою форму, что и способствует потере протона.
Такой способ работы белков-переносчиков, очевидно, эволюционно выгоден, так как обеспечивает быструю «перезагрузку» нейромедиаторов в нейронах и, соответственно, быструю работу мозга. Однако изменение формы этих белков может происходить даже тогда, когда все пузырьки загружены и синапсы неактивны, например, под действием случайных тепловых колебаний. Соответственно, постоянно идет и утечка энергии. В масштабах одного синаптического пузырька эти энергетические потери невелики, но на уровне мозга в целом они оказываются очень большими.
Так что наш мозг «прожорлив» неслучайно – это плата за полную «боевую готовность», в которой он находится. Но если вдруг удастся научиться безопасно замедлять энергозатратные процессы в синапсах, это увеличит устойчивость мозга к недостатку энергии, что может быть полезно для медицинских целей.
Фото: https://pixabay.com
