Защо мозъкът ни използва толкова много енергия Agence Science-Presse
Мозъкът на всички нива
Нека започнем от публикацията от миналата седмица, която насочи вниманието към ендогенната активност на мозъка за справяне с постоянното му високо енергийно търсене на молекулярно ниво. Всъщност тук вече писах, въпреки че той представлява само 2% от телесното тегло на човека, мозъкът консумира постоянно около 20% от хранителната енергия и кислорода, абсорбирани от тялото. Следователно той е най-енергоемкият орган в тялото, както е показано на изображението по-горе, където неговата метаболитна активност се сравнява с тази на сърцето и черния дроб.
Знаем, че мозъкът съдържа два основни типа клетки, неврони и глиални клетки, приблизително в равни количества (85 милиарда) и за двете (въпреки че пропорциите варират значително в зависимост от разглежданите мозъчни структури). Въпреки това невроните са енергийните огъри на нашия мозък, консумиращи почти 80% от мозъчната енергия. И да направя какво? Главно за експлоатация на йонни транспортери (или „йонни помпи“), които са трансмембранни протеини, позволяващи отделни йони да се освобождават, а други да навлизат в неврона срещу техния електрохимичен градиент.
Защото трябва да помним, че всички наши мозъчни процеси, от които произтича нашата мисъл, се основават на електрохимична активност („нервните импулси“ или „потенциали за действие“), която циркулира по аксоните на нашите неврони, които образуват сложни мрежи в различни мащаби ( нашия “connectome”). Въпреки това, нервният импулс се произвежда от навлизането на натриеви йони в неврона и от почти незабавното освобождаване на калиеви йони, като по този начин се създава кратката деполяризация, която се предава стъпка по стъпка и която се нарича потенциал на действие. И ако този потенциал за действие може да възникне толкова бързо (за няколко милисекунди), това е така, защото йоните се придвижват и излизат много бързо веднага щом съответните им канали се отворят в клетъчната мембрана, следвайки техния електрохимичен градиент. Те бързо преминават от най-концентрираното отделение към най-слабо концентрираното, без да се нуждаят от вложена енергия, за да го направят.
И така, защо невроните са толкова енергоемки? Просто защото ако действаше само този процес, нямаше да отнеме много време електрохимичните градиенти да се изравнят от двете страни на невронната мембрана и всяка възможност за генериране на нови нервни импулси би била невъзможна. Така че трябва постоянно да пресъздавате тези електрохимични градиенти, като активно изпомпвате натрий от неврона и калий в него, а това отнема енергия! Между другото, не е безинтересно да се отбележи, че как тази протеинова помпа променя формата си, за да си върши работата, е изяснено едва през 2013 г., както е обяснено в първата връзка по-долу (която също споменава, че 40% от общата енергия, която консумираме, е предназначена за тези помпи, които също намираме в големи количества в мускулите си).