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    • 为何当我们身体休息时,大脑也要占去身体20%的能耗?

      为何当我们身体休息时,大脑也要占去身体20%的能耗?插图

      人类大脑消耗的能量是身体其他部分的10倍,哪怕在休息时,大脑平均占用摄入总量的20%。

      即使在被称为 “脑死亡” 的昏迷者身上,大脑所消耗的能量也是其他器官的两到三倍。

      这是人类神经科学的一个巨大谜团:为什么一个基本不活动的器官仍然需要如此多的能量?

      一项新的研究将答案归结为隐藏在我们神经元内微小而秘密的燃料消耗器。

      当一个脑细胞向另一个神经元传递信号时,它要通过突触进行。

      首先,突触前的神经元将一堆囊泡送到它的尾部,即最靠近突触的地方。然后这些囊泡从神经元内吸进神经递质,有点像 “信封”,里面装着需要邮寄的信息。

      然后,这些填充的 “信封” 被运送到神经元的最边缘,在那里它们与膜 “对接” 并融合,将其神经递质释放到突触间隙。

      一旦这些递质与 “突触后” 细胞上的受体相连,就可继续传递信息。

      我们已经知道,这一基本过程中的步骤需要大量的大脑能量,特别是当涉及到囊泡融合时。最接近突触的神经末端(终端)不能储存足够的能量分子,这意味着它们必须自行合成,以便在大脑中传导电信息。

      因此,一个活跃的大脑消耗大量的能量是有道理的。但是,当神经发射进入静止状态,囊泡从未与膜对接时,这个系统会发生什么?为什么这个器官会继续耗费能量?

      为了弄清楚这个问题,研究人员设计了几个关于神经终端的实验,这些实验比较了突触在活动和不活动时的代谢状态。

      即使在神经末梢不发射时,作者也发现突触囊泡有很高的代谢能量需求。负责将正离子推出囊泡,从而将神经递质吸入囊泡的泵似乎从不休息。它需要源源不断的能量来工作。

      事实上,在实验中,这个 “隐藏” 的泵要对静止的突触的一半代谢消耗负责。

      研究人员说,这是因为这个泵往往是漏的。因此,突触小泡不断地通过它们的泵溢出正电离子,即使它们已经充满了神经递质,而且神经元没有活动。

      作者总结说:”鉴于人类大脑中有大量的突触,而且每个神经终端都有数百个SV,这种使突触迅速恢复到'准备'状态的隐性代谢成本是以主要的[突触前能量]和燃料消耗为代价的,很可能大大增加了大脑的代谢需求和代谢的脆弱性。

      需要进一步的研究来收集不同类型的神经元如何受到这种高代谢负担的影响,因为它们可能不会都以同样的方式作出反应。

      例如,大脑中的一些神经元可能更容易受到能量损失的影响,弄清楚原因可以让我们保留这些信使,即使在被剥夺氧气或糖的情况下。

      纽约市威尔康奈尔医学院的生物化学家蒂莫西·瑞安说:”这些发现帮助我们更好地理解为什么人类大脑对其燃料供应的中断或减弱如此脆弱。

      “如果我们有办法安全地降低这种能量消耗,从而减缓大脑的新陈代谢,这在临床上可能是非常有影响的。”

      该研究发表在《科学进展》上。

      广东·东莞
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