大腦對能量的需求很高,對缺氧反應非常敏感。
慕尼黑的路德維希·馬克西米利安斯大學神經生物學家現在首次成功地將耗氧量與某些神經細胞的活動直接相關。
與體重相比,大腦需要不成比例的能量,該能量主要由耗氧量很大的需氧代謝過程產生,因此,大腦中的氧氣濃度是影響神經細胞和神經膠質細胞功能的重要參數。
然而,迄今為止尚不清楚大腦中消耗了多少氧氣以及它與神經元活動的關係。神經生物學家現在首次成功地在完整的大腦中直接對其進行測量並將其與神經細胞活動相關聯。
在已經建立的動物模型中,科學家們使用電化學傳感器確定大腦和其中一個腦室中的氧氣濃度。
他們能夠在藥理物質的幫助下,專門控制大腦可用的氧氣量,並抑制神經細胞的活動。
以控制眼球運動的神經細胞為例,科學家成功地直接記錄了氧消耗與神經細胞活動之間的關係。
他們發現在正常的空氣飽和環境中,大腦缺氧,這意味著無法檢測到氧氣。
因此,細胞立即將完全的氧氣用於合成能量豐富的物質。
如果可獲得的大氣中氧氣濃度的兩倍以上,則能量代謝就會飽和,並且大腦中會大量存在氧氣。
他們還能夠證明,在正常手術期間,僅約50%的氧氣用於神經細胞活動。
因此,其他50%的神經膠質細胞和維持神經細胞的基本代謝率是必需的。
但是,活性增強的神經細胞會消耗更多的氧氣。
因此,膠質細胞和維持神經細胞的基本代謝率還需要另外50%。
為了更好地理解大腦中信息的處理方式,了解氧的有效性與大腦活動之間的關係至關重要。
科學家的研究結果對此提供了初步的見識,並且為進一步研究大腦在未來的實驗中的能量平衡以及測量各種神經細胞功能的耗氧量提供了重要的基礎。
從醫學的角度來看,這也可能是有意義的,例如,以更好地理解大腦缺氧的後果或更好地解釋通過成像技術獲得的關於大腦活動的信息。