Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Газообмін мозку перевищує газообмін м'язової тканини майже в 20 разів. Мозок дорослої людини становить 2% від маси тіла і при цьому споживає 20-25% всього витрачається організмом кисню. А у дітей до 4 років мозок споживає і зовсім до 50% кисню. За добу мозок дорослої споживає близько 80л (тобто 100кг) чистого кисню.
Стародавні і нові відділи
Филогенетически молодші передні відділи мозку значно інтенсивніше споживають кисень в порівнянні з задніми відділами - філогенетично більш старими (природно, при обліку однакового обсягу). Наприклад, периферичні нерви використовують близько 3% того кисню, який споживається еквівалентним по масі кількістю тканини ЦНС. Висновок: безглуздо робити фМРТ спинного мозку. Відмінності в інтенсивності дихання нервових клітин окремих зон кори БП виражені слабо. Це зручно для дослідження: не треба робити особливі поправки на кожен відділ, ми вже знаємо, що все більш-менш рівномірно.
Біле і сіра речовина. Глія.
Інтенсивність дихання білої речовини в 2 рази Нижче, ніж у сірого. Вважається, що причина в тому, що білій речовині менше клітин. Точно, природно, ніхто не знає. В нейронах окислювальні процеси протікають в 5 разів інтенсивніше, ніж в гліях. Споживання кисню кори БП у щурів: 70% нейрони, 30% нейрогліальні клітини. Отже, в фМРТ ми бачимо сигнал в основному від нейронів. А з гліальних клітин найбільше споживають астроцити.
Навіщо мозку потрібен кисень?
Навіщо мозку АТФ?
Основні енергозалежніпроцеси, що лежать в основі специфічних функцій нервової тканини:
· Проведення нервових іспульсов з подальшим відновленням іонної асиметрії
· Підтримка певної просторової орієнтації і конформації структурних одиниць нейрона
· Освіта синаптичних структур, функціонування синапсів
· Зберігання та переробка інформації (нейрологическая пам'ять)
· Трансмембранний перенос субстратів, нейромедіаторів
· Аксональне і ретроградний струм.
Таким чином, майже вся робота мозку вимагає витрат енергії саме через АТФ. Але велика частина АТФ витрачається на калій-натрій-АТФазной реакцію.
Що ж це за реакція?
Основний споживач АТФ в нервової тканини - натрій-калієва АТФаза. Це складний білок. По суті - калій-натріевний канал. За рахунок однієї молекули АТФ відбувається перенесення 3 іонів натрію назовні і 2 іонів калію всередину клітини. Таким чином відновлюється потенціал спокою клітини.
* Піди почитай про калій-натрієвий канал! *
Разом: основна частина кисню витрачається на відновлення нейрона. Тому на фМРТ ми бачимо в основному цей процес - відновлення нейрона. Маємо, звичайно ж, деяку затримку: ми не можемо відстежити таким чином сам ПД. Підсумкова ланцюжок: активація нейронів трата енергії (гідроліз АТФ) підвищення концентрації АДФ синтез АТФ зниження вмісту кисню та глюкози.
Синтез АТФ в мозку спостерігається не тільки при активації синаптичних рецепторів і деполяризації нейронів, але також і при деяких патологічних станах, зокрема, при запальних процесах в мозку і пошкодження клітин. Це дуже важливо для дослідження.
Як кисень потрапляє в мозок?
Приноситься кров'ю. Зокрема еритроцитами. Більшу частину клітини займає молекула гемоглобіну (приблизно 52% обсягу в мокрому і 95% в сухому вигляді). Гемоглобін - це білок, що складається з 4 поліпептидних ланцюгів. До кожної приєднана група гем, здатна приєднувати і віддавати молекули кисню. Відповідно, одна молекула гемоглобіну може утримувати 4 молекули кисню. Оксигемоглобін - з киснем і дезоксигемоглобін - вже віддав кисень.
Процес оксигенації / дезоксігенаціі гемоглобіну регулюється парціальним тиском кисню в крові. При високому парціальному тиску кисню (в капілярах легких) гемоглобін переходить в форму оксигемоглобина, а при різкому падінні парціального тиску кисню в тканинних капілярів в результаті швидкої дифузії кисню в тканини, оксигемоглобін віддає кисень і перетворюється в дезоксигемоглобін. До речі, колір крові залежить від формації саме цього білка: артеріальна червона, венозна - темно-червона.
Споживання крові мозком.
Мозок може регулювати споживання крові, і першим це показав в кінці 19-го століття А.Моссо. Експеримент у нього був дуже простий: людину клали на стіл, який був тонко урівноважений. Як тільки людина починала думати над когнітивної завданням, кров приливає до голови і стіл нахилявся.
Як активність нейронів може збільшувати кровотік в капілярах?
Прямого контакту між нейронами і кров'ю немає. Між ними є гематоенцефалічний бар'єр, що складається з ендотеліальних клітин мозкових капілярів і оточуючих капіляри гліальних клітин (астроцитів). Коли нейрони випускають нейротрансмітери, вони потрапляють не тільки в наступний нейрон. Вони ще й астроцити стимулюють. У астроцитах відкриваються канали, в них заходить кальцій, це запускає синтез різних метаболітів, які в наслідку впливають на судини (ЄЕТ і простагландини викликають розширення судин, а 20-неті - звуження).
Як це все впливає на сигнал BOLD?
· Збільшення синтезу АТФ в нейронах
· Споживання нейронами глюкози і кисню
· Зростання кількості дезоксигемоглобина в капілярах
· Збільшення локального кровотоку (розширення капілярів)
· Збільшення вмісту оксигемоглобіну в капілярах