مغز به چه میزان اکسیژن نیاز دارد؟

مغز نیاز به انرژی بالایی دارد و نسبت به کمبود اکسیژن به صورت بسیار حساسی واکنش نشان می‌دهد. نوروبیولوژیست‌ها در Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) در مونیخ، اکنون برای اولین بار موفق شده‌اند تا ارتباطی مستقیم بین مصرف اکسیژن با فعالیت سلول‌های عصبی خاص پیدا کنند.

مغز به نسبت جرم خود، انرژی زیادی نیاز دارد. این انرژی عمدتا توسط فرآیندهای متابولیک هوازی تولید می‌شود که مقادیر قابل‌توجهی اکسیژن مصرف می‌کنند. بنابراین، غلظت اکسیژن در مغز یک پارامتر مهم است که بر عملکرد سلولهای عصبی و سلولهای گلیا تأثیر می‌گذارد. با این حال، اینکه چقدر اکسیژن در مغز مصرف می‌شود و ارتباطش با فعالیت عصبی به چه میزان است تا کنون ناشناخته است. هانس استراکا، سوزان ازگور و لارس کونز، نوروبیولوژیست‌هایی در LMU، اکنون برای اولین بار موفق به اندازه‌گیری مستقیم این مهم در مغز سالم و ارتباط آن با فعالیت سلول‌های عصبی شده‌اند. دانشمندان نتایج خود را در ژورنال BMC Biology منتشر کرده‌اند.

دانشمندان در یک مدلِ حیوانی- نوزادِ نژادی از قورباغه‌ی پنجره‌ای Xenopus laevis - از حسگرهای الکتروشیمیایی برای تعیین غلظت اکسیژن در مغز و یکی از بطن‌های مغز استفاده کردند. آنها توانستند به طور خاص میزان اکسیژن موجود در مغز را کنترل‌کرده و همچنین فعالیت سلولهای عصبی را با کمک مواد دارویی مهار‌کنند. دانشمندان با استفاده از نمونه‌ی سلولهای عصبی که حرکات چشم را کنترل می‌کنند، موفق شدند رابطه‌ی بین مصرف اکسیژن و فعالیت سلولهای عصبی را به طور مستقیم ثبت کنند. استراکا می‌گوید: "ما دریافته ایم که مغز در محیطی اشباع شده از هوا، anoxic است ، به این معنی که اکسیژن قابل اندازه گیری نیست." بنابراین اکسیژن بلافاصله توسط سلولها برای سنتز مواد غنی از انرژی مورد استفاده قرار می گرفت. اگر بیش از دو برابر غلظت فعلی اکسیژن موجود در اتمسفر وجود داشته باشد، متابولیسم انرژی اشباع شده و اکسیژن به وفور در مغز وجود خواهد داشت. استراکا می‌افزاید: "ما همچنین توانستیم نشان‌دهیم که در طول عملکرد طبیعی تنها حدود 50٪ از اکسیژن برای فعالیت سلول‌های عصبی استفاده می‌شود. بنابراین 50 درصد دیگر برای سلول‌های گلیا و جهت حفظ سرعت سوخت و ساز پایه سلول‌های عصبی مورد نیاز است. با این حال، سلولهای عصبی با افزایش فعالیت، اکسیژن بیشتری مصرف می‌کنند."

برای درک بهتر چگونگی پردازش اطلاعات در مغز، آگاهی از رابطه‌ی بین در دسترس بودن اکسیژن و فعالیت مغز ضروری است. نتایج دانشمندان بینش اولیه‌ای را در این مورد ارائه می‌دهد و مبنای مهمی برای بررسی‌های بیشتر تعادل انرژی مغز در آزمایش‌های بعدی و اندازه‌گیری میزان مصرف اکسیژن برای عملکردهای مختلف سلولهای عصبی می‌باشد. این مقوله همچنین می‌تواند از نظر پزشکی نیز مبین ارتباطاتی باشد که برای مثال می‌توان به درک بهتر پیامدهای کمبود اکسیژن در مغز یا تفسیر بهتر اطلاعات مربوط به فعالیت مغزی که با تکنیک های تصویربرداری به دست می آیند، اشاره کرد.

منبع: نوروساینس نیوز