Bilim İnsanları Beynin Neden Dinlenirken Bile Enerji Tükettiğini Keşfettiler

İnsan beyni vücudun diğer alanlarından 10 kat daha fazla enerji tüketir ve uyurken bile aldığımız ortalama enerjinin yüzde yirmisini kullanır. ‘Beyin ölümü’ gerçekleştiği söylenen koma hastalarında bile enerji tüketilir ve bu tüketilen enerji normalden sadece iki ila üç kat daha azdır.

Bu durum sinir biliminin en büyük gizemlerinden biridir. ‘Neden aktif olmayan bir organ bu kadar güce ihtiyaç duyup enerji tüketmeye devam ediyor?’ sorusuna cevap aranır. Yeni bir çalışma ise nöronlarda saklanan bu enerji avcısının neden bu kadar enerji tükettiğine cevap veriyor. 

Bir beyin hücresi aralarındaki sinapslar ya da küçük boşluklar ile bir nörona sinyal iletir. Bu iletim şu şekilde gerçekleşir; 

1. Sinaps öncesi nöron kuyruğunun ucunda sinapsa en yakın olana bir demet vezikül gönderir. 
2. Veziküller nöronun içinden nörotransmiterleri -sinir ileticiler- emer. Veziküller nörotransmiterlerin postalanması gereken bir tür ‘zarf’ gibi davranır.
3. Doldurulmuş zarflar nöronun en ucuna taşınır ve kenetlenip zara kaynaşarak nörotransmitterleri sinaptik boşluğa bırakır.
4. Sinaptik boşlukta sinir ileticiler sinaps öncesi hücrelerindeki reseptörlere bağlanır ve mesajı devam ettirirler.

Bu temel süreçteki adımların önemli miktarda beyin enerjisi gerektirdiği zaten bilinmektedir. Sinapsa yakın sinir uçları (terminaller) yeterli enerji molekülünü depolayamazlar, yeterli enerji olmadığı için de beynin elektrik mesajlarını iletebilmek için gereken enerjiyi beyinde sentezlemeleri gerekir. Bu nedenle, aktif bir beynin çok fazla enerji tüketmesi mantıklıdır. Yine de sinirsel ateşleme sessiz kaldığında ve kesecik asla zara kenetlenmediğinde sistem neden gücü yutmaya devam ediyor? Bu durumu anlamak için araştırmacılar sinir terminalleri üzerinde, aktif ve inaktif zamanlarında sinapsın metabolik durumunu karşılaştırmak üzere çeşitli deneyler tasarladılar. Sinir terminalleri çalışmadığında bile sinaptik veziküllerin yüksek enerji gereksinimlerine ihtiyaç duyduklarını buldular. 

Protonları keseciklerden dışarı itmekten ve nörotransmiterleri emmekten sorumlu olan pompa hiç durmuyor gibi görünüyor. Bu pompanın çalışması için de sabit bir enerji akışı gerekiyor. Deneylerde bu pompanın dinlenme halindeki sinapsın metabolik tüketiminin yarısından sorumlu olduğu gözlendi. Araştırmacılar bunun nedeninin pompanın sızdırma eğiliminde olması yüzünden olduğunu belirtiyor. Sinaptik veziküller nörotransmitterlerle dolu olsalar ve nöron aktif olmasa bile pompalar aracılığıyla sürekli olarak protonları dışarı saçıyorlar. 

Araştırmacılar, “İnsan beynindeki çok sayıda sinaps bulunmaktadır. Bu sinir teminallerinin her birinde yüzlerce sinaptik veziküllerin varlığı göz önünde bulundurulduğunda sinapsların hazır olması için metabolik enerjiye ihtiyaç duyarlar. Büyük yakıt harcamaları beynin metabolik taleplerine ve metabolik kırılganlığına önemli ölçüde katkıda bulunur. Bu da çok fazla enerji tüketmek anlamına gelir.” şeklinde açıkladılar.

Farklı nöron türlerinin bu kadar yüksek metabolik yüklerden nasıl etkilenebileceğini anlamak için daha fazla araştırmaya ve deneylere ihtiyaç vardır, çünkü bütün nöronlar aynı şekilde tepki vermeyebilir. Örneğin, beyindeki bazı nöronlar enerji kaybına karşı daha savunmasız olabilir. Bu savunmasızlık da haberci hücrelerin oksijen ya da şekerden yoksun olduklarında bile neden korunmaya izin verdiğini anlatabilir. 

New York’taki Weill Cornell Üniversitesi’nden Timothy Ryan, “Bu bulgular, insan beyninin yakıt kaynağı eksikliğinde neden zayıf ve savunmasız olduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Bu enerji tüketimini güvenli bir şekilde azaltmanın ve beynin metabolizmasını yavaşlatmanın bir yolu olsaydı çok etkili olabilirdi.” dedi.

Çalışma Science Advances’de yayınlandı. 

 

Kaynak:

https://www.sciencealert.com/a-hidden-structure-in-our-neurons-could-explain-why-the-brain-guzzles-so-much-energy