A humán idegtudomány egyik nagy rejtélye volt eddig, hogy miért van szüksége egy nagyrészt inaktív szervnek, az agynak ennyi energiára. A Science Advances című szaklapban megjelent friss tanulmány a választ egy apró és titkos üzemanyag-faló "szerkezethez" köti, amely az idegsejtjeinkben rejtőzik.
Amikor egy agysejt jelet továbbít egy másik neuronhoz, azt egy szinapszison, vagyis egy kis résen keresztül teszi. A szinaptikus neuron jó sok vezikulumot (hólyagocskát) küld a nyúlványának a szinapszishoz legközelebb eső végére. A hólyagocskák aztán az idegsejt belsejéből neurotranszmittereket szívnak be, és kvázi borítékként szolgálnak, amelyekben a postázásra váró üzenetek vannak.
Az agy borítékrendszere
A megtöltött "borítékok" ezután a neuron legvégére vándorolnak, ahol "dokkolnak" és összeolvadnak a membránnal, majd neurotranszmittereket szabadítanak fel a szinaptikus résbe. Itt ezek az ingerületátvivők a szinapszison túli (posztszinaptikus) sejt receptoraihoz kapcsolódnak, így folytatva az üzenet továbbküldését.
Már tudjuk, hogy ennek az alapvető folyamatnak a lépései jelentős mennyiségű energiát kívánnak, különösen a vezikulumok összeolvadása során. A szinapszishoz legközelebbi idegvégek (terminálisok) nem tudnak elegendő energiamolekulát tárolni, ami azt jelenti, hogy saját maguknak kell szintetizálniuk azokat, hogy az elektromos üzeneteket továbbíthassák az agyban.
Így érthető, hogy az aktív agy sok energiát fogyaszt. De mi történik ezzel a rendszerrel, ha az idegi tüzelés elhallgat, és a vezikulum soha nem kapcsolódik a membránhoz? Miért fogyasztja a szerv továbbra is az energiát?
Ennek kiderítésére a kutatók több, idegvégződéseket érintő kísérletet terveztek, amelyekben összehasonlították a szinapszis anyagcseréjét aktív és inaktív állapotban. A tanulmány szerzői azt találták, hogy a szinaptikus vezikulumoknak még akkor is magas volt az anyagcsere-energiaigénye, amikor az idegvégződések nem tüzeltek. Úgy tűnik, hogy az a pumpa, amely felelős a protonok kiszorításáért a vezikulumokból, és ezáltal a neurotranszmitterek beszívásáért, soha nem pihen. A működéséhez pedig folyamatos energiaáramlásra van szükség. Valójában ez a rejtett pumpa volt felelős a kísérletek során a nyugalomban lévő szinapszis metabolikus fogyasztásának feléért.
Mit okoz, ha szivárog a pumpa?
Ez azért van, mert ez a pumpa hajlamos szivárogni - mondják a kutatók. Így a szinaptikus vezikulumok a szivattyúkon keresztül folyamatosan ontják magukból a protonokat, még akkor is, ha már tele vannak neurotranszmitterekkel, és ha az idegsejt inaktív. További kutatásokra van szükség azonban annak kiderítésére, hogy a különböző típusú idegsejteket hogyan érinthetik e magas anyagcsere-terhek, mert nem biztos, hogy mindegyikük ugyanúgy reagál.
Az agy egyes neuronjai például érzékenyebbek lehetnek az energiaveszteségre, és ha kiderül, hogy miért, akkor lehetővé válhat, hogy megőrizzük ezeket az hírvivőket még akkor is, ha megvonják tőlük az oxigént vagy a cukrot.
"Az eredmények segítenek jobban megérteni, hogy az emberi agy miért olyan érzékeny az üzemanyag-ellátás megszakadására vagy gyengülésére. Ha lenne módunk arra, hogy biztonságosan csökkentsük ezt az energiaveszteséget, és így lassítsuk az agy anyagcseréjét, az klinikai szempontból igen nagy jelentőségű lenne" - mondta Timothy Ryan, a New York-i Weill Cornell Medicine orvostudományi egyetem biokémikusa a Science Alert szerint . Olyan ez, mintha egy motor megfelelő beállítással kevesebb üzemanyaggal is beérné, és tovább maradhatna működésben, tovább tehetné a dolgát. Az agy idegsejtjeinek működésben tartása számos betegség elkerülésében és gyógyításában játszhatna szerepet, arról nem is beszélve, hogy az agy vezérli létfontosságú életfunkciók (például a vérkeringés és a légzés) működését is. Ezért az agysejtek működésben tartásának valóban komoly, olykor életbevágó a jelentősége.
