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大脑维持正常功能到底需要多少氧气?你知道吗?

机体大脑有着较高的能量需求,而且对氧气缺乏非常敏感,近日,一项刊登在国际杂志BMC Biology上的研究报告中,来自德国慕尼黑大学等机构的科学家们通过研究首次直接将耗氧量与特定神经细胞的活性联系起来。

大脑所需要的能量往往与机体质量不成正比,这种能量主要是通过消耗氧气的有氧代谢过程产生,因此,大脑中的氧气浓度是影响神经细胞和胶质细胞功能的重要参数,然而,大脑中消耗的氧气水平以及其如何与神经活性之间存在关联,目前研究人员并不清楚。这项研究中,研究人员就通过研究首次直接测定了完整大脑中氧气的水平以及其如何与神经细胞活性相关联的。

在已经建立的动物模型中——非洲爪蟾的蝌蚪,研究者利用电化学传感器确定了动物大脑及其中一个脑室的氧气浓度,这或许就能特异性地控制大脑中可用氧气的水平,并能在药理学物质的帮助下来抑制神经细胞的活性,利用能控制眼球运动的神经细胞,研究人员直接成功记录了耗氧量与神经细胞活性之间的关联。

研究者Straka表示,我们发现,在正常空气饱和的环境中大脑是缺氧的,这就意味着并不能检测氧气的存在,因此,完全的氧气就能被细胞立即使用从而合成富含能量的物质,如果氧气浓度是大气的两倍以上,大脑细胞中的能量代谢就会饱和,从而就会使得大脑中存在大量的氧气。在正常情况下,仅有大约50%的氧气会被用于神经细胞的活性,而另外50%的氧气则是神经胶质细胞所需要的,同时还能维持神经细胞的基本代谢率,然而,活性增加的神经细胞往往会消耗更多的氧气。

为了能够更好地理解大脑中信息被加工的机制,研究人员就需要阐明氧气可用性与大脑活性之间的密切关联,本文研究结果为后期科学家们深入调查大脑中的能量平衡,同时测定多种神经细胞维持功能所需要的氧气水平至关重要,从医学角度来讲,这可能也是相关的,比如其能帮助研究者更好地理解大脑中氧气缺乏所带来的后果或利用成像技术来获取大脑活性相关的信息。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Suzan ?zugur, Lars Kunz & Hans Straka. Relationship between oxygen consumption and neuronal activity in a defined neural circuit, BMC Biology(2020). DOI: 10.1186/s12915-020-00811-6

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