لغز حير العلماء.. سر استنزاف الدماغ للطاقة حتى بأوقات الراحة

يستهلك الدماغ البشري طاقة أكبر بكثير من الأعضاء الأخرى بالجسم، والأمر المحير، أنه يظل مستهلكًا للوقود حتى عندما لا تقوم الخلايا العصبية بإطلاق إشارات والتي تسمى بالناقلات العصبية لبعضها البعض، وقد وجد الباحثون الآن في مختبر Weill Cornell Medicine، أن عملية تغليف الناقلات العصبية، هي المسؤولة عن استنزاف ذلك الكم الكبير من الطاقة. 

وفي دراستهم ، التي نُشرت اليوم (3 ديسمبر 2021) في Science Advances، حدد الباحثون، كبسولات صغيرة تسمى الحويصلات المشبكية، على أنها مصدر رئيسي لاستهلاك الطاقة في الخلايا العصبية غير النشطة، وتستخدم الخلايا العصبية هذه الحويصلات كحاويات لجزيئات الناقل العصبي الخاصة بها، والتي تطلقها من منافذ الاتصالات التي تسمى «المحطات المشبكية» للإشارة إلى الخلايا العصبية الأخرى.

أقرأ أيضا.. رقائق وشرائح إلكترونية لتحسين الصحة العقلية وتقوية الذاكرة

وأوضح الباحثون، أن تعبئة النواقل العصبية في الحويصلات هي عملية تستهلك طاقة كيميائية، ووجد الباحثون أن هذه العملية، من حيث الطاقة، تتسرب بطبيعتها – متسربة لدرجة أنها تستمر في استهلاك طاقة كبيرة حتى عندما تمتلئ الحويصلات، وتكون «المحطات المشبكية» غير نشطة.

وقال كبير المؤلفين للدراسة الدكتور تيموثي رايان، أستاذ الكيمياء الحيوية في طب وايل كورنيل: “تساعدنا هذه النتائج على فهم سبب تعرض الدماغ البشري بشدة لانقطاع، أو إضعاف إمدادات الوقود الخاصة به”.

وأضاف: “إن ملاحظة أن الدماغ يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة، حتى عندما يكون في حالة راحة نسبيًا ، تعود إلى عدة عقود من الزمن إلى دراسات حول استخدام الدماغ للوقود في حالات الغيبوبة والنباتات، ووجدت تلك الدراسات أنه حتى في هذه الحالات غير النشطة بشدة، فإن استهلاك الدماغ للجلوكوز ينخفض ​​عادةً عن المعدل الطبيعي بمقدار النصف فقط – والذي لا يزال يترك الدماغ كمستهلك للطاقة مرتفعًا مقارنة بالأعضاء الأخرى. لم يتم فهم مصادر استنزاف الطاقة أثناء الراحة تمامًا.”

وأظهر الدكتور رايان ومختبره في السنوات الأخيرة، أن المحطات المشبكية للخلايا العصبية، والنمو الشبيه بالبراعم التي تطلق منها النواقل العصبية، تعد مستهلكًا رئيسيًا للطاقة عندما تكون نشطة، وهي حساسة للغاية لأي اضطراب في إمداد الوقود. في الدراسة الجديدة، قاموا بفحص استخدام الوقود في المحطات المشبكية عندما يكون غير نشط، وقد وجدوا أنه لا يزال مرتفعًا.

كما اكتشف الباحثون، أن هذا الاستهلاك المرتفع للوقود أو الطاقة أثناء الراحة، يتم حسابه إلى حد كبير من خلال مجموعة الحويصلات في المحطات المشبكية، وأثناء الخمول المشبكي، يتم تحميل الحويصلات بالكامل بآلاف الناقلات العصبية لكل منها، وتكون جاهزة لإطلاق هذه الحمولات الحاملة للإشارات عبر المشابك العصبية إلى الخلايا العصبية الشريكة.

والسؤال هو لماذا تستهلك الحويصلة المشبكية الطاقة حتى عندما تكون محملة بالكامل؟.. اكتشف الباحثون أن هناك تسربًا أساسيًا للطاقة من غشاء الحويصلة، وهو “تدفق بروتون”، مثل أن إنزيم “مضخة البروتون” في الحويصلة يجب أن يستمر في العمل، ويستهلك الوقود كما يفعل، حتى عندما الحويصلة مليئة بالفعل بجزيئات الناقل العصبي.

ويعد هذا الاكتشاف هو تقدم كبير في فهم علم الأحياء الأساسي للدماغ، بالإضافة إلى ذلك، فإن تعرض الدماغ لانقطاع إمداد الوقود أو الطاقة يمثل مشكلة رئيسية في علم الأعصاب، وقد لوحظ وجود نقص في التمثيل الغذائي في مجموعة من أمراض الدماغ الشائعة بما في ذلك مرض الزهايمر، ومرض الزهايمر هو مرض يهاجم الدماغ، مما يتسبب في حدوث التهاب وانخفاض في القدرة العقلية، ويزداد سوءًا بمرور الوقت، وهو الشكل الأكثر شيوعًا للخرف ويمثل 60 إلى 80 بالمائة من حالات الخرف. لا يوجد علاج حالي لمرض الزهايمر، ولكن هناك أدوية يمكن أن تساعد في تخفيف الأعراض “. لأمراض مثل الزهايمر وباركنسون، وبالتالي يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف على التحقيق في نهاية المطاف في حل الألغاز الطبية المهمة واقتراح علاجات جديدة.

وقال الدكتور رايان: “إذا كان لدينا طريقة لخفض استنزاف الطاقة بأمان، وبالتالي إبطاء عملية التمثيل الغذائي للدماغ، فقد يكون ذلك مؤثرًا للغاية من الناحية السريرية”.