يستهلك الدماغ طاقة أكبر بكثير من الأعضاء الأخرى، حتى عندما لا تقوم الخلايا العصبية بإطلاق وتبادل الإشارات من وإلى الناقلات العصبية.
الباحثون في كلية طب ويل كورنيل، وجدوا أن عملية تعبئة النواقل العصبية قد تكون مسؤولة عن استنزاف الطاقة بهذه الطريقة، وفي دراستهم المنشورة بمجلة Science Advances، حدد العلماء كبسولات صغيرة تسمى الحويصلات المشبكية كمصدرٍ رئيسٍ لاستهلاك الطاقة في الخلايا العصبية غير النشطة.
تستخدم الخلايا العصبية هذه الحويصلات كحاويات لجزيئات الناقل العصبي الخاصة بها، والتي تطلقها من منافذ الاتصالات التي تسمى المحطات المشبكية للإشارة إلى الخلايا العصبية الأخرى.
وتستهلك عملية تعبئة النواقل العصبية في حويصلات طاقةً كيميائيةً، ووجد الباحثون أن هذه العملية، من حيث الطاقة، يصاحبها تسرب، لذا تستمر في استهلاك طاقة كبيرة حتى عندما تمتلئ الحويصلات وتكون المحطات المشبكية غير نشطة.
قال كبير المؤلفين الدكتور تيموثي رايان، أستاذ الكيمياء الحيوية، والكيمياء الحيوية في علم التخدير، في كلية طب وايل كورنيل: “تساعدنا هذه النتائج على فهم أفضل لسبب تعرض الدماغ البشري لانقطاع أو إضعاف إمدادات الطاقة”.
تعود مراقبة استهلاك الدماغ لكميات كبيرة من الطاقة، حتى عند الراحة، إلى عقود عديدة من الدراسات حول إمدادات الدماغ من الطاقة المستخدمة في أثناء الغيبوبة، وجدت تلك الدراسات أنه حتى في هذه الحالات التي يكون فيها الدماغ غير نشيط، ينخفض استهلاك الدماغ للجلوكوز عادة عن المعدل الطبيعي بمقدار النصف فقط، ما يُبقِي الدماغ المستهلك الأكبر للطاقة مقارنة بالأعضاء الأخرى، لكن مصادر تلك الطاقة المستهلكة أثناء الراحة غير مفهومة جيدًا.
أرجع الباحثون سبب استهلاك الحويصلات المشبكية للطاقة حتى عندما تكون ممتلئة بالكامل، إلى تدفق البروتونات عبر غشائها من خلال مضخات البروتون التي يجب أن تعمل وتستهلك الطاقة حتى عندما يكون الحويصل مليئًا بجزيئات الناقل العصبي.
أشارت التجارب إلى وجود بروتينات تعرف بالنواقل كمصدرٍ محتملٍ لهذا التسرب البروتوني، فهي تغير شكلها لتصبح قادرة على الارتباط بالنواقل العصبية وإحضارها إلى داخل الحويصلات، لكنها تسمح في الوقت نفسه للبروتون بالهروب.
تعد النتائج تقدمًا مهمًا في فهم البيولوجيا الأساسية للدماغ، إضافة إلى ذلك يعد الضعف الدماغي المسبب لاضطراب في مخازن الطاقة مشكلةً كبيرةً في طب الأعصاب، كما لوحظ قصور استقلابي في أمراض الدماغ الشائعة مثل الزهايمر وداء باركنسون. في نهاية المطاف يمكن أن يساعد البحث في ذلك على حل ألغاز طبية مهمة واقتراح علاجات جديدة.
لماذا يصاب الملقحون ضد كورونا بالعدوى مجدداً؟
