İnsan beyni, vücudun geri kalanından 10 kat daha fazla enerji yiyor ve dinlenirken yakıt alımımızın ortalama yüzde 20’sinden tüketir. Beyin öIümü gerçekleşen komadaki hastalarda bile beyin, sadece iki ile üç kat daha az enerji tüketir. İnsan sinir biliminin en büyük gizemlerinden birisi de neden büyük ölçüde aktif olmayan bir organ olan beyin, bu kadar güç gerektirmeye devam eder?
Yeni bir çalışma, cevabı nöronlarımızın içinde saklanan küçük ve gizli bir yakıt avcısına bağlıyor.
Bir beyin hücresi, başka bir nörona sinyal verdiğinde bunu bir sinaps veya aralarındaki küçük bir boşluk yoluyla yapar. (Sinaps, nöronların (sinir hücrelerinin) diğer nöronlara ya da kas veya salgı bezleri gibi nöron olmayan hücrelere mesaj iletmesine olanak tanıyan özelleşmiş bağlantı noktalarıdır.)
İlk olarak sinaps öncesi nöron (pre-sinaptik nöron), sinapsa en yakın olan kuyruğunun sonuna bir demet vezikül gönderir. Bu veziküller, daha sonra nöronun içinden nörotransmitterleri emerler. Postalanma ihtiyacı olan “zarflar” gibi davranır. (Nörotransmitter nedir: Nöronlar arasında veya bir nöron ile başka tür bir hücre arasında iletişimi sağlayan kimyasallara nörotransmitter denir.)
Bu doldurulmuş “zarflar”, daha sonra hücre zarına yanaşıp kaynaşan ve nörotransmitterlerini sinaptik boşluğa bırakan nöronun en kenarına taşınır. (Hücre zarı ya da hücre membranı, hücrenin dış kısmında bulunan, molekülleri özelliklerine göre hücre içine alan veya dışarı bırakan seçici geçirgen katmandır. )
Buraya geldikten sonra bu vericiler, “post-sinaptik” hücredeki reseptörlere bağlanır ve böylece mesaja devam eder. (Post-sinaptik: Sinir sisteminde ya da sinirin kasa temas ettiği yerde impulsun alındığı bölge (dendrit zarı veya kas zarı gibi).)
Bu temel süreçteki adımların, özellikle vezikül kaynaştırma söz konusu olduğunda, beynin enerjisinin önemli bir miktarını gerektirdiğini zaten biliyoruz. Sinapsa en yakın sinir uçları (terminaller), yeterli enerji moleküllerini depolayamaz. Bu da beyinde elektriksel mesajlar yürütmek için kendi başlarına sentezlemeleri anlamına gelir.
Bu yüzden aktif bir beynin çok fazla enerji tüketmesi mantıklıdır. Ama sinirsel ateşleme sessizliğe büründüğünde ve vezikül, hücre zarına hiç yanaşmadığında bu sisteme ne olur? Organ, neden gücü arttırmaya devam eder?
Bunu çözmek için araştırmacılar, aktifken ve aktif olmadığında sinapsların metabolik durumunu karşılaştıran sinir terminalleri üzerinde birkaç deney tasarladılar.
Sinir terminalleri ateşlenmezken bile araştırmacılar, sinaptik veziküllerin yüksek metabolik enerji talepleri olduğunu buldular.
Protonları vezikülden iterek böylece nörotransmitterleri emmekten sorumlu olan pompa, hiç dinlenmemiş gibi görünür ve onun çalışması için sabit bir enerji akışı gerekir.
Aslında, bu “gizli” pompa, deneylerde dinlenme sinapslarının metabolik tüketiminin yarısından sorumludur.
Araştırmacıların dediğine göre bunun nedeni, bu pompanın sızıntı eğiliminde olmasıdır. Bu nedenle sinaptik veziküller, zaten nörotransmitterlerle dolu olsalar ve nöron, aktif değilse bile, pompaları aracılığıyla protonları sürekli olarak dökerler.
Araştırmacılar, insan beynindeki çok sayıda sinaps ve bu sinir terminallerinin her birinde yüzlerce SV’nin varlığı göz önüne alındığında sinapsları, “hazır” bir durumda hızlı bir şekilde döndürmenin gizli metabolik maliyeti, büyük [pre-sinaptik enerji] ve muhtemelen beynin metabolik taleplerine ve metabolik kιrılganlığa önemli ölçüde katkıda bulunan yakıt harcaması maliyetine denk geldiği sonucuna vardı.
Farklı nöron türlerinin, bu kadar yüksek metabolik yüklerden nasıl etkilenebileceğini toplamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır çünkü hepsi aynı şekilde yanıt vermeyebilir.
Örneğin beyindeki bazı nöronlar, enerji kaybına karşı daha savunmasız olabilir ve oksijen veya şekerden yoksun olsalar bile neden bu ileticileri korumamıza izin verebileceğini anlamaya çalışabilirler.
New York’taki Weill Cornell Medicine’dan biyokimyacı Timothy Ryan, “Bu bulgular insan beyninin, yakıt kaynağının kesilmesine veya zayıflamasına karşı neden bu kadar savunmasız olduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor,” diyor.
“Bu enerji tahliyesini, güvenli bir şekilde azaltmanın ve böylece beyin metabolizmasını yavaşlatmanın bir yolu olsaydı, klinik olarak çok etkili olabilirdi.”
Araştırma, Science Advances dergisinde yayımlandı.
Burcu Yağcı
