Går hjernen i standby-tilstand, når metabolisk energi er lav?


Går hjernen i standby-tilstand, når metabolisk energi er lav?

Ved at bruge en computeriseret model til at studere et elektroensflag (EEG) hjerne mønster kaldet "burst undertrykkelse", tror forskere i USA, at de har opdaget en grundlæggende mekanisme for hvordan hjernen opfører sig, når den metaboliske energiforsyning til hjerneceller er lav. Det er som om udbrud undertrykkelse er en type intermitterende standby-tilstand, hvor en periode med intens aktivitet efterfølges af en inaktivitetsperiode, som varer indtil der er tilstrækkelig metabolisk energi til, at cellerne bliver aktive igen.

Forskerne fra Massachusetts General Hospital (MGH) i Boston skriver om deres opdagelse den 7. februar PNAS Tidlig udgave. De håber, at det vil hjælpe med at forbedre bedøvelsen af ​​anæstetika og måder at beskytte hjernen på.

Burst undertrykkelse er et elektroencephalogram (EEG) hjernemønster hvor episoder af højspændingsaktivitet (udbrud) veksler med perioder med stærkt reduceret aktivitet, der varer i 10 sekunder eller mere.

Burst-undertrykkelse forekommer under en række forhold, såsom induceret hypotermi, en medicinsk behandling, hvor læger sætter patientens hjerne ind i en tilstand med lav aktivitet for at beskytte den mod skader forårsaget af traume eller nedsat blodgennemstrømning. Det er også blevet observeret i dyb generel bedøvelse, koma, hos babyer med alvorlige neurodevelopmental lidelser, og i en kort periode hos nogle babyer født for tidligt.

Tidligere undersøgelser har fokuseret på at undersøge EEG-mønsteret af burst-undertrykkelse og effekten af ​​eksterne stimuli på hjernen, når den er i denne tilstand. Men ingen havde endnu forsøgt at forklare, hvad den underliggende cellulære mekanisme kunne være.

Seniorforfatter Dr Emery Brown, af MGH's Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, fortalte pressen:

"De tilsyneladende ikke-relaterede hjernestater, der fører til barstundertrykkelse - dyb anæstesi, koma, hypotermi og nogle udviklingsmæssige hjerneforstyrrelser - alle repræsenterer en deprimeret metabolisk tilstand."

"Vi mener, at vi har identificeret noget grundlæggende om hjernens neurokemi, neuroanatomi og neurofysiologi, der kan hjælpe os med at planlægge bedre terapier til hjernebeskyttelse og designe fremtidige anæstetika," tilføjede han.

I deres undersøgelse foreslår Brown og kolleger en "samlende mekanisme" for udbrudsspredning, der tegner sig for alle de betingelser, hvori det overholdes.

For at studere mekanismen skabte de en computerbaseret "biofysisk model", der tog højde for, hvad alle tilstande (induceret hypotermi, koma og så videre) havde til fælles: en signifikant reduktion i hjernens metaboliske tilstand.

Hjernen virker, fordi signaler går fra en celle til en anden. For at dette skal ske, skal den elektriske kemi være helt korrekt: der skal være balance mellem natriumioner uden for cellen og kaliumionerne inde i cellen.

Balancen styres af "ionpumper", der drives af ATP, molekylet, som leverer energi til celler.

Når de spillede rundt med modellen, opdagede forskerne, at når energiforsyningen går for lavt og der ikke er nok ATP, lækker cellerne kalium, og det stopper signalerne.

"I hver tilstand foreslår modellen, at et fald i cerebral metabolisk hastighed kombineret med de stabiliserende egenskaber ved ATP-gated kaliumkanaler fører til de karakteristiske epoker af undertrykkelse," skriver de.

Lederforfatter Dr ShiNung Ching, en postdoktor i Browns Lab, sagde:

"Det ser ud til, at burst-undertrykkelse skifter hjernen til en ændret fysiologisk tilstand for at muliggøre regenerering af ATP, som er det væsentlige metaboliske substrat."

"Under undertrykkelsen forsøger hjernen at genoprette nok ATP til genstart. Hvis substratet ikke regenererer hurtigt nok, vil systemet have disse korte udbrud, stoppe og derefter nødt til at genoprette igen," sagde Ching.

Modellen antyder, at længden af ​​burstundertrykkelse afhænger af, hvor lang tid det tager at genoprette ATP-niveauerne. Dette matcher hvad der synes at ske, når en person er bedøvet: jo dybere bedøvelsen, desto længere er undertrykkelsens perioder.

Brown sagde, når de anvender generel anæstesi for at fremkalde comas hos patienter med alvorlige neurologiske skader, så deres hjerner kan helbrede, de tager dem ned til et niveau af burst-undertrykkelse.

"Men der er mange spørgsmål om, hvor dybt bedøvet en individuel patient skal være - hvor ofte burstene skal forekomme - og hvor længe vi skal bevare den stat," forklarede han.

Modellen kan hjælpe dem med at finde ud af mere om, hvad der synes at være en grundlæggende måde at bevare energi på i hjernen, og derfor, hvordan man bedst kan bruge burst-undertrykkelse til at guide induceret koma og spore genopretning, sagde Brown.

"Dette er også et godt eksempel på, hvordan studere anæstesi kan hjælpe os med at lære noget meget grundlæggende om hjernen," tilføjede han.

167th Knowledge Seekers Workshop 2017 04 13. Subtitles. (Video Medicinsk Og Professionel 2021).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Medicinsk praksis