Ein Jahrhundert altes Geheimnis findet in deinem Kopf, wenn Sie diese Worte lesen. Blutgefäße in Regionen des Gehirns sind größer, Baden-Zellen zu einer erhöhten Durchblutung.
Wissenschaftler haben mehr als 100 Jahren bekannt, dass diese Veränderungen stattfinden, wenn Bereiche des Gehirns aktiviert werden oder, wenn eine Zelle, wie ein Muskel in einer Routine-Übung beteiligt sind, erhöht sich sein Arbeitspensum. Sie einmal davon aus, dass die Veränderung von Zellen mit mehreren der Glukose und Sauerstoff, die sie brauchten, um ihre erhöhten Arbeitsbelastung Kraftstoffversorgung erfolgt. Dank einem großen Teil der Forscher an der Washington University in St. Louis , hat allerdings die alte Erklärung abgefallen.
Left an ihrer Stelle ist ein Rätsel: Wenn eine verstärkte Durchblutung ist nicht erforderlich, um Zellen mit mehr Kraftstoff, dann was genau ist es zur Verfügung? Forscher Joseph Williamson und Mark Mintun haben nicht die vollständige Antwort noch nicht, aber mit ein paar Papiere veröffentlicht Anfang dieses Jahres in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), zogen sie die wissenschaftliche Gemeinschaft einen großen Schritt näher.
Williamson und Mintun haben die Antwort auf eine damit eng verbundene Frage gefunden: Wie werden die Durchblutung erhöht ausgelöst? Die Ergebnisse der Studie in PNAS berichtet verknüpfen steigt auf ein Molekül, das eine einzigartige und zentrale Lage im zellulären Energie-Erzeugung nimmt.
Die Ermittler hoffen, die neue Erkenntnisse gelten für Bildgebung des Gehirns in Aktion zu verbessern und die Nebenwirkungen von Diabetes zu begrenzen, sondern ihre Erkenntnisse auch sind wahrscheinlich Konsequenzen, die Wellen aus weit über ihre Forschungs-Spezialitäten haben. Zu wissen, wie eine verstärkte Durchblutung im Gehirn aktiviert wird, relevant sein könnten, zum Beispiel zum Verständnis und zur Steuerung der Alzheimer-Krankheit und Schlaganfall.
Washington University haben Forscher führend in der Entwicklung von funktionellen bildgebenden Verfahren wurden, überwachen, von denen viele Veränderungen im Gehirn die Durchblutung Ebenen. Sie begann die alte Erklärung für eine verstärkte Durchblutung im Jahr 1988 von uns genauer an, was Gehirn Veränderungen des Blutflusses zum Ausdruck zu stürzen.
"Zu unserer großen Überraschung, was wir beobachtet wurde, wenn der Blutfluss hat sich in einem aktiven Bereich des Gehirns kommen, die Menge an Sauerstoff verwendet wird nicht", sagt Marcus E. Raichle, MD, Professor für Radiologie, Neurologie und der Anatomie und Neurobiologie.
Raichle und andere School of Medicine Forscher bestätigt und erweitert die Ergebnisse über mehrere Jahre zeigt, dass Gehirn-Aktivierung erhöht den Blutfluss, sondern produziert nur einen moderaten Anstieg des Zucker verwenden und eine sehr geringe Erhöhung der Sauerstoff zu verwenden. "Was blieb, war noch die Frage, wie sich der Blutfluss erhöht orchestriert und warum?" Raichle erinnert.
Die Antworten blieben erschreckend außer Reichweite, bis Washington University Pathologen Joseph R. Williamson, MD, jetzt im Ruhestand, auf die Suche in der Mitte der 1990er Jahre geschehen ist. Mit der Unterstützung der St. Louis-based Kilo Diabetes and Vascular Research Foundation und der National Institutes of Health, war Williamson Untersuchung der schädlichen Auswirkungen von Diabetes, die zusätzlich zu erhebende Blutzuckerspiegel, erhöht die Durchblutung und schädigt die Blutgefäße in den Nerven, Herz, Netzhaut und Nieren. Sie fragen sich, ob Verbindungen zwischen der Erhöhung des Blutflusses auf der Aktivität des Gehirns und die durch Diabetes ausgelöst hat bestehen können, fand Williamson Raichle aus dem Jahr 1988 zu studieren und zu lesen. Als er die wissenschaftliche Aufzeichnung weiter untersucht, erkannt Williamson eine Ähnlichkeit zwischen der Arbeit Muskelzellen und gefährdete Zellen bei Menschen mit Diabetes: beide erfahrene steigt in das Verhältnis der beiden Formen einer Verbindung im Energiestoffwechsel, Nicotinamidadenindinucleotid (NAD).
"Es ist mir aufgefallen, dass NAD strategisch positioniert ist - auch einzigartig positioniert, um den Blutfluss mit den Energiestoffwechsel zu koordinieren", sagt Williamson.
Biochemiker, die zelluläre Energieproduktion Studie legte NAD in der Mitte eines komplexen Flussdiagramm verbinden zwei unterschiedliche Verfahren zur Herstellung der Energie, die Kräfte die meisten Zellen. Für diese Verfahren dient NAD als wichtigste Träger von Protonen und Elektronen.
Die meisten NAD in den Körper ist in einer oxidierten Form Wissenschaftler beziehen sich auf die NAD +. Während einer Methode, die Glykolyse, ein Prozess, der schnell produziert Energie aus Zucker, sind Elektronen und Protonen aus Zucker auf NAD + übertragen, ändert sie zu NADH (NAD + plus ein Proton und zwei Elektronen).
"Nicht nur ist die Glykolyse doppelt so schnell, erfordert es keine Sauerstoff", Williamson Notizen. "Es ist wirklich wichtig für das Überleben."
Mark A. Mintun, MD, und pensionierte Pathologen Joseph R. Williamson, MD, studieren den Blutfluss im Gehirn von Ratten und Menschen.
Schnelle Glykolyse hängt ein niedriges Verhältnis von NADH / NAD +. In aktivierten Zellen und in Zellen, die durch Diabetes, Moleküle NADH erhöht gefährdet, Antrieb der NADH / NAD +-Verhältnis auf. Williamson vermutet das Verhältnis könnte Controlling Veränderungen im Blutfluss.
Er dachte, er könnte seine Theorie mit einem 50-jährigen Verbindung zwischen der NADH / NAD +-Verhältnis und das Verhältnis der beiden anderen Verbindungen in der Energieerzeugung, Lactat und Pyruvat beteiligt zu testen. Dieser Link wurde das Werkzeug, das er benötigt, um in der Lage sein NADH / NAD + zu ändern: injizieren Lactat oder Pyruvat, ändern Sie die NADH / NAD +-Verhältnis, und sehen, ob die Durchblutung erhöht oder decreased.Williamson nahm seine Idee, Raichle, der ihm in Verbindung setzen mit Thomas A. Woolsey, MD, Professor für Anatomie und Neurobiologie, Zellbiologie und Physiologie, und der Neurochirurgie. Woolsey hatte die George H. und Ethel R. Bischof Scholar in Neurosciences, ein Modell für das Studium Regionen der Rattenhirn diesem Prozess sensorischen Input aus der Schnurrhaare entwickelt. Mit dem Modell und Injektionen von Lactat und Pyruvat wurden Williamson und Woolsey in der Lage, die Verbindung zwischen der NADH / NAD +-Verhältnis und den Blutfluss erhöht beweisen.