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Un paquet d'impulsions d'énergie de cerveau dépend davantage d'un seul cycle moléculaire que sur la variation de flux sanguin

Un mystère vieux d'un siècle a lieu dans votre tête pendant que vous affichez ces mots. Les vaisseaux sanguins dans les régions de votre cerveau sont élargissement, baignant des cellules dans un flux sanguin accru.

Les scientifiques ont su pendant plus de 100 années que ces modifications interviennent quand les régions du cerveau deviennent activées ou quand toute cellule, telle qu'un muscle impliqué dans un sous-programme d'exercice, augmente sa charge de travail. Ils ont par le passé supposé que la modification se produit pour fournir des cellules plus du glucose et l'oxygène ce elles a dû alimenter leur charge de travail accrue. En grande partie grâce aux chercheurs à l'université de Washington à St Louis, bien que, que la vieille explication est tombée.

La gauche dans sa place est un puzzle : Si le flux sanguin accru n'est pas nécessaire pour fournir des cellules plus d'essence, alors qu'exact fournit-il ? Les chercheurs Joseph Williamson et le repère Mintun n'ont pas la pleine réponse encore, mais avec une paire de papiers publiés au début de l'année dans les démarches de l'académie nationale des sciences (PNAS), ils ont déménagé la communauté scientifique une opération importante plus près de elle.

Williamson et Mintun ont trouvé la réponse à une question étroitement liée : Comment est-ce que des augmentations de flux sanguin sont déclenchées ? Étudiez les résultats rapportés dans la tige de PNAS les augmentations à une molécule qui occupe un seul et central endroit dans la production d'énergie cellulaire.

Les chercheurs espèrent appliquer les analyses neuves pour améliorer la représentation du cerveau dans l'action et pour limiter les effets secondaires du diabète, mais leurs découvertes sont susceptibles également d'avoir des ramifications qui ondulent à l'extérieur bien au-delà de leurs spécialités de recherches. Savoir le flux sanguin accru dans le cerveau est activé pourrait être approprié, par exemple, à la maladie d'Alzheimer et à la rappe de compréhension et de réglage.

Les chercheurs d'université de Washington ont été des chefs dans le développement des techniques d'imagerie cérébrale fonctionnelles, on dont le moniteur change dans des niveaux de flux sanguin de cerveau. Ils ont commencé la première fois à renverser la vieille explication pour le flux sanguin accru en 1988 en regardant plus attentivement ce que les variations de flux sanguin de cerveau ont réfléchi.

« Beaucoup à notre surprise grande, ce que nous avons observé était que quand le flux sanguin a été soulevé dans une région du cerveau active, la quantité de l'oxygène étant employé n'a pas fait, » dit Marcus E. Raichle, DM, professeur de la radiologie, neurologie et de l'anatomie et de la neurobiologie.

Raichle et d'autres chercheurs d'École de Médecine ont confirmé et ont augmenté les découvertes sur plusieurs années, prouvant que l'activation de cerveau a augmenté le flux sanguin mais produite seulement une augmentation modérée d'utiliser-et de sucre une augmentation très petite d'utilisation de l'oxygène. « Ce qui est resté était toujours la question de la façon dont sont les augmentations de flux sanguin orchestrées et de pourquoi ? » Rappels de Raichle.

Les réponses sont demeurées intimidant hors de portée jusqu'au pathologiste Joseph R. Williamson, DM d'université de Washington, maintenant parti en retraite, produite sur la recherche en mi-1990 S. avec le soutien du St Louis - diabète basé de kilo et fondation vasculaire de recherches et les instituts de la santé nationaux, Williamson étudiaient les effets dommageables du diabète, qui, en plus d'élever des taux de sucre, augmente le flux sanguin et nuit à des vaisseaux sanguins dans les nerfs, le coeur, la rétine et les reins. Se demandant si les liens pourraient exister entre les augmentations en flux sanguin porté en circuit par activité cérébrale et ceux déclenchées par le diabète, Williamson a trouvé l'étude de Raichle 1988 et l'a affichée. Car il a vérifié le dossier scientifique plus plus loin, Williamson a identifié une similitude entre les cellules musculaires travaillantes et a mis en danger des cellules dans les gens avec du diabète : les deux augmentations expérimentées du rapport de deux formes d'un composé dans le métabolisme énergétique, dinucléotide de l'adénine nicotinamide (NAD).

« Il m'a frappé que le NAD est stratégiquement positionné - même seulement positionner-au flux sanguin du même rang avec le métabolisme énergétique, » dit Williamson.

Les biochimistes qui étudient la production d'énergie cellulaire ont mis le NAD au centre d'un organigramme complexe joignant deux méthodes différentes de produire l'énergie cette des pouvoirs la plupart des cellules. Pour ces méthodes, le NAD sert de transporteur principal des protons et des électrons.

La plupart de NAD dans le fuselage est dans les scientifiques oxydés d'une forme se rapportent comme NAD+. Pendant une méthode, la glycolyse, un procédé qui produit rapidement l'énergie à partir du sucre, des électrons et des protons sont transférées à partir du sucre à NAD+, le changeant en nadh (NAD+ plus un proton et deux électrons).

« Est non seulement la glycolyse deux fois aussi rapidement, il n'exige pas l'oxygène, » des notes de Williamson. « Il est réellement indispensable pour la survie. »

Marquez A. Mintun, DM, et le pathologiste retraité Joseph R. Williamson, DM, étudient le flux sanguin dans les cerveaux des rats et des êtres humains.

La glycolyse rapide dépend d'un rapport inférieur de NADH/NAD+. En cellules activées et en cellules mises en danger par le diabète, les molécules du nadh augmentent, pilotant le rapport de NADH/NAD+. Williamson a soupçonné que le rapport pourrait être des ruptures de contrôle en flux sanguin.

Il a pensé qu'il pourrait vérifier sa théorie utilisant une tige de 50 ans entre le rapport de NADH/NAD+ et le rapport de deux autres compose impliqué dans la production d'énergie, le lactate et le pyruvate. Cette tige était l'outil qu'il a dû pouvoir modifier NADH/NAD+ : injectez le lactate ou le pyruvate, changez le rapport de NADH/NAD+, et voyez si le flux sanguin augmentait ou diminuait. Williamson a pris son idée à Raichle, qui l'a mis dans le contact avec Thomas A. Woolsey, DM, professeur de l'anatomie et la neurobiologie, la biologie cellulaire et la physiologie, et de la chirurgie neurologique. Woolsey, George H. et Ethel R. évêque Scholar en neurologies, avaient conçu un modèle pour étudier des régions du cerveau de rat cette entrée sensorielle de processus des favoris. Utilisant le modèle et les injections du lactate et du pyruvate, Williamson et Woolsey pouvaient prouver la tige entre le rapport de NADH/NAD+ et les augmentations de flux sanguin.

Dans un papier récent, publié en janvier dans PNAS, le groupe de Williamson a confirmé la tige de nouveau dans les études de la rétine de rat et la région visuelle du cerveau de rat. Elles ont également recensé une voie de signalisation en cellules qui est déclenchée par les rapports élevés de NADH/NAD+. La voie active une réaction en chaîne qui réutilise le nadh de nouveau dans NAD+ et introduit également la production de l'oxyde nitrique, qui dilate des vaisseaux sanguins.

Williamson a partagé les résultats couronnés de succès des deuxièmes expériences de rat avec Raichle avant la publication, et ils ont rendu l'idée de vérifier les mêmes principes chez l'homme irrésistible pour marquer A. Mintun, DM, professeur de la radiologie et de la psychiatrie.

« Ce que nous avons voulu effectuer doit s'assurer ce phénomène est réellement approprié au travail humain, » Mintun dit. « Il y a beaucoup de voies des signes de surveillance dans le cerveau animal, mais nous n'avons pas que beaucoup de choix en faisant des expériences humaines. Et ainsi nous avons appris à dépendre de ce signe accru de flux sanguin. Il devient alors très important de comprendre exact ce que représente ce signe.  » Andrei G. Vlassenko, DM, PhD, associé de recherches en sciences radiologiques, a joué un rôle principal dans la conception et réalisation de l'étude humaine. Les scientifiques ont utilisé un balayeur d'ANIMAL FAMILIER pour surveiller le flux sanguin de cerveau dans sept sujets qui l'un ou l'autre clôturé leurs yeux pendant les échographies ou exécuté une tâche visuelle, fixant leur regard fixe sur un réticule central stationnaire dans une visualisation animée.

Vlassenko est clairement satisfait avec les résultats : sans injections de lactate, le grimper de flux sanguin jusqu'au cortex visuel pendant la tâche visuelle était de 19 pour cent ; après des injections de lactate, c'était de 26 pour cent. « Qui ne pourrait pas sembler comme beaucoup si vous regardez strictement le gain, mais si vous regardez le gain comme pourcentage de niveau originel de l'augmentation, qui est entièrement un tiers davantage, » Vlassenko dit.

Le travail complémentaire à l'étude humaine produit des caractéristiques à l'air « magnifiques », selon Mintun. Il s'attend à ce que la découverte neuve produise d'une précipitation des intérêts échus à son choc potentiel sur des scientifiques autour du monde utilisant des changements de flux sanguin pour tracer le fonctionnement d'esprit humain.

Williamson note qu'alors qu'il ne va pas n'entreprendre aucune expérience complémentaire en soi, il planification pour employer les études de la rétine et des caractéristiques de rat d'autres expériences de préretraite pour avancer une théorie neuve qu'il a au sujet de la façon dont le diabète endommage des tissus.

Il pense que le coupable peut être plus grand métabolisme de glucose au fructose, qui augmente également le rapport de NADH/NAD+. Les collègues d'une façon convaincante dans la recherche de diabète pour jeter un oeil plus attentif au mécanisme a été un combat ascendant ; cependant, il est optimiste que car les chercheurs comprennent que le rapport de NADH/NAD+ règle le fonctionnement ainsi que le métabolisme énergétique de vaisseau sanguin, ils jetteront un oeil plus attentif à son rôle dans des vaisseaux sanguins et des nerfs dommageables dans les patients présentant le diabète.

« Il y a assez d'information récente supportant maintenant l'importance de ce mécanisme que je pense que plus de gens seront convaincus de son importance dans un avenir proche, » il dit.