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Un burst di energia del cervello dipende di più da un ciclo molecolare unico che sulla variazione di flusso sanguigno

Un mistero di cento anni sta avendo luogo in vostra testa mentre leggete queste parole. I vasi sanguigni nelle regioni di vostro cervello sono allargarsi, bagnante le celle in un flusso sanguigno aumentato.

Gli scienziati hanno saputo per più di 100 anni che questi cambiamenti hanno luogo quando le aree del cervello sono attivate o quando qualsiasi cella, quale un muscolo in questione in una routine di esercizio, aumenta il suo carico di lavoro. Hanno supposto una volta che il cambiamento accade per fornire alle celle più del glucosio e l'ossigeno quel essi ha dovuto rifornire il loro carico di lavoro di combustibile aumentato. In larga misura grazie ai ricercatori all'università di Washington a St. Louis, sebbene, che la vecchia spiegazione ha peggiorato.

La sinistra nel suo posto è un puzzle: Se il flusso sanguigno aumentato non è necessario fornire alle celle più combustibile, quindi che cosa sta fornendo esattamente? I ricercatori Joseph Williamson ed il segno Mintun non hanno la risposta completa ancora, ma con un paio dei documenti pubblicati all'inizio di quest'anno negli atti dell'Accademia nazionale delle scienze (PNAS), hanno mosso la comunità scientifica un punto importante più vicino.

Williamson e Mintun hanno trovato la risposta ad una domanda strettamente connessa: Come gli aumenti del flusso sanguigno sono avviati? Studi i risultati riferiti nel collegamento di PNAS gli aumenti ad una molecola che occupa un punto unico e centrale nella produzione di energia cellulare.

I ricercatori sperano di applicare le nuove comprensioni per migliorare la rappresentazione del cervello nell'atto e per limitare gli effetti secondari del diabete, ma i loro risultati egualmente sono probabili avere ramificazioni che si increspano fuori molto al di là delle loro specialità della ricerca. Sapere il flusso sanguigno aumentato nel cervello è attivato potrebbe essere pertinente, per esempio, al morbo di Alzheimer ed al colpo di comprensione e gestenti.

I ricercatori dell'università di Washington sono stati guide nello sviluppo delle tecniche di rappresentazione funzionali del cervello, molte di cui riflettono i cambiamenti nei livelli del flusso sanguigno del cervello. In primo luogo hanno cominciato a rovesciare la vecchia spiegazione per flusso sanguigno aumentato nel 1988 esaminando più molto attentamente cui i cambiamenti del flusso sanguigno del cervello hanno riflesso.

“Molto con la nostra grande sorpresa, che cosa abbiamo osservato era che quando il flusso sanguigno è venuto su in un'area attiva del cervello, la quantità di ossigeno che è usando non ha fatto,„ dice Marcus E. Raichle, il MD, professore della radiologia, la neurologia e dell'anatomia e della neurobiologia.

Raichle ed altri ricercatori della scuola di medicina hanno confermato ed ampliato i risultati in parecchi anni, indicanti che l'attivazione del cervello ha aumentato il flusso sanguigno ma prodotta soltanto un aumento moderato nell'uso dello zucchero e un aumento molto piccolo nell'uso dell'ossigeno. “Che cosa è rimanere era ancora la domanda di come sono gli aumenti del flusso sanguigno orchestrati e di perché?„ Richiami di Raichle.

Le risposte sono rimanere scoraggiante fuori mano fino al patologo Joseph R. Williamson, MD dell'università di Washington, ora pensionato, accaduto sulla ricerca alla metà degli anni '90. Con il supporto della st Louis - il diabete basato di chilo e fondamenta di ricerca vascolari e gli istituti di salubrità nazionali, Williamson stava studiando gli effetti offensivi del diabete, che, oltre ad elevare i livelli dello zucchero, aumenta il flusso sanguigno e nuoce ai vasi sanguigni nei nervi, nel cuore, nella retina e nei reni. Domandandosi se le connessioni potessero esistere fra gli aumenti in flusso sanguigno procurato da attività di cervello e quelli avviati dal diabete, Williamson ha trovato lo studio di Raichle 1988 e lo ha letto. Poichè ha studiato la registrazione scientifica più a fondo, Williamson ha riconosciuto una similarità fra le celle di muscolo lavoranti ed ha messo in pericolo le celle nella gente con il diabete: entrambi gli aumenti con esperienza nel rapporto di due moduli di un composto nel metabolismo energetico, di nicotinamide adenindinucleotide (NAD).

“Direzione me che il NAD è posizionato strategico - anche unicamente posizionare-a flusso sanguigno coordinato con il metabolismo energetico,„ dice Williamson.

I biochimici che studiano la produzione di energia cellulare hanno messo il NAD al centro di un diagramma di flusso complesso collegando due metodi differenti di produzione dell'energia quella potenze la maggior parte delle celle. Per questi metodi, il NAD servisce da portafili principali dei protoni e degli elettroni.

La maggior parte del NAD nell'organismo è negli scienziati ossidati di un modulo si riferisce a come NAD+. Durante l'un metodo, la glicolisi, un trattamento che produce rapido l'energia proveniente dallo zucchero, dagli elettroni e dai protoni è trasferita dallo zucchero a NAD+, cambiante lo al NADH (NAD+ più un protone e due elettroni).

“Non solo è due volte la glicolisi velocemente, non richiede l'ossigeno,„ note di Williamson. “È realmente vitale per la sopravvivenza.„

Tracci A. Mintun, MD ed il patologo pensionato Joseph R. Williamson, MD, sta studiando il flusso sanguigno nei cervelli sia dei ratti che degli esseri umani.

La glicolisi rapida dipende da un rapporto basso di NADH/NAD+. In celle attivate ed in celle pericolose dal diabete, le molecole del NADH aumentano, determinando il rapporto di NADH/NAD+ su. Williamson ha sospettato che il rapporto potrebbe essere cambiamenti gestenti in flusso sanguigno.

Ha pensato che potrebbe verificare la sua teoria facendo uso di un collegamento di 50 anni fra il rapporto di NADH/NAD+ ed il rapporto di due altri compone implicato in produzione di energia, lattato e piruvato. Questo collegamento era lo strumento che ha dovuto potere alterare NADH/NAD+: inietti il lattato o il piruvato, cambi il rapporto di NADH/NAD+ e vedi se il flusso sanguigno aumentasse o diminuisse. Williamson ha catturato la sua idea a Raichle, che lo ha messo in contatto con Thomas A. Woolsey, il MD, professore dell'anatomia e la neurobiologia, biologia cellulare e la fisiologia e di ambulatorio neurologico. Woolsey, George H. e Ethel R. Bishop Scholar in neuroscienze, avevano inventato un modello per lo studio delle regioni del cervello del ratto che elaborano l'input sensoriale dalle basette. Facendo uso del modello e delle iniezioni del lattato e del piruvato, Williamson e Woolsey potevano provare il collegamento fra il rapporto di NADH/NAD+ e gli aumenti del flusso sanguigno.

In un documento recente, pubblicato a gennaio in PNAS, il gruppo di Williamson ha confermato ancora il collegamento negli studi della retina del ratto e nella regione visiva del cervello del ratto. Egualmente hanno identificato una via di segnalazione in celle che è avviata dagli alti rapporti di NADH/NAD+. La via attiva una reazione a catena che ricicla il NADH nuovamente dentro NAD+ ed egualmente promuove la produzione di ossido di azoto, che dilata i vasi sanguigni.

Williamson ha diviso i riusciti risultati dei secondi esperimenti del ratto con Raichle prima della pubblicazione ed hanno reso l'idea di verificare gli stessi principi in esseri umani irresistibile per tracciare A. Mintun, il MD, professore della radiologia e della psichiatria.

“Che cosa abbiamo voluto fare dobbiamo assicurarci questo fenomeno siamo realmente pertinenti a lavoro umano,„ Mintun dice. “Ci sono molti modi dei segnali di video nel cervello animale, ma non abbiamo che molte scelte nel fare gli esperimenti umani. E così abbiamo imparato dipendere da questo segnale aumentato del flusso sanguigno. Poi diventa molto importante capire esattamente che cosa quel segnale rappresenta. „ Andrei G. Vlassenko, il MD, il PhD, socio di ricerca nelle scienze radiologiche, ha svolto un ruolo di primo piano nella progettazione e nell'entrata in vigore dello studio umano. Gli scienziati hanno utilizzato uno scanner dell'ANIMALE DOMESTICO per riflettere il flusso sanguigno del cervello in sette oggetti che qualsiasi chiuso i loro occhi durante le scansioni o eseguiti un compito visivo, fissante il loro sguardo fisso su un crosshair centrale stazionario in una visualizzazione animata.

Vlassenko è soddisfatto chiaramente con i risultati: senza iniezioni del lattato, l'aumento del flusso sanguigno alla corteccia visiva durante il compito visivo era 19 per cento; dopo le iniezioni del lattato, era 26 per cento. “Che non potrebbe sembrare come molto se osservate rigorosamente il guadagno, ma se esaminate il guadagno come una percentuale livello originale di aumento, che è completamente un terzo più,„ Vlassenko dice.

Il lavoro di seguito allo studio umano sta generando i dati di aspetto “splendidi„, secondo Mintun. Invitare la nuova scoperta per generare un'attività  di di interesse dovuto il suo impatto potenziale sugli scienziati intorno al mondo facendo uso dei cambiamenti in flusso sanguigno mappare la funzione del cervello umano.

Williamson nota che mentre non sta andando eseguire alcuni esperimenti di seguito di per sé, pianificazione usare gli studi sulla retina e sui dati del ratto da altri esperimenti di pensione anticipata per avanzare una nuova teoria che ha circa come il diabete danneggia i tessuti.

Pensa che il colpevole possa essere metabolismo aumentato di glucosio a fruttosio, che egualmente aumenta il rapporto di NADH/NAD+. I colleghi in modo convincente nella ricerca del diabete per dare uno sguardo più attento al meccanismo è stato una battaglia in salita; tuttavia, è ottimista che poichè i ricercatori capiscono che il rapporto di NADH/NAD+ regolamenti il metabolismo energetico di funzione come pure del vaso sanguigno, essi daranno uno sguardo più attento al suo ruolo in vasi sanguigni e nervi offensivi in pazienti con il diabete.

“Ci sono abbastanza informazioni recenti ora che supportano l'importanza di questo meccanismo che penso che più gente sia convinta di sua importanza nell'immediato futuro,„ dice.