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I livelli intracellulari del trifosfato di adenosina nei neuroni corticali variano con gli stati di sonno-risveglio, manifestazioni di studio sugli animali

È presupposto che il cervello abbia meccanismi omeostatici per impedire lo svuotamento di energia cellulare, richiesto per tutte le attività cellulari. Per esempio, gli aumenti del flusso sanguigno e l'ossigeno ed il glucosio attivamente sono consegnati nella regione del cervello in cui l'attività neurale di infornamento si presenta.

Inoltre, il flusso sanguigno e l'assorbimento cerebrali del glucosio nelle celle oscillano accompagnando le variazioni delle attività cellulari nel cervello attraverso gli stati di sonno-risveglio degli animali. Nell'ambito di questi meccanismi omeostatici di energia del cervello, è presupposto che lo stato di energia cellulare nel cervello potrebbe essere costante mantenuta in tutte le circostanze fisiologiche che includono attraverso gli stati di sonno-risveglio degli animali. Tuttavia, questo non è stato provato sperimentalmente.

Per studiare se lo stato di energia cellulare nel cervello degli animali vivi è sempre costante o variated, i ricercatori hanno misurato la concentrazione intracellulare di un neurone di adenosina 5' - trifosfato (ATP), il metabolita principale di energia cellulare, facendo uso di un sensore fluorescente nel cervello dei mouse viventi. Facendo uso di una microscopia del ampio-campo e della fibra ottica, hanno mostrato una variazione corteccia di ampiezza dei livelli citosolici del trifosfato di adenosina nei neuroni corticali secondo gli stati di sonno-risveglio degli animali: I livelli elevati del trifosfato di adenosina erano durante lo stato del risveglio, sono diminuito durante il sonno non-REM e profondo sono diminuito durante il sonno di rem.

D'altra parte, il flusso sanguigno cerebrale, come parametro metabolico per approvvigionamento di energia, leggermente è aumentato durante il sonno non-REM e notevolmente è aumentato durante il sonno di rem, rispetto allo stato del risveglio. La riduzione dei livelli di un neurone del trifosfato di adenosina egualmente è stata osservata nell'ambito dell'anestesia generale in mouse e della risposta a stimolo elettrico del cervello locale per l'attivazione di un neurone, mentre l'emodinamica è stata migliorata simultaneamente.

Dal trifosfato di adenosina di un neurone i livelli aumentano in tutto la corteccia nello stato del risveglio, che è quando la domanda di energia cellulare aumenta, meccanismi del cervello per modulazione di energia potrebbero aumentare i livelli di un neurone del trifosfato di adenosina in un modo corteccia di ampiezza in risposta alla transizione di sonno--risveglio degli animali. Nel frattempo, la grande riduzione dei livelli di un neurone del trifosfato di adenosina durante il sonno di rem malgrado un aumento simultaneo di emodinamica cerebrale per approvvigionamento di energia suggerisce il bilancio energetico negativo in neuroni, in grado di essere dovuto la promozione sonno-specifica di rem delle attività consumarici di energia quale produzione di calore.

La riduzione significativa dei livelli del trifosfato di adenosina dei neuroni corticali durante il sonno di rem si pensa che usi come biomarcatore novello di sonno di rem. Finalmente, il metabolismo energetico cerebrale non può rispondere sempre alle domande di energia di un neurone, conseguentemente con conseguente fluttuazioni fisiologiche dei livelli intracellulari del trifosfato di adenosina in neuroni.

Source:
Journal reference:

Natsubori, A., et al. (2020) Intracellular ATP levels in mouse cortical excitatory neurons varies with sleep–wake states. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-020-01215-6.