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Los niveles intracelulares del ATP en las neuronas corticales varían con los estados de la sueño-estela, demostraciones del estudio animal

Se asume que el cerebro tiene mecanismos homeostáticos para prevenir el agotamiento de la energía celular, requerido para todas las actividades celulares. Por ejemplo, los aumentos del flujo de sangre, y el oxígeno y la glucosa se entregan activamente en la región del cerebro en la cual la actividad de los nervios de la despedida ocurre.

Además, el flujo de sangre y la absorción cerebrales de la glucosa en las células fluctúan acompañando las variaciones de actividades celulares en el cerebro a través de los estados de la sueño-estela de animales. Bajo estos mecanismos homeostáticos de la energía del cerebro, se asume que el estado de la energía celular en el cerebro podría ser constante mantenido en todas las condiciones fisiológicas que incluían a través de los estados de la sueño-estela de animales. Sin embargo, esto no se ha probado experimental.

Para investigar si el estado de la energía celular en el cerebro de animales vivos es siempre constante o variated, los investigadores midieron la concentración intracelular neuronal de la adenosina 5' - trifosfato (ATP), el metabilito mayor de la energía celular, usando un sensor fluorescente en el cerebro de ratones vivos. Usando una microscopia de la fibra óptica y del ancho-campo, mostraron una variación corteza-ancha de los niveles cytosolic del ATP en las neuronas corticales dependiendo de los estados de la sueño-estela de animales: Los niveles del ATP eran altos durante el estado el despertar, disminuyeron durante el sueño no-REM, y profundo disminuyeron durante sueño del REM.

Por otra parte, el flujo de sangre cerebral, como parámetro metabólico para el suministro de energía, aumentó ligeramente durante el sueño no-REM y aumentó grandemente durante el sueño del REM, comparado con el estado el despertar. La reducción en niveles neuronales del ATP también fue observada bajo anestesia general en ratones y reacción al estímulo eléctrico del cerebro local para la activación neuronal, mientras que la hemodinámica fue aumentada simultáneamente.

Desde el ATP neuronal los niveles aumentan en la corteza en el estado el despertar, que es cuando la demanda energética celular aumenta, los mecanismos del cerebro para la modulación de la energía podrían aumentar los niveles neuronales del ATP de una manera corteza-ancha en respuesta a la transición de la sueño-a-estela de animales. Mientras tanto, la gran reducción de los niveles neuronales del ATP durante sueño del REM a pesar de un aumento simultáneo de la hemodinámica cerebral para el suministro de energía sugiere el balance energético negativo en las neuronas, que podrían ser debido a la promoción sueño-específica del REM de actividades consumidores de energía tales como producción de calor.

Se prevee que la reducción importante de los niveles del ATP en las neuronas corticales durante sueño del REM utilice como biomarker nuevo del sueño del REM. Eventual, el metabolismo energético cerebral puede no cubrir siempre demandas energéticas neuronales, por lo tanto dando por resultado fluctuaciones fisiológicas de los niveles intracelulares del ATP en neuronas.

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.