Il cervello ha un elevato fabbisogno energetico ed è molto sensibile alla carenza di ossigeno. Per la prima volta, uno studio ha identificato la correlazione diretta tra il consumo di questo elemento e le attività di alcune cellule nervose.
di Lisa Ovi
BMC Biology pubblica i risultati di uno studio condotto da neurobiologi della Ludwig-Maximilians-Universitaet, Monaco, che descrive per la prima volta la relazione diretta tra consumo di ossigeno e le attività di alcune cellule nervose.
Sappiamo che il cervello consuma una quantità sproporzionata di energia rispetto alla sua massa corporea, sfruttando principalmente processi metabolici aerobici che consumano notevoli quantità di ossigeno. I livelli di concentrazione di ossigeno nel cervello sono quindi un parametro importante per descrivere la funzionalità delle cellule nervose e delle cellule gliali.
Rimaneva finora in gran parte ignoto esattamente quanto ossigeno il cervello consumi e in che modo questo consumo sia correlato all’attività neuronale. Ora, Hans Straka, Suzan Özugur e Lars Kunz, neurobiologi della LMU, sono riusciti per la prima volta a misurare questi consumi direttamente, identificando anche le attività neuronali ad essi correlate.
Lo studio è stato condotto su modelli animali ben consolidati, dei girini della rana artigliata Xenopus Laevis. Gli scienziati hanno determinato la concentrazione di ossigeno nel cervello e in uno dei ventricoli cerebrali degli animali utilizzando dei sensori elettrochimici.
Così facendo, sono stati in grado di controllare la quantità specifica di ossigeno erogato al cervello ed inibire, grazie ad alcune sostanze farmacologiche, l’attività delle cellule nervose. Ad esempio, gli scienziati sono riusciti a registrare la relazione diretta tra consumo di ossigeno e attività delle cellule nervose che controllano i movimenti oculari.
Secondo lo studio, in un ambiente normalmente saturo di aria, il cervello si rivela anossico e non è possibile rilevare in esso la presenza di ossigeno. Ciò significa che l’ossigeno viene immediatamente utilizzato dalle cellule per la sintesi di sostanze ricche di energia. In presenza di una concentrazione doppia di ossigeno rispetto a quella presente nell’atmosfera, invece, il metabolismo energetico risulta saturo e nel cervello si rilevano abbondanti livelli di ossigeno.
I ricercatori sono riusciti a dimostrare che nel corso del normale funzionamento del cervello, solo il 50 percento circa dell’ossigeno viene utilizzato per l’attività delle cellule nervose, mentre il rimanente 50% viene sfruttato dalle cellule gliali e devoluto al mantenimento del tasso metabolico di base delle cellule nervose. Indubbiamente, una maggiore attività delle cellule nervose consuma più ossigeno.
Comprendere la relazione tra disponibilità di ossigeno ed attività cerebrale è fondamentale alla comprensione di come il cervello elabori le informazioni. I risultati pubblicati dal nuovo studio rappresentano un importante punto di partenza per nuovi approfondimenti sul bilancio energetico del cervello e delle varie funzioni delle singole cellule nervose.
Da un punto di vista medico, si potrebbe arrivare a comprendere meglio le conseguenze di una carenza di ossigeno nel cervello o arricchire le possibilità di interpretazione delle informazioni raccolte sull’attività cerebrale con tecniche di imaging.
(lo)
