Saltar al contenido principal

Finalmente sabemos por qué el cerebro usa tanta energía

Crédito de la imagen: Shutterstock

Su cerebro puede estar perdiendo ... energía, según un nuevo estudio que puede explicar por qué su cabeza consume el 20% de la energía necesaria para mantener su cuerpo en funcionamiento.

Los investigadores del estudio encontraron que pequeños sacos llamados vesículas que contienen mensajes que se transmiten entre las células cerebrales pueden estar rezumando energía constantemente, y esa fuga es probablemente una compensación para que el cerebro esté listo para disparar en todo momento, según un nuevo estudiopublicado el 3 de diciembre en la revista avances científicos .

"El cerebro se considera un órgano muy caro de manejar ", dijo el autor principal Timothy Ryan, profesor de bioquímica en Weill Cornell Medicine en la ciudad de Nueva York.

Relacionado: 10 cosas que no sabías sobre el cerebro

Los científicos asumieron anteriormente que esta succión de energía tenía que ver con el hecho de que el cerebro está eléctricamente activo, lo que significa que las células del cerebro, o neuronas, están constantemente disparando señales eléctricas para comunicarse, un proceso que quema grandes cantidades de una molécula de energía conocida comoadenosina 5'-trifosfato ATP.

Pero durante las últimas dos décadas, los estudios clínicos demostraron que los cerebros de las personas que estaban en estado vegetativo o coma, es decir, una actividad eléctrica cerebral mínima, aún consumían cantidades masivas de energía, dijo Ryan a Rhythm89. Así que los neurocientíficos se enfrentaron aun acertijo: si la actividad eléctrica no está consumiendo toda la energía del cerebro, ¿cuál es?

Vesículas con fugas

En los últimos años, Ryan y su equipo han estado investigando las uniones en el cerebro llamadas sinapsis, donde las neuronas se encuentran y se comunican al lanzar diminutas vesículas llenas de mensajeros químicos llamados neurotransmisores.

Anteriormente demostraron que las sinapsis activas consumen mucha energía. Pero en un nuevo estudio, en el que inactivaron las sinapsis de neuronas de rata en placas de laboratorio con una toxina y luego midieron los niveles de ATP dentro de las sinapsis, el equipo se dio cuenta de que las sinapsis consumían unamucha energía incluso cuando las neuronas no se disparan.

Para averiguar por qué, desactivaron varias bombas en las superficies de las diminutas vesículas que mueven los neurotransmisores y otras moléculas hacia adentro y hacia afuera, y así privaron a las sinapsis de combustible. Obtuvieron imágenes de las sinapsis usando un fluorescente microscopio y averiguó cuánto ATP había quemado la sinapsis.

Descubrieron que una "bomba de protones" era responsable de aproximadamente el 44% de toda la energía utilizada en la sinapsis en reposo. Cuando profundizaron más, los investigadores descubrieron que la bomba de protones tenía que seguir funcionando y quemando ATP, porque las vesículassiempre tenían "fugas" de protones.

Las sinapsis inactivas se preparan para lanzar estas vesículas en cualquier momento al empaquetarlas previamente con neurotransmisores.

Lo hacen con la ayuda de otra bomba que se asienta en la superficie de las vesículas. Este tipo de bomba, llamadas proteínas transportadoras, cambian de forma para transportar neurotransmisores al interior y, a cambio, agarran a protón desde el interior de la vesícula, cambie de forma nuevamente y escupe el protón fuera de la vesícula. Para que este proceso funcione, las vesículas deben tener una mayor concentración de protones en el interior que en su entorno.

Pero los investigadores encontraron que incluso después de que las vesículas estaban llenas de neurotransmisores, las proteínas transportadoras continuaron cambiando de forma. A pesar de que no transportaban neurotransmisores a las vesículas, continuaron escupiendo protones, lo que requería que la bomba de protones siguiera funcionandopara rellenar el depósito de protones de la vesícula.

"Así que descubrimos una especie de ineficiencia", dijo Ryan. La fuga es pequeña, pero si suma billones de fugas juntas, eso "termina siendo un gasto bastante grande incluso sin ninguna actividad eléctrica".

Los estudios se realizaron utilizando neuronas de rata en el laboratorio, pero "la maquinaria involucrada está increíblemente bien conservada" entre ratas y humanos, por lo que los hallazgos probablemente también serían válidos para los cerebros humanos, dijo Ryan.

No está claro por qué nuestros cerebros evolucionaron para tener esta fuga, pero el fácil cambio de forma probablemente sea una compensación para que las vesículas puedan acumular neurotransmisores rápidamente, dijo.

Imagínese lo rápido que puede acelerar si tuviera un automóvil en ralentí en todo momento a una velocidad alta de revoluciones, pero cuánto combustible desperdiciaría, agregó. "Tal vez el precio de mantener las sinapsis listas fue lo que pareceser un uso ineficiente de la energía ".

Ryan y su equipo esperan que los hallazgos puedan ayudar no solo en la comprensión fundamental del cerebro humano, sino también clínicamente. Por ejemplo, el descubrimiento podría conducir a una mejor comprensión y tratamiento de ciertas enfermedades, como Parkinson , en el que el cerebro puede no tener suficiente combustible para producir ATP.

En ese caso, "estás hablando de un auto en ralentí [y] cortas la línea de gasolina", dijo Ryan. "Realmente vas a tener un problema".

Publicado originalmente en Rhythm89.

Yasemin es redactora en Rhythm89, que cubre temas de salud, neurociencia y biología. Su trabajo ha aparecido en Scientific American, Science y San Jose Mercury News. Tiene una licenciatura en ingeniería biomédica de la Universidad de Connecticut y un certificado de posgrado.en comunicación científica de la Universidad de California, Santa Cruz.