Kako mozak upravlja krvlju da bi napajao misli: Otkrivena unutrašnja signalna mreža moždanih sudova

Nova saznanja iz Harvardove laboratorije osvetljavaju tajanstveni mehanizam koji omogućava da se krv u mozgu precizno raspoređuje u realnom vremenu – ključ za razumevanje moždane funkcije, snimaka fMRI i bolesti poput Alchajmera, piše Neuroscience news.

U svakom trenutku, dok čitate ove reči, vaš mozak – organ veličine pesnice, koji teži tek oko 1,3 kilograma – troši gotovo petinu ukupne energije vašeg tela. Ova potrošnja nije ravnomerna: različiti delovi mozga se aktiviraju naizmenično, u zavisnosti od toga da li govorite, rešavate problem, sećate se mirisa, brinete se, planirate. I svaki od tih regiona, u trenutku kada se aktivira, zahteva nagli priliv krvi bogate kiseonikom i glukozom.

Preporučujemo

Ali kako mozak zna gde da pošalje krv – i to tačno kada je potrebna?

Ovo pitanje dugo je zbunjivalo naučnike. A sada, tim istraživača sa Harvardove medicinske škole, predvođen profesorkom neurobiologije Čenghuom Gu, otkrio je složen i izuzetno efikasan sistem „unutrašnje komunikacije“ među ćelijama koje oblažu krvne sudove mozga. Njihovo istraživanje, objavljeno u časopisu Cell, objašnjava kako mozak koristi ove ćelije kao signalne „žile kucavice“, kako bi momentalno usmerio krv ka aktivnim regijama.

Mozak je energetski najzahtevniji organ u telu, iako čini svega oko 2% telesne mase. Njegova potrošnja energije (oko 20% ukupne) mora biti pažljivo kontrolisana. Za razliku od mišića, koji troše energiju u trenucima svesne fizičke aktivnosti, mozak troši energiju stalno – čak i dok spavamo.

Ali ne troši je ravnomerno: kada gledate sliku, aktiviraju se vizuelni centri; kada govorite, krv nadire ka Brokinom području. Ova selektivnost je ključna za efikasnost i funkcionalnost.

Upravo zato je bilo važno otkriti kako mozak zna gde da šalje krv i kako to organizuje brzo i precizno.

Veza između aktivnosti mozga i protoka krvi prvi put je dokumentovana još u 19. veku. Italijanski lekar Anđelo Moso primetio je da se deo mozga pacijenta s defektom na lobanji momentalno punio krvlju kada bi bio uzbuđen ili uznemiren — što je predstavljalo prvi dokaz neposredne veze između moždane aktivnosti i cirkulacije.

U 20. veku ta veza je postala temelj funkcionalne magnetne rezonance (fMRI), neinvazivne metode koja meri protok krvi kao indirektan znak moždane aktivnosti. Ali da bi se podaci sa fMRI skenera pravilno tumačili, mora se razumeti mehanizam kojim mozak kontroliše taj protok.

Istraživači su proučavali mozgove miševa, fokusirajući se na endotelne ćelije – ćelije koje oblažu unutrašnjost svih krvnih sudova. Otkrili su da ove ćelije ne služe samo kao pasivna barijera već da aktivno učestvuju u komunikaciji unutar vaskularnog sistema mozga.

Ono što omogućava ovu komunikaciju su gap junctions – mikroskopski kanali koji povezuju susedne ćelije i omogućavaju da joni i mali molekuli brzo prelaze iz jedne ćelije u drugu. Zahvaljujući tim strukturama, endotelne ćelije u mozgu formiraju svojevrsnu signalnu mrežu — sistem nalik brzoj pošti koji prenosi informacije o lokalnim potrebama za krvlju.

Ova mreža funkcioniše kao dinamičan, decentralizovan sistem: kada jedan deo mozga postane aktivan, ćelije u njegovoj blizini momentalno šalju signal duž sudova, koji se potom šire, sužavaju ili preusmeravaju krv — bez ikakvog kašnjenja.

Naučnici su identifikovali i dva gena koji igraju ključnu ulogu u ovom sistemu komunikacije. Kada su ti geni bili deaktivirani, signalizacija među ćelijama je prestala, što je dovelo do zastoja u protoku krvi ka aktivnim delovima mozga. To pokazuje da se ovaj mehanizam ne oslanja samo na hemijske signale već na fizičku, direktnu povezanost ćelija.

- Mozak koristi unutrašnju oblogu svojih krvnih sudova kao visokopropusni signalni autoput. To je kao da imate cevovod kroz koji ne protiče samo krv, već i informacije o tome gde je krv potrebna - kaže doktorand Trevor Krolak, jedan od koautora.

Ova otkrića bacaju novo svetlo na brojne poremećaje mozga. U mnogim neurodegenerativnim bolestima, uključujući Alchajmerovu i Parkinsonovu, primećuje se smanjena sposobnost mozga da efikasno raspoređuje krv. Iako se dugo verovalo da je to posledica smrti neurona, moguće je da problem započinje još ranije — u disfunkciji same signalne mreže krvnih sudova.

- Ako ovaj sistem počne da zatajuje, čak i funkcionalni neuroni neće dobiti dovoljno energije i kiseonika. To može biti jedan od prvih koraka ka kognitivnom padu - objašnjava dr Kaplan.

Takođe, bolje razumevanje ove komunikacije moglo bi poboljšati tumačenje fMRI snimaka, koji su često ključni za dijagnostiku mentalnih i neuroloških bolesti.

Zanimljivo je i da gap junctions postoje i u drugim delovima tela, poput srca, gde sinhronizuju otkucaje. Mutacije u genima koji ih formiraju povezane su s raznim poremećajima – što znači da ovaj model komunikacije ima univerzalno značenje, daleko šire od samog mozga.

Iako je istraživanje još u fazi studija na životinjama, vaskularna arhitektura mozga je visoko konzervisana među sisarima. Zbog toga naučnici veruju da isti mehanizam funkcioniše i kod ljudi. Ako se potvrdi, mogao bi da postane nova meta za razvoj terapija – ne samo za neurološke bolesti, već i za poboljšanje kognitivnih sposobnosti tokom starenja.

(Telegraf Nauka / Neuroscience News)