Gaat Brain in de standby-modus wanneer de metabole energie laag is?

Door een computergestuurd model te gebruiken om een ??elektro-encefolagram (EEG) hersenpatroon te bestuderen dat "burst-suppressie" wordt genoemd, geloven onderzoekers in de VS dat ze een fundamenteel mechanisme hebben ontdekt van hoe de hersenen zich gedragen wanneer de metabole energietoevoer naar hersencellen laag is. Het is alsof burst-onderdrukking een type intermitterende standby-modus is, waarbij een periode van intense activiteit wordt gevolgd door een periode van inactiviteit, die voortduurt totdat er voldoende metabole energie voor cellen is om weer actief te worden.
De onderzoekers, van het Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston, schrijven over hun ontdekking op 7 februari PNAS Vroege editie. Ze hopen dat het het ontwerp van anesthetica en manieren om de hersenen te beschermen zal helpen verbeteren.
Burst-onderdrukking is een hersenpatroon van het elektro-encefalogram (EEG) waarbij episoden van hoogspanningsactiviteit (de bursts) worden afgewisseld met perioden met sterk verminderde activiteit die 10 seconden of langer duren.
Burst-suppressie treedt op in een aantal omstandigheden, zoals geïnduceerde hypothermie, een medische behandeling waarbij artsen de hersenen van een patiënt in een staat van lage activiteit plaatsen om het te beschermen tegen schade veroorzaakt door trauma of verminderde bloedstroom. Het is ook waargenomen in diepe algemene anesthesie, coma's, bij baby's met ernstige neurologische ontwikkelingsstoornissen en gedurende een korte periode bij sommige baby's die te vroeg werden geboren.
Eerdere studies hebben zich gericht op het onderzoeken van de EEG-patronen van burst-suppressie en het effect van externe stimuli op de hersenen in deze toestand. Maar niemand had nog geprobeerd om uit te leggen wat het onderliggende cellulaire mechanisme zou kunnen zijn.
Senior auteur Dr Emery Brown, van de afdeling Anesthesie van MGH, Critical Care en Pain Medicine, vertelde de pers:
"De ogenschijnlijk niet-gerelateerde hersentoestanden die leiden tot burst-suppressie - diepe anesthesie, coma, hypothermie en sommige ontwikkelingshersenen stoornissen - vertegenwoordigen allemaal een depressieve metabolische toestand."
"We geloven dat we iets fundamenteels hebben geïdentificeerd over hersenneurochemie, neuroanatomie en neurofysiologie die ons kunnen helpen betere therapieën voor hersenbescherming te plannen en toekomstige anesthetica te ontwerpen," voegde hij eraan toe.
Brown en haar collega's stellen in hun studie een "verenigingsmechanisme" voor burst-onderdrukking voor dat rekening houdt met alle omstandigheden waarin het wordt waargenomen.
Om het mechanisme te bestuderen creëerden ze een computergebaseerd "biofysisch model" dat rekening hield met wat alle aandoeningen (geïnduceerde hypothermie, coma, enzovoort) gemeen hadden: een significante vermindering van de metabole toestand van de hersenen.
De hersenen werken omdat signalen van de ene cel naar de andere gaan. Om dit te laten gebeuren, moet de elektrische chemie precies goed zijn: er moet een balans zijn tussen natriumionen buiten de cel en kaliumionen in de cel.
Het evenwicht wordt geregeld door "ionenpompen" gevoed door ATP, het molecuul dat energie levert aan cellen.
Toen ze met het model speelden, ontdekten de onderzoekers dat wanneer de energietoevoer te laag wordt en er niet genoeg ATP is, de cellen kalium lekken en dit stopt de signalen.
"In elke conditie suggereert het model dat een afname van cerebrale metabolische snelheid, gekoppeld aan de stabiliserende eigenschappen van door ATP gereguleerde kaliumkanalen, leidt tot de karakteristieke tijdperken van onderdrukking", schrijven ze.
Hoofdauteur Dr ShiNung Ching, een postdoctoraal fellow in Brown's lab, zei:
"Het lijkt erop dat burst-suppressie de hersenen in een veranderde fysiologische staat brengt om de regeneratie van ATP mogelijk te maken, wat het essentiële metabole substraat is."
"Tijdens de onderdrukking proberen de hersenen genoeg ATP te herstellen om opnieuw te starten.Als het substraat niet snel genoeg regenereert, zal het systeem deze korte uitbarstingen van activiteit hebben, stoppen en dan opnieuw herstellen," zei Ching.
Het model suggereert dat de duur van burst-onderdrukking afhangt van hoe lang het duurt om ATP-niveaus te herstellen. Dit komt overeen met wat lijkt te gebeuren wanneer iemand wordt verdoofd: hoe dieper de anesthesie, hoe langer de perioden van onderdrukking.
Brown zei wanneer ze algemene anesthesie gebruiken om coma's te veroorzaken bij patiënten met ernstige neurologische letsels, zodat hun hersenen kunnen genezen, ze nemen ze af tot een niveau van burst-onderdrukking.
"Maar er zijn veel vragen over hoe diep geanestheseerd een individuele patiënt zou moeten zijn - hoe vaak de bursts zouden moeten plaatsvinden - en hoe lang we die toestand zouden moeten handhaven," legde hij uit.
Het model zou hen kunnen helpen meer te weten te komen over wat een fundamentele manier lijkt om energie in de hersenen te behouden, en daarom hoe het best burst-onderdrukking kan gebruiken om geïnduceerde coma en spoorherstel te begeleiden, zei Brown.
"Dit is ook een goed voorbeeld van hoe het bestuderen van anesthesie ons kan helpen iets heel basaals te leren over de hersenen," voegde hij eraan toe.
Geschreven door Catharine Paddock PhD

Genoom van de naakte molrat kan geheimen van ouder worden en kanker ontgrendelen

Wetenschappers hebben de sequentie bepaald van het genoom van de naakte molrat, een zeer sociaal ondergronds knaagdier van buitengewone duurzaamheid dat de jeugdige biologie, goede gezondheid en vruchtbaarheid tot ver in de laatste jaren behoudt. De naakte molrat leeft tien keer langer dan zijn verre neven, de rat en de muis, en de hoop is dat wetenschappers hun genoom zullen vergelijken met het ontsluiten van enkele van de genetische en biologische geheimen van veroudering en kanker, inclusief bij mensen.

(Health)

Vitamine D en calcium kunnen breuken niet voorkomen

Vitamine D- en calciumsupplementen voorkomen geen breuken bij volwassen mannen of vrouwen, volgens een rapport gepubliceerd in het tijdschrift Annals of Internal Medicine. Na te hebben ontdekt dat er onvoldoende wetenschappelijk bewijs was om aan te tonen dat vitamine D- en calciumsupplementen de botten beschermen tegen het breken bij mannen of de meerderheid van de vrouwen na de menopauze, heeft de U.

(Health)