Tại sao não bộ là cơ quan tiêu thụ năng lượng nhiều nhất trong cơ thể?

Bộ não của con người tiêu thụ nhiều năng lượng hơn các cơ quan khác. Thông tin này có thể khiến nhiều người bất ngờ nhưng sự thật là như vậy. Nhưng tại sao não lại là cơ quan tiêu hao nhiều năng lượng nhất? Câu trả lời đang dần được các nhà khoa học hé lộ thông qua các nghiên cứu chuyên sâu về não người.

Nghiên cứu mới từ Weill Cornell Medicine đã phát hiện điều này xảy ra ngay cả trong thời gian não bộ ở trạng thái nghỉ ngơi và các tế bào thần kinh không truyền tín hiệu như bình thường cho nhau.

Ví dụ ngay cả trong trạng thái không hoạt động, chẳng hạn như hôn mê, mức tiêu thụ glucose của não thường giảm từ mức bình thường xuống chỉ khoảng một nửa.

Quá trình đóng gói chất dẫn truyền thần kinh có thể là nguyên nhân dẫn đến việc tiêu hao năng lượng này.

Các nhà khoa học tin rằng quá trình đóng gói chất dẫn truyền thần kinh (các phân tử hóa học được hệ thần kinh sử dụng để truyền thông điệp giữa các tế bào thần kinh) có thể là nguyên nhân dẫn đến việc tiêu hao năng lượng này.

Các chuyên gia xác định túi synap có vẻ là nguồn tiêu thụ năng lượng chính của các tế bào thần kinh không hoạt động. Các túi này được sử dụng làm nơi chứa các chất truyền thần kinh được phóng ra từ khớp thần kinh để gửi tín hiệu đến các tế bào thần kinh khác khi não hoạt động.

Theo các nhà khoa học, việc đóng gói các chất dẫn truyền thần kinh vào các túi synap là một quá trình luôn có sự rò rỉ và dẫn tới tiêu hao một nguồn năng lượng đáng kể ngay cả khi các túi đầy và các đầu khớp thần kinh không hoạt động.

Trong thời gian ngừng hoạt động của khớp thần kinh, các túi chứa hàng ngàn chất dẫn truyền thần kinh nhưng có dấu hiệu rò rỉ năng lượng hay còn gọi là “dòng chảy proton” từ màng của chúng. Do đó một loại enzyme “bơm proton” đặc biệt cần tiếp tục hoạt động và dẫn tới làm tiêu thụ năng lượng.

Năng lượng duy trì sự dẫn truyền thần kinh luôn bị rò rỉ

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nguồn có khả năng gây ra sự rò rỉ proton này là các protein được gọi là chất vận chuyển (thường đưa chất dẫn truyền thần kinh vào các túi synap) thay đổi hình dạng để mang chất dẫn truyền thần kinh vào túi nhưng đồng thời cho phép proton thoát ra ngoài. Nguồn năng lượng để duy trì sự thay đổi hình dạng này luôn giữ ở mức thấp và cho phép nạp lại chất dẫn truyền thần kinh nhanh hơn, giúp các hoạt động suy nghĩ và đưa ra hành động nhanh hơn.

Việc đóng gói các chất dẫn truyền thần kinh vào các túi synap là một quá trình luôn có sự rò rỉ.

Tác giả của nghiên cứu, Timothy Ryan, giáo sư Hóa sinh tại Weill giải thích: “Nhược điểm của khả năng truyền tải nhanh hơn là ngay cả những dao động nhiệt ngẫu nhiên cũng có thể kích hoạt sự thay đổi hình dạng của chất vận chuyển, gây tiêu hao năng lượng liên tục ngay cả khi không có chất dẫn truyền thần kinh nào di chuyển”.

Mặc dù sự rò rỉ trên mỗi túi là rất nhỏ nhưng có hàng trăm ngàn tỷ túi synap trong não người nên việc tiêu hao năng lượng sẽ tăng lên đáng kể.

Phát hiện không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về não bộ mà còn mở ra các lộ trình điều trị tình trạng thiếu hụt trao đổi chất ở các các bệnh như Alzheimer hoặc Parkinson.

Tiến sĩ Ryan kết luận: “Nếu chúng ta có một cách để giảm bớt sự tiêu hao năng lượng này an toàn hơn và làm chậm quá trình trao đổi chất trong não thì nó có thể tạo ra một sự ảnh hưởng lớn về mặt lâm sàng”.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances mới đây.

• Báu vật "kỳ tích" trong lăng mộ 2000 năm hé lộ bí mật động trời về trí tuệ không tưởng của người xưa
• Bàn tay robot đã có thể giống người như thế này thì tương lai Terminator đã gần hơn một bước
• Đây là ngôi mộ đầu tiên lắp tivi để chiếu video về người đã khuất

Từ khóa liên quan:

bộ não

cơ quan tiêu thụ năng lượng nhiều nhất

chất dẫn truyền thần kinh

quá trình đóng gói chất dẫn truyền thần kinh

túi synap

tế bào thần kinh

chất vận chuyển

Timothy Ryan