一个研究团队展示了大脑中单个神经元的能量水平在所谓的扩散去极化过程中如何变化——这些活动波在各种脑部疾病中发生。研究结果为理解急性脑缺血情况下的能量代谢提供了重要基础，例如中风期间发生的情况。
在莱比锡大学卡尔·路德维希生理学研究所的研究团队首次演示了大脑中单个神经元的能量水平在所谓的扩散去极化过程中如何变化——这些活动波在各种脑部疾病中发生。研究结果为理解急性脑缺血情况下的能量代谢提供了重要基础，例如中风期间发生的情况。
腺苷三磷酸（ATP）是神经元中的重要能量来源。在新研究中，卡尔·路德维希生理学研究所的研究人员使用了一种特别开发的小鼠模型，其大脑神经元产生一种荧光传感蛋白。这使他们能够可视化单个神经元中可用的能量量。通过高分辨率荧光显微镜，研究团队能够实时观察单个神经元在扩散去极化期间ATP水平的变化。这些波——其中神经元一个接一个去极化，类似于短路——与中风后的组织损伤相关。迄今为止，在这种波动期间，ATP作为大脑的中央能量载体在单个神经元中的行为仍不清楚。
“我们的研究首次提供了高分辨率的见解，揭示了神经元在能量供应与需求出现急性失衡（比如中风）期间如何以及何时失去其能量储备，”来自卡尔·路德维希生理学研究所的研究负责人卡尔·肖克尼赫特博士说道。“有趣的是，能量储备并不是均匀耗尽的，而是与扩散去极化过程相关。这个模型将在进一步的项目中用于测试旨在防止这些波引发的严重能量损失的潜在疗法，”这位医学系的研究人员解释道。
研究结果表明，即使在“健康”的脑组织中，这些波也会导致ATP水平的暂时下降。在能量剥夺的情况下——如中风期间发生的情况——扩散去极化的效果尤为明显。在这种情况下，这些波大大加速了ATP的损失，导致神经元的能量储备耗尽。然而，即使在扩散去极化之后，大多数神经元仍然能够补充其ATP储备——前提是葡萄糖和氧气重新供应。这意味着能量代谢的崩溃在原则上依然是可逆的。
在这项研究中，团队通过从营养溶液中去除葡萄糖和氧气来模拟中风条件。同时，他们使用电生理学方法记录扩散去极化。这些发现有助于理解大脑的能量代谢。
该研究汇聚了卡尔·路德维希生理学研究所的互补专业知识：来自延斯·艾勒斯教授的先进显微镜技术，由约翰尼斯·希尔林格教授开发的专业小鼠模型，以及卡尔·肖克尼赫特博士对扩散去极化的研究。
