Commun Biol: 清醒與睡眠狀態下皮層神經元的能量差異

來源：作者：人氣：-發表時間：2020-10-09 11:00:00【大中小】

大腦具有體內平衡機制，以防止所有細胞同時活動造成的細胞能量耗竭。此外，隨著動物睡眠覺醒狀態的變化，大腦中的腦血流量和葡萄糖攝取會隨著大腦中細胞活動的變化而波動。在這些腦能量穩態機制下，腦中的細胞能量狀態應該可以保持恒定。但是，這還沒有經過實驗證明。

為了研究活體動物大腦中的細胞能量狀態是恒定還是變化，研究人員使用了熒光傳感器在大腦中測量了主要細胞能量代謝物5'-三磷酸腺苷（ATP）的神經元細胞內濃度。使用先進的顯微技術，它們顯示了取決于動物睡眠覺醒狀態的皮質神經元胞質ATP水平的全皮層變化：清醒狀態下ATP含量高，非快速眼動過程中ATP含量降低。REM睡眠期間則大幅減少。另一方面，與蘇醒狀態相比，作為能量供應的代謝參數的腦血流量在非快速眼動睡眠期間略有增加，而在快速眼動睡眠期間顯著增加。在全身麻醉和對局部腦電刺激神經元激活的反應下，還觀察到小鼠神經元ATP水平降低，而血液動力學同時增強。

由于處于清醒狀態的整個皮質中神經元ATP水平增加，表明這是細胞能量需求增加的時候。同時，盡管大腦血液動力學同時增加，但快速眼動睡眠期間神經元ATP的水平卻大大降低，這表明神經元中能量的負平衡，這可能是由于快速眼動睡眠特定地促進了諸如熱量產生等能量消耗活動。 REM睡眠期間皮質神經元中ATP水平的顯著降低有望用作REM睡眠的新生物標記。最終，優于腦能量代謝可能并不總是滿足神經元能量需求，因此導致神經元中細胞內ATP水平的生理波動。