Commun Biol: 清醒與睡眠狀態(tài)下皮層神經(jīng)元的能量差異

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2020-10-09 11:00:00【大中小】

大腦具有體內(nèi)平衡機(jī)制，以防止所有細(xì)胞同時(shí)活動(dòng)造成的細(xì)胞能量耗竭。此外，隨著動(dòng)物睡眠覺醒狀態(tài)的變化，大腦中的腦血流量和葡萄糖攝取會(huì)隨著大腦中細(xì)胞活動(dòng)的變化而波動(dòng)。在這些腦能量穩(wěn)態(tài)機(jī)制下，腦中的細(xì)胞能量狀態(tài)應(yīng)該可以保持恒定。但是，這還沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明。

Commun Biol: 清醒與睡眠狀態(tài)下皮層神經(jīng)元的能量差異

為了研究活體動(dòng)物大腦中的細(xì)胞能量狀態(tài)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(xì)胞能量代謝物5'-三磷酸腺苷（ATP）的神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)濃度。使用先進(jìn)的顯微技術(shù)，它們顯示了取決于動(dòng)物睡眠覺醒狀態(tài)的皮質(zhì)神經(jīng)元胞質(zhì)ATP水平的全皮層變化：清醒狀態(tài)下ATP含量高，非快速眼動(dòng)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(tài)相比，作為能量供應(yīng)的代謝參數(shù)的腦血流量在非快速眼動(dòng)睡眠期間略有增加，而在快速眼動(dòng)睡眠期間顯著增加。在全身麻醉和對(duì)局部腦電刺激神經(jīng)元激活的反應(yīng)下，還觀察到小鼠神經(jīng)元ATP水平降低，而血液動(dòng)力學(xué)同時(shí)增強(qiáng)。

由于處于清醒狀態(tài)的整個(gè)皮質(zhì)中神經(jīng)元ATP水平增加，表明這是細(xì)胞能量需求增加的時(shí)候。同時(shí)，盡管大腦血液動(dòng)力學(xué)同時(shí)增加，但快速眼動(dòng)睡眠期間神經(jīng)元ATP的水平卻大大降低，這表明神經(jīng)元中能量的負(fù)平衡，這可能是由于快速眼動(dòng)睡眠特定地促進(jìn)了諸如熱量產(chǎn)生等能量消耗活動(dòng)。 REM睡眠期間皮質(zhì)神經(jīng)元中ATP水平的顯著降低有望用作REM睡眠的新生物標(biāo)記。最終，優(yōu)于腦能量代謝可能并不總是滿足神經(jīng)元能量需求，因此導(dǎo)致神經(jīng)元中細(xì)胞內(nèi)ATP水平的生理波動(dòng)。