Физиологические основы фМРТ
Газообмен Газообмен мозга превышает газообмен мышечной ткани почти в 20 раз. Мозг взрослого человека составляет 2% от массы тела и при этом потребляет 20-25% всего расходуемого организмом кислорода. А у детей до 4 лет мозг потребляет и вовсе до 50% кислорода. За сутки мозг взрослого потребляет около 80л (т.е. 100кг) чистого кислорода. Древние и новые отделы Филогенетически более молодые передние отделы мозга значительно интенсивнее потребляют кислород по сравнению с задними отделами – филогенетически более старыми (естественно, при учете одинакового объема). Например, периферические нервы используют около 3% того кислорода, который потребляется эквивалентным по массе количеством ткани ЦНС. Вывод: бессмысленно делать фМРТ спинного мозга. Различия в интенсивности дыхания нервных клеток отдельных зон коры БП выражены слабо. Это удобно для исследования: не надо делать особые поправки на каждый отдел, мы уже знаем, что все более или менее равномерно. Белое и серое вещество. Глия. Интенсивность дыхания белого вещества в 2 раза Ниже, чем у серого. Считается, что причина в том, что белом веществе меньше клеток. Точно, естественно, никто не знает. В нейронах окислительные процессы протекают в 5 раз интенсивнее, чем в глиях. Потребление кислорода коры БП у крыс: 70% нейроны, 30% нейроглиальные клетки. Следовательно, в фМРТ мы видим сигнал в основном от нейронов. А из глиальных клеток больше всего потребляют астроциты. Зачем мозгу нужен кислород? 99+-0,03% всего потребляемого мозгом кислорода (и 90% глюкозы) расходуется на анаэробный синтез АТФ. Молекула АТФ живет в среднем менее минуты. За сутки одна молекула АТФ проходит в среднем 2000-3000 циклов ресинтеза (организм человека синтезирует около 40кг АТФ в день). Запаса АТФ в организме почти нет, его необходимо постоянно синтезировать. Поэтому, как только кончается кислород , мозг быстро загибается. Зачем мозгу АТФ? Основные энергозависимые процессы, лежащие в основе специфических функций нервной ткани: · Проведение нервных испульсов с последующим восстановлением ионной ассиметрии · Поддержание определенной пространственной ориентации и конформации структурных единиц нейрона · Образование синаптических структур, функционирование синапсов · Хранение и переработка информации (нейрологическая память) · Трансмембранный перенос субстратов, нейромедиаторов · Аксональный и ретроградный ток. Таким образом, почти вся работа мозга требует затрат энергии именно через АТФ. Но большая часть АТФ тратится на калий-натрий-АТФазную реакцию. Что же это за реакция? Основной потребитель АТФ в нервной ткани – натрий-калиевая АТФаза. Это сложный белок. По сути – калий-натриевный канал. За счет одной молекулы АТФ происходит перенос 3 ионов натрия наружу и 2 ионов калия внутрь клетки. Таким образом восстанавливается потенциал покоя клетки. *Поди почитай про калий-натриевый канал!* Итого: основная часть кислорода тратится на восстановление нейрона. Поэтому на фМРТ мы видим в основном этот процесс – восстановление нейрона. Имеем, конечно же, некоторую задержку: мы не можем отследить таким образом сам ПД. Итоговая цепочка: активация нейронов трата энергии (гидролиз АТФ) повышение концентрации АДФ синтез АТФ снижение содержания кислорода и глюкозы. Синтез АТФ в мозге наблюдается не только при активации синаптических рецепторов и деполяризации нейронов, но также и при некоторых патологических состояниях, в частности, при воспалительных процессах в мозге и повреждении клеток. Это очень важно для исследования. Как кислород попадает в мозг? Приносится кровью. В частности эритроцитами. Большую часть клетки занимает молекула гемоглобина (примерно 52% объема в мокром и 95% в сухом виде). Гемоглобин – это белок, состоящий из 4 полипептидных цепей. К каждой присоединена группа гемм, способная присоединять и отдавать молекулы кислорода. Соответственно, одна молекула гемоглобина может удерживать 4 молекулы кислорода. Оксигемоглобин - с кислородом и дезоксигемоглобин – уже отдал кислород. Процесс оксигенации/дезоксигенации гемоглобина регулируется парциальным давлением кислорода в крови. При высоком парциальном давлении кислорода (в капиллярах легких) гемоглобин переходит в форму оксигемоглобина, а при резком падении парциального давления кислорода в тканевых каппилярах в результате быстрой диффузии кислорода в ткани, оксигемоглобин отдает кислород и превращается в дезоксигемоглобин. Кстати, цвет крови зависит от формации именно этого белка: артериальная алая, венозная – темно-красная. Потребление крови мозгом. Мозг может регулировать потребление крови, и первым это показал в конце 19го века А.Моссо. Эксперимент у него был очень простой: человека клали на стол, который был тонко уравновешен. Как только человек начинал думать над когнитивной задачей, кровь приливала к голове и стол наклонялся. Как активность нейронов может увеличивать кровоток в капиллярах? Прямого контакта между нейронами и кровью нет. Между ними есть гематоэнцефалический барьер, состоящий из эндотелиальных клеток мозговых капилляров и окружающих капилляры глиальных клеток (астроцитов). Когда нейроны выпускают нейротрансмиттеры, они попадают не только в следующий нейрон. Они еще и астроциты стимулируют. В астроцитах открываются каналы, в них заходит кальций, это запускает синтез различных метаболитов, которые в последствии влияют на сосуды (ЕЕТ и простагландины вызывают расширение сосудов, а 20-НЕТЕ – сужение). Важное следствие: при такой регуляции локального кровотока содержание дезоксигемоглобина снижается, а содержание оксигемоглобина становится даже больше, чем было до того. Как это все влияет на сигнал BOLD? Есть BOLD+ и BOLD-. Это информация о том, сколько дезоксигемоглобина. Снижает кислород, появляется дезоксигемоглобин, кровоток активизируется, содержание кислорода быстро (линейно?) растет, и сигнал имеет хитрую форму растущей через – вверх кривой. Примерно параллельно кривой увеличения кровотока получается. То, что в самом начале и в минусе – BOLD-. Итого!!! · Психическая активность · Активность нейронов · Увеличение синтеза АТФ в нейронах · потребление нейронами глюкозы и кислорода · Возрастание количества дезоксигемоглобина в капиллярах · Увеличение локального кровотока (расширение капилляров) · Увеличение содержания оксигемоглобина в капиллярах
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (730)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |