5
Помимо изучения биоэлектрической активности головного мозга, в последние годы ученые получили возможность изучать функциональную активность мозга, исследуя его энергетический обмен.
Важным шагом вперед в исследовании энергетического обмена мозга является метод, разработанный L. Sokoloff с сотрудниками в Национальном институте охраны психического здоровья. Этот метод позволяет визуально определять интенсивность энергетического обмена в клетках мозга. Аналог глюкозы-2-дезоксиглюкоза, не подвергаемый метаболизму в клетке вводится с радиоактивной меткой в кровь и по скорости его накопления можно судить о метаболической активности клетки. Эта методика позволяет, например, определить – какие клетки мозга были активны во время эксперимента.
Что касается общего энергетического обмена, то из всех органов тела головной мозг является самым активным потребителем энергии, что отражается в его обильном кровоснабжении и интенсивном потреблении кислорода. Мозг настолько интенсивно использует кислород (50 миллилитров в секунду), что, составляя всего 2% общего веса тела, поглощает примерно 20% поступающего в организм кислорода. «Мозг, потребляющий „горючее“ в огромных количестве, крайне чувствителен к его отсутствию. Хотя у взрослого человека вес мозга составляет только около 2% от веса тела, мозг потребляет примерно 25% всего поглощаемого организмом кислорода» (220). Такое огромное потребление энергии, как полагают, объясняется необходимостью поддерживать ионные градиенты по обе стороны нейронной мембраны, от чего зависит проведение импульсов в миллиардах нейронов мозга. Кроме того, это потребление энергии идет непрерывно: интенсивность метаболизма в мозгу относительно постоянна днем и ночью и иногда даже несколько возрастает во время фазы сна со сновидениями. Однако, чтобы не создалось ошибочного представления, следует сказать, что весь энергетический эквивалент метаболизма мозга составляет всего около 20 ватт.
В отличие от других органов тела, способных использовать разные виды «топлива» (сахара, жиры и аминокислоты), нейроны используют только глюкозу крови. Кроме того, в отличие от таких тканей, как мышцы, способных кратковременно функционировать в
отсутствии кислорода, головной мозг полностью зависит от окислительного метаболизма. Если приток окисленной крови к мозгу прекратиться, то через 10 секунд наступит потеря сознания, а затем появляться стойкие нарушения. Подобный же эффект вызывает любое состояние, сопровождающееся понижением содержания глюкозы в крови, например гипогликемия у больного сахарным диабетом, вызванная передозировкой инсулина. Хотя тонкие регуляционные механизмы обеспечивают постоянство кровяного давления и постоянный уровень кислорода и глюкозы в крови, очевидно, что чрезвычайная гибкость поведения, ставшая возможной благодаря большим размерам и емкости головного мозга млекопитающих, приобретена в процессе эволюции ценой высоких метаболических затрат (167).
Мозг расходует примерно столько же кислорода, сколько и активная мышца. Но активная мышца может переносить столь высокий расход кислорода сравнительно недолго, в то время как нервная система в течение всей жизни имеет такой высокий расход кислорода, и в период бодрствования, и во время сна – от рождения и вплоть до самой смерти (184).
У разных видов животных после оплодотворения наблюдается постепенное усиление интенсивности дыхания и теплопродукции, которая постепенно начинает уменьшаться после достижения зрелости. Рост людей прекращается примерно к 20—25 годам, в этот же период происходит уменьшение основного обмена и теплопродукции.