فصل دوم: سوخت و ساز یاخته های عصبی

ذخیره اکسیژن و مواد غذایی در سلولهای عصبی بسیار کم و مصرف اکسیژن در مغز و نیاز نورونها به خون نسبتاً زیاد است. با اینکه مغز فقط ۲ درصد وزن بدن را تشکیل می دهد مصرف کننده تقریباً ۲۰ درصد کل اکسیژن مصرفی بدن است و این رقم در مغز نوزادان به ۵۰ درصد می رسد.

گردش خون در مغز

انشعابات رگهای خونی و تعداد مویرگها در بافت مغز بسیار زیاد است، به طوری که هر ۱۰۰ گرم بافت مغز به طور متوسط در هر دقیقه در حدود ۵۵ میلی لیتر خون دریافت میکند. میزان خون در بخشهای خاکستری مغز بیش از نواحی سفید آن است؛ ولی در مجموع مغز فرد بالغ در حال استراحT در حدود ۱۵ درصد برونده قلب را به خود اختصاص میدهد جریان خون در مغز همواره مقدار تقریباً ثابتی را در همه نواحی آن برقرار میکند؛ ولی میزان خون هر ناحیه از بافت مغز تا حدی به فعالیت آن ناحیه نیز بستگی دارد افزایش فعالیت بخشی از مغز با واسطه عوامل موضعی حاصل از سوخت مواد مانند کاهش اکسیژن و افزایش دی اکسید کربن و هیدروژن باعث افزایش قطر رگهای آن ناحیه و بالا رفتن مقدار خون آن میشود. در هنگام بالا رفتن فعالیت عصبی مقدار خون در کل مغز تغییر محسوس نمی کند.

قرار داشتن مغز در حفره بسته جمجمه مانع این افزایش میشود باید توجه داشت که مقدار خون و مایع مغزی نخاعی در حفره بسته جمجمه باید همواره ثابت بماند تا از افزایش یا کاهش فشار در مغز جلوگیری شود تنظیم موضعی مقدار خون در مغز باعث میشود تا با حفظ خون کافی در همه نواحی از مقدار خون بخشهایی که فعالیت کمتری دارند کاسته و بر خون نواحی فعال تر افزوده شود. در راست دستها خون نیمکره چپ کمی بیش از نیمکره راست و در چپ دستها خون نیمکره راست مختصری بیش از نیمکره چپ است در فردی که در حال سخنرانی است خون بخشی از ناحیه پیشانی نیمکره چپ که مرکز تکلم است بیشتر و در افراد شنونده خون بخشی از ناحیه گیجگاهی که مرکز شنوایی است بیشتر میشود. خواندن یک متن جریان خون مغز را افزایش میدهد و حل کردن مسئله استدلال ذهنی و خیال پردازی موجب تشدید جریان خون در بخشهایی از کورتکس پیشانی میشود. در بیماران مبتلا به صرع هنگام تشنج خون در کانون صرع در مغز به شدت بالا می رود و در نواحی دیگر کم میشود در بیماران آلزایمری، متابولیسم و میزان خون ابتدا در ناحیه آهیانه و به تدریج در نواحی گیجگاهی و پیشانی مغز کاهش مییابد گلوکز منبع اصلی تأمین انرژی مغز است و در حدود ۹۰ درصد انرژی مورد نیاز آن را تأمین میکند و مصرف آن در بسیاری از یاخته های مغز وابسته به انسولین نیست در دوره های طولانی مدت گرسنگی و بی غذایی مغز قادر است از مواد دیگری غیر از گلوکز استفاده کند.

مایع مغزی نخاعی که فضاهای بین یاخته های عصبی و بافت همبند عصبی را پر می کند بخشی از پلاسمای خون است که از دیواره مویرگها به این فضاها و به درون حفره های داخل مغز وارد میشود. این مایع که پیوسته مجاری و بطنهای درون مغز را پر میکند با گردشی آرام وارد پرده های مننژ میشود و مایع عنکبوتیه را به وجود می آورد و سرانجام به سیاهرگها وارد میشود و به خون باز می گردد. وجود مایع مغزی نخاعی که محیط داخلی مغز و نخاع را تشکیل می دهد علاوه بر نقش تغذیه ای و دفاعی برای جلوگیری از پاره شدن رگهای مغز در هنگام حرکت بدن به پایین و سایر مواردی که فشار خون در رگهای مغز افزایش می یابد نقش مؤثری دارد. افزایش حجم مایع مغزی نخاعی در سنین رشد موجب هیدروسفالی و در افراد بزرگسال باعث خیز مغزی میشود. خیز مغزی با فشاری که بر رگهای مغز وارد می سازد باعث کاهش خونرسانی به نورونها میشود که اگر برطرف نشود باعث مرگ می گردد.

شکل ۷: جریان مایع مغزی نخاعی در مغز و طناب نخاعی

سد بین خون و مغز

در اوایل قرن حاضر بافت شناسان کشف کردند که تزریق یک ماده رنگی به خون حیوان زنده همه بافتهای آن را به استثنای مغز و نخاع رنگ می کند و اگر این ماده رنگی به درون حفره های مغز تزریق شود فقط مغز و نخاع رنگ می گیرند. این تجربه نشان میدهد که بین خون و مغز مانعی وجود دارد که از ورود ماده رنگی پیشگیری کرده است. منظور از سد بین خون و مغز دیواره مویرگهای مغز است که مانع ورود بسیاری از مواد موجود در خون به درون بافت عصبی میشود. سلولهای دیواره مویرگهای مغز با اتصالات محکم کاملاً به یکدیگر چسبیده اند و برخلاف مویرگهای سایر بافتها در بین آنها روزنه و مجاری ریز وجود ندارد. علاوه بر آن آسترو گلیاها که گروهی از یاخته های بافت همبند عصبی (نوروگلیا) هستند با انشعابات سیتوپلاسمی خود دیواره دیگری به دور مویرگهای مغز می سازند که نفوذ پذیری آنها را کاهش میدهد.

سد بین خون و مغز نسبت به آب اکسیژن دی اکسید کربن و مواد محلول در چربی مانند مواد بیهوش کننده نفوذ پذیر است. گلوکز، اوره یونهای ریز و برخی مواد دیگر به کندی از این سد می گذرند و مولکولهای آلی درشت از آن عبور نمی کنند. سد بین خون و مغز در بعضی نواحی مانند زیر مخچه هیپوفیز خلفی و بخشهایی از هیپوتالاموس ضعیف و نسبتاً نفوذ پذیر است. غده پینه آل و هیپوفیز پیشین نیز خارج از سد خونی - مغزی قرار گرفته اند. این دو بخش غدد درون ریز بوده و جزو مغز محسوب نمیشوند مقدار کمی از مواد موجود در پلاسما از این نواحی وارد مغز میشوند.

سد بین خون و مغز به حفظ ثبات محیط داخلی مغز کمک می کند. حفاظت از مغز در برابر سموم داخلی و خارجی احتمالی موجود در خون و پیشگیری از نفوذ انتقال دهنده های عصبی به درون گردش خون عمومی از دیگر وظایف این سد است.

مواد مصرفی مغز

سوخت و ساز مغز نسبت به سایر اندامها زیاد است و با آنکه وزن مغز فقط ۲ درصد وزن بدن است در حدود ۱۵ درصد انرژی بدن در مغز مصرف میشود. انرژی مصرفی در نورونها بیش از بافت همبند عصبی (نوروگلیا) است. نورونها بخش زیادی از انرژی مصرفی خود را صرف پمپ زدن یونها بین دو طرف غشای خود می کنند. خارج کردن سدیم و وارد کردن پتاسیم پمپ سدیم - پتاسیم با صرف انرژی زیادی صورت میگیرد؛ به همین دلیل انرژی مصرفی نورونها در هنگام فعالیت آنها افزایش مییابد گلوکز و اکسیژن مواد اصلی مصرفی مغز را تشکیل میدهند و مغز بیشترین مقدار انرژی مورد نیاز خود را از سوزاندن قند خون (گلوکز) به دست می آورد.

ذخیره گلیکوژن و اکسیژن سلولهای عصبی بسیار کم است. انجام فعالیت نورونها مستلزم رسیدن دائمی اکسیژن به آنهاست؛ زیرا مغز نمی تواند مانند سایر بافتهای بدن انرژی مورد نیاز خود را از راه بی هوازی به دست آورد؛ به همین دلیل است که قطع جریان خون در مغز در مدت چند ثانیه باعث از بین رفتن هوشیاری می شود. عبور گلوکز از غشای نورون برخلاف سایر سلولهای بدن به وجود انسولین بستگی ندارد؛ از این رو مغز بیماران مبتلا به بیماری قند نیز گلوکز را جذب و مصرف می کند در این بیماران مصرف انسولین زیاد که باعث ورود مقدار بیش از حد گلوکز به درون سلولهای غیر عصبی میشود قند خون را کاهش میدهد و ممکن است باعث اختلال کار مغز و حتی بروز حالت اغما شود. طولانی شدن اغمای ناشی از کاهش قند خون اختلالاتی را در حافظه به وجود می آورد.

آنچه باعث مصرف تقریباً انحصاری گلوکز در مغز میشود فقدان آنزیمهای لازم برای سوزاندن سایر مواد نیست؛ بلکه علت اصلی آن سد بین خون و مغز است که مانع ورود سایر مواد غذایی میشود مقدار کمی ترکیبات چربی و پروتئینی از بعضی نواحی این سد که نفوذ پذیری بیشتری دارد به مغز وارد و مصرف میشود. این مواد در مغز نوزاد نیز که در آن هنوز سد بین خون و مغز کامل نشده است مصرف می شوند. ثابت ماندن نسبی گلوکز خون به کمک کبد لوزالمعده و عوامل دیگر عصبی و هورمونی صورت میگیرد و نیاز دائمی مغز را به گلوکز تأمین می کند. فقط در حالات مرضی مانند دیابت و کمبود شدید ویتامین B مغز در معرض خطر کمبود گلوکز قرار می گیرد.

اثر ویتامینها در مغز

وجود برخی از ویتامینها برای سوخت و ساز طبیعی مغز ضرورت دارد. ویتامینهای گروه B مهم ترین ویتامینهای لازم برای مغز هستند کمبود ویتامین B مصرف گلوکز در مغز را به شدت کاهش میدهد و در بیماری بری بری که مربوط به کمبود شدید این ویتامین در بدن است برخی از اختلالات عصبی و روانی مانند نارسایی در حافظه و تکلم تشویش و افسردگی بی دقتی و افزایش حساسیت در برابر درد، صدا و توهمات لامسه (پارستزی دیده می شود که به نشانگان کورساکف شهرت دارد.

کمبود ویتامین B باعث بیماری پلاگر میگردد که در آن نوعی جنون هذیان، افسردگی و رفتار غیر منطقی کند ذهنی اضطراب و اختلال در حافظه کوتاه مدت ظاهر میشود.

کمبود ویتامین B علاوه بر ایجاد اختلالات حرکتی و توهمات لامسه باعث کاهش ترشح هورمونهای بخش قشری غده فوق کلیه میشود و به طور غیر مستقیم در پدیده های روانی اثر می گذارد.

کمبود ویتامین B باعث خستگی تحریک پذیری کاهش سروتونین در مغز، کم خوابی و افسردگی خفیف میشود کمبود ویتامین B۱۲ موجب از بین رفتن غلاف میلین اعصاب و اختلالات حسی و حرکتی میگردد و کمبود ویتامین C خستگی و کاهش توان عصبی و عضلانی را به همراه دارد.

اثر هورمونها در مغز

بیماری کرتینیسم مشهورترین حالت از عوارض مغزی است که بر اثر اختلالات هورمونی پدید می آید. این بیماری نتیجه کمبود هورمون تیروکسین در سالهای اولیه پس از تولد است که رشد و تمایز مغز کودک را کاهش میدهد و او را به طور برگشت ناپذیری دچار عقب ماندگی ذهنی میکند در افراد بالغ نیز کم کاری غده تیروئید با کاهش فعالیت عصبی و پرکاری آن با لرزش عصبانیت و تحریک پذیری بیش از حد اعصاب همراه است.

بسیاری از هورمونهای دیگر نیز چه در دوره های رشدونمو و چه در دوره های بعد در کار کرد مغز اثر می گذارند. فعالیت نورونهای ترشح کننده هورمونهای هیپوتالاموس تا حد زیادی تحت تأثیر چرخه های بازخوردی ناشی از مقدار هورمونها در خون تنظیم میشود؛ مثلاً استروژن که یکی از هورمونهای تخمدان است با اثر خود در هیپوتالاموس و هیپوفیز موجب افزایش ناگهانی ترشح هورمون لوتئینی (LH) و در نتیجه تخمک گذاری می شود. بررسی مقایسه ای مغز در دو جنس نر و ماده نشان میدهد که هورمونهای جنسی از جمله عواملی هستند که در دوره های رشد و نمو مغز اثر میکنند و باعث تفاوتهایی در بعضی هسته های مغز در دو جنس و در گیرنده های غشایی نورونهای آنها می شوند. این تفاوتها در سالهای اولیه پس از تولد ظاهر میشوند که نتیجه اثر هورمونهای متفاوت دو جنس در مغز هستند تستوسترون در جنس نر علاوه بر اثری که در رشد اندامهای تناSلی دارد در رشد و تمایز هیپوتالاموس نیز نقش دارد و باعث بروز رفتار جنسی نر می شود تستوسترون در صورتی این تأثیرات دراز مدت را خواهد داشت که در دوره های حساس ۳ تا ۴ ماهگی در جنین انسان اثر کند.

بررسیهایی که بر روی جانوران شده است نشان داده اند که تستوسترون پس از ورود به نورونها به استرادیول که از نظر شیمیایی به آن شبیه است تبدیل میشود و اگر از این تبدیل جلوگیری شود اثر سازمان دهی تستوسترون از بین میرود. علت آنکه در جنس ماده استرادیول باعث تمایز جنس تر نمیشود وجود پروتئینهایی در خون جنین ماده است که با استروژن پیوند مییابد و مانع خارج شدن آن از جریان خون و ورود آن به نورونها می شود؛ در حالی که در جنس نر تستوسترون به نورونها وارد می شود. تزریق مقدار بسیار زیاد استرادیول که اثر آن از ظرفیت نگاهداری این ماده در خون بیشتر باشد باعث ورود این هورمون به یاخته ها و تمایز موجود در جهت جنسیت نر می گردد. به نظر میرسد که اثر استرادیول در دوره جنینی در نورونها به انتقال دهنده دوپامین مربوط باشد؛ زیرا اثر دادن داروهایی که مانع عمل سیناپسهای دوپامینرژیک میشوند در دوره جنینی باعث کاهش برگشت ناپذیر توانایی جنسی نرینه میشود.

هورمونهای جنسی از نظر تشریحی نیز تأثیراتی را در مغز بر جا می گذارند در جنس نر نیمکره راست به طور میانگین نسبت به نیمکره چپ نورونهای بیشتری دارد و در جنس ماده عکس آن دیده می شود. در هنگام بلوغ و پس از آن نیز هورمونهای جنسی با اثر در مغز تأثیر زیادی در رفتار جنسی دارد و حذف هورمونهای جنسی رفتارهای تناسلی را از بین میبرد یا کاهش می دهد. هورمونهای جنسی نر با اثر در مغز در تشدید رفتارهای پرخاشگرانه نیز نقش دارد.

هورمونهای غدد فوق کلیه از دیگر هورمونهای مؤثر در مغز هستند. بخش مرکزی این غدد منشأ عصبی دارد و هورمونهای آن مشابه انتقال دهنده های عصبی سمپاتیک و اثر آنها تقویت اعمال ناشی از تحریک سمپاتیک است. هورمونهای بخش قشری غدد فوق کلیه نیز در دستگاه عصبی اثر می گذارند ترشح کورتیزول که مهم ترین این هورمونهاست در حالات اضطراب و تنشهای عصبی افزایش می یابد.

رسانه‌های تکمیلی فصل

پادکست

ویدیو