Il cervello ha un elevato fabbisogno energetico e reagisce in modo molto sensibile alla carenza di ossigeno. I neurobiologi di Monaco del Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) sono ora riusciti per la prima volta a correlare direttamente il consumo di ossigeno con l’attività di alcune cellule nervose. Il cervello richiede una quantità sproporzionata di energia rispetto alla sua massa corporea. Questa energia è principalmente generata da processi metabolici aerobici che consumano notevoli quantità di ossigeno. Pertanto, le concentrazioni di ossigeno nel cervello sono un parametro importante che influenza la funzione delle cellule nervose e delle cellule gliali. Tuttavia, quanto ossigeno viene consumato nel cervello e in che modo questo è correlato all’attività neuronale era finora in gran parte sconosciuto. I neurobiologi della LMU sono ora riusciti per la prima volta a misurarlo direttamente nel cervello intatto e a correlarlo con l’attività delle cellule nervose. Gli scienziati riportano i loro risultati sulla rivista BMC Biology. In un modello animale già consolidato – girini della rana artigliata Xenopus laevis – gli scienziati hanno usato sensori elettrochimici per determinare la concentrazione di ossigeno nel cervello e in uno dei ventricoli cerebrali. Sono stati in grado di controllare specificamente la quantità di ossigeno disponibile per il cervello e di inibire l’attività delle cellule nervose con l’aiuto di sostanze farmacologiche. Utilizzando l’esempio delle cellule nervose che controllano i movimenti oculari, gli scienziati sono riusciti a registrare direttamente la relazione tra consumo di ossigeno e attività delle cellule nervose. Hanno scoperto che il cervello è anossico in un normale ambiente saturo di aria, il che significa che non è possibile misurare l’ossigeno. L’ossigeno completo è stato quindi immediatamente utilizzato dalle cellule per sintetizzare sostanze ricche di energia. Se era disponibile più del doppio della concentrazione atmosferica di ossigeno, il metabolismo energetico era saturo e l’ossigeno era abbondantemente presente nel cervello. Sono stati anche in grado di dimostrare che durante il normale funzionamento solo circa il 50 percento dell’ossigeno viene utilizzato per l’attività delle cellule nervose. Quindi l’altro 50% è richiesto per le cellule gliali e per mantenere il tasso metabolico di base delle cellule nervose. Tuttavia, le cellule nervose con maggiore attività consumano più ossigeno. Per comprendere meglio come le informazioni vengono elaborate nel cervello, è essenziale la conoscenza della relazione tra disponibilità di ossigeno e attività cerebrale. I risultati degli scienziati forniscono una visione iniziale di ciò e sono una base importante per ulteriori indagini sul bilancio energetico del cervello in futuri esperimenti e per misurare il consumo di ossigeno per varie funzioni delle cellule nervose. Ciò potrebbe anche essere rilevante da un punto di vista medico, ad esempio per comprendere meglio le conseguenze della carenza di ossigeno nel cervello o per interpretare meglio le informazioni sull’attività cerebrale ottenute con le tecniche di imaging.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Relationship between oxygen consumption and neuronal activity in a defined neural circuit” by Suzan Özugur, Lars Kunz & Hans Straka. BMC Biology

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