Как и другие ткани, мозг нуждается в кислороде и питательных веществах для покрытия его метаболических потребностей. Однако существует ряд особенностей мозгового метаболизма, на которые следует обратить внимание.
а) Интенсивность общего метаболизма мозга и метаболизма нейронов. В состоянии бодрствующего покоя на долю метаболизма мозга приходится примерно 15% общего метаболизма организма, хотя масса мозга составляет только 2% общей массы тела. Следовательно, в покое метаболизм мозга на единицу массы ткани примерно в 7,5 раз превышает усредненный метаболизм тканей, не относящихся к нервной системе.
Большая часть этого избыточного метаболизма мозга связана с нейронами, а не с глиальной поддерживающей тканью. Причем главными потребителями энергии в нейронах являются ионные насосы их мембран, транспортирующие главным образом ионы натрия и кальция из нейронов наружу, а ионы калия — внутрь клетки. Каждый раз, когда нейрон проводит потенциал действия, эти ионы движутся через мембраны, увеличивая потребность в дополнительном мембранном транспорте для восстановления соответствующей разности концентраций ионов по обе стороны мембран нейронов.
Следовательно, во время чрезмерной мозговой активности метаболизм нервной ткани может возрастать на величину вплоть до 100-150%.
Связь между артериальным PCO2 и мозговым кровотоком
б) Особая потребность мозга в кислороде - отсутствие значительного анаэробного метаболизма. Большинство тканей тела могут существовать без кислорода в течение нескольких минут, а некоторые — даже до 30 мин. В это время тканевые клетки получают энергию за счет процессов анаэробного метаболизма, что означает освобождение энергии путем частичного распада глюкозы и гликогена, но без связывания их с кислородом.
Этот путь доставки энергии сопряжен с расходом громадных количеств глюкозы и гликогена. Тем не менее, анаэробный путь метаболизма действительно поддерживает жизнь тканей.
Мозг не способен к энергетически значимому объему анаэробного метаболизма. Одной из причин этого является высокая интенсивность метаболизма нейронов, поэтому основная часть нервной активности зависит от постоянной доставки кислорода кровью. Эти факты, вместе взятые, позволяют понять, почему при внезапном прекращении мозгового кровотока или полном отсутствии кислорода в крови бессознательное состояние может развиться в течение 5-10 сек.
Увеличение кровотока в затылочных регионах мозга кошки при освещении ее глаз
в) В нормальных условиях энергетические нужды мозга обеспечиваются в основном глюкозой. В нормальных условиях почти вся энергия, используемая клетками мозга, обеспечивается глюкозой, доставляемой кровью. Как и в отношении кислорода, глюкоза должна постоянно доставляется из капиллярной крови: в любой момент необходим двухминутный запас глюкозы в нейронах в виде гликогена.
Важной особенностью снабжения нейронов глюкозой является независимость транспорта глюкозы через их клеточную мембрану от инсулина, хотя в большинстве других клеток тела инсулин необходим для доставки в них глюкозы. Следовательно, у больных тяжелым диабетом при практически нулевом уровне секреции инсулина глюкоза все же легко диффундирует в нейроны, что чрезвычайно важно для предупреждения потери умственных функций у таких больных.
Однако при передозировке вводимого инсулина у больного диабетом концентрация глюкозы в крови может резко снизиться, поскольку избыток инсулина ведет к тому, что почти вся глюкоза крови быстро транспортируется в громадное количество инсулинозависимых ненервных клеток всего организма, особенно в клетки скелетных мышц и печени. Когда это случается, в крови остается недостаточное количество глюкозы для адекватного снабжения нейронов, и ментальные функции серьезно нарушаются — вплоть до развития коматозного состояния, но чаще отмечаются нарушение умственной деятельности и психические расстройства, причиной которых является передозировка инсулина.
