Açúcar para o cérebro: o papel da glicose no cérebro, função fisiológica e patológica

ARTIGO 4 – BIOQUIMICA

Açúcar para o cérebro: o papel da glicose no cérebro, função fisiológica e patológica

O cérebro dos mamíferos depende da glicose como principal Fonte de energia, e regulação apertada da glicose metabolismo é fundamental para a fisiologia do cérebro. Consistente com a sua Papel crítico para a função fisiológica do cérebro, Metabolismo normal da glicose, bem como sua interdependência com as vias de morte celular forma a via fisiológico para muitos distúrbios cerebrais. Aqui, revisamos Avanços recentes na compreensão de como os metabolismos sustenta a fisiologia básica do cérebro. Nós sintetizamos esses achados para formar uma visão abrangente Cooperação necessária entre diferentes sistemas e Tipos e as desagregações específicas desta cooperação que levam à doença.

"Ninguém percebe que algumas pessoas gastam tremenda energia meramente para ser normal. "Albert Camus,

Metabolismo da glicose: alimentando o cérebro

O cérebro de mamíferos depende da glicose como sua principal fonte de energia. No cérebro adulto, os neurônios têm a maior demanda de energia [1], exigindo a entrega contínua de glicose do sangue. Nos seres humanos, o cérebro responde por aproximadamente 2% do peso corporal, mas consome cerca de 20% de energia derivada da glicose, tornando-se o principal consumidor de glicose (aproximadamente 5,6 mg de glicose por 100 g de tecido cerebral humano por minuto). O metabolismo da glicose fornece o combustível para a função cerebral fisiológica através da geração de ATP, a base para a manutenção celular neuronal e não-neuronal, bem como a geração de neurotransmissores. Portanto, a regulação rigorosa do metabolismo da glicose é fundamental para a fisiologia cerebral e distúrbios do metabolismo da glicose no cérebro é a causa de várias doenças que afetam tanto o cérebro em si, bem como todo o organismo.

Aqui, fornecemos uma visão abrangente das implicações funcionais e recentes avanços na compreensão do papel fundamental do metabolismo da glicose na função cerebral fisiológica e patológica. Embora o metabolismo da energia cerebral tenha sido investigado durante décadas, certos aspectos permanecem controversos, em particular no campo do consumo e utilização de substrato energético. Está fora do âmbito desta revisão resolver estas controvérsias; Em vez disso, é nosso objetivo destacar conceitos e resultados conflitantes para estimular a discussão em áreas-chave. Para tanto, revisamos a bioenergética da neurotransmissão, a composição celular de uma rede metabólica, a regulação do fluxo sanguíneo cerebral (CBF), como o metabolismo periférico da glicose e a homeostase energética são detectados e controlados pelo sistema nervoso central (SNC) e a regulação apertada da sobrevivência celular através de enzimas que metabolizam a glicose.

A glicose é necessária para fornecer os precursores para síntese de neurotransmissores e o ATP para alimentar suas ações, bem como as demandas de energia do cérebro que não estão relacionados com a sinalização. A compartimentação celular do transporte de glicose e do metabolismo está intimamente relacionada com a regulação local do fluxo sanguíneo e os neurônios de detecção de glicose governam o eixo dos nutrientes do cérebro e do corpo. O metabolismo da glicose está ligado às vias de morte celular por enzimas que metabolizam a glicose. Assim, a interrupção das vias de administração de glucose e metabolismo leva a doenças cerebrais debilitantes. Destacamos o papel multifacetado e a regulação complexa do metabolismo da glicose no SNC, bem como as consequências fisiológicas e fisiopatológicas do metabolismo de glicose equilibrado e perturbado.

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Metabolismo da glicose: a base bioenergética para Neurotransmissão

A maior proporção de energia no cérebro é consumida para computação neuronal e processamento de informação [3]; por exemplo, a geração de potenciais de ação e potenciais pós-sinápticos gerados após eventos sinápticos (Figura 1D), e a manutenção de gradientes iónicos e potencial de repouso neuronal [1,4]. Além disso, o metabolismo da glicose fornece a energia e os precursores para a biossíntese dos neurotransmissores (para uma visão abrangente, ver [5]). Importante, o glicogênio astrócito parece ser diretamente relevante para aprender [6]. Além disso, o lactato de produto final glicolítico parece ter um papel na formação de memória a longo prazo [7], embora o mecanismo exato ainda não tenha sido estabelecido. As injeções de lactato [7] alteram o estado redox intracelular e pH devido ao co-transporte de H + com lactato, e os receptores de lactato também podem ter um papel na ligação do metabolismo energético do cérebro e da neurotransmissão [8,9]. No entanto, o metabolismo oxidativo em ambos os neurônios e astrócitos parece contribuir para efeitos de aprendizagem sustentada após o treinamento, e o glicogênio pode fornecer carbono para a síntese de glutamato durante a aprendizagem [6].

Tem sido sugerido que os potenciais de ação foram tornados altamente eficientes através da evolução [10] e, assim, a maior parte da energia consumida no cérebro é utilizada na atividade sináptica [3, 10, 11]. O córtex humano sozinho requer aproximadamente 31023 ATP / s / m3 [1], e o gasto de energia para liberar uma vesícula sináptica é calculado para ser aproximadamente 1,64105 moléculas ATP [3]. Consequentemente, um modelo de uso de energia no cérebro sugere que uma quantidade consideravelmente maior de energia é gasta na substância cinzenta em comparação com a substância branca [12]. Em essência, o cérebro aumenta sua utilização da glicose após ativação [13].

Captação de glicose no cérebro: como são alimentados os neurônios e Astrócitos?

A dependência do cérebro na glicose como combustível obrigatório deriva principalmente da barreira hemato-encefálica (BBB, ver Glossário) e sua permeabilidade seletiva para a glicose no cérebro adulto. A glicose não pode ser substituída como uma fonte de energia, mas pode ser suplementada, como durante a atividade física extenuante, quando os níveis de lactato sanguíneo são elevados [14] ou durante a fome prolongada [15] quando os níveis sanguíneos de corpos cetônicos são elevados e BBB monocarboxílico ácido transportador (MCT) são regulados. Como a entrada de compostos neuroativos (por exemplo, glutamato, aspartato, glicina ou D-serina) no cérebro é restringida pelo BBB, esses compostos devem ser sintetizados a partir de glicose no cérebro. A BBB e suas propriedades de transporte contrastam nitidamente com o músculo e o fígado que Não têm junções apertadas entre as suas células endoteliais vasculares e têm diferentes níveis transportador para vários compostos, permitindo que estes órgãos para metabolizar glicose, ácidos monocarboxílicos, ácidos graxos, aminoácidos e corpos cetônicos.