Az energia megfelelő elosztása a sejtek között alapvető fontosságú a szervezet normális működése szempontjából. Ez fokozottan igaz az agyra, ahol a különböző területek tápanyagigénye akár másodpercről másodpercre változhat. Az elosztás finomhangolása természetesen az idegrendszerre hárul. Egy új kutatás szerint a hippokampuszban kialakuló jellegzetes elektrofiziológiai mintázat, az éleshullám fodor, hatással van a periférián mérhető vércukorszintre. Az éleshullám fodor az agyba rendeli a tápanyagot?
A testet felépítő sejtek működéséhez energia kell, amit az étkezés során bejuttatott tápanyagokból nyernek. Minden sejt annyi tápanyagot kell hogy kapjon, amennyire épp szüksége van az előtte álló feladathoz. Az elosztást természetesen a keringési rendszer végzi, így a keringést és a vér összetételét szabályozó hatások végső soron azt határozzák meg, hogy mennyi tápanyag kerüljön a szervezet bizonyos részeire. Ezeket a hatásokat az eddigi eredmények alapján a hipotalamusz nevű agyterület fejti ki. A hipotalamusz szabályozza tehát, hogy a szervezet mely részére mennyi tápanyag kerüljön. Az utóbbi években azonban kiderült, hogy a hippokampusznak is szerepe lehet ennek a szabályozási feladatnak a megoldásában.
Mi köze a hippokampusznak a cukor elosztásához?
A hippokampusz az egyik legintenzívebben kutatott agyterület, számos izgalmas eredmény született vele kapcsolatban, sok elmélet magyarázza a kogníció különböző szeleteiben betöltött szerepét. A hippokampuszt általában komplikált kognitív folyamatokkal szokták összefüggésbe hozni, mint például az emlékezés és a tájékozódás. Ettől függetlenül az utóbbi években egyre nagyobb hangsúly került a hippokampusz szerepére a táplálékfelvétel szabályozásában. Az étkezés tulajdonképpen sokban múlik a korábbi evések emlékén: pl. hol szereztünk táplálékot, mennyire felelt meg az ízlésünknek. Az ezen a gondolaton alapuló állatkísérletes vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a hippokampusz befolyásolhatja a táplálékfelvétel mértékét. Ismert azonban az is, hogy a hippokampusz szoros kapcsolatban van a hipotalamusszal. A hipotalamusz központi szereppel bír a szervezet egyensúlyának megőrzésében, így a táplálkozáson túl az anyagcsere egyéb folyamatait is finomhangolja. Ezek alapján merült fel egy amerikai kutatócsoportban, hogy a hippokampusz akár a glükóz elosztására is hatással lehet.
A híres-neves hippokampusz
A hippokampusz méltán tarthat számot a legközismertebb agyterület kitüntető címére is, leginkább talán azért, mert számos emlékezetes történet főszereplője. Az egyik ilyen történet az elnevezéséről szól. A név eredete egy érdekes párhuzamra utal, amit egy Julius Caesar Aranzi nevű olasz anatómus fedezett fel a XVI. században: az agyból kiboncolt hippokampusz formája nagyon hasonlít a tengeri csikóéhoz.
Az emberi hippokampusz és egy tengeri csikó
(Forrás: Seress László, 1980).
Egy másik történet központi motívuma szintén a hippokampusz kiboncolása, azonban a beavatkozást ebben az esetben élő emberen végezték, méghozzá azzal a céllal, hogy meggyógyítsák súlyos epilepsziáját. A műtétet az 50-es években végezték az Egyesült Államokban. A beavatkozás valóban megszüntette a rohamokat, azonban egy váratlan komplikációt szült: a műtét után a páciens elvesztette a képességét, hogy új emlékeket raktározzon el. Ez a megfigyelés alapozta meg az elképzelést, miszerint a hippokampusz alapvető jelentőségű az emlékezeti folyamatokban. Ezt azóta számos eredmény megerősítette.Végül egy Nobel-díjas felfedezés története is a hippokampuszhoz kapcsolódik. John O’Keefe és munkatársai a hippokampusz sejtjeinek elektromos aktivitását vizsgáva azt találták, hogy a sejtek egy részének tevékenysége egyértelmű összefüggésben van a kísérleti állat által elfoglalt hellyel. Ezek a sejtek tehát az állat pozícióját kódolják, vagyis a tájékozódásban játszanak alapvető szerepet. A hippokampuszt ezekből a történetekből ismerik a legtöbben, így általában az emlékezettel és a tájékozódással kötik össze az emberek ezt az agyi képletet.
A hippokampusz, mint az energiaháztartás szabályozója
A Buzsáki György által vezetett kutatócsoport tehát arra volt kíváncsi, hogy van-e összefüggés a hippokampusz tevékenysége és a cukor elosztása között. A vizsgálatukhoz patkányokat használtak. Az állatok hippokampuszának elektromos aktivitását az agyba ültetett elektródák segítségével rögzítették, közben pedig a lapockák közé helyezett mérőeszközzel monitorozták a szöveti glükózkoncentrációt.
A vércukormérő
Az eszköz lényegében egy glükóz-oxidáz enzimmel bevont elektróda, amit az állat bőre alá szúrnak be. Az enzim glükózzal reagálva hidrogén-peroxidot termel, ez pedig elektromos potenciálváltozást idéz elő. A potenciálváltozás mértéke arányos a glükóz koncentrációjával.
A kutatók összefüggést találtak a hippokampuszban megjelenő jellegzetes elektrofiziológiai mintázat, az éleshullám fodrok, és a lapocka közötti szövetben mérhető glükóz mennyiségének megváltozása között. A kutatók azt találták, hogy az éleshullám fodrok csoportos megjelenését követően nagyjából 10 perccel markánsan lecsökkent a perifériás glükózkoncentráció, majd visszaállt a normális értékre.
Ez arra utalt, hogy az éleshullám fodrok okozzák a cukor mennyiségének lecsökkenését, és ezt több vizsgálattal is alátámasztották. Egyrészt kimutatták, hogy a hippokampusz és a hipotalamusz közötti közvetett kapcsolatot mediáló szeptális mag mesterséges gátlása megszünteti a fodrok és a glükózkoncentráció között látott kapcsolatot. Másrészt azt is kimutatták, hogy az éleshullám fodrok mesterséges kiváltása is előidézi a cukor mennyiségének hirtelen lecsökkenését. A szakértők szerint a fodrok és a glükóz mennyiségének lecsökkenése között eltelt viszonylag hosszú idő legalább részben a mérőeszköz lassúságának számlájára írható. Feltételezhető, hogy a hippokampusz a valóságban kisebb késleltetéssel befolyásolja a glükóz mennyiségét a perifériás szövetekben.
Az éleshullám fodor
Az éleshullám fodor a legnagyobb rendezettséget tükröző elektrofiziológiai jelenség az agyban. A jelenséget a 80-as években fedezte fel egy kanadai kutatócsoport, melynek Buzsáki György is tagja volt. Az éleshullám fodrok érdekes módon akkor jelentek meg, amikor a kísérleti patkányok nyugalomban voltak, vagyis nem végeztek helyváltoztató mozgást és nem foglalatoskodtak a környezetük valamely elemével. Azt is lehet mondani, hogy a csöndes, “elmélkedős” időszakokban jelentkeztek az éleshullám fodrok. Később Buzsáki arra is talált bizonyítékot, hogy a fodrok a hippokampusz által kódolt információ újrajátszását szolgálják, a frissen kódolt információ feltehetőleg a fodrok révén kerül át az agykéreg hálózataiba, hosszabb távú raktározásra.
Miért befolyásolja a hippokampusz a glükózkoncentrációt?
Vajon mi lehet a jelentősége annak, hogy a hippokampusz képes befolyásolni a cukor elosztását a szervezetben? Elképzelhető, hogy az emlékezeti konszolidáció miatt megnövekedő tápanyagigény kielégítése. Az emlékezeti konszolidáció során feltehetőleg számos új sejtkapcsolatot kell kialakítani az agyban és az efféle strukturális átrendeződés minden bizonnyal komoly energiaigényű feladat. Úgy tűnik, hogy a tápanyagigény kielégítésére a hippokampusz valamilyen jelzéssel arra utasítja a vércukorszint szabályozását végző rendszert, hogy az agyba irányítsa a glükózt. Fontos azonban megjegyezni, hogy ez a vizsgálat csak azt mutatja, hogy a hippokampusz képes lecsökkenteni a szöveti glükózkoncentrációt. Arról semmit nem árul el, hogy vajon tényleg az agyba megy-e a cukor.
Az új felfedezés ettől függetlenül számos korábbi megfigyelés értelmezését segítheti. A kettes típusú cukorbetegség esetében például gyakori a hippokampuszhoz köthető kognitív leépülés. Az inzulinrezisztencia nagyon gyakran jár együtt a lassú-hullámú alvás zavarával. Normálisan a lassú hullámú alvás alatt fordulnak elő leggyakrabban az éleshullám fodrok. Végül érdekes, hogy a hippokampusz sérüléséből adódó emlékezeti zavarban szenvedő személyeknél nagyon gyakori a táplálékfelvétel szabályozásának zavara is. Lehetséges, hogy a hippokampusz által generált éleshullám fodrok hiánya idézi elő ezekben az esetekben a vércukorszinttel összefüggő problémákat. A hippokampusz asztalán tehát nem csak az emlékezettel és a tájékozódással összefüggő paksaméták tornyosulnak, hanem még az energiaháztartásba is kénytelen beleszólni.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2021/40. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.
Források
A brain signal that coordinates thought with metabolism (nature.com)
A metabolic function of the hippocampal sharp wave-ripple | Nature
