Z dat získaných pozitronovou emisní tomografií mozku se dá kvantifikovat regionální a celková spotřeba glukózy, kyslíku, průtok krve mozkem,… a také vypočítat to, co vědci nazvali „pravděpodobně neúčinný oxidační metabolismus“ - něco, co podle nich dobře charakterizuje stárnutí mozku. Kredit: Matt Miller

Že se mozky od určitého věku zmenšují, není žádnou novinkou. Ubíhá ale čas všem mozkům  stejně?  Před několika dny vyšel v časopisu PNAS (Sborník vydávaný akademií věd USA) článek věnovaný mozku. Tým radiologů a neurologů z lékařské fakulty Washington University in St. Louis se v něm věnuje metabolismu. Data získali vyšetřením více jak dvou set osob pozitronovou emisní tomografií. Šlo o pacienty, kteří podstoupili vyšetření z kvůli podezření na nějakou neurologickou, psychickou a nebo systémovou poruchu a u nichž vyšetření magnetickou rezonancí (MRI) nic nezjistilo. Ve všech případech účastníci vykazovali normální kognitivní stav. U čtyřiceti z nich (nad 60 let) byl test na tvorbu amyloidů pozitivní. To, jak si později řekneme, je důležitým zjištěním pro šíři interpretace poznatků.

Moderní zobrazovací metody poskytují už tak ohromné množství dat, že jejich interpretace překračuje lidské možnosti. Aby se je vědcům nějak podařilo zpracovat a vyhodnotit, přizvali si na pomoc „umělou inteligenci“. Tak říkají algoritmu strojového učení, který aplikovali na jejich multiparametrický soubor dat.

Adolf Portmann (1897 – 1982): „Jsme typem neotenického primáta, u něhož mnohé juvenilní rysy přetrvávají do dospělosti“. Kredit foto: Historisches Lexikon der Schweiz (zde).

I  když lidský mozek představuje pouhá dvě procenta hmotnosti, je ze všech orgánů největším žroutem energie. Spotřebovává 20 % přijatého kyslíku a okolo  20 % celkového množství energie. Na jídelním lístku to představuje 260  kalorií denně (správněji  260 kcal = 1089 kJ) .  Z 11 kalorií ( lépe 11 kcal= 46 kJ) každou hodinu padnou dvě třetiny na provoz nervových buněk spojených s vysíláním a příjmem signálů (udržování membránového potenciálu prostřednictvím Na+/K+-ATPázy a na další děje související s přesunem iontů přes membránu).  Jen asi třetina energie se využije na údržbu a obnovu buněk. Zajímavé je, že ať už řešíme kvadratickou rovnici, nebo jen podřimujeme při odpolední siestě, je energetický příjem mozku prakticky stále stejný.   

Palivem pro provoz mozku je cukr glukóza. Bere si ji z krve. Pokud jste nabyli dojmu, že glukózu potřebují neurony, tak to rychle zapomeňte. Je pravdou, že se to tak říká, ale realita je jiná. Glukózu v mozku přijímají buňky astrocyty. Samotné neurony „jezdí“ na laktát a pyruvát. To jsou jejich zdroje energie a právě jimi je zásobují ony zmíněné buňky zvané astrocyty. Tím jsme se dostali k tomu, proč vědci při vyšetřování mozků zvolili PET (pozitronovou emisní tomografii). Tato zobrazovací metoda dovoluje  sledovat přítomnost a distribuci radiofarmak. Těmi jsou látky vyzařující pozitrony. Pozitrony prakticky okamžitě anihilují s elektrony a dávají vznik páru fotonů záření gama. Toto záření už se snadno měří detektorem.

Manu Goyal: „Ženský mozek stárne pomaleji. V průměru o dva až tři roky“. Kredit: Univerzity of Washingtonu v St. Louis.

Vyšetřovaným osobám v pokusu proto do krve aplikovali radionuklid - derivát glukózy s fluorem (FDG (18F-2-deoxy-2-fluoroglukóza). Astrocyty na tuto modifikaci molekuly nepřijdou a s radioaktivní látkou pracují, jakoby se nechumelilo.  Protože jsou astrocyty zásobárnami a zdrojem energie pro neurony, množství vychytaného a nahromaděného radionuklidu zobrazuje v mozku místa, v nichž jsou neurony aktivní. 

Že mozek v průběhu stárnutí mění svůj metabolismus, překvapením nebylo. Jinak to už bylo s dalším zjištěním. Ukázalo se, že zpočátku mozek glukózu využívá kombinací neoxidativních a oxidativních kaskád. S postupujícím stářím se jejich zastoupení mění a mozek k zajištění svých potřeb se stále více orientuje na oxidativní glukózový metabolismus. A platí to pro všechny, nejen pro osoby, u nichž  nastupují amyloidní plaky, ale i pro kognitivně normální jedince, jimž se tato nemoc vyhýbá. To tedy znamená, že neurodegeneraci nelze spojit rovnítkem s metabolickou změnou a proto mohli závěry svého zjištění vědci prohlásit za obecně platné. A že se jejich poznatek vztahuje i na nás -  osoby zdravé.

Axolotl mexický. Vidět ho jako dospělce, je vzácnost. Kredit: Stan Shebs, Wikipedia.

I když příčinu stárnutí mozku vědci neznají, metabolické změny doprovázející  stárnutí mozku prohlásili za charakteristiku mozkových "dospívajících“ procesů. Přeloženo do lidštiny: Dokud jsme mladí a hezcí, významná část „paliva“ padne na aerobní glykolýzu. Ta je pro vývoj mozku charakteristická. A jak se to teď jeví, mozek dospívá pomalu. Jeho stárnutí doprovázejí transkripční aktivity určitých genů a následné změny ve využití glukózy směrem k oxidativní cestě spojené se stárnutím mozku.  Mozkové změny zasahují nejen do produkce energie a syntézy proteinů, ale promlouvají i do takových záležitostí, jakými jsou razantnost odpovědí imunitního systému na vnější podněty. 
Nejde přitom jen o náš – lidský mozek. Podobnou charakteristiku zpracovávání glukózy v stárnoucím mozku a ve vztahu k pohlaví, vykázaly i myší mozky.

Spustit video

Některé případy neotenie svědčí o hodně mladém mozku.

O rozdílech v mozcích mužů a žen se popsalo hodně papíru. Stejně tak ve vztahu k neurodegenerativním onemocněním. Z nynějších poznatků vyplynulo, že porovnávání stejně starých mužů a žen bylo chybou. Jednoduše proto, že ty mužské se opotřebovávají rychleji. To by mohlo vysvětlovat, proč si ženy udržují své kognitivní schopnosti déle než muži. 

Pravdou je, že někteří z evolučních teoretiků předpovídali, že by ženy (v porovnání s muži) mohly mít „mladší mozky“. K propagátorům neotenie, jak se takovému stavu někdy říká, patřil například Adolf Portmann. Podle něj se  člověk moc neliší od  organismů, které si výhody neotenie rovněž osvojily. Takovými vyznavači neotenie jsou často rostliny. Převážně ty, které jsou odkázány na krátký vývojový cyklus. Příkladem může být i náš rozrazil. Jeho rostlinky jsou plodné už v době, kdy jsou malé a  jejich vegetativní části jsou nedospělé. Semena na řadě rostlin dozrávají už v době, kdy se ještě ani nezbavily děložních lístků. 

Z živočišné říše je patrně nejznámějším případem neotenie obojživelník zvaný axolot. Je plodný už ve svém larválním stadiu. Neotenie se jako výhodné řešení ukázala být i pro hmyz: motolice, bejlomorky, mšice,...     
Z definice neotenie (někdy označované jako pedogeneze) vyplývá, že jde o stav, kdy organismus dosáhne pohlavní dospělosti, ačkoli u něj stále přetrvávají juvenilní znaky. Pokud nyní mají neurologové z Washingtonovy univerzity pravdu, tak nejspíš něco z toho lze vztáhnout i na  ženy a jejich mozek. Také jsou plodné a schopny dát potomka navzdory tomu, že jejich tělesná schránka ještě není plně vyvinuta, roste a dozrává a zvlášť na čas si v tomto směru dává jejich mozek. 
Až do dnešních dob byly nálezy podporující hypotézu neotenie omezeny na pokusy prováděné na mrtvolách. Většinou šlo transkripční analýzou zjišťované  funkce genů. Nynější prověrka mozkového metabolismu pořízená kombinací pozitronové emisní tomografie (PET) a strukturální magnetické zobrazovací rezonance (MRI), jde této hypotéze na ruku. 

Závěr

Pro ženy není problém nás šminkami silikonem a plastikou o pár let obalamutit. Jak se zdá, tak jejich mozek to umí zkoulet i s počítačovým algoritmem.

Literatura

Manu S. Goyal, et. al.: Persistent metabolic youth in the aging female brain, PNAS, 2019, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.181591711