《科学》：缺氧才是大脑常态！科学家首次发现大脑经常短暂缺氧，运动可将缺氧负担减轻52%丨科学大发现

2024-03-29

*仅供医学专业人士阅读参考毫不夸张地说，大脑可能是最需要氧气的器官。别看脑子体积不大，实际上它消耗的氧气可以占人体总摄氧量的20%，大脑供血中断几秒人就会失去意识，缺氧数分钟就可能致命。按常理说，如此需要氧气的大脑应该时刻保持充足的氧气供给吧？不！其实“缺氧”才是大脑的常态！怪不得上班经常脑袋晕晕今日，哥本哈根大学科学团队在《科学》杂志发文，研究者们利用的全新的成像技术记录了小鼠清醒状态下大脑的供氧情况，发现大脑竟然存在自发的、间歇的缺氧区域。大脑缺氧经常与认知下降联系到一起，不过别慌，研究者们还发现，运动能够将缺氧负担减少52%！论文题图这么大的事儿，怎么今天才发现啊？其实对大脑做氧成像难度还是比较高的，既往方法时空灵敏度比较低，很难精确地记录。研究者们开发了一种新方法（GeNL），利用了星形胶质细胞表达的酶与发光底物作用，信噪比很低，能够记录活体动物的皮质氧张力（PO2）。总之先来看点美丽动图。成像原理随着氧张力变化生物发光强度（BLI）变化将小鼠呼吸的氧气浓度从20%增加到40%，生物发光强度（BLI）增加了200%，氧浓度降至50%，BLI也下降50%。连续监测麻醉小鼠大脑BLI，研究者发现了有趣的现象。在静息状态下，小鼠大脑的氧张力竟然是高度动态化的，经常表现出局部瞬时的氧张力下降，持续时间从几秒到几分钟不等。反映在图表上，这种短暂缺氧的曲线边缘清晰变化急剧，研究者把它称为缺氧口袋（hypoxic pockets）。小鼠脑内常见缺氧口袋这明明灭灭的光，就是脑子在缺氧……缺氧口袋的出现其实相当频繁，在20分钟的记录中，缺氧口袋就出现了200±22次，覆盖面积达到观察视野的2.43%±0.02%，缺氧口袋的持续时间平均48.2±1.0秒。这个持续时间远小于之前常用氧成像方法的成像间隔，难怪之前都没有相关发现。缺氧口袋经常在同一个位置反复出现，经研究者计算，大约每7分钟，在同一个位置就会出现一次缺氧口袋。在缺氧口袋期间，小鼠脑氧张力可低达11mm Hg，已经低于18mm Hg的皮层缺氧阈值了。研究者发现，缺氧口袋更常出现在小静脉附近，且与局部血红蛋白浓度变化有关，研究者猜测缺氧口袋的出现与局部毛细血管流动缺失有关。血管舒张可以短暂地增加血流量，那么这是否能减少缺氧口袋呢？研究者通过提升二氧化碳浓度诱导小鼠血管舒张，发现这的确能够将氧张力提升118.4±0.3%，每平方毫米每秒出现的缺氧口袋从3.9±0.1个降低到了2.3±0.1个，二氧化碳浓度降低后数量又回升到4.7±0.1个。使用异氟烷扩张血管也能够起到类似的效果。高碳酸血症和异氟烷都可以扩张血管、减少缺氧口袋以上数据来自麻醉小鼠，清醒小鼠又如何呢？成像结果显示，清醒小鼠缺氧口袋数量比麻醉小鼠少17%，持续时间相对更短、振幅不变，但是这些缺氧口袋的面积却增加了41%。醒着怎么不是一种昏迷呢研究者认为，在清醒状态下氧张力表现出了更高的动态性，可能反映了清醒状态下更高水平的神经元活动和血流变化。综合缺氧口袋的面积、持续时间和幅度计算缺氧负担，研究者发现，与静息状态的清醒小鼠相比，跑步中的小鼠缺氧负担减轻了52%。不是，跑步不耗氧的吗，这下氧气越少氧气越多了。不过，研究者尝试刺激了麻醉小鼠的胡须，这能激活毛细血管充血，也能减少35%的缺氧口袋。陷入沉思……睡觉的时候挠我痒痒是否可以给大脑充氧……总之，我现在觉得脑子好像不能呼吸了，写完这段就出去跑一下下……参考资料：[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn1011本文作者丨代丝雨