המוח של בני האדם מהווה רק 2-3 אחוז מסך כל מסת הגוף, אלא שצריכת האנרגיה על ידו היא בסדר גודל של 20-30 אחוז מצריכת האנרגיה הכוללת. מרבית האנרגיה מגיעה מגלוקוז כאשר מוח האדם מנצל כ-100-150 גרם גלוקוז ליום.
המוח זקוק לכמות עצומה של אנרגיה כדי לבצע את תפקידיו למרות שהמסה שלו עומדת על כ-2-3 אחוזים בלבד מגופו של אדם מבוגר ממוצע. אמנם מסתו קטנה ביחס למסת הגוף, אך הוא צרכן אנרגיה משמעותי ביותר.
שימוש בפעילות גופנית כדרך יעילה לשיפור המצב | צילום: Image by Dominic Winkel from Pixabay
ממחקרים שנעשו בעבר נמצא שתאי העצב הנוירונים, ולא תאי התמך (האסטרוציטים), הם "צרכנים כבדים" של מרבית הגלוקוז במוח. יתר על כן, בעוד צריכת הגלוקוז בתאי העצב תלויה ברמת הפעילות של המוח, זו של האסטרוציטים נשארת קבועה יחסית.
ישנן מחלות עצביות נוירודגנרטיביות שמאופיינות בחסר במטאבוליזם של גלוקוז. חשוב להבין את הביולוגיה הבסיסית של תאי המוח (הנוירונים ותאים תומכי נוירונים), משום שיתכן וכי זה יוכל לסייע בריפוי מחלות עצביות שקשורות לחסר מטבוליזם במוח או לעודף בו. כיום משתמשים בטכנולוגיית PET= Positron emission tomography על מנת לסרוק ניצול של גלוקוז על ידי המוח, וזה משמש כלי יעיל ואמין לאבחנה ולקביעה של התקדמות מחלת האלצהיימר. מכאן ששיבושים בקליטת גלוקוז ובניצול שלו במוח זהו כלי אבחנתי ומשמש גם כמטרה טיפולית.
רקמת המוח מבטאת מספר קולטנים לגלוקוז: GLUT= Glucose Transporter family . נוירונים (תאי המוח) מבטאים את הקולטן GLUT4 שידוע כקולטן "רגיש" לאינסולין. הקולטן הנ"ל מתבטא על ידי מספר אזורים במוח כשהאזור בו ישנו הביטוי הגבוה ביותר הוא אזור ההיפוקמפוס והקורטקס.
מיהו GLUT-4 או בשמו המלא Glucose transporter type 4? ובכן, מדובר במעיין "שער", או קולטן שנמצא על גבי התאים, הוא משנע סוכר מחוץ אל תוך התא והוא תלוי-אינסולין. הקולטן הנ"ל נמצא בעיקר על תאי שומן ועל תאי שריר השלד ושריר הלב. על פני התא, הקולטן או השער, GLUT4 מאפשר את המעבר של גלוקוז לפי מפל ריכוזים אל תוך תאי השריר והשומן. כאשר הגלוקוז נמצא בתוך התאים הוא עובר תהליכים ביוכימיים שהופכים אותו לזמין יותר (גלוקוז-6-פוספאט) וכך הוא יכול להיכנס למסלול הגליקוליזה להפקת אנרגיה. גלוקוז-6-פוספאט אינו יכול לצאת חזרה החוצה מהתא ועל ידי כך נשמר מפל ריכוזים.
הקולטן GLUT4 שלא כמו קולטנים אחרים לגלוקוז, מווסת על ידי שני מסלולי הולכת אותות כשאחד מהם הוא תלוי אינסולין. מסלול האיתות גורם לשינוע של הקולטן לפני התא, ובכך ישנה הגברה של הכנסת גלוקוז לתוך התאים.
ידוע שפעילות גופנית מביאה לידי ניצול של הגלוקוז על ידי כך שהיא מזרזת את קליטתו בתאי שריר באופן שהוא תלוי באינסולין, וזה באמצעות הפעלת מסלולי אותות שבסופו של דבר מסתכמים בשינוי המיקום של הקולטנים GLUT4 לפני הממברנה והוא כמו שוער "מכניס" את הגלוקוז לתא. פעילות גופנית ידועה גם כמעלה את הכניסה של סוכר לתאי הנוירונים שבמוח, אך המנגנון לא ידוע.
IL-6 אינטרלאוקין 6 הוא ציטוקין שהביטוי שלו במספר רקמות עולה בתגובה לפעילות גופנית, כולל במוח. אך לא ברור כל כך מהו התפקיד שלו במוח. לא ארחיב יותר מדי על מסלולי הולכת האות של IL-6, רק אציין שכל מרכיבי הולכת האות קיימים במוח. ברקמות הפריפריות למשל כמו שריר שלד ורקמת שומן ידוע שחשיפה אקוטית שלהן לציטוקין IL-6 מפעילה שרשרת של תהליכים (Signal transduction) שגורמת להבאה של יותר קולטן GLUT4 על פני ממברנת התאים, ובכך עולה כניסת הגלוקוז פנימה. אך האם IL-6 משפיע גם במוח על קליטה של גלוקוז לתוך התאים?
לקחו תאים נוירונליים וטיפלו בהם באינסולין ובריכוזים הולכים ועולים של IL-6 ומצאו שגם האינסולין וגם ה- IL-6 גרמו לעלייה בשינוע של הטרנספורטר לגלוקוז GLUT4 אל פני התאים הנוירונליים. לפני הגירוי עם אינסולין ועם IL-6 מרבית הטרנספורטר GLUT4 נמצא במאגרים בתוך התאים. החל מחמש דקות של חשיפה לאינסולין או ל IL-6 , המאגרים של הטרנספורטר משתחררים ועוברים אל פני התא. התוצאות המשמעותיות הן ש IL-6 בדומה לאינסולין גרם לשינוע ולניוד של GLUT4 מתוך התאים אל הממברנה וזה ככל הנראה על מנת לאפשר הכנסה של גלוקוז לתוך התאים. ותהליך זה קורה לא רק בתאי שריר ושומן אלא גם בתאי נוריוניים.
המחקר הנוכחי שאני מביאה מראה שנוירונים מפרישים ציטוקין IL-6 שפועל עליהם וגורם לשינוע של הקולטן GLUT4 שמווסת את מטאבוליזם הגלוקוז באופן שאינו תלוי באינסולין. לפיכך ניתן לשקול תוספת ושימוש בפעילות גופנית כדרך יעילה על מנת לגרום לעליה בהפרשת IL-6 שיעלה מטאבוליזם של גלוקוז במוח ואולי בדרך עקיפה זו ניתן יהיה להשפיע על איכות חייהם של חולי אלצהיימר למשל.
נוסף על כך, לציטוקין IL-6 יש תפקיד לא מבוטל במוח: הוא תומך ביצירת צמתים סינפטיים, תומך בחיות התאים הנוירונלים. המחקר הנוכחי מדגיש את התפקיד הפוטנציאלי של IL-6 כאשר הוא מופרש באופן אקוטי בעקבות פעילות גופנית בכך שהוא גורם לטרנסלוקציה של הקולטן GLUT4 שיכול לתרום לשיפור ביצירה של סינפסות והישרדות של תאים וגם בהתפתחות ותחזוק של מערכת העצבים המרכזית.
במחקר הנוכחי השתמשו בשורת תאים נורונלים (SH-SY5Y) והם ידועים ומוכרים לשימוש במחקר נוירונלי, אבל יש לתת את הדעת לכך שיתכן והתאים הללו משתנים תוך כדי גידולם במעבדה ולכן אינם מציגים את כל התפקודים שיש לנוירונים.
מסקנות המחקר
המחקר הנוכחי חשוב, הוא מראה כי טיפול באמצעות IL-6 מביא להפעלה של מסלולי הולכת האותות Signal transduction שבדרך כלל מופעלים על ידי אינסולין. כלומר, שהציטוקין IL-6 הראה השפעה דמוית אינסולין על תאים נוירונליים במעבדה: הוא גרם להם לקליטה של גלוקוז באופן שאינו תלוי באינסולין. בכך המחקר מציג תפקיד פוטנציאלי שיש ל- IL-6 בקליטה של גלוקוז במוח. היות ואנשים חולים במחלות נורודגנרטיביות, למשל אלצהיימר, לרוב יש להם מה שמכונה Brain insulin insensitivity כלומר ירידה בתגובה לאינסולין על ידי רקמות המוח וגם ירידה במטבוליזם של גלוקוז במוח, בעקבות כך, למחקר זה עשויה להיות חשיבות רבה, בעיקר עבורם, היות והוא מציג אפשרות חלופית לאינסולין, שיכולה להביא לקליטה של גלוקוז על ידי התאים במוח.
