Il cervello umano può guarire dall'ipossia. Cosa accadrebbe se tagliassimo l'ossigeno dal cervello?
Osserviamo i punti più critici e successivamente arricchiamo l’articolo con un comunicato stampa del CNR apparso su lescienze.it nel 2014.
Apporto di Ossigeno Limitato
L’apporto limitato di ossigeno al cervello può causare più che semplici allucinazioni.
Quale organo vitale richiede maggior apporto di Ossigeno
Il cervello è il più alto consumatore di ossigeno nel tuo corpo.
Sebbene il cervello umano rappresenti solo il 2% del peso corporeo, consuma il 2% dell'energia prodotta dal corpo.
Se l'ossigeno viene meno cosa succede al nostro cervello e a quello di un neonato?
L'ossigeno viene trasportato al cervello da molti vasi sanguigni.
Quando questo afflusso di sangue è compromesso, meno ossigeno raggiunge il cervello.
Tra 30 e 180 secondi di privazione dell'ossigeno, potresti perdere conoscenza e entrare in uno stato noto come "Ipossia".
Al primo minuto, le tue cellule cerebrali iniziano a morire.
A 3 minuti, i neuroni subiscono un danno più esteso, a questo punto, il cervello probabilmente subirà un danno a lungo termine.
A 5 minuti, la morte diventa imminente.
L'ipossia cerebrale causa una diminuzione di ATP*(1) del 90% in meno di 5 minuti
L'ATP è la molecola principale per lo stoccaggio e il trasferimento di energia nelle cellule.
A 10 minuti, anche se il cervello rimane vivo. Il verificarsi un danno cerebrale duraturo è quasi inevitabile.
A 15 minuti, la sopravvivenza diventa quasi impossibile.
L'insufficiente apporto di #ossigeno al cervello può causare un #ictus *(2).
La privazione prolungata di ossigeno causa il rigonfiamento del cervello.
Ciò è dovuto a maggiori quantità d'acqua all'interno del cervello.
Il gonfiore fa pressione sul cervello, causandone la fine.
L'ipossia durante il travaglio influisce in modo significativo sullo sviluppo del cervello e può portare a anomalie mentali #cariose in un bambino.
Il cervello umano può recuperare dall'ipossia per un periodo di tempo limitato.
Questa capacità del cervello umano è chiamata "tolleranza ipossica primaria"
La mancanza di ossigeno nel cervello può causare emorragia cerebrale.
L'emorragia cerebrale è un'emorragia interna nel cervello.
Questo può potenzialmente causare danni al cervello e persino la morte.
Se i livelli di ossigeno nel cervello cadono improvvisamente "I processi corporei non essenziali vengono chiusi", consentendo solo alle funzioni vitali del cervello di continuare. Ciò si traduce in Svenimento di un individuo.
L'ipossia cerebrale provoca la perdita di capacità motorie o una corretta coordinazione. In caso di grave mancanza di ossigeno, il corpo si spegne e subentra l’incoscienza. La ricerca mostra un legame tra l'ipossia e la malattia di Alzheimer.
Il tuo cervello ha bisogno di rifornimento costante di ossigeno per il suo corretto funzionamento.
L'ossigeno è necessario affinché il cervello faccia uso del glucosio, la sua principale fonte di energia.
Ipossia, il cervello è meno vigile
Basta una blanda riduzione dell’apporto di ossigeno al cervello per compromettere lo stato di vigilanza e la risposta comportamentale. Lo rivela uno studio condotto dall’Istituto di bioimmagini e fisiologia molecolare del Cnr in collaborazione con l’Università di Milano Bicocca
La riduzione anche minima dell’apporto di ossigeno al cervello, la cosiddetta ipossia, compromette risposte comportamentali e livelli di allerta, restano invece inalterate l’attenzione e il controllo sulle azioni. È quanto emerge da uno studio condotto da Alberto Zani dell’Istituto di bioimmagini e fisiologia molecolare del Consiglio nazionale delle ricerche (Ibfm-Cnr) di Segrate (Milano), in collaborazione con Alice Mado Proverbio del #NeuroMI - Milan Center for Neuroscience e docente di Neuroscienze cognitive presso #Università di #Milano-Bicocca. L’indagine - presentata al “Society for Neuroscience 2014”, il Congresso mondiale di neuroscienze svoltosi a Washington (Usa).
“L’ipossia caratterizza diversi disturbi clinici, quali asma o lesioni cerebrali, ma anche individui sani che soggiornano ad alte quote montane”, spiega Zani. “Mentre sappiamo che l’ipossia, specie se grave, può avere effetti sulla memoria o sulla capacità di calcolo, lo studio sui sistemi di vigilanza è del tutto inedito. Per indagare l’influenza sui network cerebrali che regolano l’attenzione visuo-spaziale, un campione è stato sottoposto a due sessioni sperimentali in cui i 16 partecipanti respiravano aria impoverita di ossigeno, che simula la condizione atmosferica a circa 4.200 m di altezza. Dopo due ore ogni partecipante è stato sottoposto ad alcuni compiti: rispondere il più velocemente possibile premendo un tasto alla vista di stimoli target che comparivano in diverse zone dello spazio visivo (preceduti o meno da segnali indicatori), oppure scegliere quale tra due dita usare per la risposta a seconda dello stimolo percepito”.
Durante l’esecuzione, l’attività bioelettrica cerebrale (#Erp) è stata registrata utilizzando 128 sensori, monitorando così il variare della funzionalità
in relazione ai compiti e alla stimolazione visiva. “In condizione di ipossia, la velocità di risposta era rallentata in tutti i compiti, tranne in quello in cui gli stimoli non erano preceduti da un preavviso; inoltre l’entità della risposta bioelettrica cerebrale agli stimoli visivi era ridotta di alcuni microvolt rispetto alla condizione di aria ossigenata”, spiega Alice Mado Proverbio. “In generale, le differenze rilevate indicano come anche una lieve ipossia agisca sul sistema cerebrale di regolazione dello stato di allerta, compromettendo la velocità di risposta agli stimoli. Il dato è particolarmente rilevante data la riduzione moderata di ossigeno praticata: il 12,5% in meno della quantità normale”.
“Grazie alla tecnica di risonanza magnetica tridimensionale Loreta (Low resolution electromagnetic tomography) è stato possibile inoltre evidenziare un’attivazione della corteccia cingolata anteriore mediale e del giro para-ippocampale dell’emisfero sinistro che suggeriscono uno stato di sforzo o sofferenza indotta dall’ipossia”, conclude Zani. “I dati emersi hanno importanti implicazioni per gli individui che operano in ambienti estremi, per lo studio dei processi nervosi implicati negli stati di coscienza e nei pazienti in stato di sofferenza cerebrale. Rilevanti risultano inoltre gli effetti dello stress da esposizione prolungata ad ambiente pressurizzato, qual è quello degli aerei (ipossiemia da volo) o all’aria condizionata al livello del mare (ipossia normobarica), dove manca il ricambio di aria naturale”.
© articolo redatto da Silvia Michela Carrassi
REFERENCES*1) ATP: L'adenosina trifosfato (o ATP) è un ribonucleoside trifosfato formato da una base azotata, cioè l'adenina, dal ribosio, che è uno zucchero pentoso, e da tre gruppi fosfato. È uno dei reagenti necessari per la sintesi del RNA, ma soprattutto è il collegamento chimico fra catabolismo e anabolismo e ne costituisce la "corrente energetica". Esso viene idrolizzato ad ADP (adenosindifosfato), che viene riconvertito in ATP mediante vari processi.
L'ATP è il composto ad alta energia richiesto dalla quasi totalità delle reazioni metaboliche endoergoniche. Esso viene prodotto secondo la reazione endoergonica:
ADP + Pi + E \--> ATP
L'ATP non può stare libero nel citosol ma deve essere chelato (stabilizzato) dal magnesio. Esso maschera parzialmente le cariche negative e influenza la conformazione nello spazio dei gruppi fosfato.
Dalla respirazione, in cui si libera energia, una parte molto piccola di essa (30,5 kJ/mol) viene immagazzinata nelle molecole di ATP. L'immagazzinamento vero e proprio avviene quando la fosfocreatina cede alla molecola di ADP un gruppo fosfato che appunto le mancava per divenire ATP. Mentre si uniscono gruppo fosfato e ADP, l'energia viene imprigionata nei nuovi legami chimici: adesso avremo finalmente la molecola di ATP.
Partecipazione dell'ATP nei processi di energetizzazione delle molecole
Sono poche le reazioni dove l'ATP dona energia a una molecola tramite idrolisi, principalmente fornisce energia alle altre molecole per trasferimento di gruppi fosfato. L'idrolisi in sé produce solo la liberazione di calore che non può essere usato in sistemi omeotermi. ATP può dunque o donare un gruppo fosforico o donare l'Adenilato. I gruppi fosfato che possono subire un attacco sono 3:
- attacco nucleofilo in posizione γ con rimozione di un gruppo
- attacco nucleofilo in posizione β con rimozione di due gruppi \--> pirofosfato
- attacco nucleofilo in posizione α con rimozione di pirofosfato e trasferimento di adenilato
Questa ultima reazione si chiama adenilazione, il pirofosfato rilasciato con un'adenilazione viene poi scisso in due gruppi singoli dalla pirofosfatasi inorganica
PPi \--> 2Pi con una variazione di energia libera di -19,5 kJ/mole (esoergonica)
L'adenilazione è fondamentale per portare l'acido grasso a un livello energetico superiore preparandolo così al suo legame con il trasportatore.
/ https://it.wikipedia.org/wiki/Adenosina_trifosfato
*2) ictus ìc·tus/ sostantivo maschile
1 L'arsi di un piede o di un metro, in quanto distinta da una presunta intensità d'accento.
2 In musica, l'accento della battuta, cioè il tempo forte.
*3) Gender‐dependent hypoxic tolerance mediated via gender‐specific mechanisms: Abstract
Primary hypoxic tolerance and preconditioning are gender dependent and modulated in females during the estrus cycle. The underlying mechanisms, however, remain to be determined. mRNA of estrogen receptor‐α (EAR), progesterone receptor (PR), and adenosine receptor subtypes A1 and A3 (A1R and A3R) were investigated with reverse transcriptase‐PCR in hippocampi from control male and female mice and animals treated in vivo with a single i.p. injection of 20 mg/kg body weight 3‐nitropropionate (3NP) 1 or 24 hr prior to preparation. Results were analyzed relative to expression in hippocampi from untreated males. mRNA levels of EAR and A1R were alike in males and females and unaltered by preconditioning with 3NP. In contrast, PR mRNA levels were alike in males and females during proestrus but lower during estrus and diestrus (85% ± 15%, P < 0.05; and 80% ± 10%, P < 0.05, respectively). Upon preconditioning, PR mRNA decreased to 67% ± 19% (P < 0.05) and 56% ± 13% (P < 0.05) during proestrus and diestrus, respectively, but was unaltered during estrus and in males. On preconditioning, A3R mRNA decreased from 115% ± 16% to 86% ± 29% (P < 0.05) during diestrus but remained at the control level during proestrus and estrus. With low‐level expression of PRs, as achieved upon preconditioning, hypoxic tolerance is increased. Other than in males, adenosine A3 receptors are not up‐regulated upon preconditioning in females. Thus, not only is net hypoxic tolerance gender dependent but mechanisms conferring hypoxic tolerance are gender specific. © 2002 Wiley‐Liss, Inc. / onlinelibrary.wiley.com C.A.F. von Arnim S.M. Etrich M. Timmler M.W. Riepe First published: 27 February 2002 https://doi.org/10.1002/jnr.10195
*4) Basta una blanda riduzione dell’apporto di ossigeno al cervello per compromettere lo stato di vigilanza e la risposta comportamentale: www.lescienze.it lanci 2014 11 28 cnr 2394030
*5) Articolo ispirato da questa trascrizione eseguita da Silvia Miichela Carrassi [video]: The human brain can recover from Hypoxia.
what would happen if we cut oxygen from the brain?
Limited oxygen supply to your brain can cause more than just hallucinations.
the brain is the highest consumer of oxygen in your body.
Although, the human brain constitutes only 2% of the body weight.
It consumes 2% of the energy produced by the body.
Oxygen is carried to the brain by many blood vessels.
When this blood supply is impaired, less oxygen reaches the brain.
Between 30-180 seconds of oxygen deprivation, you may lose consciousness. And you enter a state know as Hypoxia.
At the one minute mark, your brain cells begin dying.
At 3 minutes, neurones suffer a more extensive damage.
At this point, the brain would likely experience a long-term damage.
At 5 minutes, death becomes imminent.
Brain hypoxia causes ATP to drop by as much as 90% in less than 5 min
ATP is the principal molecule for storing and transferring energy in your cells.
At 10 minutes, even if the brain remains alive. A come and lasting brain damage are almost inevitable.
At 15 minutes, survival becomes nearly impossible.
Inadequate oxygen supply to your brain may result in a Stroke.
The Prolonged oxygen deprivation Causes your brain to swell.
This is due to increased amounts of Water inside the brain.
Swelling puts pressure on the brain, Causing it to eventually crush.
Hypoxia during labor significantly Affects brain development, and can lead to carious mental abnormalities in a child.
The human brain can Recover from hypoxia for in limited amount of time.
This ability of the human brain is called "primary hypoxic tolerance"
Lack of oxygen in the brain can cause Cerebral Hemorrhage.
The Cerebral Hemorrhage is internal bleeding in your brain.
This can potentially cause brain damage and even death.
If brain oxygen levels Drop suddenly "Nonessential body processes are shut down", allowing only vital functions of your brain to continue. This results in Fainting of an individual.
Cerebral hypoxia results in the Loss of motor skills or proper coordination. In case of severe lack of oxygen, the body shuts down and becomes unconscious.
Research shows a link between hypoxia and Alzheimer’s disease.
This ability of the human brain is called "primary hypoxic tolerance *(3)”
Lack of oxygen in the brain can cause Cerebral Hemorrhage.
The Cerebral Hemorrhage is internal bleeding in your brain.
This can potentially cause brain damage and even death.
If brain oxygen levels Drop suddenly "Nonessential body processes are shut down", allowing only vital funcions of your brain to continue. This results in Fainting of an individual.
Cerebral hypoxia results in the Loss of motor skills or proper coordination. In case of severe lack of oxygen, the body shuts down and becomes unconscious.
Research shows a link between hypoxia and Alzheimer’s disease.
Your Brain needs constant oxygen supply for its Proper functioning.
Oxygen is needed for the brain to make use of Glucose, its major energy source.
