Нейрон — дорогая клетка. Передача сигнала, перекачка ионов, упаковка и перенос медиаторов, поддержание связей требуют постоянного притока энергии. Основные «электростанции» клетки митохондрии, в них из кислорода и топлива образуется АТФ. Мозг при массе около двух процентов тела использует примерно пятую часть кислорода, потребляемого организмом в покое (подробнее см. «Метаболизм мозга»).

Митохондрии на своих местах

У нейрона длинные отростки: аксон человека может достигать метра. Энергия нужна в синапсах, а они далеко от тела клетки. Поэтому митохондрии транспортируются по аксону специальными белками-моторами и закрепляются там, где расход выше: у синапсов и в местах, где нарастает потенциал. Цзу-Ханг Шэн и Цянь Цай в обзоре 2012 года подчёркивали: нарушение транспорта митохондрий связано с нейродегенеративными заболеваниями. Нейрон не может «позвать подмогу издалека».

Особая ДНК

У митохондрий есть собственная небольшая кольцевая ДНК с 37 генами, получаемая человеком только от матери. Остальные тысячи белков митохондрий закодированы в ядре. Мутации в любой из этих ДНК могут нарушать выработку энергии, и мозг, как самый энергозависимый орган, страдает в первую очередь. Примеры:

  • Синдром MELAS — инсультоподобные эпизоды, судороги, головные боли, снижение слуха.
  • Синдром Ли — тяжёлое заболевание раннего детства с поражением базальных ганглиев и ствола.
  • Наследственная оптическая нейропатия Лебера — потеря центрального зрения у молодых людей.

Эти болезни редки, диагностируются в специализированных центрах, симптомы зависят от доли поражённых митохондрий в разных тканях.

Митохондрии при старении и болезнях

С возрастом митохондрии накапливают повреждения, а процессы, удаляющие испорченные митохондрии (митофагия), ослабевают. При болезни Паркинсона мутации в генах PINK1 и PARKIN, участвующих в таком удалении, вызывают наследственные формы. Нарушения энергетики нашли при болезни Альцгеймера и других заболеваниях, но причинно-следственные связи сложны: часто неясно, причина это или следствие (см. «Болезнь Паркинсона» и «Болезнь Альцгеймера: что видно в мозге»).

Мифы

  1. «Митохондриальные добавки улучшают мышление». Для здоровых людей такой пользы надёжно не показано.
  2. «Недостаток энергии у нейронов — причина усталости». Утомление мозга сложнее (см. «Внимание и утомление»).
  3. «Диета кардинально изменит митохондрии». Регулярная физическая нагрузка действительно увеличивает число и работу митохондрий, но обещания чудо-средств не подтверждены.

См. также «Нейрон», «Синапсы» и «Клетки глии».