人腦消耗大量能量，需要不間斷的氧氣供應(yīng)來維持其活動(dòng)。因此，大腦配備了一個(gè)脆弱的血管網(wǎng)絡(luò)，可以將氧分子輸送到腦細(xì)胞。大腦耗氧代謝率(CMRO 2)表示大腦在給定時(shí)間內(nèi)消耗了多少能量，是大腦活動(dòng)的關(guān)鍵指標(biāo)。
CMRO 2的直接量化是神經(jīng)學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)，因?yàn)?CMRO 2是穩(wěn)態(tài)條件下組織病理學(xué)的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，例如與癌癥、創(chuàng)傷性腦損傷和中風(fēng)相關(guān)的組織病理學(xué)。此外，它在神經(jīng)元活動(dòng)期間的動(dòng)態(tài)測(cè)量可以揭示大腦功能反應(yīng)背后的代謝過程。盡管目前的一些方法能夠?qū)?CMRO 2進(jìn)行量化，但通常它們不提供有關(guān)代謝事件和血管反應(yīng)的相對(duì)時(shí)間的信息。
為了在大腦活動(dòng)期間更清楚地了解 CMRO 2，賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新穎的光學(xué)技術(shù)。正如Neurophotonics雜志報(bào)道的那樣，該技術(shù)使用一對(duì)大分子磷光探針，并在臨床前動(dòng)物模型中展示了對(duì) CMRO 2和腦血流(CBF)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。
該技術(shù)直接探測(cè)大腦的氧氣梯度。氧氣梯度取決于大腦血管內(nèi)(血管內(nèi))和緊鄰腦細(xì)胞(血管外)的氧氣濃度之間的差異。當(dāng)腦細(xì)胞的新陳代謝變得更加活躍時(shí)，它們會(huì)消耗更多的氧氣，從而使這種梯度變得更陡峭。因此，此梯度包含有關(guān)消耗了多少氧氣的信息，可用于確定 CMRO 2。
測(cè)量提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來比較四個(gè)參數(shù) CBF、piO2、peO2 和 CMRO2 的響應(yīng)，從而揭示其他方法無法獲得的有關(guān)響應(yīng)幅度和動(dòng)態(tài)的重要生理信息。圖片來源：神經(jīng)光子學(xué)(2022)。DOI：10.1117/1.NPh.9.4.045006
關(guān)鍵的一步是找到一種方法來同時(shí)測(cè)量血管外和血管內(nèi)氧氣水平之間的差異。為此，研究人員將一種稱為 Oxyphor PtR4 的磷光探針注入血液中，并將另一種探針 Oxyphor PtG4 直接注入血管之間的空間。
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