scholarly journals Differentiation of Glucose Transport in Human Brain Gray and White Matter

2001 ◽  
Vol 21 (5) ◽  
pp. 483-492 ◽  
Author(s):  
Robin A. de Graaf ◽  
Jullie W. Pan ◽  
Frank Telang ◽  
Jing-Huei Lee ◽  
Peter Brown ◽  
...  

Localized 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy has been applied to determine human brain gray matter and white matter glucose transport kinetics by measuring the steady-state glucose concentration under normoglycemia and two levels of hyperglycemia. Nuclear magnetic resonance spectroscopic measurements were simultaneously performed on three 12-mL volumes, containing predominantly gray or white matter. The exact volume compositions were determined from quantitative T1 relaxation magnetic resonance images. The absolute brain glucose concentration as a function of the plasma glucose level was fitted with two kinetic transport models, based on standard (irreversible) or reversible Michaelis-Menten kinetics. The steady-state brain glucose levels were similar for cerebral gray and white matter, although the white matter levels were consistently 15% to 20% higher. The ratio of the maximum glucose transport rate, Vmax, to the cerebral metabolic utilization rate of glucose, CMRGlc, was 3.2 ± 0.10 and 3.9 ± 0.15 for gray matter and white matter using the standard transport model and 1.8 ± 0.10 and 2.2 ± 0.12 for gray matter and white matter using the reversible transport model. The Michaelis-Menten constant Km was 6.2 ± 0.85 and 7.3 ± 1.1 mmol/L for gray matter and white matter in the standard model and 1.1 ± 0.66 and 1.7 ± 0.88 mmol/L in the reversible model. Taking into account the threefold lower rate of CMRGlc in white matter, this finding suggests that blood–brain barrier glucose transport activity is lower by a similar amount in white matter. The regulation of glucose transport activity at the blood–brain barrier may be an important mechanism for maintaining glucose homeostasis throughout the cerebral cortex.

2001 ◽  
Vol 54 (3) ◽  
pp. 255-266 ◽  
Author(s):  
T Paus ◽  
D.L Collins ◽  
A.C Evans ◽  
G Leonard ◽  
B Pike ◽  
...  

2012 ◽  
Author(s):  
Αντωνία Καλούδη-Χαντζέα

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι να κατασκευαστούν «έξυπνες» τοπολογίες σύνδεσης χρωμοφόρων μεταξύ τους για τη δημιουργία φωτονικών κλωβών, με στόχο την εξάλειψη της απόσβεσης της εκπομπής φωτός από τις τοπικά διεγερμένες καταστάσεις. Στα επόμενα κεφάλαια καταγράφεται η προσπάθεια μέσω της οποίας κατέστη δυνατό να αποσαφηνιστεί η πορεία σύνδεσης μέσω αλληλεπιδράσεων συναρμογής, η οποία θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για τη δημιουργία άκαμπτων τρισδιάστατων υπερδομών με σχεδόν τέλειες κβαντικές αποδόσεις φθορισμού.Τα μόρια που χρησιμοποιήθηκαν για την επίτευξη των παραπάνω στόχων είναι οι χρωμοφόρες ενώσεις με την κοινή ονομασία BODIPYs (Boron Dippyromethene). Τα BODIPYs είναι συμμετρικά, συζυγιακά, αρωματικά συστήματα αποτελούμενα από έναν εξαμελή, δύο πενταμελείς δακτύλιους και την ομάδα –BF2 τα οποία συγκεντρώνουν μερικές εντυπωσιακές και ελκυστικές φωτοφυσικές ιδιότητες ενώ παρέχουν και συνθετική ευελιξία λόγω της επιδεκτικότητάς τους σε πολλαπλές υποκαταστάσεις. Στη διατριβή αυτή περιγράφεται η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η μελέτη διαφόρων BODIPYs , καθώς και η δημιουργία, ο χαρακτηρισμός και η μελέτη φωτοφυσικών ιδιοτήτων, νανοδομών των BODIPYs με οργανομεταλλικές ενώσεις του λευκοχρύσου (Pt), μέσω της τεχνικής της αυτο-συναρμολόγησης. Σε πρώτο στάδιο, έγινε εκτενής φασματοσκοπική ανάλυση με Φασματοσκοπία Ορατού – Υπεριώδους (UV-Visible Spectroscopy), Φασματοσκοπία Φθορισμού Στατικής Κατάστασης (Steady State Fluorescence Spectroscopy) και Χρονικά Αναλελυμένη Φασματοσκοπία Εκπομπής (Time-Resolved Emission Spectroscopy - TRES), σε διαλύτη CHCl3 και 2Me-THF για χαμηλές θερμοκρασίες αλλά και με Φασματοσκοπία Μαγνητικού Πυρηνικού Συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance – NMR) σε διαλύτη CDCl3. Συντέθηκαν λοιπόν οκτώ διαφορετικά BODIPYs, τα οποία εμφάνισαν όλα παρόμοιες φωτοφυσικές ιδιότητες, ανάλογες της κατηγορίας τους, με πολύ υψηλές κβαντικές φωτονικές αποδόσεις. Τις ίδιες κβαντικές αποδόσεις εμφάνισαν ακόμη και εκείνα τα BODIPYs που φέρουν ιώδιο (4), λευκόχρυσο (6) ή και τα δύο (5) – άτομα που ως γνωστόν αποσβένουν με διάφορους τρόπους την εκπομπή των χρωμοφόρων από την τοπική διεγερμένη κατάσταση – με την επιτυχημένη αποκοπή τους από το συζυγιακό σύστημα της χρωμοφόρας. Επίσης για το BODIPY 5 επιλύθηκε η κρυσταλλική του δομή.Έπειτα μελετήθηκαν τα αυτοσυναρμολογημένα σύμπλοκα (9-12) με όλες τις παραπάνω τεχνικές και αποδείχθηκε ότι η αυτοσυναρμολόγησή τους με οργανομεταλλικές ενώσεις του λευκοχρύσου (9, 12) ή ενώσεις που φέρουν ομάδα πυριδίνης (11) δεν επιφέρουν καμία αλλαγή στις φασματοσκοπικές τους ιδιότητες. Η «έξυπνη» τοπολογία σύνθεσης των φθορίζουσων συνιστωσών επιβεβαιώθηκε όταν το σύμπολοκο 10, για το οποίο χρησιμοποιήθηκε το BODIPY 2 δεν διατήρησε τις φωτοφυσικές ιδιότητες του 2 – και αυτό γιατί στο 2 η ομάδα της πυριδίνης με την οποία αλληλεπιδρά το BODIPY με το κέντρο λευκοχρύσου της οργανομεταλλικής ένωσης αποτελεί μέρος του συζυγιακού συστήματος της χρωμοφόρας. Τα σύμπλοκα 9 και 12 είναι παρόμοια, διαφέρουν μόνο στην ομάδα που βρίσκεται στο BODIPY στη μέσο- θέση (ένα μεθύλιο στο BODIPY 3 και στο σύμπλοκο 9 και μία τεταρτοταγής μεθυλο-φαινυλομάδα στο BODIPY 8 και στο σύμπλοκο 12). Στο σύμπλοκο 12 έγιναν και μετρήσεις ηλεκτροφωταύγειας οι οποίες παρ’ όλο που δεν έχουν δώσει υψηλές αποδόσεις, υποδεικνύουν ξεκάθαρα ότι η ιδέα της κυκλικής συναρμολόγησης φωτονικών μονάδων είναι ελπιδοφόρα. Στο σύμπλοκο 11 παρουσιάζεται ένας δέκτης συγκομιδής φωτός ~1200 που - σε συνδυασμό με την 1800 4,4’-διπυριδίνη δότη - μπορεί να παρασκευάσει ένα ισχυρά φθορίζον συγκρότημα χρωμοφόρων [6+6], στο οποίο οι χρωμοφορικές συνιστώσες υπόκεινται σε ακριβή τοπολογικό έλεγχο.Τέλος έγινε προσπάθεια δημιουργίας συμπλόκων εγκλεισμού με γνώμονα τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις χρησιμοποιώντας το σύμπλοκο 12 με μονάδες πυρενίου που φέρουν ανιονικές σουλφονομάδες, οι οποίες εμφανίζουν εξαιρετική συγγένεια με τα κατιοντικά κέντρα λευκοχρύσου του 12. Η μελέτη καταγράφηκε σε διαλύτη DMF και DMF-d7, εφ’ όσον μόνο σε αυτό τον διαλύτη τα σύμπλοκα διατηρούνται διαλυτά. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν επιτυχή εγκλεισμό των μονάδων πυρενίου ανάμεσα σε δύο σύμπλοκα του 12, και ικανοποιητική μεταφορά ενέργειας μεταξύ τους.


2019 ◽  
Vol 125 ◽  
pp. 198-206 ◽  
Author(s):  
Giacomo Bertolini ◽  
Emanuele La Corte ◽  
Domenico Aquino ◽  
Elena Greco ◽  
Zefferino Rossini ◽  
...  

SLEEP ◽  
2019 ◽  
Vol 42 (12) ◽  
Author(s):  
Ambra Stefani ◽  
Thomas Mitterling ◽  
Anna Heidbreder ◽  
Ruth Steiger ◽  
Christian Kremser ◽  
...  

Abstract Study Objectives Integrated information on brain microstructural integrity and iron storage and its impact on the morphometric profile is not available in restless legs syndrome (RLS). We applied multimodal magnetic resonance imaging (MRI) including diffusion tensor imaging, the transverse relaxation rate (R2*), a marker for iron storage, as well as gray and white matter volume measures to characterize RLS-related MRI signal distribution patterns and to analyze their associations with clinical parameters. Methods Eighty-seven patients with RLS (mean age 51, range 20–72 years; disease duration, mean 13 years, range 1–46 years, of those untreated n = 30) and 87 healthy control subjects, individually matched for age and gender, were investigated with multimodal 3T MRI. Results Volume of the white matter compartment adjacent to the post- and precentral cortex and fractional anisotropy (FA) of the frontopontine tract were both significantly reduced in RLS compared to healthy controls, and these alterations were associated with disease duration (r = 0.25, p = 0.025 and r = 0.23, p = 0.037, respectively). Corresponding gray matter volume increases of the right primary motor cortex in RLS (p < 0.001) were negatively correlated with the right FA signal of the frontopontine tract (r = −0.22; p < 0.05). Iron content evaluated with R2* was reduced in the putamen as well as in temporal and occipital compartments of the RLS cohort compared to the control group (p < 0.01). Conclusions Multimodal MRI identified progressing white matter decline of key somatosensory circuits that may underlie the perception of sensory leg discomfort. Increases of gray matter volume of the premotor cortex are likely to be a consequence of functional neuronal reorganization.


1998 ◽  
Vol 274 (3) ◽  
pp. C846-C852 ◽  
Author(s):  
Youngran Chung ◽  
Robert Sharman ◽  
Richard Carlsen ◽  
Steven W. Unger ◽  
Douglas Larson ◽  
...  

Gated31P-nuclear magnetic resonance followed the metabolic fluctuation in rat gastrocnemius muscle during a contraction cycle. Within 16 ms after stimulation, the phosphocreatine (PCr) level drops 11.3% from its reference state. The PCr minimum corresponds closely to the time of maximum force contraction. Pi increases stoichiometrically, while ATP remains constant. During a twitch, PCr hydrolysis produces 3.1 μmol ATP/g tissue, which is substantially higher than the reported 0.3 μmol ATP ⋅ twitch−1 ⋅ g tissue−1 derived from steady-state experiments. The results reveal that a substantial energy fluctuation accompanies a muscle twitch.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document