脑的物质代谢
脑的物质代谢包括能代谢、糖代谢、脂类代谢、氨基酸与蛋白质代谢以及核酸代谢等。与其他组织相比较，有同亦有异，本条主要介绍较有特点者。
糖代谢及能代谢 大脑的代谢极为活跃，虽然脑的重量只占人体体重的2%，而其氧耗量却占人体需氧总量的20%。脑的氧化代谢产生的高能磷酸键是维持脑正常功能所必需。脑中糖原贮存很少，仅占脑组织的0.1%，不及肝糖原量的1%，因此脑的能代谢不能长久依赖糖原来维持，而有赖于不断从血液摄取葡萄糖。大量事实证明，葡萄糖是大脑氧化代谢的主要基质，也是大脑能量供应的主要来源。主要证据有：
❶在不同条件下，大脑的呼吸商(R.Q)近似于1.0，说明大脑氧化的基质主要是糖类物质；
❷葡萄糖是大脑能从血液摄取的唯一糖类物质，其量足以维持大脑的代谢需要；
❸当大脑葡萄糖供应不足时，脑代谢的耗氧量降低，脑功能也发生障碍，只有在直接或间接补充葡萄糖或能生成葡萄糖的物质后，才能使脑功能完全恢复；
❹用放射性核素标志的14C葡萄糖的实验证明，完整动物的脑生成14CO2的量与注入的14C葡萄糖的比值接近于1，进一步确证葡萄糖是脑中氧化代谢的主要基质。
脑的代谢率及氧耗量与神经活动密切相关，无论刺激皮质下白质或大脑皮质，脑中氧的利用率增加，一旦刺激停止，氧的消耗又减少。不仅葡萄糖而且其他己糖，如果糖、甘露糖及半乳糖，也能维持电刺激离体脑组织所增加的代谢率或氧耗量，但所需己糖浓度要比葡萄糖高很多。譬如果糖约需10倍于葡萄糖的浓度，才能代替葡萄糖作为脑氧化代谢的基质而获得相应的代谢效应。乳酸及丙酮酸虽可以被脑作用，但由于血脑屏障较不易透过乳酸及丙酮酸，同时正常血液仅含113.6μmol/L(1mg/dl)丙酮酸及1.11～2.22mmol/L (10～20mg/dl) 乳酸，它们对脑的氧化代谢影响甚微。放射性核素实验也证明给动物注射14C乳酸或14C丙酮酸，仅有4～5%的14C代谢生成14CO2。
初生或成年动物在饥饿时，脑可以利用酮体作为主要能源，而在正常情况下成年动物则利用酮体较少。因为脑的线粒体内虽然有氧化酮体的酶系(包括β羟丁酸脱氢酶、琥珀酰辅酶A转硫酶及乙酰乙酰辅酶A硫解酶)，但它们的活性随年龄增长而降低。所以酮体只有在特殊情况下才能成为脑的重要供能物质。
不同种属动物的脑对葡萄糖的利用率约为每分钟0.3～1mmol/kg,90%以上的葡萄糖是循糖酵解途径进行代谢，正常仅有小部分丙酮酸转变为乳酸，其余都是进入三羧循环彻底氧化生成CO2和H2O，并以ATP的形式释放能量。然而脑被刺激下，乳酸生成大量增加，即使是“情绪激动”也使脑内乳酸含量增加好几倍。脑内参予酵解的几种关键酶(如己糖激酶，磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶)的活性都比其他组织高，有利于糖的酵解。脑内己糖激酶经电泳证明主要属于同功酶Ⅰ型，对葡萄糖的Km值很低，约为0.5mmol/L浓度，并受反应产物6磷酸葡萄糖的反馈抑制。无机磷能解除这种抑制，这些特性都有利于在脑内保持一定的酵解速度。脑中磷酸果糖激酶属于同功酶C型，对腺嘌呤核苷酸及无机磷等代谢调节物最为敏感(即易受ATP抑制，受ADP、AMP及无机磷激活)，因此脑中能量供需情况的变化能迅速有效反映对酵解进行调控。上述情况反映脑内糖酵解的特征。
脑内三羧循环进行也很活跃，用14C葡萄糖测定估算人脑中三羧循环，大约每分钟循环三次。因为脑内谷氨酸及氨基丁酸含量很高，它们的代谢组成三羧循环一条重要支路——γ氨基丁酸 (GABA)旁路(见“神经递质”条)，进入三羧循环的基质大约有44～51%是绕行此旁路进行代谢，甚至有人认为GABA旁路是脑内三羧循环的组成(见“神经递质”条)。
脑内参予磷酸戊糖途径的酶活性很低，有人估算大约只有1%的葡萄糖是循磷酸戊糖途径进行代谢。但不同脑区也有不同，脑干，下丘脑等部位磷酸戊糖途径活性可高达5～10%。
由于脑中缺乏果糖二磷酸酶及6磷酸葡萄糖酶，在脑内没有糖异生作用。
在成年脑中14C葡萄糖能迅速大量转化为氨基酸，而未成熟脑及肝脏则较少转化，也许这种转化反映了皮质功能的成熟。葡萄糖还提供脑内细胞重要组成合成的碳源，注射14C葡萄糖后5小时，约有1/3的14C进入脑中的脂类及蛋白质中，约不到1/10进入核酸中。
脂类代射 脑内脂肪酸游离的较少，多结合在各种脂类中，其合成如同其他组织一样。
脑中胆固醇合成过程也和其他器官中的一样，但在髓鞘生成时期，胆固醇合成速度极为迅速。脑组织也能摄取利用外源性胆固醇。胆固醇一旦沉集在脑中，即被并入髓鞘质，随后即表现出代谢上的惰性。随着年龄增长，脑合成胆固醇的能力逐渐减弱，但仍保留有一定的能力。
关于脑内磷脂的合成和其他器官也相同，但在脑中胆胺磷脂并不能由S腺苷酰蛋氨酸直接使之甲基化，而其他器官可以。另外脑中除能由CDP-胆碱与N酰基鞘氨醇反应生成神经髓鞘质，还可以先合成鞘氨醇磷酰胆碱然后再酰化生成神经髓鞘质。
成年脑中只含有半乳糖脑苷脂，它的合成是先由鞘氨醇和UDP半乳糖发生反应，生成鞘氨醇半乳糖苷，然后再酰化生成半乳糖脑苷脂； 也可通过N酰基鞘氨醇与UDP半乳糖反应生成，也许后者还是半乳糖脑苷脂合成的主要途径。至于硫脂则系由脑苷脂经“活动硫酸基” (3’磷酸腺苷5’磷酰硫酸)硫酸化而生成。脑中脑苷脂的合成速度与髓鞘生成平行。在髓鞘生成前脑中几乎没有脑苷脂。
氨基酸和蛋白质代谢 脑中氨基酸代谢和其他组织中的大致类似，但在某些氨基酸的利用上有量的差异，少数也有质的不同。
脑中游离氨基酸的代谢库具有独特的特点，脑中含谷氨酸、谷氨酰胺、N乙酰天门冬氨酸及γ氨基丁酸最多，占脑中游离氨基酸总量的75%，而且它们的代谢很活跃，给动物注射14C葡萄糖后，80%的放射性核素都集中在这这些氨基酸中，注射14C天门冬氨酸或114Cγ氨基丁酸后，也能迅速被脑氧化生成14CO2。此外脑内牛磺酸和丙氨酸丁氨酸硫醚也比其他组织含量高。
谷氨酸是脑中含量最多的一种氨基酸(约含0.01mol/L)，与三羧循环密切联系，在脑代谢中起着中心作用。无论电刺激周围神经引起中枢神经兴奋或应激均可见丘脑谷氨酸含量下降。多数动物脑中谷氨酰胺合成酶的含量比其他组织为高，谷氨酰胺的生成是脑解除氨毒的一种措施(见“神经递质”条图5)。
γ氨基丁酸是谷氨酸的α脱羧产物，几乎只分布在中枢神经系统中，关于它的代谢及作为中枢神经递质的功能将在“神经递质”条叙述。
N乙酰天门冬氨酸是脑内含量最多的一种氨基酸衍生物，比天门冬氨酸含量多2～3倍。它的代谢活跃，更新迅速，在脑代谢中有重要意义，可视为是脑中乙酰基的贮库，同时天门冬氨酸也是提供三羧循环必需的草酰乙酸的重要来源(见“神经递质”条图5)。
脑内氨基酸还存在代谢上的间隔分布。主要实验来自给动物注射标记谷氨酸后，脑内谷氨酰胺的比放射性比谷氨酸的比放射性要高，提示脑内存在一个可转变为谷氨酰胺的谷氨酸代谢小池； 另外尚存在一个较大的谷氨酸代谢库，使注入标记谷氨酸被稀释。至于这种间隔分布的解剖定位，有人认为可能是内质网，因为内质网中含有丰富的谷氨酰胺合成酶。
氨基酸由血液进入脑组织是通过血脑屏障上的特殊运载系统，每一运载系统不是对某一种氨基酸具特异性，而是对某一类氨基酸有特异性，因此同类氨基酸可以相互竞争运载系统，从而使一种氨基酸干扰另一种氨基酸的转运。氨基酸转运需要消耗能量(ATP)，也需Na+的存在。最近提出氨基酸转运的新机制，认为氨基酸转运是通过γ谷氨酰转肽酶的参予，从谷胱甘肽转移γ谷氨酰基至氨基酸分子上，生成谷氨酰肽，而被转运入细胞内。神经细胞内蛋白质合成主要是在胞浆中的多核蛋白体上进行，但多核蛋白体围聚在胞体核周围，而轴索或末梢是没有多核蛋白体的。胞体合成的蛋白质可以通过轴浆运输至轴索或末梢。此外线粒体内也有蛋白质的合成，但极有限。
核酸代谢 神经组织的细胞可能是体内核酸合成最活跃的一种细胞，脑内核酸代谢和其他组织相似。神经组织的核酸代谢与神经活动有着密切关系，而且在不同脑区，不同类型神经细胞中也有不同。
脑内核酸中嘌呤可以在脑内全合成，但直接从外源性嘌呤合成核苷酸也有重要意义，当遗传性缺乏次黄嘌呤、鸟嘌呤磷酸核转移酶、次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转变为相应的核苷酸，这种隐性常染色体遗传缺陷的纯合子，临床上称为Lesch-Nyhan症候群。
脑内嘧啶核苷酸的合成乳清酸途径显然不足，而依赖由肝脏通过血循环供给尿嘧啶核苷转变为UMP，这条补救合成途径对脑的正常功能和代谢有很重要的意义，而在其他组织则意义不大。