Открытие нового механизма регуляции кровотока в мозге
Группа ученых из Университета Вермонта под руководством доктора философии Марка Нельсона из Медицинского колледжа Ларнера обнаружила новый механизм, регулирующий кровоток в мозге. Исследование, опубликованное в журнале The Proceedings of the National Academy of Sciences, описывает электро-кальциевую связь — процесс, объединяющий электрические и кальциевые сигналы в капиллярах мозга для обеспечения точной доставки кровотока к активным нейронам.
Кровоток в мозге: механизмы и функции
Кровь в мозг доставляется через поверхностные артерии, проникающие артериолы и капилляры, которые распространяются на сотни миль. Мозг, орган с высокими метаболическими потребностями, поддерживает постоянный кровоток благодаря ауторегуляции и процессу доставки по требованию, где активность нейронов вызывает локальное увеличение кровотока для избирательного распределения кислорода и питательных веществ.
Функциональная гиперемия и нейроваскулярная связь
Функциональная гиперемия, опосредованная нейроваскулярной связью (NVC), играет ключевую роль в нормальной функции мозга и является основой для функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Недостаток мозгового кровотока (CBF), включая функциональную гиперемию, является ранним признаком заболеваний мелких сосудов (SVD) головного мозга и болезни Альцгеймера.
Электрические и кальциевые сигналы
Доставка церебральной крови регулируется электрическими и кальциевыми сигналами. Ранее считалось, что эти системы работают независимо, но исследования Нельсона показали их глубокую взаимосвязь через электро-кальциевую связь.
Механизм электро-кальциевой связи
Электрическая гиперполяризация в капиллярных клетках распространяется за счет активации эндотелиальных каналов Kir2.1, которые усиливают электрические сигналы и распространяют их на соседние клетки. Сигналы кальция, инициируемые рецепторами IP3, регулируют кровоток, вызывая сосудистые реакции.
Экспериментальные данные
Используя передовые методы визуализации и компьютерные модели, исследователи наблюдали, как электрические сигналы усиливают активность кальция на 76%, увеличивая его способность влиять на кровоток. Сигналы кальция равномерно распространяются по всему капиллярному руслу, обеспечивая баланс кровотока.
Применение в медицине
Команда UVM продемонстрировала, что дефицит мозгового кровотока можно исправить с помощью важного кофактора электрической передачи сигналов. Восстановление передачи сигналов кальция также возможно. Раннее восстановление мозгового кровотока может замедлить снижение когнитивных функций при заболеваниях кровеносных сосудов головного мозга.
Заключение
Открытие электро-кальциевой связи подчеркивает жизненно важную роль капилляров в управлении кровотоком в мозге. Понимание механизма взаимодействия электрических и кальциевых сигналов открывает новые перспективы для лечения неврологических заболеваний и восстановления мозгового кровотока. Это также углубляет понимание того, как мозг поддерживает энергетический баланс, критически важный для когнитивных и физических функций.
Литература:
Mughal, Amreen et al, Electrocalcium coupling in brain capillaries: Rapidly traveling electrical signals ignite local calcium signals, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2415047121. doi.org/10.1073/pnas.2415047121