В отличие от остального тела, в мозгу недостаточно места для хранения энергии.
Вместо этого мозг полагается на сотни миль кровеносных сосудов внутри него, чтобы поставлять свежую энергию через кровь. Тем не менее, как мозг выражает потребность в большей энергии во время повышенной активности, а затем направляет свое кровоснабжение в определенные горячие точки, до сих пор было плохо изучено.
Теперь исследователи из Медицинской школы Университета Мэриленда и Университета Вермонта показали, как мозг взаимодействует с кровеносными сосудами, когда ему требуется энергия, и как эти кровеносные сосуды реагируют расслаблением или сужением, направляя кровоток в определенные области мозга.
В своей новой статье, опубликованной 21 июля в журнале Science Advances, исследователи говорят, что понимание того, как мозг направляет энергию на себя в мельчайших деталях, может помочь определить, что идет не так в таких условиях, как болезнь Альцгеймера и деменция, когда нарушение кровотока является предиктором. когнитивные нарушения. Если мозг не доставляет кровь туда, где она нужна, когда это необходимо, нейроны подвергаются стрессу, и со временем они ухудшаются, что в конечном итоге приводит к снижению когнитивных функций и проблемам с памятью.
Крупные артерии питают сосуды среднего размера, известные как артериолы, которые затем питают даже более мелкие капилляры; настолько малы, что только одна клетка крови может пройти через них одновременно. В статье Nature Neuroscience 2017 года исследователи показали, что электрические импульсы, проходящие по капиллярам, направляют кровоток из артериол среднего размера, снабжающих большие области мозга. В этой последней статье команда хотела изучить тонкую настройку крови, когда она течет по капиллярам, чтобы точно регулировать подачу энергии к крошечным областям мозга.
Доктор Лонгден и его сотрудники использовали белок, который излучает зеленый свет при повышении содержания кальция в клетке. Благодаря усилиям команды Майкла Котликоффа из Корнельского университета им удалось включить этот инструмент в клетки, выстилающие кровеносные сосуды мышей. Затем исследователи заглянули в маленькие окна в мозгу этих мышей, чтобы изучить роль кальция в контроле кровотока в капиллярах мозга. Когда клетки, выстилающие кровеносные сосуды, получали приток кальция, они светились зеленым. Они обнаружили 5000 кальциевых сигналов в секунду в капиллярах в крошечной части мозга, видимой через окно, что, по их словам, составляет около 1000000 таких ответов в секунду во всей системе кровеносных сосудов мозга.
«До того, как мы внедрили эту новую технологию, в мозгу существовал совершенно невидимый мир кальциевых сигналов, скрытый от глаз, а теперь мы можем видеть тонну активности в кровеносных сосудах мозга — они постоянно работают», — говорит доктор Лонгден.
Затем доктор Лонгден и группа исследователей проанализировали сложный клеточный механизм, лежащий в основе роли кальция в направлении крови ветвь за веткой через крошечные сосуды мозга. Они обнаружили, что когда нейроны посылают электрические сигналы, они вызывают увеличение содержания кальция в клетках, выстилающих кровеносные сосуды. Затем ферменты обнаруживают этот кальций и направляют клетки на производство оксида азота. Оксид азота — это гормон (и газ), который заставляет мышечные клетки вокруг кровеносных сосудов расслабляться, что затем расширяет сосуды, позволяя притоку большего количества крови.