• Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
919
Визуализация потоков кислорода в мозге выявила опасные «гипоксические карманы»
Физиология
Кровеносные сосуды головного мозга мыши (проекция на глубину до 1 мм коры). Двухфотонная флуоресцентная микроскопия. © CC BY-SA 4.0/Antonino Paolo Di Giovanna

Визуализация потоков кислорода в мозге выявила опасные «гипоксические карманы»

Мозг не может без кислорода: уже через несколько секунд после остановки мозгового кровообращения человек теряет сознание, а инсульт ведет к отмиранию нейронов или гибели даже больших областей мозга. Но что происходит, если на короткое время кислорода лишаются очень маленькие участки мозговой ткани? Ученые научились обнаруживать такие зоны и надеются вскоре ответить на этот вопрос

Дыхание – одна из базовых потребностей и функций нашего организма. На клеточном уровне оно представляет собой циклы биохимических реакций, в ходе которых углеводы, липиды и аминокислоты белков окисляются с образованием воды, углекислого газа и, главное, энергии, которая запасается в химических связях молекул АТФ и используется по мере необходимости. Важнейший элемент этого процесса – кислород, получаемый из воздуха при дыхании и распространяющий по всему телу с помощью кровеносной системы.

Огромное количество энергии, а значит, и кислорода для ее производства потребляет человеческий мозг – примерно пятую часть от всего объема, который мы вдыхаем. При этом хранить его мозг не умеет, а прерывание окисления приводит к летальному исходу буквально за несколько минут. Но хотя своевременная доставка кислорода к структурам мозга так важна, детали этого процесса изучены плохо.

Недавно ученые из Дании, Швейцарии и США разработали метод, позволивший в реальном времени визуализировать потоки кислорода в тканях мозга лабораторных мышей. Для этой цели исследователи использовали люминесцентные белки, схожие с ферментными белками-люциферазами жуков из семейства светляков, способных светиться в темноте.

Кристаллическая структура окислительного фермента люциферазы светлячка Photinu spyralis. В люминесцентных реакциях свет образуется при окислении субстрата, но без участия фермента их скорость крайне низкая. Public Domain/ Ramin Herati

В мозг животных с помощью вирусного вектора доставляли генетические «инструкции» по наработке этих окислительных ферментов. Также в их мозг вводили вещество фуримазин, и в реакции окисления этого субстрата, катализируемой ферментом, возникало свечение. Так ученым удалось увидеть, как клетки мозга живых бодрствующих мышей то ярко сияют в присутствии кислорода, то гаснут в ответ на колебания его уровня.

Тот факт, что интенсивность биолюминесценции соответствовала концентрации кислорода, исследователи доказали, изменяя уровень кислорода в воздухе, которым дышали мыши. Яркость свечения области мозга зависела также от интенсивности ее работы. Так, когда ученые направляли поток воздуха на мышиные усы, то в ответ на эту сенсорную стимуляцию соответствующая область мозга «светила» ярче.

Не обошлось и без сюрпризов. При наблюдении за работой коры головного мозга мышей ученые обнаружили удивительное явление: периодически крошечные области мозга не просто тускнели, но буквально «гасли», иногда на совсем короткое время, иногда – на минуты. А ведь это означает, что в то время к ним вообще не поступал кислород!

Как известно, мозг получает кислород по обширной сети кровеносных сосудов, от крупных артерий до крошечных капилляров, пронизывающих всю мозговую ткань. Эксперименты показали, что кислород не поступал в гаснущие области из-за того, что просвет капилляров временно закрывали лейкоциты, довольно крупные клетки крови.

Опасны ли подобные гипоксические карманы? Застой крови в капиллярах мозга характерен для людей старшего возраста, его наблюдали и в мозге животных, служащих моделью болезни Альцгеймера – неизлечимого нейродегенеративного заболевания, вызывающего старческое слабоумие.

Есть также данные, что риск развития этой и подобных патологий увеличивает малоподвижный образ жизни. По мнению ученых, «посредником» этого влияния могут выступать все те же гипоксические карманы – у экспериментальных мышей они появлялись чаще, когда животные находились в состоянии покоя, во время физической активности их число падало вдвое.

В будущем с помощью нового метода можно будет более детально изучать влияние недостатка кислорода на мозг при различных заболеваниях, включая последствия инсульта или «длительного COVID-19», а также оценить действие не только факторов риска развития патологий, но и лекарств и комплексов упражнений, направленных на поддержание здоровья нашего самого главного органа.

Публикации по теме:

Новый кандидат на лекарство от болезни Альцгеймера

Убежать от Альцгеймера

Мозговой кровоток как гидродинамическая модель

Как увидеть мысли. Неортодоксальные приложения магнитно-резонансной томографии

Нейротерапия нового поколения

«Википедия мозга» против слабоумия, психических заболеваний и мозговых «катастроф»

Фото: https://commons.wikimedia.org

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!