Контроль дыхания важен для жизни. Без соответствующего ответа на увеличенные уровни углекислого газа люди могут пострадать от дыхания беспорядков, болезни и паники.
В худшем варианте это может привести к преждевременной смерти, как во внезапной смерти ребенка грудного возраста во время сна. В то время как известно, что дыхание отрегулировано стволом мозга, как это происходит, остается очень тайной. Известно, что есть механизмы управления, которые заставляют тело реагировать на изменяющиеся концентрации крови в CO2, таким образом предотвращая смерть.
Исследовательская группа Эрика Херлениуса в Каролинском институте ранее показала, что простагландин молекулы E2 (PGE2), который обычно выпускается во время воспламенения и лихорадки, вызван в стволе мозга на высоком уровне CO2, влияя на образец и особенности дыхания. Группа теперь показала, что так называемые ненейронные астроциты в дыхательном центре ствола мозга прячут эту молекулу.
«Астроциты когда-то рассматривались как своего рода клей, который держит все в месте в мозгу. Тогда их рассмотрели как простых домработниц, оказывающих структурную и метаболическую поддержку для нейронов.
Однако новое исследование показывает, что они вовлечены в несколько жизненных процессов, включая дыхание», говорит Эрик Херлениус, преподаватель педиатрии в Отделе Женского и Детского здоровья. «Наше исследование показывает, что астроциты играют важную роль в регулировании дыхания, затрагивая нейроны и их сетевую деятельность».Чтобы изучить роль астроцитов в дыхании, исследователи использовали внутреннюю развитую технику, в которой часть ствола мозга мыши поддержана в специальном блюде культуры.
В течение нескольких недель нейроны и астроциты продолжают связываться, и могут передать сигналы и произвести ритмичную деятельность мотонейрона, как будто они «дышали». Астроциты мышей были маркированы флуоресцентной молекулой и содержали рецептор, который могли стимулировать исследователи, чтобы активировать их.
В то время как большинство астроцитов, казалось, не участвовало в поколении ритма, некоторые из них сформировали их собственную функциональную сеть в дыхательном центре, показав ритмичную деятельность, подобную нейронам. Эти астроциты объединялись с нейронами, влияя на их деятельность и следовательно дыхание.«Мы знали, что у астроцитов есть способность передачи сигналов непосредственно перед вдохновением, но не, что есть этот вид связи от астроцитов до нейронов», говорит ведущий автор исследования Дэвид Форсберг, докторант в том же самом отделе. «Наша гипотеза – то, что астроциты регулируют дыхательный процесс с помощью подстрекательской молекулы PGE2, и при этом связывает дыхание с подстрекательской системой».Интересно, роль астроцитов, казалось, отличалась между двумя стволами мозга дыхательные центры, которые были изучены.
В одном активация астроцита вызвала увеличение нейронной деятельности, пока в другом, нейронная деятельность осталась незатронутой. Это предлагает присутствие различных типов астроцитов и разнообразное распределение их в стволе мозга.Активация астроцитов также вызвала поднятые уровни PGE2 и ослабила реакцию дыхательного центра на высокие концентрации CO2, предложив, чтобы астроциты стали утомленными. Так как PGE2 выпущен во время воспламенения и лихорадки, исследователи предлагают, чтобы эти условия разрушили нормальные физиологические реакции на CO2, который может привести к потенциально опасным для жизни проблемам с дыханием.
«Мы теперь хотим узнать, может ли усталость астроцита объяснить явления как SUPC, когда новорожденные младенцы внезапно развивают дыхательные проблемы», говорит доктор Форсберг. «Рождение вызывает сильную реакцию напряжения в ребенке, который дает начало высоким уровням PGE2. Это имеет благоприятные эффекты на новорожденных, но мы думаем, что это может быть опасно в сочетании с высоким уровнем CO2».