Ученые выявили тип клеток головного мозга, контролирующих дыхание у крыс, и полагают, что это открытие может привести к появлению методик лечения смертельных расстройств дыхания у людей, сообщается в статье исследователей, опубликованной в четверг в журнале Science.
Группа нейробиологов, во главе с Александром Гурином (Alexander Gourine) из Университетского колледжа Лондона, обнаружила, что, вопреки устоявшейся парадигме, за контроль дыхания отвечают вовсе не нервные клетки головного мозга, а так называемые астроциты — клетки, имеющие форму звезды и считающиеся вспомогательными для нервных клеток.
Астроциты относятся к классу так называемых нейроглий, клеток, создающих, как считалось до сих пор, лишь специфическое окружение вокруг нейронов и берущих на себя часть их метаболических функций.
"Эта старая догма теперь значительно видоизменится: несколько последних исследований показали, что астроциты могут, на самом деле, помогать нейронам передавать и обрабатывать информацию", — сказал Гурин в интервью интернет-изданию Nature News.
До сих пор ученые полгали, что за контроль дыхания отвечают специфические нейроны, чувствительные к изменению концентрации углекислого газа в крови. Уровень углекислого газа повышается в том случае, если человек, например, выполняет тяжелую работу или физические упражнения. Это повышение приводит к изменению кислотности (уровня рН) крови, которое, в свою очередь, должно сигнализировать легким увеличить скорость дыхания.
В своей работе Гурин показал, что астроциты также обладают чувствительностью к СО2. Изменение уровня рН крови в их случае приводит к изменению концентрации ионов кальция в клетках и, как результат, выработке молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Исследователи полагают, что АТФ стимулирует соседние нейроны, задействованные в процессе дыхания, что приводит к учащению дыхания и удалению избыточного количества СО2 из крови.
Чтобы показать это, ученые внедрили в астроциты мозга живых крыс ген, отвечающий за синтез специфического белка. Этот белок способен к флуоресценции (свечению под воздействием облучения светом с определенной длиной волны) в присутствии ионов кальция, причем, интенсивность этого свечения соответствует концентрации ионов Ca+ в клетке. Ученые показали, что как только в крови падает уровень рН (увеличивается кислотность) количество ионов кальция в астроцитах резко возрастает.
Более того, ученые выявили специфическую область мозга, так называемый продолговатый мозг, где сконцентрированы астроциты, чувствительные к концентрации СО2 в крови. Эта область мозга прежде была отмечена учеными как область, чувствительная к химическому составу крови.
Ученые полагают, что их открытие может пролить свет на причины смертельных расстройств дыхания, таких, например, как синдром внезапной детской смерти, при котором происходит остановка дыхания и смерть внешне здорового младенца. Если в дальнейших работах будет выявлена роль астроцитов в этом синдроме, это позволит разработать методики терапевтического вмешательства и предотвращения смерти.