Исследователи обнаружили генетическую связь между сердцем и мозгом, связанную с обмороками. Рассматривая сердце как орган чувств, посылающий сигналы в мозг, ученые открыли понимание нейронных связей.
Исследование было сосредоточено на рефлексе Безольда-Яриша (BJR) и узловых ганглиях внутри блуждающих нервов. Результаты могут проложить путь к целенаправленному лечению состояний, связанных с обмороками.
Почти 40 процентов людей хотя бы раз в жизни испытывают обмороки. Эти кратковременные потери сознания, вызванные болью, страхом, жарой, гипервентиляцией или другими причинами, составляют значительную часть обращений в отделения неотложной помощи. Тем не менее, точные основные механизмы, приводящие к тому, что люди «теряют сознание», по большей части остаются загадкой.
Опубликовав новый отчет в журнале Nature, исследователи Калифорнийского университета (UCSD) в Сан-Диего вместе с соавторами из Исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) и других учреждений впервые определили генетический путь между сердцем и мозгом, связанный с обмороком.
Один из их уникальных подходов заключался в том, чтобы думать о сердце как об органе чувств, а не о давней точке зрения, согласно которой мозг посылает сигналы, а сердце просто следует указаниям. Сотрудник Школы биологических наук Винет Августин (Vineet Augustine), автор статьи, применяет различные подходы, чтобы лучше понять эти нейронные связи между сердцем и мозгом.
«Мы обнаружили, что сердце также посылает сигналы обратно в мозг, что может изменить функцию мозга», — объясняет Августин. Информация, полученная в результате исследования, может быть полезна для лучшего понимания и лечения различных психиатрических и неврологических расстройств, связанных со связями между мозгом и сердцем, отмечают ученые в своей статье. Наше исследование является первой всесторонней демонстрацией генетически определенного сердечного рефлекса, который точно повторяет характеристики человеческого обморока на физиологическом, поведенческом уровне и уровне нейронной сети».
Августин вместе с профессором биологических наук Джонатаном Лавлейсом (Jonathan Lovelace) и Джингруи Ма (Jonathan Lovelace), авторами статьи с соавторами изучали нервные механизмы, связанные с рефлексом Безольд-Яриша (BJR), сердечным рефлексом, впервые описанным в 1867 году.
На протяжении десятилетий исследователи выдвигали гипотезу, что BJR, характеризующийся снижением частоты сердечных сокращений, артериального давления и дыхания, может быть связан с обмороками. Однако данных, потверждающих эту гиппотезу не хватало, поскольку нервные пути, участвующие в рефлексе, были недостаточно известны.
Исследователи сосредоточились на генетике сенсорного кластера, известного как узловые ганглии, которые являются частью блуждающих нервов, передающих сигналы между мозгом и внутренними органами, включая сердце.
В частности, сенсорные нейроны блуждающего нерва, или VSN, передают сигналы в ствол мозга и, как полагают, связаны с BJR и обмороками. В поисках нового нервного пути они обнаружили, что VSN, экспрессирующие нейропептид Y-рецептор Y2 (известный как NPY2R), тесно связаны с хорошо известными реакциями BJR.
Изучая этот путь на мышах, ученые были удивлены, обнаружив, что когда они активно запускали VSN NPY2R с помощью оптогенетики, метода стимуляции и контроля нейронов, мыши, которые свободно передвигались, сразу теряли сознание.
Во время этих эпизодов они записывали данные тысяч нейронов в мозгу мышей, а также сердечную деятельность и изменения черт лица, включая диаметр зрачков и шевеление.
Ученын также использовали машинное обучение несколькими способами для анализа данных и выявления интересующих особенностей и обнаружили, что после активации нейронов NPY2R у мышей наблюдалось быстрое расширение зрачков и классическое «закатывание глаз», наблюдаемое во время обморока у человека, а также подавление частоты сердечных сокращений, артериального давления и частоты дыхания.
Ученые также измерили снижение притока крови к мозгу — область сотрудничества с лабораторией профессора Дэвида Кляйнфельда (David Kleinfeld) на факультете нейробиологии и физики Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Мы были потрясены, когда увидели, как их глаза закатились примерно в то же время, когда активность мозга быстро упала», — сообщили исследователи в обзоре научной статьи. «Затем, через несколько секунд, мозговая активность и движение вернулись. Это был момент нашей эврики».
Дальнейшие испытания показали, что когда у мышей удалили VSN NPY2R, состояния BJR и обморока исчезли. Предыдущие исследования показали, что обмороки вызваны снижением мозгового кровотока, что также подтвердилось в новом исследовании, но новые данные показали, что важную роль может играть сама активность мозга.
Таким образом, полученные данные предполагают активацию недавно генетически идентифицированных VSN и их нервных путей не только с помощью BJR, но и более централизованно в общей физиологии животных, определенных сетях мозга и даже в поведении.
Раньше такие выводы было трудно сделать, поскольку нейробиологи изучают мозг, а кардиологи изучают сердце, но многие делают это изолированно друг от друга.
«Нейробиологи традиционно считают, что тело просто следует за мозгом, но теперь становится совершенно ясно, что тело посылает сигналы в мозг, а затем мозг меняет функцию», — добавляет Августин.
В результате своих выводов исследователи хотели бы продолжить отслеживать точные условия, при которых активируются сенсорные нейроны блуждающего нерва.
«Мы также надеемся более внимательно изучить мозговой кровоток и нервные пути в мозге в момент обморока, чтобы лучше понять это распространенное, но загадочное состояние», — заключают авторы исследования.
Ученые также надеются использовать свои исследования в качестве модели для разработки целенаправленного лечения состояний, связанных с обмороками.
