Людей из разных миров – Кристофера Рива, актера, известного по роли Супермена, и Стивена Хокинга, ученого, описавшего термодинамику черных дыр – объединяет поражение спинного мозга и утрата жизненно важных функций, в том числе дыхания.
Но если у Рива была непосредственно травма спинного мозга, то Хокинг страдал боковым амиотрофическим склерозом. Группа ученых обнаружила специальные вставочные нейроны, которые могут стать терапевтической мишенью для лечения последствий поражения спинного мозга, и опубликовала свое исследование в журнале Cell Reports.
Роль Супермена принесла актеру Кристоферу Риву известность в 70-х годах прошлого столетия. После падения с лошади во время скачек Рив получил травму спинного мозга, оказался прикованным к инвалидному креслу и лишился возможности дышать самостоятельно – акт дыхания совершал специальный аппарат искусственной вентиляции легких, который был прикреплен к диафрагме Кристофера.
Рив был одним из 300.000 человек по всей территории США, страдавших от последствий травм спинного мозга. По данным Фонда Кристофера и Даны Рив (супруги актера), созданным для поддержки исследований травм спинного мозга, наиболее распространенной причиной заболеваний и смертности были респираторные осложнения.
Группа ученых из Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв провела серию исследований, позволяющих разработать метод лечения респираторных расстройств для пациентов с травмой спинного мозга и бокового амиотрофического склероза (БАС). В исследовательскую группу вошли специалисты из Сент-Эндрюсского университета в Великобритании, Университета Калгари в Канаде и Афинской академии Фонда биомедицинских исследований в Греции.
Команда ученых использовала генетически модифицированные мышиные модели для изучения механизмов, участвующих в процессе дыхания. Исследователи составили карту нейронных связей, измерили электрическую активность нейронов, наблюдали за поведением моделей и использовали микроскопию для визуализации структуры и функций нейронов. Таким образом они изучали нервные клетки спинного мозга, участвующие в процессе дыхания.
За генерацию ритма дыхания отвечают нейроны ствола головного мозга, а двигательные нейроны представляют собой конечное звено дыхательной цепи и непосредственно иннервируют респираторные мышцы, осуществляющие дыхание. У млекопитающих основная дыхательная мышца – это диафрагма, и тела двигательных нейронов, иннервирующих ее, находятся в шейных сегментах спинного мозга (СIII — CV).
Исследователи выявили морфологически и топографически обособленную популяцию вставочных нейронов Pitx2+ V0C, локализованных в шейном отделе спинного мозга, с прямыми проекциями на диафрагмальный нерв (ДН). Вставочные нейроны Pitx2+ V0C напрямую связаны с первичными моторными нейронами, генерируют сигналы, связанные с дыханием, и модулируют амплитуду дыхания в условиях воздействия окружающей среды. Это значит, что при гиперкапнии (когда накапливается углекислый газ) частота дыхательных движений будет увеличиваться соответственно. Но, по словам исследователей, на данный момент им не удалось обнаружить механизмы, лежащие в основе реакции этих нейронов на повышенный уровень CO2, а также выяснить причину хемочувствительности. По мнению авторов, это может быть взаимосвязь вставочных нейронов с хемосенсорными нейронами или собственная хемочувствительность. Также удалось обнаружить, что эти вставочные нейроны могут изменять выходную мощность ДН через мускариновые рецепторы (M2) и активируются в ответ на воздействие CO2.
Ученые выяснили, что подавление холинергических рецепторов в интернейронах Pitx2+ ухудшает реакцию на гиперкапнию. Оказалось, что холинергическая модуляция нескольких популяций дыхательных нейронов способствует регуляции дыхания. Одна из возможных причин заключается в том, что нейроны V0C на грудном уровне могут проецироваться (то есть тянуть свои отростки и взаимодействовать) как на диафрагмальные, так и на межреберные нейроны, чтобы, к примеру, синхронно усиливать двигательную активность при гиперкапнии.
«Мы предполагаем, что холинергические вставочные нейроны спинного мозга, пространственно отделенные от ствола мозга, обеспечивают контроль интенсивности дыхания и могут быть задействованы для усиления дыхания при высоких метаболических потребностях и интенсивных респираторных нагрузках. Эти вставочные нейроны представляют собой доступную терапевтическую мишень при состояниях, при которых нарушается дыхательная функция, типа травматических повреждений спинного мозга или БАС» — пишут ученые.
Текст: Надежда Сафронова