Ученый из Казанского федерального университета совместно с финскими и британскими коллегами обнаружил спонтанные волнообразные изменения уровня кислорода в крови крыс под наркозом. Как выяснилось, их интенсивность зависит от активности различных типов рецепторов адреналина, а появляются они благодаря деятельности нейроглии (вспомогательных клеток нервной ткани), а не из-за электрических сигналов нейронов. Исследователи считают, что по найденным ими «волнам» уровня насыщения крови кислородом можно будет выявлять некоторые особенности работы питающих мозг сосудов. Научная статья опубликована в Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — весьма популярный в последнее десятилетие метод изучения активности мозга. В отличие от электроэнцефалографии (ЭЭГ), он не позволяет отслеживать электрические сигналы, генерируемые нервными клетками. Принцип работы фМРТ другой: она улавливает изменение притока крови к тем или иным областям мозга, в том числе и кровенаполнение сосудов. Одна из вариаций метода, так называемая BOLD-томография, способна показать рост и снижение уровня кислорода в крови (BOLD расшифровывается как blood-oxygen-level dependent). Она основана на том, что магнитные свойства молекул гемоглобина зависят от того, соединены ли они с кислородом.

Поскольку у нервных клеток нет запаса кислорода и глюкозы, они получают ее только с кровью. Чем интенсивнее они работают, тем быстрее и сильнее падает уровень связанного с кислородом гемоглобина. Это и распознает BOLD-фМРТ. Ее используют для оценки функционального состояния мозга (в том числе у животных). Однако для корректных результатов необходимо, чтобы испытуемый был неподвижен. Пациента-человека можно попросить не шевелиться, и он постарается выполнить просьбу, однако в случае с животными это не поможет. Поэтому лабораторным крысам и другим животным BOLD-фМРТ чаще всего делают под наркозом.

Во время одного из таких исследований авторы статьи ввели 24 самцам крыс линии Спрег-Доули в общий наркоз препарат медетомидин и исследовали посредством BOLD-фМРТ, как меняется уровень потребления кислорода в различных отделах головного мозга этих животных во время стимуляции их правой передней лапки. До и после процедуры у животных брали образец крови, чтобы измерить в нем уровень кислорода, углекислого газа, самого медетомидина и некоторых других веществ. Параллельно с BOLD-фМРТ велись записи ЭЭГ и частоты дыхательных движений.

Функциональная магнитно-резонансная томография показала, что под действием медетомидина у самцов крыс спонтанно возникают волнообразные колебания насыщенности крови кислородом в районе коры больших полушарий, таламусов и гиппокампов. Каждая такая волна длится несколько минут. Колебания не зависят от показаний электрической активности этих областей мозга, зарегистрированных с помощью ЭЭГ. На основании этого исследователи предположили, что найденные ими волны — результат взаимодействия кровеносных сосудов мозга и клеток нейроглии. Нейроглия, как правило, не подает электрических сигналов, поэтому ее активность невозможно отследить по ЭЭГ.

Ранее клеткам нейроглии отводили только вспомогательную роль, и считалось, что они способны лишь питать и защищать нейроны. Однако по мере накопления экспериментальных данных становится все более очевидным, что они играют важнейшую роль и в передаче сигналов от нейрона к нейрону. Они изменяют содержание нейромедиаторов в контактах между нейронами, захватывая молекулы этих веществ. Для этого им необходимо иметь на своей поверхности рецепторы к соответствующим нейромедиаторам.

Медетомидин, использованный для наркоза в описанных опытах, способен заблокировать один из типов рецепторов адреналина и норадреналина (альфа-1). Поэтому авторы предположили, что обнаруженные ими волны содержания кислорода в сосудах мозга зависят от этих нейромедиаторов. Поэтому некоторым крысам в следующей серии экспериментов вводили блокатор другого типа рецепторов к адреналину и норадреналину (альфа-2) — празозин. В его присутствии характерных волн действительно не было.

Авторы сделали вывод, что волны, которые они обнаружили с помощью BOLD-фМРТ, возникают из-за дисбаланса работы альфа-1 и альфа-2 рецепторов к адреналину и норадреналину. По всей видимости, это влияет на состояние сосудов, питающих гиппокампы, таламусы и кору больших полушарий. Учитывая, что нарушения работы мозговых сосудов играет роль в развитии инсульта, различных нарушений интеллекта у взрослых и развития нервной системы у детей, изучение «кислородных волн», вызванных медетомидином, поможет понять механизмы этих патологий.