В новом исследовании, опубликованном в журнале Neuron, ученые из Института Солка (Salk Institute) обнаружили нейронную сеть в мозгу, которая координирует ритм дыхания с чувствами боли и страха. Результаты исследования помогут разработать анальгетик, который предотвратит вызванное опиоидами угнетение дыхания (OIRD), нарушенное дыхание, которое вызывает смерть от передозировки.
Материалы и методы исследования
Исследователи сосредоточились на группе нейронов в стволе мозга, называемой латеральным парабрахиальным ядром, которое имеет конфигурацию ядро-оболочка.
Боль и беспокойство влияют на дыхание на клеточном уровне
Ученые обнаружили, что нейроны в латеральном парабрахиальном ядре проектируются на миндалину, область мозга, которая обрабатывает страх и эмоциональное переживание боли. Нейроны в оболочке проецируются в пре-Бетцингеровский комплекс, область, которая генерирует ритм дыхания. Нейроны ядра и оболочки влияют друг на друга в соответствии с сигналами, поступающими из этих областей, заставляя нас дышать быстрее, когда мы испытываем боль или беспокойство.
При OIRD опиоиды подавляют дыхание, а также боль; это основная причина смерти от опиоидов. В предыдущей работе ученые показали, что опиаты, такие как морфин, подавляют дыхание, активируя определенные рецепторы, называемые мю-опиоидными рецепторами (MOR), что приводит к ингибированию нейронов, которые их экспрессируют. Исследователи выяснили, что реактивация клеток, экспрессирующих MOR, может обратить вспять OIRD. Текущая работа предлагает дополнительные методы для предотвращения OIRD, возможно, путем ингибирования нейронов в ядре при одновременном возбуждении аналогичных нейронов в оболочке.
Чтобы показать, как эти нейроны координируют дыхание с болью и эмоциями, исследователи сначала использовали свет и химические агенты, чтобы доказать, что манипулирование экспрессирующими MOR нейронами в латеральном парабрахиальном ядре изменяет частоту дыхания у мышей. Затем ученые использовали флуоресцентные индикаторы для сопоставления входов и выходов с нейронами, экспрессирующими MOR.
Результаты научной работы
Результаты исследования показывают, что нейроны, сгруппированные в области латерального парабрахиального ядра, проецируются в центральную миндалину, в то время как нейроны, сгруппированные в окружающей оболочке, проецируются в пре-Бетцингерский комплекс. Электрофизиологические записи одной популяции при стимуляции другой популяции показали, что некоторые из этих субпопуляций взаимно связаны между собой возбуждающей сетью. Через эту сеть сигналы страха и боли согласовываются с ритмами дыхания.
Ученые обнаружили очень сложные цепи, входящие в эти нейроны и исходящие сигналы. Раскрывая этот механизм цепи, можно объяснить, почему дыхание зачастую может быть скоординировано с болью и тревогой.
Практическая значимость работы
Результаты исследования помогут в разработке методов манипулирования определенными популяциями нейронов с помощью фармакологического вмешательства, чтобы контролировать боль, не изменяя дыхание.
Авторы другого исследования утверждают, что большинство детей, больных раком, переносят COVID-19 в легкой форме и полностью выздоравливают.
