Команда физиков и нейробиологов Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружила узкое место в сети кровеносных сосудов головного мозга, которое делает его уязвимым для инсультов. Это открытие может объяснить происхождение загадочного повреждения серого вещества мозга, которое часто обнаруживается при сканировании мозга, особенно у пожилых людей.
В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи использовали разработанную ими лазерную технику для точного отслеживания изменений кровотока в результате индуцированной закупорки крошечной артерии или артериолы в головном мозге человека. анестезированные крысы. Они обнаружили, что проникающие артериолы, которые соединяют кровеносные сосуды на поверхности мозга с более глубокими кровеносными сосудами, являются уязвимым звеном в сети.
"Кровеносные сосуды на поверхности мозга похожи на набор городских улиц, по которым можно куда-то добраться," объяснил Дэвид Кляйнфельд, профессор физики в UCSD, который возглавлял команду. "Если один из сосудов заблокирован, кровоток быстро восстанавливается. С другой стороны, проникающие артериолы больше похожи на автострады. При блокировании кровоток останавливается или значительно замедляется в большой области вокруг сгустка."
Обструкция кровотока привела к повреждению окружающей области мозга, которое, как сообщают исследователи, напоминало повреждение, наблюдаемое в мозгу людей и считающееся результатом "тихие удары." В последнее время бесшумные удары привлекают внимание, потому что магнитно-резонансная томография позволяет отслеживать изменения в мозге людей по мере их старения. МРТ показало, что со временем в сером веществе у многих пациентов, в том числе у тех, у кого нет явных поведенческих признаков инсульта, накапливаются небольшие дыры.
Исследователи говорят, что их результаты подтверждают гипотезу клиницистов о том, что проникающие артериолы могут быть местом небольших ударов, которые вызывают гибель участков ткани мозга у людей. По словам Пэта Лайдена, профессора неврологии Медицинской школы UCSD и главы Центра инсульта UCSD, накопление повреждений может привести к потере памяти и может быть фактором риска развития инсульта.
"Этот ущерб – огромная проблема," сказал Лайден, который сотрудничал с Кляйнфельдом в исследовании. "Мы думаем, что это часть картины деменции у пациентов с болезнью Альцгеймера и без нее. Но до сих пор у нас не было понимания механизма повреждения, и понимание механизма – первый шаг к пониманию того, как его предотвратить."
Чтобы определить, что происходит в мозге во время инсульта, исследователи создали крошечный сгусток в кровеносном сосуде в мозгу анестезированной крысы. Они использовали сфокусированный лазерный свет, чтобы возбудить краситель, введенный в кровоток. Химическая реакция возбужденного красителя "порезанный" кровеносный сосуд в целевом месте и вызвал естественную реакцию свертывания.
"Этот метод создает сгусток, вызывая очень небольшой побочный ущерб," сказала Бет Фридман, младший научный сотрудник проекта, работающий с Лайденом в области неврологии и соавтор статьи. "Затем мы можем изучить изменения кровотока, чтобы понять, что происходит в мозгу в режиме реального времени."
До и после образования сгустка исследователи отслеживали движение эритроцитов с помощью двухфотонной флуоресцентной микроскопии. Двухфотонная флуоресцентная микроскопия – это мощный инструмент визуализации, который использует короткие (менее одной триллионной секунды) лазерные импульсы, чтобы заглянуть под поверхность мозга.
В отличие от предыдущего исследования, в котором команда показала, что при образовании сгустка в кровеносных сосудах на поверхности мозга было очень небольшое нарушение кровотока, закупорка проникающих артериол оказала значительное влияние. Поток красных кровяных телец был уменьшен далеко вниз по течению от закупорки. Поскольку кровоток не может просто идти альтернативными путями для компенсации закупорки, проникающие артериолы являются узким местом в кровоснабжении серого вещества.
"В этом исследовании мы воспользовались возможностью видеть отдельные капилляры в ткани мозга," объяснил Нозоми Нисимура, который был аспирантом, работающим с Кляйнфельдом в области физики во время исследования. "Именно капилляры, мельчайшие кровеносные сосуды, обеспечивают клетки мозга кислородом и питательными веществами. Таким образом, мы смогли измерить динамику кровотока там, где это действительно важно для нервных клеток."
Источник: Калифорнийский университет в Сан-Диего