Вас пугает угрожающий звук, и у вас учащается дыхание; вы ломаете локоть и тяжело дышите от боли. Ранее не было понятно, почему частота дыхания человека резко увеличивается, когда он страдает или тревожится. Теперь группа ученых Солка обнаружила нейронную сеть в мозгу, которая координирует ритм дыхания с чувствами боли и страха. Наряду с вкладом в области управления болью, психологическими теориями тревоги и философскими исследованиями природы боли, их результаты могут привести к разработке анальгетика, который предотвратит вызванное опиоидами угнетение дыхания (OIRD), нарушенное дыхание, которое вызывает смерть от передозировки.
В исследовании, опубликованном 17 декабря 2021 года в Neuron, группа Солка сосредоточилась на группе нейронов в стволе мозга, называемой латеральным парабрахиальным ядром, которое имеет конфигурацию ядро-оболочка. Они обнаружили, что нейроны в 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, пишет medicalxpress.com.
«Мы первая группа, продемонстрировавшая, как латеральное парабрахиальное ядро координирует дыхание и боль», - говорит старший автор статьи Сун Хан, доцент Лаборатории пептидной биологии Фонда Клейтона Солка. «Понимая цепи в этой области мозга, мы сможем разделить регуляцию дыхания и регуляцию боли, чтобы разработать лекарство, которое подавляет чувство боли, не подавляя дыхание, как OIRD».
При OIRD опиоиды подавляют дыхание, а также боль; это основная причина смерти от опиоидов. В предыдущей работе лаборатория Хана показала, что опиаты, такие как морфин, подавляют дыхание, активируя определенные рецепторы, называемые мю-опиоидными рецепторами (MOR), что приводит к ингибированию нейронов, которые их экспрессируют. Они также показали, что реактивация клеток, экспрессирующих MOR, может обратить вспять OIRD. Текущая работа предлагает дополнительные подходы для предотвращения OIRD, возможно, путем ингибирования нейронов в ядре региона (притупление страха/беспокойства) при одновременном возбуждении аналогичных нейронов в оболочке (поддержка дыхания).
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 они использовали флуоресцентные индикаторы для сопоставления входов и выходов с нейронами, экспрессирующими MOR. Их результаты показали, что нейроны, сгруппированные в ядре области, 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 согласовывались с ритмами дыхания.
«Мы обнаружили очень сложные цепи, включающие входящие и исходящие входы в эти нейроны. Раскрывая этот механизм цепи, мы можем лучше объяснить, почему дыхание часто может быть скоординировано с болью и тревогой, - говорит первый автор Шицзя Лю, аспирант лаборатории Хана.
Хан очень хочет, чтобы у открытия команды было приложение для перевода. «Самая большая проблема в наши дни заключается в том, что опиоиды уменьшают боль, но также уменьшают дыхание, поэтому люди умирают», - говорит Хан, заведующий кафедрой развития Pioneer Fund. «Понимая эти два механизма в нашем исследовании, возможно, мы сможем манипулировать определенными популяциями нейронов с помощью фармакологического вмешательства, чтобы контролировать боль, не изменяя дыхание».
Группа Хана в настоящее время работает над генетическим анализом популяции ядра и оболочки, чтобы определить функциональные маркеры, которые конкретно регулируют боль или дыхание.
Другими авторами исследования являются Мао Йе, Джеральд М. Пао, Джинхо Джанг, Джонхён Ким, Сукджэ Джошуа Канг, Донг-Ил Ким из Салка; и Самуэль Мёнсуп Сон и Хайбей Цзян из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
