Нейробиологи не знают точно, какие мозговые цепи контролируют бодрствование и сон, и как именно лекарства для общей анестезии влияют на эти цепи. Но новое исследование ученых из Пенсильвании в медицине приближает нейробиологию к решению этой важной головоломки.
Группа исследователей из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете в исследовании, опубликованном 13 ноября в журнале Current Biology , определила популяцию нейронов в гипоталамусной области мозга, которая не дает мышам спать, когда они обычно спали бы. они активированы. Активация этих нейронов также «будит» их от продолжающегося воздействия ингаляционных анестетиков, таких как изофлуран или севофлуран, и даже помогает поддерживать состояние бдительности, когда животным вводят анестетики.
Исследование также поддерживает гипотезу, которая давно обсуждается нейробиологами: части мозга, регулирующие сон и бодрствование, также способны регулировать реакцию мозга на общие анестетики.
«Наши результаты добавляют доказательства того, что нейронные цепи, регулирующие бодрствование, также могут быть важны для выхода из общей анестезии», — сказал старший автор исследования Макс Кельц, доктор медицинских наук, заслуженный профессор анестезии в Медицинской школе Перельмана при Пенсильванском университете. .
Полученные данные указывают на возможность появления фармацевтических препаратов в будущем, которые будут активно ускорять выход из состояния наркоза, а также могут способствовать бодрствованию, что может быть полезно при неврологических заболеваниях, таких как нарколепсия. У пациентов со способностью восстанавливаться после состояний минимального сознания терапевтические средства, которые задействуют сильные системы, способствующие пробуждению, могут предложить новые терапевтические стратегии, чтобы вернуть мозг в состояние сознательного бодрствования.
Келц и его коллеги, в том числе первый автор исследования, кандидат наук Сара Райтц, сосредоточили внимание на области гипоталамуса, известной как преоптическая область (ПОА). Предыдущие исследования дали противоречивые данные о том, какие популяции нейронов POA способствуют сну, бодрствованию и анестезии. Однако, вдохновленные недавними открытиями, что ранее нацеленные на популяции нейронов POA на самом деле намного более разнообразны на молекулярном уровне, чем предполагалось, команда Penn Medicine исследовала одну недавно идентифицированную подгруппу, которая экспрессирует ген тахикинина 1 , известную как нейроны POA Tac1. .
Ученые с помощью генной инженерии создали мышей, у которых нейроны POA Tac1 — и только эти нейроны — можно было «включить» на несколько часов, сделав животным инъекцию безвредного химического вещества под названием CNO.
«Мы обнаружили, что активация нейронов POA Tac1 у мышей резко увеличивала время бодрствования этих мышей по сравнению с контрольными мышами», — сказал Райц. Используя электроэнцефалографию или ЭЭГ, исследователи заметили, что в период, когда мыши обычно проводят большую часть своего времени во сне, контрольные мыши в среднем засыпают в течение нескольких минут после инъекции инертного химического вещества, тратя только около 40 процентов четырехчасового сеанса записи спят. Однако мыши, которым вводили CNO и активировали POA Tac1, не спали почти весь сеанс, имея лишь несколько коротких периодов сна. Иногда, когда мыши были активными, мыши, активированные POA Tac1, также имели гораздо более длительные интервалы бодрствования по сравнению с контрольными мышами.
В дальнейших экспериментах исследователи обнаружили, что те же самые нейроны POA Tac1 могут способствовать бодрствованию против общих анестетиков — лекарств, которые используются для удержания пациентов в бессознательном состоянии во время серьезной операции. По сравнению с нормальными условиями, включение нейронов POA Tac1 увеличивало количество анестетика, необходимого для перехода в бессознательное состояние. Более того, когда эти нейроны были активированы, мыши выходили из анестезирующих состояний, вызванных как изофлураном, так и севофлураном, в дозах, которые ранее удерживали их в бессознательном состоянии.
Примечательно, что ингибирование нейронов POA Tac1 вместо их активации не имело никакого эффекта на естественный сон или бессознательное состояние, вызванное анестезией, что позволяет предположить, что эти нейроны могут быть «тихими» при многих условиях или что, хотя их достаточно для пробуждения, эти нейроны POA Tac1 могут не всегда требуется для бодрствования. Исследователи продолжают изучать нейроны гипоталамуса POA, чтобы выделить субпопуляции, ответственные за различные функции, связанные со сном и бодрствованием.
«Теперь, когда мы понимаем потенциальную силу этих нейронов POA Tac1, мы начинаем изучать их режимы возбуждения у животных, когда они естественным образом проходят через состояния сна и бодрствования, а также входят или выходят из состояний общей анестезии», — сказал Кельц. «Мы задаемся вопросом, может ли несвоевременное возобновление возбуждения тех или иных нейронов, способствующих пробуждению, в конечном итоге быть причиной редкого из тысячи случаев, когда анестезированные пациенты ненадлежащим образом приходят в сознание во время хирургических процедур».
Другими соавторами исследования были Анджей Васильчук, Гретель Бех и Алекс Проект.
Финансирование было предоставлено Национальным институтом здравоохранения (R01GM088156, R01GM107117, R01GM124023, T32-HL007953) и Департаментом анестезиологии и реанимации Penn Medicine.
Загрузка...
