Двунаправленные изменения температуры головного мозга глубоко модулируют пространственно-временные нейроваскулярные реакции.

Биология связи, том 6, Номер статьи: 185 (2023) Цитировать эту статью

924 доступа

10 Альтметрика

Подробности о метриках

Нейроваскулярная связь (NVC) — это механизм, который, среди других известных и скрытых критических функций, обеспечивает адекватное снабжение активированных областей мозга кислородом и глюкозой. Этот биологический феномен лежит в основе неинвазивных методов нейровизуализации, связанных с перфузией, и недавние сообщения указывают на участие нарушения НЖК в некоторых нейродегенеративных заболеваниях. Тем не менее, многое остается неизвестным относительно ННО в здравоохранении и болезнях, и только недавно стало расцветать признание тесного взаимодействия с термодинамикой мозга. Соответственно, мы разработали новый мультимодальный подход для систематического модуляции температуры коры и исследования пространственно-временной динамики сенсорно-вызванного НЖК. Мы показываем, что изменения температуры коры глубоко и сложно модулируют НЖК: низкие температуры связаны с уменьшением доставки кислорода, а высокие температуры вызывают отчетливые сосудистые колебания. Эти наблюдения дают новое представление о взаимосвязи между NVC и термодинамикой мозга, что имеет важное значение для терапии, связанной с температурой мозга, функциональных биомаркеров повышенной температуры мозга и методов in vivo для изучения нейроваскулярной связи.

Нейроваскулярная связь является жизненно важным гомеостатическим механизмом, который обеспечивает многочисленные важные функции здорового мозга, включая доставку кислорода и глюкозы в активированные области, выведение отходов и побочных продуктов метаболизма, нейроиммунный транспорт и регуляцию церебральной температуры1. Сохраненная нейрососудистая связь является фундаментальным предположением, лежащим в основе вывода об активации нейронов на основе сигналов нейровизуализации, связанных с перфузией, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) в зависимости от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ шрифт)2. Нарушение нейроваскулярной связи, в свою очередь, в последнее время вызвало особый интерес: недавние сообщения указывают на то, что нарушения играют ключевую роль в прогрессировании и, возможно, инициировании нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера3,4,5, и подчеркивают потенциал нейрососудистых нарушений. дефицит единиц как новые мишени для терапии и чувствительные биомаркеры раннего заболевания.

Температура мозга регулируется сложным взаимодействием между церебральным метаболизмом, кровотоком и внутренней температурой тела, так что у здоровых людей выработка тепла в активированных областях мозга из-за увеличения скорости метаболизма рассеивается за счет притока крови с температурой ядра во время функционального процесса. гиперемия6,7. С другой стороны, патологические изменения температуры головного мозга все чаще признаются важным признаком ряда заболеваний, включая нейродегенеративные заболевания, эпилепсию, черепно-мозговую травму и инсульт 8,9. Зависимое от возраста снижение церебрального метаболизма связано с сопутствующим снижением температуры мозга10, а снижение температуры мозга у пациентов с болезнью Паркинсона связывают с нарушением биогенеза митохондрий11,12, при этом у субъектов с митохондриальным заболеванием наблюдается церебральная гипотермия в результате дефектного окислительного фосфорилирования13 . Лихорадка (пирексия) после инсульта также связана с увеличением заболеваемости и смертности14, часто наблюдается после черепно-мозговой травмы15 и связана с увеличением тяжести неврологических заболеваний и продолжительностью пребывания в отделениях интенсивной терапии16. Повышение температуры головного мозга одновременно наблюдается во время судорожной активности17,18, а судороги, вызванные лихорадкой, являются наиболее распространенной патологической активностью головного мозга в период развития, причем непропорционально большое количество взрослых пациентов с медиальной височной эпилепсией имели фебрильные судороги в детстве19,20. Эти и другие сообщения привели к значительному недавнему интересу к манипулированию температурой мозга как терапевтической стратегии для улучшения исходов неврологических заболеваний, хотя клинические исследования сообщают о неоднозначных успехах, возможно, из-за отсутствия консенсуса по оптимальным интервенционным протоколам21,22,23 , 24. Несмотря на наличие убедительных доказательств того, что изменения температуры мозга изменяют сосудистые реакции, такие как сродство гемоглобина к кислороду (и, следовательно, насыщение крови кислородом)7, проницаемость гематоэнцефалического барьера25 и мозговой кровоток, а также уровень нейрометаболизма18, очень мало известно о влиянии температуры мозга на пространственно-временную эволюцию нейроваскулярной связи. Устранение этого важного пробела в исследованиях имеет решающее значение для (1) выяснения того, как патологические изменения температуры мозга усугубляют неблагоприятные клинические исходы при различных заболеваниях головного мозга, (2) разработки рациональных и эффективных терапевтических подходов, основанных на модуляции температуры мозга, и (3) обеспечения возможности более точная интерпретация ЖИРНЫХ сигналов, связанных с фМРТ, с точки зрения лежащей в основе активации нейронов в норме и при заболевании.