Tim UVM naučnika predvođen dr Markom Nelsonom, sa Medicinskog koledža Larner na Univerzitetu u Vermontu, otkrio je novi mehanizam koji preoblikuje naše razumevanje toga kako je protok krvi regulisan u mozgu. Studija, objavljena u časopisu PNAS, predstavlja spajanje elektro-kalcijuma (E-Ca), proces koji integriše električnu i kalcijumsku signalizaciju u moždanim kapilarama kako bi se osigurala precizna isporuka krvotoka aktivnim neuronima.
U ljudskom telu, krv se u mozak isporučuje iz površinskih arterija kroz arteriole koje prodiru, ili veoma male krvne sudove koji se granaju od arterija, i stotine milja kapilara, koje enormno proširuju teritoriju perfuzije.
Mozak — organ koji je veoma metabolički zahtevan i kome nedostaju značajne rezerve energije — održava konstantan protok krvi suočen sa fluktuacijama krvnog pritiska (autoregulacija), ali se oslanja na proces isporuke na zahtev u kome neuronska aktivnost pokreće lokalno povećanje protoka krvi do selektivnog distribuira kiseonik i hranljive materije aktivnim regionima.
„Ovo povećanje lokalnog protoka krvi zavisno od upotrebe (funkcionalna hiperemija), posredovano mehanizmima koji se zajednički nazivaju neurovaskularno spajanje (NVC), neophodno je za normalnu funkciju mozga i predstavlja fiziološku osnovu za funkcionalnu magnetnu rezonancu“, rekao je Nelson.
„Dalje, deficiti u cerebralnom krvotoku (CBF) uključujući funkcionalnu hiperemiju su rana karakteristika bolesti malih sudova (SVD) mozga i Alchajmerove bolesti mnogo pre očiglednih kliničkih simptoma.
Isporuka cerebralne krvi zavisi od mehanizama kao što je električna signalizacija, koja se širi kroz kapilarne mreže do uzvodnih arteriola za isporuku krvi, i signalizacija kalcijuma, koja fino podešava lokalni protok krvi. Godinama se smatralo da ovi mehanizmi rade nezavisno.
Međutim, Nelsonovo istraživanje otkriva da su ovi sistemi duboko međusobno povezani preko E-Ca sprega, gde električni signali poboljšavaju ulazak kalcijuma u ćelije, pojačavajući lokalizovane signale i proširujući njihov uticaj na susedne ćelije.
Studija je pokazala da se električna hiperpolarizacija u kapilarnim ćelijama brzo širi kroz aktivaciju kapilarnih endotelnih Kir2.1 kanala, specijalizovanih proteina u ćelijskoj membrani koji otkrivaju promene u nivou kalijuma i pojačavaju električne signale prenoseći ih od ćelije do ćelije. Ovo stvara talasasti električni signal koji putuje kroz kapilarnu mrežu.
U isto vreme, signali kalcijuma, inicirani IP3 receptorima — proteinima koji se nalaze u membranama intracelularnih mesta skladištenja — oslobađaju uskladišteni kalcijum kao odgovor na specifične hemijske signale. Ovo lokalno oslobađanje kalcijuma fino podešava protok krvi pokrećući vaskularne odgovore.
E-Ca spajanje premošćuje ova dva procesa, pri čemu električni talasi koje generišu Kir2.1 kanali povećavaju aktivnost kalcijuma, stvarajući sinhronizovani sistem koji prilagođava protok krvi kako lokalno tako i na većim udaljenostima.
Koristeći napredne slikovne i kompjuterske modele, istraživači su mogli da posmatraju ovaj mehanizam u akciji. Otkrili su da su električni signali u kapilarnim ćelijama povećali aktivnost kalcijuma za 76%, što je značajno povećalo njegovu sposobnost da utiče na protok krvi.
Kada je tim oponašao moždanu aktivnost stimulacijom ovih ćelija, signali kalcijuma su se povećali za 35%, pokazujući kako ovi signali putuju kroz kapilarnu mrežu. Zanimljivo je da su otkrili da se signali ravnomerno šire kroz kapilarni sloj, obezbeđujući da je protok krvi uravnotežen u svim oblastima, bez favorizovanja jednog ili drugog smera.
„Nedavno, tim UVM-a je takođe pokazao da se deficiti u cerebralnom protoku krvi kod bolesti malih sudova mozga i Alchajmerove bolesti mogu ispraviti suštinskim ko-faktorom električne signalizacije“, primetio je Nelson.
„Sadašnji rad ukazuje na to da bi signalizacija kalcijuma takođe mogla biti obnovljena. ‘Sveti gral’, da tako kažem, je da li rano obnavljanje cerebralnog krvotoka kod bolesti krvnih sudova mozga usporava kognitivni pad.“
Ovo otkriće naglašava vitalnu ulogu kapilara u upravljanju protokom krvi u mozgu. Identifikovanjem kako električni i kalcijumski signali funkcionišu zajedno kroz elektro-kalcijumsko spajanje, istraživanje baca svetlo na sposobnost mozga da efikasno usmerava krv u oblasti sa najvećom potražnjom za kiseonikom i hranljivim materijama.
Ovo je posebno značajno jer su poremećaji u protoku krvi obeležje mnogih neuroloških stanja, kao što su moždani udar, demencija i Alchajmerova bolest. Razumevanje mehanike spajanja E-Ca nudi novi okvir za istraživanje tretmana za ova stanja, potencijalno dovodeći do terapija koje obnavljaju ili poboljšavaju protok krvi i štite zdravlje mozga.
Ovo otkriće takođe pruža dublje razumevanje načina na koji mozak održava svoj energetski balans, što je ključno za održavanje kognitivnih i fizičkih funkcija.
