Aidera. Боль и тревога влияют на дыхание на клеточном уровне

Описание: Основные нейроны в боковом парабрахиальном ядре проецируются на миндалину, область мозга, связанную со страхом и эмоциональной обработкой боли. Нейроны в оболочке проецируются на комплекс до Бётцингера (Pre-Bötzinger complex), область, которая генерирует ритм дыхания. Как ядро, так и оболочка нейронов влияют друг на друга в соответствии с входами из каждой области, увеличивая частоту дыхания, когда мы испытываем боль или беспокойство.

Источник: Институт Солка

Вас пугает угрожающий звук, и ваше дыхание учащается; вы разбиваете локоть и задыхаетесь от боли. Почему частота дыхания человека резко увеличивается, когда он испытывает боль или тревогу, ранее не было понятно.

Группа ученых из Salk обнаружила нейронную сеть в мозге, которая координирует ритм дыхания с ощущениями боли и страха.

Наряду с вкладом в области обезболивания, психологических теорий тревоги и философских исследований природы боли, их выводы могут привести к разработке анальгетика, который предотвратит опиоид-индуцированную дыхательную депрессию (ОИРД) — нарушение дыхания, которое является причиной смерти от передозировки.

В исследовании, опубликованном 17 декабря 2021 года в журнале Neuron, группа Салка сосредоточила внимание на группе нейронов в стволе мозга под названием латеральное парабрахиальное ядро, которые расположены в конфигурации ядро-оболочка.

Они обнаружили, что нейроны в ядре проецируются на миндалину, область мозга, которая обрабатывает страх и эмоциональное переживание боли. Нейроны в оболочке проецируются на комплекс пре-Бетцингера, область, которая генерирует ритм дыхания. Нейроны ядра и оболочки влияют друг на друга в соответствии с входными сигналами из этих областей, заставляя нас дышать быстрее, когда мы испытываем боль или тревогу.

«Мы — первая группа, продемонстрировавшая, как латеральное парабрахиальное ядро координирует дыхание и боль», — говорит старший автор статьи Сунг Хан, доцент Лаборатории пептидной биологии Фонда Клейтона в Салке.

«Понимая схемы в этой области мозга, мы сможем разделить регуляцию дыхания и регуляцию боли, чтобы разработать лекарство, которое подавляет чувство боли без подавления дыхания, как ОИРД».

При ОИРД 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, вызывая специфические рецепторы, называемые мю-опиоидными рецепторами (MOP), что приводит к торможению нейронов, которые их выражают. Они также показали, что реактивация клеток, экспрессирующих MOP, может обратить вспять ОИРД.

Текущая работа предлагает дополнительные подходы для предотвращения ОИРД, возможно, путем ингибирования нейронов в ядре региона (притупление страха/тревоги) и возбуждения 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 манипуляции с нейронами, экспрессирующими MOP в латеральном парабрахиальном ядре, изменяют частоту дыхания у мышей. Затем они использовали флуоресцентные трассеры для картирования входов и выходов нейронов, экспрессирующих MOP.

Их результаты показали, что нейроны, сгруппированные в ядре области, проецируются на центральную миндалину, а нейроны, сгруппированные в окружающей оболочке, проецируются на комплекс пре-Бетцингера.

Электрофизиологические записи одной популяции при стимуляции другой популяции показали, что некоторые из этих субпопуляций взаимно связаны между собой, и между ними существует возбуждающая сеть. Через эту сеть сигналы страха и боли координировались с ритмами дыхания.

«Мы обнаружили очень сложные цепи, включающие в себя восходящий и нисходящий вход в эти нейроны. Раскрыв этот механизм, мы сможем лучше объяснить, почему дыхание часто может быть скоординировано с болью и беспокойством», — говорит первый автор Шицзя Лю, аспирант в лаборатории Хана.

Хан с нетерпением ждет, когда открытие команды найдет практическое применение. «Самая большая проблема в наши дни заключается в том, что опиоиды уменьшают боль, но также снижают дыхание, поэтому люди умирают», — говорит Хан. «Понимая эти два механизма в наших исследованиях, возможно, мы сможем манипулировать определенными популяциями нейронов путем фармакологического вмешательства, чтобы контролировать боль без изменения дыхания».

В настоящее время группа Хана работает над генетическим анализом популяции ядра и оболочки для выявления функциональных маркеров, которые специфически регулируют боль или дыхание.

Другими авторами исследования являются: Mao Ye, Gerald M. Pao, Jinho Jhang, Jonghyun Kim, Sukjae Joshua Kang, Dong-Il Kim of Salk, and Samuel Myeongsup Song and Haibei Jiang из Калифорнийского университета в Сан-Диего