У капилляров мозга обнаружили сигнальные функции

Американские ученые обнаружили, что капилляры мозга способны воспринимать изменения в активности различных его участков и регулировать приток крови к ним с помощью электрических сигналов. Ранее о сигнальных функциях капилляров ничего известно не было. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Neuroscience.

Нейроны мозга потребляют около 20 процентов всей энергии организма, при этом запасать ее они не могут, из-за чего полностью зависят от кровоснабжения. В связи с этим сосуды мозга быстро реагируют на повышение активности структур мозга расширением локальных артериол и, как следствие, усилением кровотока. Механизмы такой оперативной регуляции до сих пор уточнены не были.

Ближайшими к нейронам клетками сосудистой системы являются эндотелиальные клетки капилляров, формирующие вместе с ними разветвленную сеть. Такое взаимопроникновение в теории делает капилляры наиболее подходящими датчиками нейрональной активности. Чтобы проверить это, сотрудники Университета Вермонта изолировали клетки эндотелия мышиного мозга и провели электрофизиологический анализ разновидностей их ионных каналов.

Выяснилось, что эндотелий мозговых капилляров экспрессирует калиевые каналы K_IR2.1, реагирующие на внеклеточную концентрацию калия, которая повышается при активации нейронов и передаче импульсов между ними.

Дальнейшие эксперименты на выделенных функциональных фрагментах ткани мозга с сосудами показали, что активация этих каналов ионами калия приводит к генерированию электрического сигнала, который быстро распространяется вверх по капиллярам до артериол и вызывает расширение этих сосудов, действуя на их гладкомышечные клетки. Исследование мозга живых мышей методом двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии подтвердило работу этого сигнального механизма in vivo.

«Полученные результаты позволяют определить мозговые капилляры как активную сенсорную сеть, которая быстро конвертирует изменения концентрации ионов калия в электрические сигналы, направляющие кровоток к активным участкам мозга», — пишут авторы работы. По их мнению, нарушения в этом сигнальном механизме могут лежать в основе развития ряда заболеваний, связанных с нарушением мозгового кровоснабжения. Это должно стать темой последующих работ научного коллектива.

В 2015 году французские ученые разработали технологию визуализации сосудов мозга с микрометровым разрешением с помощью микропузырьков газа и ультразвука. Тогда же научному коллективу из Ливерморской национальной лаборатории США удалось напечатать на 3D-принтере кровеносные сосуды, способные самостоятельно обрастать капиллярной сетью.

Олег Лищук