Исследователи долго полагали, что вдохнувший углекислый газ активирует нейроны, ответственные за дыхание, и физический эффект увеличенного глубокого дыхания тогда вызывает пробуждение от сна (пробуждение).Результаты показывают различный спусковой механизмНовое исследование исследователей с Институтом Нейробиологии Айовы в Университете Айовы бросает вызов той идее.
Исследование UI определяет группу нейронов, ответственных за пробуждение, которые непосредственно вызваны углекислым газом и заставляют мышей просыпаться без любых изменений дыхания. Результаты были изданы 29 января в Журнале Нейробиологии.«Вызванное углекислым газом пробуждение очень важно для болезней как внезапная остановка дыхания во сне и внезапная смерть ребенка грудного возраста во время сна (SIDS), и вероятно важно во внезапной неожиданной смерти при эпилепсии (SUDEP). Однако точно, как спусковые механизмы углекислого газа, просыпающиеся от сна (пробуждение), не были хорошо поняты», говорит Гордон Бьюкенен, Мэриленд, доктор философии, главный автор исследования и доцент невралгии в Медицинском колледже УИ Карвера.
«Мы показываем, что нейроны, которые должны не иметь никакого отношения к пробуждению причины дыхания от сна, когда они непосредственно стимулируются с углекислым газом», говорит Бьюкенен. «Это представляет отклонение от предыдущих взглядов и может изменить превентивное лечение этих болезней, где разрушение вызванного углекислым газом пробуждения играет роль».Предыдущее исследование Бьюкененом и его коллеги показали, что серотонин (5-HT) нейроны важны для вызванного углекислым газом пробуждения, потому что мыши без нейронов серотонина не просыпаются, когда они вдыхают углекислый газ. Однако есть две главных группы нейронов серотонина: один в среднем мозге, вовлеченном в регулирование следа сна и один в сердцевине, вовлеченной в регулирование дыхания. Новое исследование отделяет эффекты этих двух групп нейронов серотонина.
Команда показала, что применение обогащенной углекислым газом искусственной спинномозговой жидкости непосредственно к нейронам серотонина у мышей в области среднего мозга, известного как спинное raphe ядро (DRN), вызывает пробуждение от сна. Это пробуждение было потеряно, если эти нейроны серотонина среднего мозга были заблокированы или генетической манипуляцией или с химическими ингибиторами. Кроме того, применение обогащенной углекислым газом искусственной спинномозговой жидкости непосредственно к нейронам серотонина в сердцевине увеличило дыхание, но не вызвало пробуждение у мышей.Последствия для внезапной остановки дыхания во сне и SIDS«Мы предлагаем, чтобы нейроны серотонина в DRN могли быть активированы непосредственно углекислым газом, чтобы вызвать пробуждение независимо от дыхательной активации», говорит Бьюкенен. «Лучшее понимание механизмов, которые лежат в основе этого защитного отражения пробуждения, когда слишком много углекислого газа вдыхают, могло бы улучшить стратегии сокращения смерти и нетрудоспособности, вызванной внезапной остановкой дыхания во сне и SIDS».
Вызванное углекислым газом пробуждение играет роль и в SIDS и во внезапной остановке дыхания во сне, но в случае SIDS, механизму пробуждения, как думают, ослабляют, в то время как при внезапной остановке дыхания во сне механизм пробуждения работает хорошо, но это приводит к массе вторичных проблем со здоровьем.Младенцы, которые восприимчивы к SIDS, не пробуждены увеличенным углекислым газом, когда преграда воздушной трассы происходит. Это могло бы произойти, если ребенок спит лицом вниз, или их нос и рот покрыты мягкими постельными принадлежностями, шикарной игрушкой или родителем co-сна.
Напротив, вызванное углекислым газом пробуждение заставляет людей с внезапной остановкой дыхания во сне часто просыпаться – во многих случаях сотни времен в течение ночи. Это разрушение сна связано со значительными проблемами со здоровьем, включая плохую познавательную функцию, чрезмерную сонливость и сердечно-сосудистые и метаболические осложнения.«В то время как наши результаты совсем не готовы к клиническому применению, эта работа предлагает, чтобы были способы предотвратить одышку, поддержав нормальный углекислый газ во время сна, не вызывая пробуждение или увеличить механизмы пробуждения в младенцах, которые, как думают, были в более высоком риске для SIDS. Аналогичные подходы могли бы также помочь предотвратить SUDEP», говорит Бьюкенен.
Члены команды исследованияВ дополнение к Бьюкенену команда исследования включала исследователей UI Николь Леибольд, Калли Джинэпп, Бентона Пернелла, Николь Бод, Стефани Альберико и Молодого-Cho Кима. Команда также включала Хэли Смита и Дэниела Рэппопорта в Медицинской школе Йельского университета, и Энрику Одеро и Корнелиуса Гросса в европейской Лаборатории Молекулярной биологии в Монтеротондо, Италия.
Исследование было поддержано частично, финансировав из Национального Института Неврологических расстройств и Удара в Национальных Институтах Здоровья (K08 NS069667, R01 NS095842, T32 NS007421), и Beth & Nate Tross Research Fund.