Ученые пытаются определить корни синдрома внезапной детской смерти (СВДС), ведущей причины смерти в США.S. младенцы в возрасте от 1 месяца до 1 года все больше обращают внимание на нейромедиатор серотонин и клетки мозга, которые его вырабатывают.
Исследования связывают нейроны, продуцирующие серотонин, с регуляцией дыхания, что может нарушаться при СВДС. Кроме того, образцы тканей новорожденных с СВДС часто показывают аномалии именно в этих нейронах.
Новое исследование на мышах предполагает, что аномалии в нейронах, продуцирующих серотонин, не просто сопровождают подгруппу случаев СВДС, но могут фактически способствовать этой преждевременной смерти.
Результаты, опубликованные в октябре. 23 в eLife, показывают, что острая потеря нормальной активности нервных клеток, продуцирующих серотонин, снижает способность организма восстанавливаться после прерывания дыхания. Результаты свидетельствуют о том, что молодым животным необходимы нормально функционирующие серотониновые нейроны для поддержания нормальной кардиореспираторной функции.
"Если мы сможем определить, играют ли серотонин-продуцирующие нейроны активную и необходимую роль в регулировании дыхания, частоты сердечных сокращений и восстановительной реакции на апноэ у молодых детенышей мыши, это могло бы обеспечить правдоподобное биологическое объяснение по крайней мере некоторых случаев СВДС," сказала Сьюзан Димеки, профессор генетики Гарвардской медицинской школы и старший автор исследования.
"Это возможное объяснение может дать некоторую надежду, пусть даже на мгновение, на глубокое горе, которое испытывают семьи, потерявшие ребенка из-за СВДС, и может однажды помочь исследователям полностью предотвратить СВДС," она сказала.
Обычно мозг координирует работу сердца и легких, чтобы обеспечить постоянный приток кислорода к телу и выброс углекислого газа.
В таких условиях, как апноэ во сне, когда дыхание временно останавливается, уровень кислорода в клетках может упасть слишком низко, а уровень углекислого газа может подняться слишком высоко. Чтобы восстановить нормальный уровень, мозг вызывает серию вздохов и увеличивает частоту сердечных сокращений – процесс, называемый аутореанимацией.
Но показания пульсометра у некоторых младенцев с СВДС подтверждают гипотезу о том, что этот отказоустойчивый механизм не всегда срабатывает и что его отказ может привести к СВДС.
Димеки и его коллеги намеревались изучить роль нейронов, продуцирующих серотонин, в регуляции аутореанимации у мышей недельного возраста, которые, по оценке исследователей, находятся в соответствующем возрастном окне, которое несет самый высокий риск СВДС у людей.
Исследователи генетически модифицировали мышей, чтобы их серотониновые нейроны быстро и временно подавлялись в ответ на введенное химическое вещество. Остальные нейроны остались нетронутыми.
По словам Димеки, ключевым моментом было создание этого метода индуцируемого возмущения нейронов у детенышей мышей и его соединение с возможностью измерения функции дыхания и сердца.
"Хотя изначально технически сложный, этот новый подход позволил точно манипулировать клетками мозга и измерять сердечную и дыхательную активность в реальном времени," сказал Райан Досуму-Джонсон, аспирант лаборатории Димеки и первый автор статьи.
Затем исследователи вызвали апноэ у мышей.
У тех, у кого нейроны, вырабатывающие серотонин, было более слабое восстановление дыхания и больше случаев внезапной смерти из-за апноэ, чем у мышей с нормально функционирующей системой производства серотонина.
"Эти результаты указывают на жизненно важную роль серотониновых нейронов в раннем возрасте после рождения," сказал Dymecki.
К удивлению исследователей, частота сердечных сокращений у мышей с ингибированными серотониновыми нейронами восстанавливалась нормально, по крайней мере, первоначально, хотя их дыхание было нарушено.
"Это разделение дыхания и восстановления сердечного ритма было неожиданным," сказал Dymecki. "Это предполагает, что эти два жизненно важных физиологических ответа – частота сердечных сокращений и дыхание – могут быть более разделимы на уровне клеток и контуров мозга, чем предполагалось ранее, несмотря на их взаимосвязанную физиологию."
Хотя потребуются дальнейшие исследования, чтобы выяснить, верны ли те же принципы у людей, текущие результаты подтверждают теорию о том, что дефекты в функционировании серотониновых нейронов могут сделать младенцев более уязвимыми к смерти от апноэ и других кардиореспираторных проблем.
По словам Димеки, если они будут воспроизведены в исследованиях на людях, новые результаты могут в конечном итоге помочь улучшить инструменты скрининга для выявления младенцев с повышенным риском СВДС и предложить новые стратегии для разработки лекарств.