В ходе нового исследования ученые Университета штата Огайо (Ohio State University), США, изучали изменения, происходящие в головном мозгу при его травме, и определили, что все клинические симптомы сотрясения обусловлены развитием отечности аксональных отростков нейронов. Они полагают, что полученные результаты помогут специалистам в разработке новых методов лечения пациентов с сотрясением головного мозга. Результаты исследования опубликованы в «The Journal of Cell Biology».
При внезапном повреждении головного мозга, например при падении человека на твердую поверхность или проникновении постороннего предмета внутрь полости черепа, развивается травматическое повреждение мозга (ТПМ). В зависимости от выраженности симптомов ТПМ может быть легким, тяжелым и средней тяжести. Легкое ТПМ называют также сотрясением головного мозга, возникновение которого может сопровождаться потерей сознания на несколько секунд. Также к симптомам сотрясения, по данным специалистов Национального института здравоохранения (National Institutes for Health — NIH), США, относятся головная боль, спутанность сознания, головокружение, нарушение зрения, шум в ушах, усталость и вялость. Кроме того, у пострадавшего возможны поведенческие нарушения и расстройства сна. Биологические механизмы, приводящие к возникновению вышеописанных симптомов, не до конца изучены, но в ходе данной работы исследователи под руководством доктора Чен Гу (Chen Gu) получили новые данные, проливающие свет на развитие патологии.
Ученые пришли к выводу, что после сотрясения головного мозга нарастает отечность аксонов, которые являются отросткам нейронов. Основная их функция заключается в передаче нервных импульсов между клетками. Морфологические изменения, происходящие с аксональными отростками, исследователи описали как формирование небольшого шаровидного отека по всей длине нервного волокна. Указанные изменения сходны с наблюдаемыми при нейродегенеративных расстройствах, например болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона.
В экспериментальной части работы ученые моделировали формирование отечности в нейронах гиппокампа — участке головного мозга, ответственного за создание и хранение воспоминаний. Для этого они вводили в аксоны жидкость, создавая избыточное давление, подобное тому, которое возникает после удара. Оказалось, что очаги отека формировались очень быстро, особенно в молодых нейронах. В то же время исследователи с удивлением отметили, что отечность исчезала через несколько минут после возникновения. Это означает, что она не свидетельствует о необратимой дегенерации нейронов. Повторная индукция отечности приводила к активации протеина TRPV4, который является белком ионных каналов, расположенных на мембране аксонов. Активация белка приводит к усилению транспорта ионов кальция внутрь клетки.
В ходе дальнейшей работы ученые заблокировали каналы, содержащие белок TRPV4, что привело к тому, что отечность вдоль аксонов не развивалась. Оценив полученные результаты, исследователи максимально точно описали механизм, ответственный за формирование отека. В частности, они заметили, что после того, как ионы кальция поступают в клетку через активированные каналы, белок TRPV4 инактивируется другим протеином, что еще больше нарушает транспорт ионов внутри аксона и приводит к возникновению отечности. Чем старше нейроны, тем ниже у них уровень TRPV4, и тем устойчивее они к травматическому повреждению.
Оценив полученные результаты, исследователи отметили, что в ходе следующих работ необходимо изучить, является ли головной мозг взрослого человека (вследствие выявленных отличий) более устойчивым к легким ТПМ, чем мозг ребенка. Кроме того, они пришли к выводу, что им удалось сформировать новые представления о начальном этапе нейрональной пластичности в норме и патологии. Возможно, данный процесс играет важную роль в развитии центральной нервной системы и возникновении различных патологий.
- Gu Y., Jukkola P., Wang Q. et al. (2017) Polarity of varicosity initiation in central neuron mechanosensation. J. Cell Biol., June 12 [Epub. ahead of print].
- Sandoiu A. (2017) Study reveals neurological mechanism in concussions. Medicalnewstoday, June 12 (http://www.medicalnewstoday.com/articles/317880.php).
Юлия Котикович
