Когда мы чувствуем запах хот-догов, он может вызвать воспоминания о барбекю на заднем дворе или посещении бейсбольных матчей в детстве. Во время этого процесса участки мозга, контролирующие обоняние и долговременную память, быстро отдают импульсы. Чтобы подпитывать эти сигналы от нейронов, активные участки мозга нуждаются в кислороде и энергии в виде глюкозы - сахара в крови, который быстро доставляется по кровеносным сосудам.

Теперь исследователи Медицинской школы Университета Мэриленда обнаружили, что определенный тип клеток, расположенных на вершине самых маленьких кровеносных сосудов мозга, чувствует, когда их область мозга нуждается в энергии. Когда уровень глюкозы низкий, эти клетки дают сигнал кровеносным сосудам расшириться, увеличивая кровоток в регионе и давая больше энергии для питания этой части мозга.

Эти результаты экспериментов на мышах были опубликованы 27 декабря 2022 года в журнале Cell Reports.

"Эти колебания кровотока помогают направлять энергетические ресурсы мозга на поддержание повседневных функций", - сказал руководитель исследования Томас Лонгден, доктор философии, доцент кафедры физиологии в UMSOM. "Когда я сейчас говорю, кровоток в моем мозге будет перенаправлен в языковые зоны и моторные (или двигательные) зоны, которые контролируют мои голосовые связки, чтобы подпитывать эти процессы".

В 2022 году лаборатория доктора Лонгдена показала, что сигналы в форме кальция, передаваемые электрическими импульсами по кровеносным сосудам, заставляют определенные капилляры мозга расслабляться, контролируя кровоток, в статье, опубликованной в журнале Science Advances. В своем новейшем исследовании его команда продемонстрировала, что определенный тип клеток, расположенных вдоль внешней стороны капилляров, известных как перициты, направляют эти электрические импульсы, основываясь на своем восприятии местных энергетических потребностей.

Исследователи непосредственно наблюдали этот процесс в мозге мыши с помощью современной микроскопии, а затем вырезали капилляры с прикрепленными к ним перицитами. Затем они измерили электрические сигналы, подаваемые перицитами при изменении уровня глюкозы. Они обнаружили, что перициты быстро генерировали электрические сигналы, когда уровень сахара был низким, но не когда уровень был высоким.

"Если кровеносные сосуды мозга не обеспечивают своевременное поступление достаточного количества энергии к нейронам, может возникнуть несоответствие между спросом и предложением энергии. Это вызывает стресс нейронов мозга, который может привести к нарушению белкового обмена, изменениям в работе нейронов и даже к гибели клеток", - говорит соавтор исследования Ашвини Харихаран, доктор философии, постдокторант кафедры физиологии UMSOM.

"Было показано, что этот энергетический сбой в работе кровеносных сосудов мозга происходит в процессе старения, при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, и при инсульте", - сказал декан UMSOM Марк Т. Глэдвин, доктор медицины, вице-президент по медицинским вопросам Университета Мэриленда в Балтиморе и заслуженный профессор Джон З. и Акико К. Бауэрс.

Д-р Лонгден добавил: "Изучая, как этот процесс функционирует в норме, исследователи могут получить дальнейшее представление о том, что происходит при старении или нейродегенеративных заболеваниях, что позволит им разработать более эффективные методы лечения".