Uno studio unico nel suo genere, condotto da ricercatori dello Stato della Georgia, rivela nuove sorprendenti informazioni sulla relazione tra l'attività dei neuroni e il flusso sanguigno nelle profondità del cervello, nonché su come il cervello è influenzato dal consumo di sale.
Quando i neuroni vengono attivati, in genere produce un rapido aumento del flusso sanguigno nell'area. Questa relazione è nota come accoppiamento neurovascolare o iperemia funzionale e si verifica tramite la dilatazione dei vasi sanguigni nel cervello chiamati arteriole. L'imaging delle risorse magnetiche funzionali (fMRI) si basa sul concetto di accoppiamento neurovascolare:gli esperti cercano aree di flusso sanguigno debole per diagnosticare disturbi cerebrali.
Tuttavia, studi precedenti sull'accoppiamento neurovascolare sono stati limitati ad aree superficiali del cervello (come la corteccia cerebrale) e gli scienziati hanno principalmente esaminato come il flusso sanguigno cambia in risposta a stimoli sensoriali provenienti dall'ambiente (come stimoli visivi o uditivi). Poco si sa se gli stessi principi si applichino alle regioni cerebrali più profonde sintonizzate sugli stimoli prodotti dal corpo stesso, noti come segnali interocettivi.
Per studiare questa relazione nelle regioni profonde del cervello, un team interdisciplinare di scienziati guidato dal Dr. Javier Stern, professore di neuroscienze presso lo Stato della Georgia e direttore del Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases dell'università, ha sviluppato un nuovo approccio che combina tecniche chirurgiche e neuroimaging all'avanguardia. Il team si è concentrato sull'ipotalamo, una regione profonda del cervello coinvolta in funzioni corporee critiche, tra cui bere, mangiare, regolazione della temperatura corporea e riproduzione. Lo studio, pubblicato sulla rivista Cell Reports , ha esaminato il modo in cui il flusso sanguigno all'ipotalamo è cambiato in risposta all'assunzione di sale.
“Abbiamo scelto il sale perché il corpo ha bisogno di controllare i livelli di sodio in modo molto preciso. Abbiamo anche cellule specifiche che rilevano la quantità di sale nel sangue", ha affermato Stern. "Quando ingerisci cibo salato, il cervello lo percepisce e attiva una serie di meccanismi compensatori per riportare i livelli di sodio in basso."
Il corpo fa questo in parte attivando i neuroni che innescano il rilascio di vasopressina, un ormone antidiuretico che svolge un ruolo chiave nel mantenimento della corretta concentrazione di sale. Contrariamente a studi precedenti che hanno osservato un legame positivo tra l'attività neuronale e l'aumento del flusso sanguigno, i ricercatori hanno riscontrato una diminuzione del flusso sanguigno quando i neuroni si attivavano nell'ipotalamo.
"I risultati ci hanno colto di sorpresa perché abbiamo visto una vasocostrizione, che è l'opposto di ciò che la maggior parte delle persone ha descritto nella corteccia in risposta a uno stimolo sensoriale", ha detto Stern. "Normalmente si osserva una riduzione del flusso sanguigno nella corteccia in caso di malattie come l'Alzheimer o dopo un ictus o un'ischemia".
Il team ha soprannominato il fenomeno "accoppiamento neurovascolare inverso" o una diminuzione del flusso sanguigno che produce ipossia. Hanno anche osservato altre differenze:nella corteccia, le risposte vascolari agli stimoli sono molto localizzate e la dilatazione avviene rapidamente. Nell'ipotalamo, la risposta è stata diffusa ed è avvenuta lentamente, per un lungo periodo di tempo.
"Quando mangiamo molto sale, i nostri livelli di sodio rimangono elevati per molto tempo", ha detto Stern. "Riteniamo che l'ipossia sia un meccanismo che rafforza la capacità dei neuroni di rispondere alla stimolazione salina sostenuta, consentendo loro di rimanere attivi per un periodo prolungato".
I risultati sollevano domande interessanti su come l'ipertensione possa influenzare il cervello. Si ritiene che tra il 50 e il 60 percento dell'ipertensione sia dipendente dal sale, innescato dal consumo eccessivo di sale. Il team di ricerca prevede di studiare questo meccanismo di accoppiamento neurovascolare inverso in modelli animali per determinare se contribuisce alla patologia dell'ipertensione sale-dipendente. Inoltre, sperano di utilizzare il loro approccio per studiare altre regioni e malattie del cervello, tra cui depressione, obesità e condizioni neurodegenerative.
"Se ingerisci cronicamente molto sale, avrai un'iperattivazione dei neuroni della vasopressina. Questo meccanismo può quindi indurre un'eccessiva ipossia, che potrebbe portare a danni ai tessuti nel cervello", ha affermato Stern. "Se riusciamo a comprendere meglio questo processo, possiamo escogitare nuovi obiettivi per fermare questa attivazione dipendente dall'ipossia e forse migliorare i risultati delle persone con ipertensione arteriosa dipendente dal sale".
Riferimento:"L'accoppiamento neurovascolare inverso contribuisce all'eccitazione a feedback positivo dei neuroni della vasopressina durante una sfida omeostatica sistemica" di Ranjan K. Roy, Ferdinand Althammer, Alexander J. Seymour, Wenting Du, Vinicia C. Biancardi, Jordan P. Hamm, Jessica A. Filosa, Colin H. Brown e Javier E. Stern, 2 novembre 2021, Cell Reports .
DOI:10.1016/j.celrep.2021.109925
Gli autori dello studio includono Ranjan Roy e Ferdinand Althammer, ricercatori post-dottorato presso il Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases, Jordan Hamm, assistente professore di neuroscienze presso lo Stato della Georgia e colleghi dell'Università di Otago in Nuova Zelanda, dell'Università di Augusta e dell'Università di Auburn. La ricerca è stata supportata dall'Istituto Nazionale dei Disturbi Neurologici e dell'Ictus.
