En första studie i sitt slag ledd av forskare vid Georgia State avslöjar överraskande ny information om sambandet mellan neuronaktivitet och blodflöde djupt i hjärnan, samt hur hjärnan påverkas av saltkonsumtion.
När neuroner aktiveras, producerar det vanligtvis en snabb ökning av blodflödet till området. Detta förhållande är känt som neurovaskulär koppling, eller funktionell hyperemi, och det sker via utvidgning av blodkärlen i hjärnan som kallas arterioler. Funktionell magnetisk resursavbildning (fMRI) är baserad på konceptet neurovaskulär koppling:experter letar efter områden med svagt blodflöde för att diagnostisera hjärnsjukdomar.
Tidigare studier av neurovaskulär koppling har dock begränsats till ytliga områden i hjärnan (som hjärnbarken) och forskare har mestadels undersökt hur blodflödet förändras som svar på sensoriska stimuli som kommer från omgivningen (som visuella eller auditiva stimuli). Lite är känt om huruvida samma principer gäller för djupare hjärnregioner som är anpassade till stimuli som produceras av kroppen själv, så kallade interoceptiva signaler.
För att studera detta förhållande i djupa hjärnregioner utvecklade ett tvärvetenskapligt team av forskare under ledning av Dr. Javier Stern, professor i neurovetenskap vid Georgia State och chef för universitetets Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases, ett nytt tillvägagångssätt som kombinerar kirurgiska tekniker och statliga modern neuroimaging. Teamet fokuserade på hypotalamus, en djup hjärnregion involverad i kritiska kroppsfunktioner inklusive att dricka, äta, reglera kroppstemperaturen och reproduktion. Studien, publicerad i tidskriften Cell Reports , undersökte hur blodflödet till hypotalamus förändrades som svar på saltintag.
"Vi valde salt eftersom kroppen behöver kontrollera natriumnivåerna mycket exakt. Vi har till och med specifika celler som upptäcker hur mycket salt som finns i ditt blod, säger Stern. "När du intar salt mat känner hjärnan av det och aktiverar en rad kompensationsmekanismer för att få ner natriumnivåerna igen."
Kroppen gör detta delvis genom att aktivera neuroner som utlöser frisättningen av vasopressin, ett antidiuretiskt hormon som spelar en nyckelroll för att upprätthålla rätt koncentration av salt. I motsats till tidigare studier som har observerat ett positivt samband mellan neuronaktivitet och ökat blodflöde, fann forskarna ett minskat blodflöde när nervcellerna aktiverades i hypotalamus.
"Fynden överraskade oss eftersom vi såg vasokonstriktion, vilket är motsatsen till vad de flesta människor beskrev i cortex som svar på en sensorisk stimulans," sa Stern. "Reducerat blodflöde observeras normalt i cortex vid sjukdomar som Alzheimers eller efter en stroke eller ischemi."
Teamet kallade fenomenet "omvänd neurovaskulär koppling" eller en minskning av blodflödet som producerar hypoxi. De observerade också andra skillnader:I cortex är vaskulära svar på stimuli mycket lokaliserade och utvidgningen sker snabbt. I hypotalamus var responsen diffus och skedde långsamt, under en lång tidsperiod.
"När vi äter mycket salt förblir våra natriumnivåer förhöjda under lång tid", säger Stern. "Vi tror att hypoxi är en mekanism som stärker neuronernas förmåga att svara på den ihållande saltstimuleringen, vilket gör att de kan förbli aktiva under en längre period."
Fynden väcker intressanta frågor om hur högt blodtryck kan påverka hjärnan. Mellan 50 och 60 procent av hypertoni tros vara saltberoende - utlöst av överskott av saltkonsumtion. Forskargruppen planerar att studera denna omvända neurovaskulära kopplingsmekanism i djurmodeller för att avgöra om den bidrar till patologin för saltberoende hypertoni. Dessutom hoppas de kunna använda sin metod för att studera andra hjärnregioner och sjukdomar, inklusive depression, fetma och neurodegenerativa tillstånd.
"Om du kroniskt får i dig mycket salt kommer du att ha hyperaktivering av vasopressin-neuroner. Denna mekanism kan sedan inducera överdriven hypoxi, vilket kan leda till vävnadsskador i hjärnan, säger Stern. "Om vi bättre kan förstå den här processen kan vi ta fram nya mål för att stoppa denna hypoxiberoende aktivering och kanske förbättra resultaten för personer med saltberoende högt blodtryck."
Referens:"Omvänd neurovaskulär koppling bidrar till positiv feedback-excitation av vasopressin-neuroner under en systemisk homeostatisk utmaning" av Ranjan K. Roy, Ferdinand Althammer, Alexander J. Seymour, Wenting Du, Vinicia C. Biancardi, Jordan P. Hamm, Jessica A. Filosa, Colin H. Brown och Javier E. Stern, 2 november 2021, Cell Reports .
DOI:10.1016/j.celrep.2021.109925
Studieförfattarna inkluderar Ranjan Roy och Ferdinand Althammer, postdoktorala forskare vid Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases, Jordan Hamm, biträdande professor i neurovetenskap vid Georgia State, och kollegor vid University of Otago i Nya Zeeland, Augusta University och Auburn University. Forskningen stöddes av National Institute of Neurological Disorders and Stroke.
