Area postrema , парная структура в продолговатом мозге ствола мозга , [1] представляет собой циркумвентрикулярный орган , имеющий проницаемые капилляры и сенсорные нейроны , которые обеспечивают его двойную роль: обнаруживать циркулирующие химические посланники в крови и преобразовывать их в нейронные сигналы и сети . [2] [3] [4] Его положение рядом с двусторонними ядрами одиночного пути и роль сенсорного преобразователя позволяют ему интегрировать автономные функции кровь-мозг . Такие роли area postrema включают обнаружение циркулирующих гормонов, участвующих в рвоте , жажде , голоде и контроле артериального давления . [1] [5]
Area postrema — парный выступ, расположенный на нижнезадней границе четвертого желудочка . [1] [5] В area postrema находятся специализированные эпендимальные клетки . Эти клетки немного отличаются от большинства эпендимальных клеток (эпендимоцитов), образуя одноклеточную эпителиальную выстилку желудочков и центрального канала . Area postrema отделена от вагального треугольника с помощью funiculus separans , тонкого полупрозрачного гребня. [1] [5] Вагальный треугольник покрывает дорсальное вагальное ядро и расположен на каудальном конце ромбовидной ямки или «дна» четвертого желудочка. Area postrema расположена непосредственно перед obex , нижней верхушкой дна каудального желудочка. И funiculus separans, и area postrema имеют похожее толстое покрытие таницитов, содержащее эпендиму. Эпендима и танициты могут участвовать в транспорте нейрохимикатов в спинномозговую жидкость и из нее из ее клеток или соседних нейронов, глии или сосудов. Эпендима и танициты также могут участвовать в хеморецепции. [1] [5]
Area postrema считается циркумвентрикулярным органом из-за его близости к желудочковой системе . [2] В морфологическом исследовании было показано, что капилляры area postrema в вентральной подобласти area postrema относительно непроницаемы, как и капилляры мозга, тогда как медиальные и дорсальные капилляры area postrema имеют микроскопические характеристики высокой проницаемости, характеристики, называемые синусоидальными . [6] Субрегиональная плотность капилляров area postrema была самой высокой вблизи интерфейса желудочка и была почти в два раза плотнее, чем плотность капилляров соседнего одиночного ядра (SN) и дорсального двигательного ядра блуждающего нерва . [6] Барьер таницитов частично компенсирует высокую проницаемость капилляров в area postrema. [7]
Физиологические субрегиональные исследования area postrema показали, что объем крови в ней относительно большой, а кровоток и время транзита маркеров крови относительно медленные, тем самым усиливая способность восприятия циркулирующих соединений, таких как гормоны или трансмиттеры. [8]
Area postrema соединяется с одиночным ядром , или ядром одиночного пути (NTS), и другими центрами автономного управления в стволе мозга . Она возбуждается висцеральными афферентными импульсами (симпатическими и вагальными), исходящими из желудочно-кишечного тракта и других периферических триггерных зон , а также гуморальными факторами . [2] Area postrema составляет часть дорсального вагального комплекса, который является критическим местом окончания вагальных афферентных нервных волокон , наряду с дорсальным двигательным ядром вагуса и NTS.
Тошнота, скорее всего, вызывается стимуляцией area postrema через ее связь с NTS, что может служить началом пути, запускающего рвоту в ответ на различные рвотные стимулы . Однако эта структура не играет ключевой роли в тошноте, вызванной активацией волокон блуждающего нерва или движением, и ее функция в рвоте, вызванной радиацией, остается неясной. [9]
Поскольку area postrema и специализированная область NTS имеют проницаемые капилляры , [2] пептиды и другие гормональные сигналы в крови имеют прямой доступ к нейронам областей мозга, играющих жизненно важную роль в автономном управлении телом. [2] [6] В результате area postrema считается местом интеграции различных физиологических сигналов в крови, когда они поступают в центральную нервную систему . [2] [3]
Area postrema, один из циркумвентрикулярных органов , [10] обнаруживает токсины в крови и действует как центр, вызывающий рвоту. Area postrema является критическим гомеостатическим интеграционным центром для гуморальных и нервных сигналов посредством своей функции как триггерной зоны хеморецепторов для рвоты в ответ на рвотные препараты . Это густо васкуляризированная структура с субрегиональной капиллярной специализацией для высокой проницаемости для циркулирующих сигналов крови, что позволяет ей обнаруживать различные химические мессенджеры в крови и спинномозговой жидкости . [4] [6] Капиллярный кровоток, по-видимому, уникально медленный в area postrema, что продлевает время контакта для гормонов, переносимых кровью, с нейронными рецепторами, участвующими в регуляции артериального давления, жидкостей организма и рвотных реакций. [4] [8]
Фенестрированные синусоидальные капилляры area postrema и специализированная область NTS делают эту область продолговатого мозга критически важной для автономного контроля различных физиологических систем, включая сердечно-сосудистую систему и системы, контролирующие питание и обмен веществ. [2] [6] Ангиотензин II вызывает дозозависимое повышение артериального давления, не вызывая значительных изменений в частоте сердечных сокращений , эффект, опосредованный area postrema. [11]
Повреждение области пострема, вызванное в первую очередь повреждением или абляцией , препятствует нормальному функционированию области пострема. Эта абляция обычно выполняется хирургическим путем и с целью обнаружения точного эффекта области пострема на остальную часть тела. Поскольку область пострема действует как точка входа в мозг для информации от сенсорных нейронов желудка, кишечника, печени, почек, сердца и других внутренних органов, различные физиологические рефлексы полагаются на область пострема для передачи информации. Область пострема действует для непосредственного контроля химического статуса организма. Повреждения области пострема иногда называют «центральной ваготомией», потому что они исключают способность мозга контролировать физиологическое состояние организма через его блуждающий нерв. [12] Таким образом, эти повреждения служат для предотвращения обнаружения ядов и, следовательно, предотвращения срабатывания естественных защитных сил организма. В одном из примеров эксперименты, проведенные Бернстайном и др. на крысах показали, что поражения area postrema препятствовали обнаружению хлорида лития , который может стать токсичным при высоких концентрациях. Поскольку крысы не могли обнаружить химическое вещество, они не смогли использовать психологическую процедуру, известную как условное отвращение к вкусу , заставляя крысу непрерывно глотать раствор сахарина, сопряженный с литием. Эти результаты показывают, что крысы с поражениями area postrema не приобретают нормальных условных отвращений к вкусу, когда хлорид лития используется в качестве безусловного стимула. В дополнение к простым отвращениям к вкусу крысы с поражениями area postrema не смогли выполнить другие поведенческие и физиологические реакции, связанные с введением токсина и присутствующие в контрольной группе, такие как лежание на животе, задержка опорожнения желудка и гипотермия. [13] Такое экспериментирование подчеркивает значение area postrema не только в идентификации токсичных веществ в организме, но и во многих физических реакциях на токсин.
Area postrema также играет важную роль в обсуждении болезни Паркинсона . Препараты, которые лечат болезнь Паркинсона с помощью дофамина , оказывают сильное воздействие на area postrema. Эти препараты стимулируют передачу дофамина и пытаются нормализовать двигательные функции, затронутые болезнью Паркинсона. Это работает, потому что нервные клетки, в частности, в базальных ганглиях , которые играют решающую роль в регуляции движения и являются основным местом патологии болезни Паркинсона, используют дофамин в качестве своего нейромедиатора и активируются лекарствами, которые увеличивают концентрацию дофамина или работают, чтобы стимулировать дофаминовые рецепторы. Дофамин также может стимулировать area postrema, так как эта часть мозга содержит высокую плотность дофаминовых рецепторов. Area postrema очень чувствительна к изменениям токсичности крови и ощущает присутствие ядовитых или опасных веществ в крови. В качестве защитного механизма area postrema вызывает рвоту, чтобы предотвратить дальнейшую интоксикацию. Высокая плотность дофаминовых рецепторов в area postrema делает ее очень чувствительной к препаратам, усиливающим дофамин. Стимуляция дофаминовых рецепторов в area postrema активирует эти рвотные центры мозга; вот почему тошнота является одним из наиболее распространенных побочных эффектов противопаркинсонических препаратов . [14]
Area postrema была впервые названа и локализована в общей анатомии мозга Магнусом Густавом Ретциусом , шведским анатомом, антропологом и профессором гистологии . В 1896 году он опубликовал двухтомную монографию по общей анатомии человеческого мозга, в которой упоминалась area postrema. [ необходима цитата ] В 1975 году были опубликованы доказательства наличия нейронов в area postrema у нескольких видов млекопитающих. [15]
Ученые стали все больше интересоваться исследованием рвоты в 1950-х годах, возможно, отчасти из-за возросшей осведомленности общества о лучевой болезни , состоянии, при котором многие пациенты, рвавшие после воздействия радиации, умирали. Исследования показали существование двух областей в мозге, связанных с рвотой: одна, хемосенсор рвоты без координирующей функции, расположенная в четвертом желудочке, и вторая, координатор рвоты без хемосенсорной функции, расположенная в боковой ретикулярной формации продолговатого мозга. [ необходима цитата ]
В 1953 году Борисон и Ван определили, что хемосенсорная область действовала как зона рвотного триггера в стволе мозга, которую они назвали хеморецепторной триггерной зоной (ХТЗ) для рвоты. Используя кошек и собак в качестве модельных организмов, они обнаружили, что удаление этой триггерной зоны из мозга позволяло предотвратить рвоту у животных непосредственно после инъекции определенных химических веществ в кровь, что демонстрирует существование связи между триггерной зоной и актом рвоты. ХТЗ анатомически располагалась в area postrema продолговатого мозга. Area postrema была анатомически идентифицирована и названа почти 60 лет назад, но ее функция оставалась неизвестной, пока ее роль в рвоте не была позже подтверждена. [16]
Исследования функций area postrema продолжаются сегодня во всем мире. Помимо ее роли в рвоте, которую интенсивно изучали исследователи середины 1900-х годов, активность area postrema была тесно связана с другими автономными функциями, такими как регуляция потребления пищи, гомеостаз жидкости организма и сердечно-сосудистая регуляция посредством поведенческих и электрофизиологических исследований. В 2007 году в Японии было проведено исследование механизма возбудимости нейронов area postrema внеклеточным АТФ. Методы регистрации целых клеток с помощью зажима напряжения использовались на срезах мозга крыс. Результаты показали, что большинство ответов на АТФ являются возбуждающими и что они опосредованы определенными пуринорецепторами P2, обнаруженными в area postrema. [17] Роль area postrema в обусловленном вкусом отвращении и предпочтении изучалась в 2001 году исследователями из Бруклинского колледжа в Городском университете Нью-Йорка . Эксперимент проверял влияние поражений области пострема у крыс на их способность обучаться обусловленному вкусом отвращению к вкусам в сочетании с токсическим лечением препаратами, что действительно показало, что поражения области пострема приводят к нарушению обучения отвращению к вкусу. [18] Исследование 2009 года проследило развитие области пострема, используя модель макаки, в попытке идентифицировать и охарактеризовать нейротрансмиссию в этой области, а также разрешить выдающиеся несоответствия в исследованиях. Эти ученые обнаружили, в кульминации, что предыдущие исследования предполагают, что норадреналин и/или дофамин вызывают флуоресценцию CA в области пострема макаки-CA, что означает катехоламинергический или полученный из амина и функционирующий как нейротрансмиттер или гормон или и то, и другое. Однако исследование обнаружило доказательства секреции нейротрансмиттера вместо высвобождения в пузырьках. Кроме того, их выводы пришли к выводу, что ГАМК является основным нейротрансмиттером в области пострема, а не глутамат . Продолжающиеся исследования продолжают выявлять несоответствия между различными моделями исследований на крысах, кошках, а теперь и на макаках. [19]
Исследование 2002 года в Японии тестировало препарат, который может быть полезен для сдерживания рвотной реакции на препараты, повышающие концентрацию дофамина. Исследование изучало рвоту, вызванную морфином, у хорьков, объяснив, что воздействие морфина вызвало высвобождение дофамина в продолговатом мозге и в area postrema путем активации опиатных рецепторов, что, в свою очередь, вызвало рвоту у хорьков. Тем не менее, предварительное лечение 6-гидроксидофамином, дофаминергическим нейротоксином , значительно снизило количество рвотных эпизодов у хорьков после воздействия морфина. Этот нейротоксин снизил уровни дофамина, норадреналина и гомованилиновой кислоты, метаболита дофамина, и, как известно, разрушает норадренергические и дофаминергические нейроны. Здесь 6-гидроксидофамин вводили непосредственно в продолговатый мозг, но не в другие части мозга. Это исследование показывает, как можно манипулировать дофаминергическим путем в продолговатом мозге, чтобы уменьшить тошнотворные побочные эффекты, связанные со многими препаратами, повышающими уровень дофамина. [20]
Area postrema также показана при лечении инсулином диабета 1 и 2 типа. Особый механизм, используемый препаратом прамлинтид , действует в основном на area postrema и приводит к снижению секреции глюкагона , что в свою очередь замедляет опорожнение желудка и эффект сытости. Такое воздействие на area postrema позволяет улучшить гликемический контроль, не вызывая увеличения веса. Поскольку препарат действует на area postrema, дозы следует титровать медленно, чтобы не вызывать тошноту у пациента. [21]
В настоящее время также ведутся исследования по определению влияния абляции area postrema на гипертонию и сердечно-сосудистую функцию. Например, исследования на крысах и кроликах показывают, что ангиотензин II -зависимая гипертония устраняется путем повреждения area postrema. [22] [23] Механизм этой физиологической реакции до сих пор не полностью изучен, но способность area postrema регулировать сердечно-сосудистую функцию представляет собой очень интересное направление для нейроэндокринологии.