Механизмы нейрососудистого сопряжения
https://doi.org/10.24884/1682-6655-2023-22-2-67-73
Аннотация
Головной мозг характеризуется хорошо развитой сосудистой сетью и потребляет значимую долю сердечного выброса относительно его массы. В норме метаболические потребности головного мозга существенным образом зависят от интенсивности функционирования различных его отделов, что требует постоянной регуляции уровня местного кровотока. С другой стороны, состояние системной гемодинамики может оказывать значительное влияние на органный кровоток. Более того, важность точной и оперативной регуляции мозгового кровотока определяется отсутствием запасов энергии или субстратов для ее автономного получения в нервной ткани и огромной ролью центральной нервной системы в обеспечении всех физиологических процессов. В связи с этим органный мозговой кровоток имеет сложные физиологические механизмы регуляции, реализующиеся на различных уровнях. При этом выделяют миогенные реакции, которые возникают при изменении степени растяжения гладкомышечных клеток сосудистой стенки под влиянием давления в просвете сосуда, а также под влиянием местных гуморальных воздействий, в том числе оказываемых метаболитами, на тонус сосудов на уровне нейрососудистой единицы. В настоящем обзоре детально рассмотрена роль нейрососудистой единицы в регуляции мозгового кровотока и обеспечении так называемого нейрососудистого сопряжения – гибкого динамического соответствия уровня локальной нейрональной активности и доставки кислорода и нутриентов. Продемонстрированы механизмы и существенное значение нейрососудистого сопряжения в регуляции локального мозгового кровотока, обеспечивающего развитие функциональной гиперемии, а также выполнении ряда других функций, таких как доставка и удаление метаболитов, регуляция температуры, образование цереброспинальной жидкости.
Об авторах
А. А. Черваев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
Черваев Аль-Халим Амирович – студент
197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2
М. Г. Буцких
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
Буцких Максим Геннадьевич – студент
197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2
М. М. Галагудза
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
Галагудза Михаил Михайлович – д-р мед. наук, профессор и член-корр. РАН , директор института экспериментальной медицины, профессор кафедры патофизиологии с курсом
клинической патофизиологии
197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2
197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8
Список литературы
1. Attwell D, Laughlin SB. An energy budget for signaling in the grey matter of the brain // J Cereb Blood Flow Metab. 2001;21(10):1133–1145. Doi: 10.1097/00004647-200110000-00001.
2. Бабиянц А.Я., Хананашвили Я.А. Мозговое кровообращение: физиологические аспекты и современные методы исследования // Журн. фундаментальной мед. и биол. – 2018. – № 3. – С. 46–54.
3. Claassen JAHR, Thijssen DHJ, Panerai RB, Jurgen AHR, Faraci FM. Regulation of cerebral blood flow in humans: physiology and clinical implications of autoregulation // Physiol Rev. 2021;101(4):1487–1559. Doi: 10.1152/physrev.00022.2020.
4. Thomas SN, Schroeder T, Secher NH, Mitchell JH. Cerebral blood flow during submaximal and maximal dynamic exercise in humans // J Appl Physiol. 1989;67(2):744–748. Doi: 10.1152/jappl.1989.67.2.744.
5. Iadecola C. The neurovascular unit coming of age: a journey through neurovascular coupling in health and disease // Neuron. 2017;96(1):17–42. Doi: 10.1016/j.neuron. 2017.07.030.
6. Kaplan L, Chow BW, Gu C. Neuronal regulation of the blood-brain barrier and neurovascular coupling // Nat Rev Neurosci. 2020;21(8):416–432. Doi: 10.1038/s41583-020-0322-2.
7. O’Herron P, Chhatbar PY, Levy M, Shen Z, Schramm AE, Lu Z, Prakash K. Neural correlates of single-vessel haemodynamic responses in vivo // Nature. 2016;534(7607):378–382. Doi: 10.1038/nature17965.
8. Chaigneau E, Oheim M, Audinat E, Charpak S. Twophoton imaging of capillary blood flow in olfactory bulb glomeruli // Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100(22):13081–13086. Doi: 10.1073/pnas.2133652100.
9. Blinder P, Tsai PS, Kaufhold JP, Per MK, Suhl H, Kleinfeld D. The cortical angiome: an interconnected vascular network with noncolumnar patterns of blood flow // Nat Neurosci. 2013;16(7):889–897. Doi: 10.1038/nn.3426.
10. Kozberg MG, Chen BR, DeLeo SE, Bouchard MB, Hillman EMC. Resolving the transition from negative to positive blood oxygen level-dependent responses in the developing brain // Proc Natl Acad Sci USA. 2013;110(11):4380–4305. Doi: 10.1073/pnas.1212785110.
11. Schaeffer S, Iadecola C. Revisiting the neurovascular unit // Nat Neurosci. 2021;24(9):1198–1209. Doi: 10.1038/s41593-021-00904-7.
12. Freeman RD, Li B. Neural-metabolic coupling in the central visual pathway // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2016;371(1705):20150357. Doi: 10.1098/rstb.2015.0357.
13. Raichle ME, Mintun MA. Brain work and brain imaging // Annu Rev Neurosci. 2006;29:449–476. Doi: 10.1146/annurev.neuro.29.051605.112819.
14. Attwell D, Buchan AM, Charpak S, Lauritzen M, MacVicar BA, Newman AE. Glial and neuronal control of brain blood flow // Nature. 2010;468(7321):232–243. Doi: 10.1038/nature09613.
15. Drew PJ, Shih AY, Kleinfeld D. Fluctuating and sensory-induced vasodynamics in rodent cortex extend arteriole capacity // Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108(20):8473–8478. Doi: 10.1073/pnas.1100428108.
16. Moore CI, Cao R. The hemo-neural hypothesis: on the role of blood flow in information processing // J Neurophysiol. 2008;99(5):2035–2047. Doi: 10.1152/jn.01366.2006.
17. Lecrux C, Hamel E. Neuronal networks and mediators of cortical neurovascular coupling responses in normal and altered brain states // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2016;371(1705):20150350. Doi: 10.1098/rstb.2015.0350.
18. Filosa JA, Bonev AD, Straub SV, Meredith AL, Wilkerson KM, Aldrich RW, Nelson MT. Local potassium signaling couples neuronal activity to vasodilation in the brain // Nat Neurosci. 2006;9(11):1397–1403. Doi: 10.1038/nn1779.
19. Hamel E. Perivascular nerves and the regulation of cerebrovascular tone // J Appl Physiol. 2006;100:1059–1064. Doi: 10.1152/japplphysiol.00954.2005.
20. Faraci FM, Mayhan WG, Werber AH, Heistad DD. Cerebral circulation: effects of sympathetic nerves and protective mechanisms during hypertension // Circulation Res. 1987;61:102–106. Doi: 10.1161/res.61.5_supplement.ii-102.
21. Cohen Z, Molinatti G, Hamel E. Astroglial and vascular interactions of noradrenaline terminals in the rat cerebral cortex // J Cereb Blood Flow Metab. 1997;17:894–904. Doi: 10.1097/00004647-199708000-00008.
22. Estrada C, Mengual E, Gonzalez C. Local NADPHdiaphorase neurons innervate pial arteries and lie close or project to intracerebral blood vessels: a possible role for nitric oxide in the regulation of cerebral blood flow // J Cereb Blood Flow Metab. 1993;13:978–984. Doi: 10.1038/jcbfm.1993.122.
23. Allaman I, Pellerin L, Magistretti PJ. Protein targeting to glycogen mRNA expression is stimulated by noradrenaline in mouse cortical astrocytes // Glia. 2000;30(4):382–391. Doi: 10.1002/(sici)1098-1136(200006)30:4<382::aid-glia70>3.0.co;2-0.
24. Kotter K, Klein J. Adrenergic modulation of astroglial phospholipase D activity and cell proliferation // Brain Res. 1999;29:138–145. Doi: 10.1016/s0006-8993(99)01416-x.
25. Cohen Z, Bonvento G, Lacombe P, Hamel E. Serotonin in the regulation of brain microcirculation // Prog Neurobiol. 1996;50(4):335–362. Doi: 10.1016/s0301-0082(96)00033-0.
26. Mishra A. Binaural blood flow control by astrocytes: listening to synapses and the vasculature // J Physiol. 2017; 595(6):1885–1902. Doi: /10.1113/jp270979.
27. Harder DR, Alkayed NJ, Lange AR, Gebremedhin D, Roman RJ. Functional hyperemia in the brain: hypothesis for astrocyte-derived vasodilator metabolites // Stroke. 1998; 29(1):229–234. Doi: 10.1161/01.str.29.1.229.
28. Mishra A, Reynolds JP, Chen Y, Gourine AV, Rusakov DA, Attwell D. Astrocytes mediate neurovascular signaling to capillary pericytes but not to arterioles // Nat Neurosci. 2016;19(12):1619–1627. Doi: 10.1038/nn.4428.
29. Takahashi S. Metabolic contribution and cerebral blood flow regulation by astrocytes in the neurovascular unit // Cells. 2022;11(5):813. Doi: 10.3390/cells11050813.
30. Segal SS. Integration and modulation of intercellular signaling underlying blood flow control // J Vasc Res. 2015;52(2):136–157. Doi: 10.1159/000439112.
31. Chen BR, Kozberg MG, Bouchard MB, Shaik AM, Hillman EMC. A critical role for the vascular endothelium in functional neurovascular coupling in the brain // J Am Heart Assoc. 2014;3(3):e000787. Doi: 10.1161/jaha.114.000787.
32. Longden TA, Dabertrand F, Koide M, Gonzales AL, Tykocki NR, Brayden JE, Hill-Eubanks D, Nelson MT. Capillary K+-sensing initiates retrograde hyperpolarization to increase local cerebral blood flow // Nat Neurosci. 2017;20(5):717–726. Doi: 10.1038/nn.4533.
33. Tallini YN, Brekke JF, Shui B, Doran R, Hwang S, Nakai J, Salama G, Segal SS, Kotlikoff MI. Propagated endothelial Ca2+ waves and arteriolar dilation in vivo: measurements in Cx40BAC GCaMP2 transgenic mice // Circ Res. 2007;101(12):1300–1309. Doi: 10.1161/circresaha. 107.149484.
34. Hall CN, Reynell C, Gesslein B, Hamilton NB, Mishra A, Sutherland BA, O’Farrell FM, Buchan AM, Lauritzen M, Attwell D. Capillary pericytes regulate cerebral blood flow in health and disease // Nature. 2014;508(7494):55–60. Doi: 10.1038/nature13165.
35. Cudmore RH, Dougherty SE, Linden DJ. Cerebral vascular structure in the motor cortex of adult mice is stable and is not altered by voluntary exercise // J Cereb Blood Flow Metab. 2017;37(12):3725–3743. Doi: 10.1177/0271678x16682508.
36. Hartmann DA, Underly RG, Grant RI. Ashley NW, Lindner V, Shih AY. Pericyte structure and distribution in the cerebral cortex revealed by high-resolution imaging of transgenic mice // Neurophotonics. 2015;2(4):041402. Doi: 10.1117/1.nph.2.4.041402.
Рецензия
Для цитирования:
Черваев А.А., Буцких М.Г., Галагудза М.М. Механизмы нейрососудистого сопряжения. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2023;22(2):67-73. https://doi.org/10.24884/1682-6655-2023-22-2-67-73
For citation:
Chervaev A.A., Butskih M.G., Galagudza M.M. Mechanisms of neurovascular coupling. Regional blood circulation and microcirculation. 2023;22(2):67-73. (In Russ.) https://doi.org/10.24884/1682-6655-2023-22-2-67-73
Просмотров: 170
Послать статью по эл. почте 
