Neue Forschungen an Nagetieren enthüllen überraschende neue Informationen über die Beziehung zwischen der Neuronenaktivität und dem Blutfluss tief im Gehirn sowie darüber, wie sich der Konsum von Salz auf das Gehirn auswirkt.
Wenn Neuronen aktiviert werden, führt dies typischerweise zu einer schnellen Zunahme des Blutflusses in das Gebiet. Diese Beziehung ist als neurovaskuläre Kopplung oder funktionelle Hyperämie bekannt und tritt über die Erweiterung von Blutgefäßen im Gehirn, den Arteriolen, auf. Functional Magnetic Resource Imaging (fMRT) basiert auf dem Konzept der neurovaskulären Kopplung: Experten suchen nach Bereichen mit schwacher Durchblutung, um Hirnerkrankungen zu diagnostizieren.
Bisherige Studien zur neurovaskulären Kopplung waren jedoch auf oberflächliche Bereiche des Gehirns (wie die Großhirnrinde) beschränkt, und Wissenschaftler haben hauptsächlich untersucht, wie sich der Blutfluss als Reaktion auf sensorische Reize aus der Umgebung (wie visuelle oder auditive Reize) verändert. Es ist wenig darüber bekannt, ob die gleichen Prinzipien für tiefere Hirnregionen gelten, die auf vom Körper selbst erzeugte Reize, sogenannte interozeptive Signale, eingestellt sind.
Salzaufnahme und das Gehirn
Um diese Beziehung in tiefen Hirnregionen zu untersuchen, entwickelte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Javier Stern, Professor für Neurowissenschaften an der Georgia State University und Direktor des Zentrums für Neuroinflammation und kardiometabolische Erkrankungen der Universität, einen neuartigen Ansatz, der chirurgische Techniken und hochmoderne Neuroimaging auf dem neuesten Stand der Technik. Das Team konzentrierte sich auf den Hypothalamus, eine tiefe Hirnregion, die an kritischen Körperfunktionen wie Trinken, Essen, Regulierung der Körpertemperatur und Fortpflanzung beteiligt ist. Die Studie, die in der Zeitschrift erscheint Cell Reports, untersucht, wie sich der Blutfluss zum Hypothalamus als Reaktion auf Salz Aufnahme.
„Wir haben uns für Salz entschieden, weil der Körper den Natriumspiegel sehr genau kontrollieren muss. Wir haben sogar spezielle Zellen, die erkennen, wie viel Salz in Ihrem Blut ist“, sagt Stern. „Wenn du schluckst salziges Essen, das Gehirn spürt es und aktiviert eine Reihe von Kompensationsmechanismen, um den Natriumspiegel wieder zu senken.“
Der Körper tut dies teilweise durch die Aktivierung von Neuronen, die die Freisetzung von Vasopressin auslösen, einem antidiuretischen Hormon, das eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der richtigen Salzkonzentration spielt. Im Gegensatz zu früheren Studien, die einen positiven Zusammenhang zwischen Neuronenaktivität und erhöhtem Blutfluss beobachteten, fanden die Forscher eine Abnahme des Blutflusses, wenn die Neuronen im Hypothalamus aktiviert wurden.
„Die Ergebnisse haben uns überrascht, weil wir eine Vasokonstriktion gesehen haben, die das Gegenteil von dem ist, was die meisten Menschen als Reaktion auf einen sensorischen Reiz im Kortex beschrieben haben“, sagt Stern. „Bei Krankheiten wie Alzheimer oder nach Schlaganfall oder Ischämie wird normalerweise eine verminderte Durchblutung der Hirnrinde beobachtet.“
Das Team nennt das Phänomen „inverse neurovaskuläre Kopplung“ oder eine Abnahme des Blutflusses, die Hypoxie erzeugt. Sie beobachteten auch andere Unterschiede: Im Kortex sind die vaskulären Reaktionen auf Reize sehr lokalisiert und die Erweiterung erfolgt schnell. Im Hypothalamus war die Reaktion diffus und erfolgte langsam über einen langen Zeitraum.
„Wenn wir viel Salz essen, bleibt unser Natriumspiegel lange Zeit erhöht“, sagt Stern. „Wir glauben, dass die Hypoxie ein Mechanismus ist, der die Fähigkeit der Neuronen stärkt, auf die anhaltende Salzstimulation zu reagieren, sodass sie über einen längeren Zeitraum aktiv bleiben können.“
Bluthochdruck und Hypoxie
Die Ergebnisse werfen interessante Fragen darüber auf, wie sich Bluthochdruck auf das Gehirn auswirken kann. Es wird angenommen, dass zwischen 50 und 60 % der Hypertonie salzabhängig sind – ausgelöst durch übermäßige Salzaufnahme. Das Forschungsteam plant, diesen inversen neurovaskulären Kopplungsmechanismus in Tiermodellen zu untersuchen, um festzustellen, ob er zur Pathologie der salzabhängigen Hypertonie beiträgt. Darüber hinaus hoffen sie, mit ihrem Ansatz andere Hirnregionen und -krankheiten zu untersuchen, darunter Depressionen, Fettleibigkeit und neurodegenerative Erkrankungen.
„Wenn Sie chronisch viel Salz zu sich nehmen, haben Sie eine Hyperaktivierung von Vasopressin-Neuronen. Dieser Mechanismus kann dann eine übermäßige Hypoxie auslösen, die zu Gewebeschäden im Gehirn führen könnte“, sagt Stern. „Wenn wir diesen Prozess besser verstehen, können wir neue Ziele entwickeln, um diese hypoxieabhängige Aktivierung zu stoppen und vielleicht die Ergebnisse von Menschen mit salzabhängigem Bluthochdruck zu verbessern.“
Weitere Koautoren stammen von Georgia State und der University of Otago in Neuseeland, der Augusta University und der Auburn University. Die Forschung wurde vom National Institute of Neurological Disorders and Stroke unterstützt.
Quelle: Georgia State University, Original-Studie
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