Сосредоточившись на дороге впереди, вы внезапно чувствуете слабое, но некомфортное ощущение в нижней части живота. Большая порция кока-колы, которую вы выпили час назад, теперь достигла мочевого пузыря через почки, сигнализируя о необходимости сделать пит-стоп. Высматривая подходящий съезд, вы готовитесь к объезду.
Для большинства людей остановка в зоне отдыха на шоссе является ничем не примечательной рутиной. Однако нейробиолог Рита Валентино находит этот опыт интригующим из-за ее исследования того, как мозг обрабатывает сигналы от мочевого пузыря. Она очарована способностью мозга регистрировать ощущения внутри тела и объединять их с внешними раздражителями, такими как дорожные изображения и звуки. В конечном итоге эта информация помогает мозгу принимать решения, например, найти подходящий и социально приемлемый туалет, чтобы справить нужду. С точки зрения Риты, это иллюстрация одной из потрясающих способностей мозга.
Раньше считалось, что наш мочевой пузырь работает по простому рефлекторному механизму, действуя как своего рода переключатель «включения-выключения» для хранения и высвобождения мочи. Однако недавние результаты показывают, что это лишь верхушка айсберга. По словам Валентино, который сейчас возглавляет отдел нейробиологии и поведения в Национальном институте по борьбе со злоупотреблением наркотиками, в этом процессе играет роль сложная сеть областей мозга. Эти области мозга отвечают за такие функции, как принятие решений, социальное взаимодействие и самосознание наших внутренних телесных ощущений (интероцепция), коллективно влияя на сигнал мочевого пузыря опорожниться.
Система не только сложна, но и хрупка. Например, считается, что примерно 10% взрослых страдают синдромом гиперактивного мочевого пузыря, характеризующимся такими симптомами, как непреодолимые позывы к мочеиспусканию, даже когда мочевой пузырь не полон, частые ночные походы в туалет и недержание мочи. По словам Мартина Мишеля, фармаколога из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, Германия, специализирующегося на исследованиях в области лечения заболеваний мочевого пузыря, современные методы лечения могут облегчить симптомы у некоторых людей. Однако эти средства не приносят облегчения многим пациентам. Фактически, все крупные фармацевтические корпорации отказались от разработки новых лекарств для решения этой проблемы из-за серьезных проблем, связанных с этим.
В последнее время значительно увеличилось количество исследований заболеваний мочевого пузыря, что привело к появлению новых теорий и потенциальных методов вмешательства. Традиционно лечение в первую очередь фокусировалось на самом мочевом пузыре; однако, по мнению Валентино, недавние исследования показывают, что мозг может быть еще одной эффективной областью внимания. Кроме того, текущие исследования направлены на то, чтобы выяснить, почему определенные группы населения, в том числе женщины в постменопаузе, более подвержены проблемам с мочевым пузырем. Индира Майсорекар, микробиолог из Медицинского колледжа Бэйлора в Хьюстоне, подчеркивает, что такие симптомы, как недержание, не следует воспринимать как неизбежный аспект старения для многих людей. Вместо этого она поощряет веру в то, что эти распространенные проблемы часто можно предотвратить или эффективно лечить: «Нам не нужно терпеть боль и дискомфорт».
Хрупкий баланс
На фундаментальном уровне человеческий мочевой пузырь функционирует как эластичный мешок. Чтобы достичь своей полной емкости, которая у типичного взрослого человека составляет примерно 2 чашки или 400-500 миллилитров мочи, этот орган подвергается значительному расширению, увеличиваясь в размерах почти в шесть раз по сравнению с его компактной, пустой формой.
Как любопытный исследователь анатомии человека, я бы описал это так: мышца детрузора, которая окружает мочевой пузырь, как уютная перчатка, должна раскрутиться и расслабиться, чтобы я мог помочиться. В то же время мышцы сфинктера, действующие как защитные ограждения вокруг выходного отверстия мочевого пузыря (уретры), сокращаются, предотвращая нежелательную утечку.
Как геймер, я могу вам сказать, что мой мочевой пузырь функционирует как хорошо укомплектованный инвентарь в игре. Более 95% времени он сохраняет мою мочу в безопасности, позволяя мне без каких-либо перерывов сосредоточиться на своих задачах. Однако, когда приходит время перерыва, мочевой пузырь переключается, переходя из режима хранения в режим высвобождения. Для этого он опирается на мощное сокращение мышцы детрузора, которая выталкивает мочу, а также позволяет мышцам сфинктера вокруг уретры расслабиться и выпустить накопленную мочу.
Более ста лет учёные были озадачены механизмом переключения организма между хранением и высвобождением веществ. В 1920-х годах хирург по имени Фредерик Баррингтон из Университетского колледжа Лондона приступил к поиску управляющего переключателя в стволе мозга – нижней части мозга, которая связана со спинным мозгом.
Работая с кошачьими, находящимися под наркозом, Баррингтон использовал электрическую иглу, чтобы нанести минимальный вред отдельным участкам моста, части ствола мозга, ответственной за такие важные функции, как сон и дыхание. Придя в сознание, у некоторых кошек возникали сильные позывы к мочеиспусканию, о чем свидетельствовали царапание, кружение или принятие положения на корточках, но они не могли сделать это добровольно. Напротив, кошки с поражениями в альтернативных областях моста, по-видимому, не обращали внимания на позывы к мочеиспусканию, непреднамеренно выделяли мочу и испуганно реагировали всякий раз, когда они возникали. Очевидно, мост играл решающую роль в качестве центра управления функциями мочеиспускания, сообщая мочевому пузырю, когда сливать мочу.
За пределами ядра Баррингтона
Исследования Баррингтона проложили путь к нашим нынешним знаниям о нейронной основе контроля мочевого пузыря. однако теперь ясно, что мост — это лишь часть истории.
Играя роль игрока в этом биологическом сценарии, я бы описал это так: с каждым мгновением мой виртуальный мочевой пузырь наполняется жидкостью, запуская специализированные клетки в детрузоре и внутренних слоях стенки мочевого пузыря, которые посылают наружу жидкость. важные сообщения. Эти сообщения проходят по спинному мозгу, достигая жизненно важной области ствола мозга, называемой периакведуктальной серой частью мозга. Оттуда они направляются к важному сенсорному центру, называемому островком. Чем больше расширяется мой виртуальный мочевой пузырь, тем больше нейронов в этой островной области воспламеняется, высвобождая потенциалы действия – крошечные электрические импульсы – которые несут важную информацию о полном мочевом пузыре.
Как зачарованный наблюдатель за тонкостями человеческого тела, я был бы рад поделиться своим пониманием того, как наш мозг управляет актом мочеиспускания. Префронтальная кора головного мозга, важнейшая область, отвечающая за процессы планирования и принятия решений, оценивает, подходящий ли сейчас момент для этой телесной функции. Если его оценка дает положительный ответ, он отправляет сообщение периакведуктальному серому. Эта часть мозга, получив этот сигнал, дает зеленый свет ядру Баррингтона — специфической области, обнаруженной у кошек и теперь называемой этим именем у людей. Затем сообщение возвращается обратно в мочевой пузырь, что приводит к мочеиспусканию. Таким образом, префронтальная кора играет роль привратника, в то время как околоводопроводное серое вещество и ядро Баррингтона действуют как ретрансляторы сигналов, обеспечивая социально приемлемый и физиологически необходимый процесс.
За последние десять лет передовые инструменты картирования мозга предоставили сложную информацию о связях и взаимодействиях между различными областями мозга, что усложнило наше понимание.
Валентино и ее команда обнаружили, что нейроны в области голубого пятна ствола мозга демонстрируют постоянный электрический паттерн, когда мочевой пузырь достигает определенного уровня наполнения. Эта активность волнообразно распространяется в кору головного мозга, пробуждая мозг примерно за 30 секунд до мочеиспускания. Валентино предполагает, что подобные открытия могут проложить путь к новым методам лечения частых проблем, таких как никтурия и ночное недержание мочи, а также потенциально пролить свет на фундаментальный феномен, с которым сталкиваются многие.
«Валентино считает, что это важная причина, почему мы просыпаемся, когда нам нужно помочиться. Наше тело, по сути, сигнализирует: «Важно приостановить то, что вы делаете, и обратить на это внимание».
Учимся удерживать
Как геймер, мне понятна идея о том, что получение контроля над определенными функциями организма — это процесс развития. Когда дело доходит до мочеиспускания, мы не можем полностью контролировать его с рождения. Фактически, новорожденные не имеют сознательного контроля над этой функцией; вместо этого он регулируется спинномозговым рефлексом.
Развитие ствола мозга у младенцев, при котором они обретают контроль над мочеиспусканием, непосредственно не наблюдается. Тем не менее, исследователи Верстеген и ее команда изучают похожий процесс у мышей в возрасте около 3-5 недель. На этом этапе мыши начинают мочиться в специально отведенном месте, имитируя поведение малышей, приученных к туалету. Примечательно, что даже несмотря на то, что в младенчестве люди перерастают примитивный спинальный рефлекс контроля мочеиспускания, он сохраняется и может проявиться вновь, если нервы, соединяющие мочевой пузырь и мозг, повреждены, что приводит к таким проблемам, как недержание мочи, которое может потребовать использования катетера.
Связь между мозгом и мочевым пузырем может быть нарушена различными способами, включая травмы спинного мозга. По мере взросления мозга нервные волокна, ответственные за передачу сигналов между областями контроля мочеиспускания, могут разрушаться, что приводит к нарушению функции мочевого пузыря. Эта дегенерация обычно ускоряется при болезнях Паркинсона и Альцгеймера.
Медицинский эксперт Бекки Кларксон и ее команда из Питтсбургского университета используют методы нейровизуализации, в том числе функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), которая обнаруживает изменения уровня кислорода в крови, указывающие на активные области мозга, для изучения сложных функций мозга, регулирующих мочеиспускание. «Наша цель — выявить потенциальное повреждение конкретных нервных путей», — объясняет Кларксон. «Как мозг обычно управляет функциями мочевого пузыря? Каким образом этот контроль может дать сбой?»
Значительное количество участников исследования Кларксона — женщины старше 60 лет, которые чаще страдают синдромом гиперактивного мочевого пузыря. Примерно 11% населения в целом сталкивается с этой проблемой, но более 45% женщин в постменопаузе сообщают о связанных с ней симптомах.
Исследователи по-прежнему не уверены в первопричине синдрома гиперактивного мочевого пузыря и в том, почему он непропорционально поражает пожилых женщин. Хотя некоторые предполагают, что способствующими факторами могут быть изменения внутри самого мочевого пузыря, Майсорекар выдвигает другую теорию. Во время менопаузы, объясняет она, на слизистой оболочке женского мочевого пузыря растет множество иммунных клеток, образуя небольшие узелкообразные структуры, похожие на лимфатические узлы. Эти поражения повышают чувствительность мочевого пузыря к минимальным количествам E. coli, типичная бактерия, ответственная за инфекции мочевыводящих путей. Следовательно, могут возникнуть постоянные боли в мочевом пузыре или синдром гиперактивного мочевого пузыря.
Проще говоря, одна важная причина гиперактивного мочевого пузыря как у женщин, так и у мужчин характеризуется аномальными сокращениями мышц мочевого пузыря, что приводит к отправке в мозг ошибочных сигналов о наполнении. Большинство современных методов лечения направлены на уменьшение этих спазмов. Например, часто назначаемые антимускариновые препараты подавляют действие ацетилхолина, нейромедиатора, который инициирует сокращения мочевого пузыря.
Когда лекарства оказываются неэффективными, медицинские работники могут предложить альтернативные методы, такие как инъекции ботулотоксина в мышцу детрузора. Эти инъекции, известные как ботокс, уменьшают мышечные сокращения. Кроме того, они могут использовать хирургические имплантаты или электроды, расположенные на коже для передачи электрических токов к нервам спинного мозга. Цель состоит в том, чтобы стимулировать нормальное функционирование спинномозговых нервов, отвечающих за контроль мышц мочевого пузыря.
«Как мозг обычно управляет мочевым пузырем? Как он не может контролировать мочевой пузырь?» — БЕККИ КЛАРКСОН
По словам Мишеля, проблема с различными методами контроля гиперактивных мышц мочевого пузыря заключается в том, что они могут привести к непредвиденным последствиям, одним из которых является неспособность правильно выводить мочу в крайних случаях. «Это тонкий баланс: приложите слишком большое давление, и вы больше не сможете опорожниться; приложите слишком мало, и вы столкнетесь с проблемами с удержанием». Антихолинергические препараты связаны с когнитивными нарушениями у пожилых людей, что вызывает обеспокоенность по поводу безопасности. Однако не все люди с синдромом гиперактивного мочевого пузыря обладают сверхактивной мышцей детрузора, что заставляет некоторых исследователей задуматься о том, может ли основная проблема у некоторых пациентов находиться в мозге.
Безопасно дома
Как геймер, я могу пережить это чувство, когда возвращаюсь домой после долгого дня и готов расслабиться, но внезапно меня прерывает неожиданное и сильное желание сходить в туалет. Это явление ученые называют «недержанием мочи». Дело не в том, насколько на самом деле полон ваш мочевой пузырь, а просто в том, что ваш мозг посылает мощный сигнал о том, что пора идти. Оно отличается от стрессового недержания, которое вызвано слабостью мышц тазового дна и может быть вызвано физической активностью, такой как чихание или прыжки.
Некоторые исследователи предполагают, что чувство срочности, обычно испытываемое при синдроме гиперактивного мочевого пузыря, может быть условными реакциями, подобными тем, которые изучал русский физиолог Иван Павлов, когда в конце 1800-х годов он обучал собак ассоциировать еду со звуком метронома. У некоторых людей такая обусловленность может возникнуть из-за многолетнего стремления добраться домой и воспользоваться личным туалетом (гипотеза Кларксона и др.). У других это может быть результатом различных триггеров и ситуаций, таких как звук текущей воды. Хотя периодические сильные ощущения являются нормальными, их частые проявления вызывают беспокойство у исследователей.
Как заядлый геймер с глубоким интересом к нейробиологии, я обнаружил интригующие данные о женщинах, страдающих гиперактивным мочевым пузырем. Исследования, проведенные Кларксоном и его командой, показали, что у этих людей часто наблюдаются нерегулярные модели активности мозга в этой области. В одном из экспериментов участников исследования, таких как я, попросили лечь в аппарат фМРТ. Затем мне вставят катетер, чтобы наполнить мочевой пузырь жидкостью до тех пор, пока я не сообщу, что чувствую себя полным. Впоследствии некоторое количество жидкости будет извлечено и снова добавлено, и все это за несколько раундов.
Как любопытный геймер, исследующий тонкости систем управления человеческим телом, я очарован новаторскими исследованиями Кларксона и его команды о механизмах мозга, контролирующих мочевой пузырь. Они создали интересную модель, которая выделяет ключевые области, такие как островок, который интерпретирует сигналы наполнения мочевого пузыря, и префронтальную кору головного мозга, решая, подходящий ли сейчас момент и место для туалета. Более того, они обнаружили две ключевые области: дополнительную двигательную область и переднюю поясную извилину, работающие в гармонии, чтобы оценить уровень необходимой срочности и вызвать сокращения мышц тазового дна, чтобы удержать ее, пока ванная не окажется в пределах досягаемости. У людей с синдромом гиперактивного мочевого пузыря эти области гиперактивны, что приводит к сильному ощущению неотложности, даже когда их мочевой пузырь не заполнен полностью. По словам Кларксона: «Мозг как будто интерпретирует этот сигнал как чрезвычайную ситуацию и включает сигнал тревоги «пора идти».
«Для меня это действительно пример одной из прекрасных вещей, которые делает мозг». — РИТА ВАЛЕНТИНО
Несколько лет назад я был очарован открытием, сделанным одним из моих коллег: желание пойти куда-нибудь, когда у вас гиперактивный мочевой пузырь, может ощущаться удивительно похоже на тягу, которую некоторые бывшие курильщики испытывают в определенных ситуациях, например, в баре, где они светились. Заинтригованный, я объединил усилия с Синтией Конклин из Университета Питтсбурга, и мы решили адаптировать метод, обычно используемый в исследованиях по отказу от курения, чтобы изучить, как женщины с гиперактивным мочевым пузырем реагируют на личные триггеры.
Как геймер, интересующийся здоровьем и благополучием, я наткнулся на некоторые интригующие открытия о лечении синдрома гиперактивного мочевого пузыря. По словам Кларксон и ее команды, некоторые поведенческие методы лечения показали многообещающие результаты для женщин, страдающих этим заболеванием. Например, их предварительные данные показывают, что методы осознанности, такие как медитация с сканированием тела, при которой вы сознательно расслабляете каждую часть своего тела от головы до пят, могут помочь снизить интенсивность ощущений в мочевом пузыре. Более того, они обнаружили, что неинвазивный метод стимуляции мозга, известный как транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS), также может облегчить симптомы неотложных состояний. Итак, если вы женщина, страдающая синдромом гиперактивного мочевого пузыря, попробуйте эти методы и посмотрите, как они повлияют на ваш опыт!
Как заядлый геймер, погруженный в нейробиологические исследования, я углубился в интригующие открытия Кларксона. Она и ее команда обнаружили, что женщины, которые положительно реагируют на ботулотоксин и терапию мышц тазового дна, демонстрируют отчетливую мозговую активность по сравнению с теми, кто этого не делает. Более того, они усердно работают над выяснением потенциального воздействия часто назначаемых лекарств от мочевого пузыря на мозг.
Как обеспокоенный защитник здоровья пожилых людей, я твердо убежден, что чрезмерное использование антихолинергических препаратов среди пожилых людей является причиной для беспокойства из-за потенциальных побочных эффектов на когнитивную функцию. Многим людям, как мужчинам, так и женщинам, до обращения за медицинской помощью по поводу этого состояния уже прописали несколько доз этих препаратов, таких как антимускариновые средства, которые обычно используются для лечения гиперактивного мочевого пузыря. Чтобы решить эту проблему, я искренне поддерживаю исследование нефармацевтических альтернатив лечения. Предоставляя дополнительные возможности, мы можем стремиться уберечь людей от чрезмерной зависимости от этих лекарств и потенциального возникновения нежелательных побочных эффектов.
Причины гиперактивного мочевого пузыря
Нейробиолог Аарон Микл из Медицинского колледжа Висконсина объясняет, что основная проблема в разработке более эффективных методов лечения синдрома гиперактивного мочевого пузыря заключается в его неоднозначном диагнозе. В отличие от отдельного расстройства, это состояние характеризуется набором симптомов, которые могут быть вызваны различными причинами, такими как болезнь Паркинсона, травма спинного мозга, диабет, или отсутствием какой-либо конкретной основной причины. К сожалению, эти случаи часто обсуждаются и классифицируются так, как будто они представляют собой одно и то же заболевание.
Микл исследует, как различные условия влияют на уротелий — гибкое регенеративное покрытие ткани мочевого пузыря. Ранее считавшийся просто пассивным барьером, обеспечивающим непроницаемость мочевого пузыря, новые исследования показывают, что уротелий активно сигнализирует о расширении мочевого пузыря во время его наполнения.
Как геймер, я могу вам сказать, что чувствительность уротелия обусловлена тем фактом, что многочисленные клетки внутри него содержат различные типы механически активируемых ионных каналов. Эти каналы по существу представляют собой белки, находящиеся в клеточных мембранах и действующие как ворота, которые срабатывают, когда мембрана подвергается деформации. Таким образом, по словам Кейт Пул, физиолога из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии и автора статьи 2022 года, всякий раз, когда происходит растяжение или давление на клеточную мембрану, эти каналы открываются, позволяя положительно заряженным ионам проникнуть в клетку. в Ежегодном обзоре физиологии о механически активируемых ионных каналах у млекопитающих.
Сенсорные нейроны с каналами восприятия силы простираются в уротелий. Когда эти каналы стимулируются давлением и позволяют положительным ионам проникать внутрь, достигая определенного порога, электрический сигнал передается от нервов к спинному и головному мозгу. Примечательно, что ненейрональные клетки уротелия также обладают механически активированными ионными каналами, а это означает, что они могут посылать сигналы, указывающие на наполненность мочевого пузыря.
В 2023 году Микл применил оптогенетику — метод, при котором лазерные лучи используются для активации или деактивации определенных клеток на расстоянии у животных — для избирательной стимуляции определенных ненейрональных уротелиальных клеток. Эта активация привела к срабатыванию сенсорных нейронов и последующим сокращениям мочевого пузыря, что стало первым примером этого достижения. Долгосрочная цель Микла — создать беспроводную оптогенетическую систему, способную непрерывно отслеживать и корректировать поведение определенных типов клеток мочевого пузыря у людей. (Оптогенетика в основном применялась на лабораторных животных, но сейчас исследователи изучают ее потенциальное применение на людях.)
Другие исследовательские группы изучают механизм воздействия препарата на чувствительные к силе каналы в клетках мочевого пузыря, а также на другие каналы, активируемые нервными сигналами и гормонами. Среди них белки пьезоканалов, группа датчиков силы в форме пропеллера, имеющих решающее значение для чувствительности мочевого пузыря. Исследование, опубликованное в журнале Nature в 2020 году, показало, что люди, несущие редкую мутацию, затрагивающую один тип этих каналов, в частности Piezo2, испытывают дополнительные проблемы, помимо трудностей при ходьбе. Они с трудом осознают, что их мочевой пузырь наполняется, и им, возможно, придется мочиться по графику или вручную надавливать на мочевой пузырь, чтобы инициировать мочеиспускание.
Некоторые ученые стремятся сосредоточиться на управлении каналами Piezo2 для облегчения различных заболеваний мочевого пузыря. По словам Пула, одним из достоинств этого подхода является «доступность лекарств» к этим каналам, что позволяет исследователям идентифицировать небольшие молекулы, которые могут активировать или ингибировать их, несмотря на их обычную реакцию на механические сигналы.
Однако есть недостаток: подобно другим ионным каналам, которыми ученые пытались манипулировать в мочевом пузыре, каналы Piezo2 распределены по всему телу, особенно в легких, суставах и сердце. В результате любое лекарство, предназначенное для воздействия на эти каналы в мочевом пузыре, может также воздействовать на другие области тела, что может привести к потенциальным проблемам с безопасностью. Мишель ссылается на прекращенные клинические испытания препарата, который действовал на различные ионные каналы в мочевом пузыре – те, которые пропускают ионы калия в клетки – но были остановлены из-за непредвиденных осложнений со стороны печени.
Существует одно потенциальное решение, позволяющее обойти это препятствие, по крайней мере теоретически: генная терапия, предназначенная для воздействия на ткань мочевого пузыря либо посредством прямых инъекций в мышцу детрузора, либо посредством уретральной инфузии с помощью катетера. В 2023 году исследователи поделились ранними и многообещающими результатами клинического исследования с участием 67 пациентов, получивших генетическую терапию, направленную на калиевые каналы мочевого пузыря.
В прошлом исследователи, специализирующиеся на мочевом пузыре и мочевыводящих путях, действовали независимо от исследователей спинного и головного мозга. Однако сейчас наблюдается тенденция к сотрудничеству между этими когда-то изолированными областями. Это новообретенное партнерство ведет к лучшему пониманию сложных связей между мозгом и мочевым пузырем. Например, Микл недавно объединил усилия с лабораторией нейровизуализации, чтобы с помощью оптогенетики отслеживать, как мозг мыши реагирует на стимуляцию ее уротелиальных клеток.
По словам Валентино, раньше я не особо задумывался о мозге. Однако недавние открытия расширили мою точку зрения, и теперь я не могу не рассмотреть альтернативные цели для исследования.
Эта статья первоначально появилась в журнале Knowable Magazine, независимом журналистском издании Annual Reviews. Подпишитесь на рассылку.
Смотрите также
- С днем рождения, Энн Хэтэуэй: 6 неизвестных фактов об актрисе «Дьявол носит Prada», когда ей исполняется 42 года
- Джон Стамос выразил поддержку Дэйву Кулиеру после того, как последнему поставили диагноз «рак»: «Через все это»
- Домоседы выбирают эти дешевые вещи, которые делают ваш дом намного лучше
- Слухи – ТРЕЙЛЕР
- Trainspotting – стальная книга 4K UHD/BLU-RAY
- Бриджит Джонс без ума от мальчика – ТРЕЙЛЕР
- Этот неистовый носорог «Гладиатор II» и дрожжевые бабуины…
- 55 странных и дешевых вещей, о которых вы не знали, которые сделают ваш дом намного лучше
- «Разница в этом…»: «Дюна»: звезды «Пророчества» Оливия Уильямс и Эмили Уотсон о сходстве сериала HBO с «Игрой престолов»
- Любитель – ТРЕЙЛЕР
2024-06-13 19:20