123RF
Jak komórki kłębka szyjnego wykrywają zmiany poziomu tlenu we krwi?
Autor: Monika Stelmach
Data: 19.04.2021
Źródło: Komisja Europejska/CORDIS
| Tagi: | kłębek szyjny |
Zrozumienie, jak kłębek szyjny wykrywa poziom tlenu we krwi, otworzy drogę do bezpieczniejszej anestezji i adaptacji do dużych wysokości, a także do nowych metod leczenia COVID-19 i przedawkowania leków.
W Unii Europejskiej co roku na choroby układu oddechowego umiera ponad 340 000 osób, co stanowi około 7,5 proc. wszystkich zgonów. Zespół finansowanego ze środków UE projektu OxygenSensing przygląda się molekularnym mechanizmom, dzięki którym organizm wykrywa poziom tlenu we krwi i odpowiednio na niego reaguje.
Organizm człowieka wykształcił mechanizmy adaptacyjne umożliwiające walkę z niskim wysyceniem krwi tlenem, czyli stanem nazywanym hipoksją. Mogą to być szybkie reakcje na ostry niedobór tlenu, na przykład hiperwentylacja w czasie wysiłku fizycznego, lub długotrwałe zmiany, takie jak zwiększenie liczby czerwonych krwinek w odpowiedzi na przewlekle niski poziom tlenu we krwi wywołany chorobą płuc lub życiem na dużych wysokościach.
Nagłe zmiany saturacji krwi tlenem są wykrywane przez kłębek szyjny, mały narząd znajdujący się w pobliżu tętnic po obu stronach szyi. – Jest on bezpośrednio połączony z ośrodkiem oddechowym w mózgu. Gdy poziom tlenu spada, powoduje zwiększenie częstości oddechów i rzutu serca – wyjaśnia José López-Barneo, koordynator projektu i kierownik laboratorium na hiszpańskim Uniwersytecie w Sewilli, które od 35 lat zajmuje się badaniami nad kłębkiem szyjnym. Jak twierdzi López-Barneo, dotychczas nie byliśmy w stanie znaleźć odpowiedzi na podstawowe pytanie, jak komórki kłębka szyjnego wykrywają zmiany poziomu tlenu we krwi.
Sensor chemiczny
Zespół projektu przyjrzał się chemoreceptorom występującym w kłębku szyjnym. Badacze już wcześniej zidentyfikowali kanały potasowe, które zamykają się w przypadku hipoksji, co powoduje przesłanie sygnału do mózgu. Jednakże mechanizm modulacji aktywności kanałów potasowych przez tlen pozostawał nieznany.
W czasie prac prowadzonych w ramach projektu OxygenSensing López-Barneo i jego zespół wykazali, że głównym sensorem tlenu w tych komórkach są mitochondria.
Zazwyczaj organella te są w stanie funkcjonować prawidłowo nawet przy bardzo niskich poziomach tlenu – dużo niższych niż w przypadku hipoksji. Zespół, któremu przewodził López-Barneo, odkrył jednak, że mitochondria w komórkach kłębkowych stanowiących część kłębka szyjnego wykorzystują nietypowy wariant oksydazy cytochromu c.
– Ustaliliśmy, że powinowactwo komórek kłębkowych do tlenu jest dużo niższe niż zazwyczaj, a działanie łańcucha transportu elektronów zmienia się w fizjologicznym zakresie dostępności tlenu – mówi badacz. Oznacza to, że niewielki spadek poziomu tlenu zakłóca aktywność mitochondriów w tych komórkach.
W rezultacie generowane są sygnały zamykające kanały potasowe, co prowadzi do wydzielenia transmiterów, które aktywują włókna nerwów czuciowych. Za pośrednictwem tych włókien do mózgu trafia informacja, że należy zwiększyć częstość oddechów i rzut serca.
Nowe metody leczenia
– Odkrycie to stanowi podstawę naszej pracy. Obecnie dysponujemy efektywnym modelem, a predykcje uzyskane z jego użyciem możemy testować eksperymentalnie. Nasze badania potwierdzają rzetelność tego modelu – dodaje López-Barneo.
Badania mogą przyczynić się do wyjaśnienia osobliwej cechy przebiegu COVID-19, tak zwanej cichej hipoksji, która wiąże się z tym, że organizm pacjenta nie reaguje na wystąpienie ostrego niedotlenienia. López-Barneo stawia hipotezę, że wirus być może dezaktywuje chemoreceptory w kłębku szyjnym podobnie jak te w nosie i jamie ustnej (co prowadzi do utraty węchu i smaku).
Wyniki prac mogą mieć bardzo szerokie implikacje kliniczne. López-Barneo twierdzi, że badanie wesprze rozwój skutecznych środków pobudzających oddychanie, opartych na aktywacji sensora tlenu w kłębku szyjnym. Byłyby one bardzo przydatne w anestezji i leczeniu przedawkowania opioidów.
Organizm człowieka wykształcił mechanizmy adaptacyjne umożliwiające walkę z niskim wysyceniem krwi tlenem, czyli stanem nazywanym hipoksją. Mogą to być szybkie reakcje na ostry niedobór tlenu, na przykład hiperwentylacja w czasie wysiłku fizycznego, lub długotrwałe zmiany, takie jak zwiększenie liczby czerwonych krwinek w odpowiedzi na przewlekle niski poziom tlenu we krwi wywołany chorobą płuc lub życiem na dużych wysokościach.
Nagłe zmiany saturacji krwi tlenem są wykrywane przez kłębek szyjny, mały narząd znajdujący się w pobliżu tętnic po obu stronach szyi. – Jest on bezpośrednio połączony z ośrodkiem oddechowym w mózgu. Gdy poziom tlenu spada, powoduje zwiększenie częstości oddechów i rzutu serca – wyjaśnia José López-Barneo, koordynator projektu i kierownik laboratorium na hiszpańskim Uniwersytecie w Sewilli, które od 35 lat zajmuje się badaniami nad kłębkiem szyjnym. Jak twierdzi López-Barneo, dotychczas nie byliśmy w stanie znaleźć odpowiedzi na podstawowe pytanie, jak komórki kłębka szyjnego wykrywają zmiany poziomu tlenu we krwi.
Sensor chemiczny
Zespół projektu przyjrzał się chemoreceptorom występującym w kłębku szyjnym. Badacze już wcześniej zidentyfikowali kanały potasowe, które zamykają się w przypadku hipoksji, co powoduje przesłanie sygnału do mózgu. Jednakże mechanizm modulacji aktywności kanałów potasowych przez tlen pozostawał nieznany.
W czasie prac prowadzonych w ramach projektu OxygenSensing López-Barneo i jego zespół wykazali, że głównym sensorem tlenu w tych komórkach są mitochondria.
Zazwyczaj organella te są w stanie funkcjonować prawidłowo nawet przy bardzo niskich poziomach tlenu – dużo niższych niż w przypadku hipoksji. Zespół, któremu przewodził López-Barneo, odkrył jednak, że mitochondria w komórkach kłębkowych stanowiących część kłębka szyjnego wykorzystują nietypowy wariant oksydazy cytochromu c.
– Ustaliliśmy, że powinowactwo komórek kłębkowych do tlenu jest dużo niższe niż zazwyczaj, a działanie łańcucha transportu elektronów zmienia się w fizjologicznym zakresie dostępności tlenu – mówi badacz. Oznacza to, że niewielki spadek poziomu tlenu zakłóca aktywność mitochondriów w tych komórkach.
W rezultacie generowane są sygnały zamykające kanały potasowe, co prowadzi do wydzielenia transmiterów, które aktywują włókna nerwów czuciowych. Za pośrednictwem tych włókien do mózgu trafia informacja, że należy zwiększyć częstość oddechów i rzut serca.
Nowe metody leczenia
– Odkrycie to stanowi podstawę naszej pracy. Obecnie dysponujemy efektywnym modelem, a predykcje uzyskane z jego użyciem możemy testować eksperymentalnie. Nasze badania potwierdzają rzetelność tego modelu – dodaje López-Barneo.
Badania mogą przyczynić się do wyjaśnienia osobliwej cechy przebiegu COVID-19, tak zwanej cichej hipoksji, która wiąże się z tym, że organizm pacjenta nie reaguje na wystąpienie ostrego niedotlenienia. López-Barneo stawia hipotezę, że wirus być może dezaktywuje chemoreceptory w kłębku szyjnym podobnie jak te w nosie i jamie ustnej (co prowadzi do utraty węchu i smaku).
Wyniki prac mogą mieć bardzo szerokie implikacje kliniczne. López-Barneo twierdzi, że badanie wesprze rozwój skutecznych środków pobudzających oddychanie, opartych na aktywacji sensora tlenu w kłębku szyjnym. Byłyby one bardzo przydatne w anestezji i leczeniu przedawkowania opioidów.
