MADRID, 16. Mai. (EUROPA PRESS) –
Forscher der Harvard Medical School haben einen bisher unbekannten Weg entdeckt, mit dem der Körper der eingeschränkten Atmung entgegenwirkt: einen neuen Vagusnervreflex, der eine tiefe Atmung auslöst. Seine Arbeit wird in „Nature“ veröffentlicht.
Die an Mäusen durchgeführte Forschung enthüllt einen seltenen und mysteriösen Zelltyp in der Lunge, der den Verschluss der Atemwege erkennt und das Signal an den Vagusnerv weiterleitet, die Informationsautobahn, die das Gehirn mit fast allen wichtigen Organen verbindet. Sobald das Signal das Gehirn erreicht, wird ein Keuchreflex ausgelöst, der dem Tier hilft, den Luftmangel auszugleichen.
„Die Empfindungen unserer Atemwege gehören zu den lebenswichtigsten und kraftvollsten, aber viele der Nervenbahnen innerhalb der Atemwege sind nicht gut verstanden. Wir haben einen grundlegenden Weg dafür gefunden, wie der Körper die Lungenöffnung und die Effizienz des Atmungssystems überwacht.“ „Kontrollieren Sie die Atmung“, erklärt der Hauptautor der Arbeit, Michael Schappe, Forscher für Neurobiologie an der Harvard Medical School.
Obwohl die Forschung beim Menschen noch nicht bestätigt wurde, liefern diese Ergebnisse wertvolle Informationen darüber, wie Gehirn und Körper zur Überwachung und Modulation der Atmung verschaltet sind, und könnten einen Ausgangspunkt für das Verständnis dessen bieten, was passiert, wenn die Atmung ausfällt.
Forscher vermuteten bereits, dass es einen zweiten umgekehrten Atemreflex geben könnte, der auftritt, wenn Neuronen erkennen, dass die Atemwege verengt werden, das Lungenvolumen abnimmt und der Körper mehr Luft einatmen muss. Das daraus resultierende Gefühl von Atembeschwerden oder Kurzatmigkeit kann belastend sein, es ist jedoch wenig darüber bekannt, wie es entsteht.
Um zu testen, ob ein solcher Reflex existiert, führte Schappe eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch, bei denen die Atmung eingeschränkt und ihre physiologischen Reaktionen sowie die Reaktion von Neuronen in ihrer Lunge aufgezeichnet wurden. Das Team verwendete auch genetische Werkzeuge, um Lungenneuronen ein- und auszuschalten und zu sehen, wie sich diese Aktivität oder Inaktivität auf die Atmung auswirkte.
Als die Mäuse einen Atemwegsverschluss erlebten, schnappten sie reflexartig nach Luft. Die Forscher stellten fest, dass eine bestimmte Untergruppe vagaler sensorischer Neuronen während dieses Keuchverhaltens aktiver war. Als die Forscher die Neuronen deaktivierten, keuchten die Mäuse nicht mehr als Reaktion auf den Verschluss der Atemwege. Wenn die Neuronen aktiviert wurden, schnappten die Tiere auch dann nach Luft, wenn die Atemwege nicht eingeschränkt waren. Dieser Befund deutet auf einen spezifischen Reflex des Vagusnervs hin, der durch das Verschließen der Atemwege aktiviert wird und ein Keuchen verursacht.
Als nächstes untersuchten die Forscher, wie diese Neuronen einen Keuchreflex auslösen. Sie beobachteten, dass sich die Neuronen in der Auskleidung der Atemwege befinden und eine charakteristische kronleuchterförmige Struktur aufweisen. Jeder „Arm“ des Neurons führt zu einer Gruppe von Zellen, die als Neuroepithelkörperchen oder NEBs bezeichnet werden und laut Liberles „sehr wenig erforscht sind und seit ihrer ersten Entdeckung in der Lunge ein Rätsel darstellen“.
Weitere Experimente zeigten, dass NEBs für den Keuchreflex notwendig und ausreichend waren, um ihn auszulösen. Das Team fand heraus, dass NEBs ein kraftempfindliches Protein namens PIEZO2 exprimierten, das auch an der Berührungsempfindung in der Haut beteiligt ist, und dass das Ausschalten von PIEZO2 den Keuchreflex eliminierte.
NEB-Zellen wurden mit bestimmten Erkrankungen des Menschen in Verbindung gebracht, die zu einer verminderten Lungenfunktion führen. Es war jedoch unerwartet, einen Zusammenhang zwischen NEBs und dem Signalweg durch den Vagusnerv zu finden, der eine Verringerung des Lungenvolumens erkennt, sagte Schappe.
Die Forscher stellten fest, dass die Ergebnisse verdeutlichen, wie viel es über NEBs zu lernen gibt, einschließlich ihrer Rolle bei Krankheiten. Als Nächstes sind die Forscher daran interessiert, ein weiteres Rätsel zu lösen: Es ist bekannt, dass PIEZO2 durch Dehnung und nicht durch Verengung aktiviert wird. Daher möchten sie wissen, wie der Verschluss der Atemwege die Lungenkräfte um NEBs herum verändert, um das Protein zu aktivieren.
Das Team ist auch daran interessiert, verwaiste Neuronen zu untersuchen, die in der Lunge und den Atemwegen verbleiben, um zu verstehen, was sie erkennen und ob sie an anderen unentdeckten Atemreflexen beteiligt sind.