Дыхание - ключ к повышению уровня кислорода в мозге

16.12.2019

Вопреки общепринятому мнению, кровь может переносить больше кислорода к мозгу, по крайней мере, мышей, когда они подвергаются физической нагрузке, потому что благодаря учащенному дыханию в гемоглобин попадает больше кислорода, сообщила международная группа ученых. Они полагают, что данное наблюдение относится ко всем млекопитающим.

 «Обычно принято считать, что кровь млекопитающих насыщена кислородом на сто процентов», - говорит Патрик Дж. Дрю, профессор нейронной инженерии и нейрохирургии и доцент института нейрологии штата Пенсильвания.

Это означало бы, что единственный способ доставки в мозг большего количества кислорода – это усиление кровотока. Ученым было интересно проследить, как естественное поведение, в частности, физические упражнения, влияет на уровень кислорода в мозге.

«Известно, что при выполнении когнитивных задач у человека меняется ритм дыхания», - рассказал Дрю. «Фактически фаза дыхания привязана к поставленной задаче. В мозге увеличение нейронной активности обычно сопровождается усилением кровотока».

Однако, что конкретно происходит в организме, было неизвестно, поэтому ученые использовали мышей, которые могли ходить или бегать на движущейся дорожке, и контролировали их дыхание, нервную активность, кровоток и степень насыщения мозга кислородом (оксигенацию).

«Мы предвидели, что оксигенация мозга будет зависеть от нейронной активности и кровотока», - сообщил Цин Гуан Чжан, докторант в области технических наук и механики. «Мы ожидали, что при снижении кровотока насыщение кислородом во фронтальной зоне головного мозга уменьшится, но затем поняли, что именно дыхание поддерживало уровень оксигенации».

Единственная причина, по которой это могло бы произойти, – это если бы физическая нагрузка заставляла кровь переносить больше кислорода, объяснил он, что означало бы, что обычно кровь не насыщена кислородом полностью.

Ученые изучили оксигенацию соматосенсорной и фронтальной коры - области, отвечающей за когнитивные функции, - и обонятельной луковицы - области, отвечающей за обоняние, - так как они являются наиболее доступными областями мозга.

Они использовали различные методы наблюдения за дыханием, кровотоком и оксигенацией. Также они проверили уровень оксигенации, подавляя нервную активность и расширение кровеносных сосудов.

В журнале Nature Communications ученые сообщили: «Оксигенация сохранялась, когда подавлялась нервная активность и функциональная гиперемия (увеличение кровотока), проявляясь как в тканях, так и в артериях, снабжающих мозг, и была тесно связана с частотой дыхания и фазой дыхательного цикла».

Они сделали вывод, что «дыхание обеспечивает динамический способ модуляции церебральной оксигенации». Иными словами, интенсивность дыхания влияет на уровень кислорода в крови, омывающей мозг.

Источник: https://news.psu.edu/story/600381/2019/12/04/research/respiration-key-increase-oxygen-brain