Hjärnstammens reglering av andningen

Från födelseögonblicket till vår sista suck är kontinuerlig andning en förutsättning för vårt liv. Ändå är det fortfarande mycket som är okänt om hur andningen regleras. Ett skäl är att hjärnstammen - den del av hjärnan som styr andningen - rent anatomiskt är svår att studera där den sitter undangömd på hjärnans undersida.

Eric Herlenius, professor i pediatrik vid institutionen för kvinnors och barns hälsa, forskar om hur hjärnstammens reglering av andningen utvecklas och påverkas av miljöfaktorer - och varför den ibland brister. Forskningen syftar också till att generellt öka kunskapen om hjärnans utveckling och hur den styrs av biologiskt arv i interaktion med miljö.

- Hjärnstammen är en av de mest basala delarna i hjärnan, säger Eric Herlenius. Den finns hos alla djur, eftersom alla har behov av någon form av andning. Jag använder hjärnstammen som modell för att förstå hur hjärnan kan utvecklas ur våra cirka 20 000 gener, som egentligen borde vara alldeles för få för att skapa något så komplext. Forskningen rymmer såväl laborativa experiment som kliniska studier och registerforskning.

- Roligast och mest givande är de fall där jag utforskar något hela vägen från kartläggning av de molekylära mekanismerna till förbättringar i det kliniska arbetet, säger han.

Särskilt hos små barn är regleringen av andningen fortfarande instabil, vilket kan leda till andningsuppehåll och i värsta fall plötslig spädbarnsdöd. Eric Herlenius forskning bidrar med viktig kunskap om mekanismerna bakom detta. Det mänskliga fostret övar sig på att andas i livmodern  som intensivast under den mellersta delen av graviditeten. Under de sista tre månadernas snabba tillväxt stänger fostret däremot av sin andning under långa stunder för att hushålla med värdefull energi. Denna reflex att vid påfrestning upphöra med andningen och gå på sparlåga kan ha skyddande effekter vid födseln, men kan också vara en fara för barnet efteråt, förklarar Eric Herlenius.

- Reflexen försvinner inte direkt efter födseln. Därför kan ett litet barn, när det ansträngs av exempelvis en infektion, reagera med att sluta andas. Vi har förstått en del av mekanismerna i det här, och gräver nu vidare.

Eric Herlenius och hans kolleger har visat hur signalsubstansen prostaglandin hämmar andning genom att binda till receptorer i hjärnstammen. Substansen frigörs vid infektion, den signalerar till att hypotalamus som svarar med att öka temperaturen i kroppen och göra att vi känner oss trötta och sjuka. Men även hjärnstammen känner av den ökade koncentrationen av prostaglandiner, och hos sköra barn kan det leda till andningsuppehåll.

Förbättrad behandling av andningsreglering

Ett annat redskap som Eric Herlenius använder för att utforska andningsregleringens utveckling och plasticitet är stamceller. Hans forskargrupp har bland annat studerat vad som händer i en skadad hjärna vid transplantation av stamceller, och visat varför sådan terapi verkar ha en positiv effekt: närvaron av de transplanterade stamcellerna räddar livet på skadad vävnad som annars skulle ha dött. Anledningen är att stamceller och skadade celler snabbt kopplar ihop sig via intercellulära kanaler och börjar byta molekyler och joner med varandra. Fynden publicerades i PNAS 2010.

I sin kliniska forskning fokuserar Eric Herlenius bland annat på hur behandlingen av patienter med störd andningsreglering kan förbättras. Ett ofta använt läkemedel är koffein, som modulerar kommunikationen mellan nervceller och påverkar graden av inflammation. Koffein har visat sig mycket effektivt när det gäller att förbättra andningen hos barn som är i behov av respirator. De goda resultaten har dock lett till att koffein börjat användas även förebyggande, till mycket bredare grupper, vilket kanske inte alls är bra. Eric Herlenius deltar i en internationell multicenterstudie, som ska bringa klarhet.

- De för tidigt födda barn som fått koffein enbart i förebyggande syfte och utan behov av andningsunderstöd har tyvärr inte haft någon nytta av det alls. Vi kan inte utesluta att det har lett till en något sämre kognitiv utveckling. Flera uppföljningar på de här barnen pågår - efter dessa kommer vi att veta mer.

Herlenius grupp har också utvecklat ett test för att kunna mäta prostaglandinnivåer med ett enkelt urinprov. Nivåerna verkar korrelera till bland annat grad av inflammation samt andningspåverkan. Förhoppningen är att testet, som är patentskyddat, i framtiden ska kunna användas vid både neonatalkliniker och barnakutmottagningar för bedömning av barn med problem med andningen eller risk för andningsuppehåll.

Text: Anders Nilsson, publicerad i "Från Cell till Samhälle" 2013

Om forskningsämnet

När den franska läkaren Le Gallois i början av 1800-talet slog fast att hjärnstammens medulla oblongata reglerar andningen var det första gången en viss region i hjärnan kunde knytas till en viss funktion. Ändå är mekanismerna för denna komplexa reglering fortfarande ett till stora delar outforskat fält.

Problem med andningen och spontana andningsuppehåll innebär allvarliga hälsorisker för spädbarn, men också för helt andra patientgrupper, bland annat barn och vuxna med vissa genetiska sjukdomar och den stora gruppen vuxna snarkare.

Länkar

NeonatologiProfessor