Håll andan - upplysta nätverk inspirerar

Publicerat 2016-07-11 16:25. Uppdaterat 2016-07-25 10:47

Forskare från Karolinska Institutet under ledning av professor Eric Herlenius har identifierat en molekyl som hjälper oss att anpassa vår andning när blodgasnivåerna ändras. Resultatet, som publiceras i den vetenskapliga tidskriften eLife, kan bidra till förståelsen för varför vissa spädbarn får problem med andningen.

Det är livsviktigt att andningens generering och kontrollmekanismer fungerar korrekt. Om kroppen inte reagerar på ökade halter av koldioxid i blodet riskerar vi att drabbas av andningsstörningar, sjukdom eller panik. Tillståndet kan bli livshotande, och i värsta fall leda till (exempelvis) plötslig spädbarnsdöd.

För att öka kunskapen om de bakomliggande mekanismerna ville forskargruppen studera de neurala nätverk i hjärnstammen som styr andningen. De är svåråtkomliga vilket gjorde det nödvändigt att utveckla en ny metod. Forskarna lät en del av hjärnstammen från en mus växa till i en skål. Nerver och stödjande celler gjorde det möjligt för hjärnstamsbiten att fortsätta "andas" under tre veckor, samtidigt som forskarna kunde övervaka aktiviteten.

David Forsberg– Med vår nya hjärnstamskultur kunde vi för första gången visa att celler som ansvarar för andningen är organiserade i så kallade ”small world”-nätverk. Grupper av celler arbetar mycket nära varandra, och är sammankopplade via ytterligare celler som verkar fungerar som nav. Andningsaktiviteten bevarades i hela tre veckor, vilket gör att vår modell kan användas för långtidsstudier av andningens neurala nätverksaktivitet, säger David Forsberg, doktorand vid institutionen för kvinnors och barns hälsa, och försteförfattare av artikeln.

När forskarna sedan undersökte hur andningsmönstret förändrades vid höga nivåer av koldioxid upptäckte de att en inflammationsmolekyl, prostaglandin E2, frisattes i hjärnstammen. Beroende på var i hjärnstammen molekylen var aktiv, ökade eller minskade andningen. Prostaglandin E2 förändrade också andningens karaktär, så att antalet djupa andetag, "suckar", ökade.

Eftersom PGE2 frigörs under inflammation och feber, kan dessa tillstånd störa kroppens normala reaktioner på koldioxid. Därmed kan det ske farliga uppehåll i andningen.

Eric Herlenius

– Upptäckterna ger förklaringar till varför vissa barn får problem med andningen, särskilt vid inflammatoriska sjukdomar och infektioner. Samma molekyl råkar dessutom vara delaktig i den molekyldusch som bebisar utsätts för när de föds. Därför kan dess roll i andningskontrollen vara viktig för att dra de första djupa andetagen i livet, säger professor Eric Herlenius, som har lett forskagruppen.

Hur vill ni gå vidare med era resultat?

– Vi vill nu ta reda på hur inflammation förändrar hjärnstammens kontroll av andningen. Det är viktig kunskap för att forska fram nya sätt att rädda livet på spädbarn som har svårt att styra sin andning.

Publikation

CO2-evoked release of PGE2 modulates sighs and inspiration as demonstrated in brainstem organotypic culture
 David Forsberg, Zachi Horn, Evangelia Tserga, Erik Smedler, Gilad Silberberg, Yuri Shvarev, Kai Kaila, Per Uhlén, and Eric Herlenius

e-Life, publicerad online 5 juli 2016, doi: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.14170

Mediakontakter

 Eric Herlenius, Karolinska Institutet
Eric.Herlenius@ki.se
+46-(0)8-5177 5004 | 070-78 78987

 Emily Packer, eLife 
e.packer@elifesciences.org 
01223 855373

Pediatrik