Некоторые биологические эффекты ультразвука при взаимодействии с органами брюшной полости

    По данным публикации в журнале Nature Communications за март 2019 - Noninvasive sub-organ ultrasound stimulation for targeted neuromodulation / Неинвазивная суборганная ультразвуковая стимуляция для направленной нейромодуляции - внешняя ссылка

    Инструменты для неинвазивной модуляции нейронной передачи сигналов в периферических органах улучшат изучение нервов и их влияния на гомеостаз и заболевание. В данной статье демонстрируется неинвазивный метод модуляции специфических сигнальных путей в органах с помощью ультразвука (УЗ). Так УЗ-стимуляция селезенки приводит для модуляции холинергического противовоспалительного пути (CAP), и снижает цитокиновый ответ на эндотоксин до тех же уровней, что и стимуляция блуждающего нерва на основе имплантатов (VNS). В свою очередь, УЗ-стимуляция печени модулирует пути, регулирующие уровень глюкозы в крови и столь же эффективна, как и VNS, в подавлении гипергликемического эффекта воздействия эндотоксина. Этот ответ на УЗ-стимуляцию печени обнаруживается только при нацеливании на определенные суборганные области, о которых известно, что они содержат сенсорные нейроны глюкозы; как молекулярные (то есть концентрация нейротрансмиттера и экспрессия cFOS), так и результаты нейровизуализации указывают на индуцированную УЗ передачу сигналов связанным с метаболизмом ядрам гипоталамуса. Эти данные демонстрируют, что УЗ-стимуляция в органах обеспечивает новый метод селективной нейромодуляции для регуляции определенных физиологических функций.

    Каждый орган содержит нервы, которые регулируют функцию органа. Разрабатываются новые медицинские устройства, которые модулируют сигналы в таких нервах для лечения заболеваний (например, воспалительных процессов, гипертонии, диабета, ожирения и желудочно-кишечных расстройств). Однако стратегии стимуляции нервов с использованием постоянно имплантированных электродов, чрескожных электромагнитных полей или адаптированных технологий стимуляции мозга ограничиваются стимуляцией больших нервов или поверхностно расположенных нервов, к которым может получить доступ имплантированное устройство.

    В предыдущих попытках с целью использования УЗ для прямой стимуляции одних только периферических нервов фокусировали энергию УЗ на тех же самых больших (внеорганнных) нервах, где были размещены имплантированные электроды, и эта стратегия привела к противоречивым результатам. Было показано, что УЗ, сфокусированный на нервах ex vivo, стимулирует нервы (т.е. вызывает потенциалы действия) при ограниченном наборе условий или при силах, которые могут вызвать повреждение нерва и / или окружающей ткани. В то же время исследования in vivo либо не смогли выявить активацию нерва, либо использовали косвенные методы подтверждения активации нерва по нервно-мышечным путям(т. е. путем измерения индуцированных УЗ сигналов ЭМГ или движения мышц). Также было несколько сообщений, которые продемонстрировали успешную активацию конечных аксонов или нервных окончаний в ткани мозга и сетчатки. И недавно группа Okusa продемонстрировала активацию холинергического противовоспалительного пути (CAP) с использованием УЗИ селезенки; а также успешное предотвращение ишемически-реперфузионного повреждения почек на мышиной модели острого повреждения почек (ОПП) с использованием УЗИ. Группа связала данный эффект ультразвука с активацией CAP посредством серии контрольных экспериментов, включая спленэктомию, исследование адоптивного переноса CD4 (+) T-клеток, блокаду никотинового ацетилхолинового рецептора а7 и генетический нокаут(*нокаут гена - "выключение" гена).

    В данной работе энергия УЗ(не УЗИ) была направлена непосредственно на конкретные анатомические мишени нервной иннервации в селезенке и печени. Как уже говорилось выше, нервная иннервация в селезенке, как полагают, влияет на системное воспаление через CAP. Считается, что нервы в печени связываются с мозгом и обеспечивают важнейший компонент восприятия питательных веществ в системе глюкорегуляции. Данная работа демонстрирует, что оба пути могут быть модулированы с помощью УЗ, и что неинвазивный метод УЗ-стимуляции облегчает индуцированную эндотоксином продукцию цитокинов и гипергликемию на уровнях, соизмеримых с традиционными, инвазивными VNS. Кроме того, в отличие от шейной VNS (которая широко стимулирует множественные вагусные пути), точная ультразвуковая нейромодуляция позволяет раздельно модулировать селезеночный (противовоспалительный) и печеночный (метаболический) пути. Данные по стимуляции селезенки демонстрируют четкую ультразвуковую «дозовую реакцию» на норэпинефрин с четким уровнем мощности, необходимым для снижения цитокинов в модели эндотоксина, и эффективным диапазоном мощности, соразмерным с потенциальным клиническим применением. Данные селезеночной и печеночной стимуляции представлены прямыми измерениями УЗ-индуцированной нейромодуляции (то есть концентрации нейротрансмиттеров в экспериментах селезенки и данных cFOS и DfMRI в экспериментах на печени), а также косвенными измерениями влияния на передачу сигналов вниз по течению. пути (т.е. киназная активность для нескольких важных / соответствующих внутриклеточных сигнальных путей). Наконец, эксперименты по химическому / механическому блокированию и генетическому нокауту показаны для нескольких сигнальных компонентов в селезеночном пути, и представлены данные о влиянии этих нокаутов на вызванную ультразвуком активацию CAP. Эти результаты в сочетании с результатами другой статьи в этом же выпуске журнала - Zachs et al. (которая демонстрирует использование УЗ-стимуляции селезенки для снижения тяжести заболевания в доклинической модели воспалительного артрита), предоставляют наиболее полный на сегодняшний день доклад о возможностях точной ультразвуковой стимуляции для замены имплантируемых устройств для трансляции периферической нейромодуляционной терапии.

    *К вопросу о "потенциальном" вреде УЗИ, дисрегуляционном биологическом эффекте на системы организма. Если я всё правильно понял, то воздействие ультразвука на печень может вызвать в том числе гипергликемию?!

    *комментарии редактора