核心肌肉活动迅速调节大脑中的血流

通过运动、锻炼甚至咳嗽来激活核心肌肉，可能是调节大脑血流的关键因素。当身体运动时，腹部肌肉的收缩会增加通过脊柱连接到大脑的血管压力。宾夕法尼亚州立大学的一项新研究表明，压力增加会使大脑主要静脉极快收缩，瞬间增加血流。研究团队指出，理解大脑血流调节如何受身体运动影响，有助于解释运动与大脑健康之间的联系，或为何偏头痛和头痛在运动时会加重。

本周，一篇描述该研究的论文发表在《美国国家科学院院刊》上，研究对象是小鼠。

研究人员表示，日常行为不断改变身体的机械状态。走路、跑步或不自主的动作，如呼吸或咳嗽，都可能改变全身的压力。团队表示，这项工作揭示了正常大脑生理中一个此前被低估的方面——血流不仅由局部信号调节，还与身体其他部位的运动相关联——并为理解大脑与身体的相互作用提供了新的框架。

“大脑可能在颅骨内部受到保护，但它并未与身体其他部分产生的机械力隔离开来，” Qingguang Zhang说，他当时是宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学助理研究教授，目前是密歇根州立大学生理学助理教授。 论文的第一作者。“我们对静脉对运动反应的速度和持续性感到惊讶。大脑常被研究为其循环系统独立于身体其他部分。我们的研究结果显示，身体产生的机械信号可以立即影响颅内循环。”

虽然研究是在小鼠身上进行的，团队解释说，人类的生理结构极为相似。他们怀疑腹部收缩、运动和大脑血流之间的关系在人类中也类似。

宾夕法尼亚州立大学生物学、工程科学与力学、神经外科和生物医学工程教授兼研究团队负责人Patrick Drew将这些连接与城市供水系统进行了比较。

例如，在大脑中，活跃区域需要比未被使用的大脑区域更多的血液供应。这种精细控制通过三种血管实现：动脉、毛细血管和静脉。动脉将含氧血液从肺部输送到毛细血管，毛细血管将氧气和其他营养物质转化为二氧化碳和细胞器官的废物。血液随后通过静脉返回肺部，重新开始这个过程。

Drew说，“动脉和毛细血管周围有肌肉，肌肉可以收缩以控制血液通过的量，因此通常被认为是血液流动的主要调节者” ，他同时也是宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所的副主任。“如果大脑某个区域需要更多血液，它可以向动脉和毛细血管发送化学信号，促使它们放松并增加血液流动。静脉肌肉较少，因此我们惊讶地看到上矢状窦——一条沿着大脑顶部的大静脉及其连接静脉，收缩速度异常快。”

团队观察到，大脑静脉收缩与小鼠正常运动时腹肌的激活相关。在之前的一项研究中，团队显示腹部肌肉收缩会导致身体压力变化，轻微推动大脑，帮助循环环绕大脑的脑脊液。这项新研究确立了腹部肌肉与大脑血流调节之间的直接联系，证明静脉积极参与其中。动脉收缩发生在一秒或几秒的时间尺度上，但静脉收缩速度更快，约在十分之一秒内，以应对腹部肌肉的使用。

Zhang说“静脉不仅仅是被动的管道，”。“当我们思考脑血流调节时，往往会特别关注动脉。我们的结果凸显了循环的另一面。血液离开大脑时的变化同样具有动态性和生理意义。”

这些静脉位于包围并保护大脑的硬脑膜中。研究人员解释说，虽然大脑本身没有痛觉受体，但硬脑膜中存在一些被认为与头痛和偏头痛相关的痛觉受体，这些受运动和血流影响。

Drew说“我们有兴趣了解控制大脑血液流动的基本机制”。“就像一个优秀的机械师必须了解汽车的工作原理，才能诊断和修复发动机问题，我们也希望了解大脑中的血流，这样未来更容易识别问题，并可能开发出治疗和治愈方法” 。

除了Drew和Zhang，研究团队还包括Drew实验室的博士后研究员。

该研究由美国国立卫生研究院神经疾病与中风研究所资助，资金来源包括R01NS078168和U19NS128613、美国心脏协会以及亨利·福特健康和密歇根州立大学健康科学的神经科学种子资金。