Atmung als Schlüssel zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts im Gehirn
Eine angemessene Sauerstoffversorgung ist für die ordnungsgemäße Funktion des Gehirns von entscheidender Bedeutung, und Sauerstoffmangel im Gewebe ist eine bekannte Begleiterscheinung menschlicher Krankheiten und des Alterns. Aus diesem Grund besteht ein großes Interesse an der Untersuchung der Dynamik der zerebralen Sauerstoffversorgung.
Es gibt jedoch eine Lücke in unserem Verständnis darüber, wie Verhalten, z. B. natürliche Übungen wie Fortbewegung, die zerebrale Sauerstoffversorgung beeinflusst. Wie die zerebrale Sauerstoffdynamik bei verhaltensorientierten Tieren gesteuert wird, ist jedoch nach wie vor unklar.
Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams legt nahe, dass das Blut im Gegensatz zum allgemeinen Wissen mehr Sauerstoff in das Gehirn von Mäusen bringen kann, wenn diese Sport treiben, da die erhöhte Atmung mehr Sauerstoff in das Hämoglobin einlagert.
Die einzige Möglichkeit, mehr Sauerstoff in das Gehirn zu bringen, wäre, mehr Blut in das Gehirn zu bringen, indem man den Blutfluss erhöht. Die Wissenschaftler wollten wissen, wie der Sauerstoffgehalt des Gehirns durch natürliche Verhaltensweisen, insbesondere durch Sport, beeinflusst wird.
Das Atemmuster ändert sich während kognitiver Aufgaben. Die Atmungsphase passt sich an die jeweilige Aufgabe an. Im Gehirn geht eine Zunahme der neuronalen Aktivität in der Regel mit einer Zunahme des Blutflusses einher.
Was jedoch im Inneren des Körpers geschieht, ist noch unbekannt. Daher verwendeten die Wissenschaftler Mäuse, die wahlweise auf einem Laufband gehen oder laufen konnten, und überwachten ihre Atmung, die neuronale Aktivität, den Blutfluss und die Sauerstoffversorgung des Gehirns.
Qing Guang Zhang, Postdoktorandin in Ingenieurwissenschaften und Mechanik, sagte: „Wir sagten voraus, dass die Sauerstoffversorgung des Gehirns von der neuronalen Aktivität und dem Blutfluss abhängen würde. Wir erwarteten, dass der Sauerstoffgehalt im frontalen Kortex des Gehirns sinken würde, wenn der Blutfluss abnimmt.“
„Wir dachten, das würde passieren, aber dann stellten wir fest, dass es die Atmung war, die den Sauerstoffgehalt aufrecht erhielt.“
„Das kann nur passieren, wenn das Blut durch die Bewegung mehr Sauerstoff transportiert, was bedeuten würde, dass das Blut normalerweise nicht vollständig mit Sauerstoff gesättigt ist.“
Die Wissenschaftler beobachteten die Sauerstoffversorgung im somatosensorischen Kortex, im frontalen Kortex und im Riechkolben, da dies die am besten zugänglichen Bereiche des Gehirns sind. Mit verschiedenen Techniken wurden die Atmung, der Blutfluss und die Oxygenierung verfolgt.
Die Wissenschaftler stellten fest: „Die Oxygenierung hielt an, wenn die neuronale Aktivität und die funktionelle Hyperämie (Anstieg des Blutflusses) blockiert waren, trat sowohl im Gewebe als auch in den Arterien auf, die das Gehirn versorgen, und war eng mit der Atmungsrate und der Phase des Atmungszyklus korreliert.“
Die Studie ist in Nature Communications veröffentlicht.