Kai prasideda gimdymas, gimda turi koordinuoti ritmiškus, laiku atliekamus susitraukimus, kad kūdikis gimtų saugiai. Nors hormonai, tokie kaip progesteronas ir oksitocinas, yra pagrindiniai šio proceso veiksniai, mokslininkai jau seniai įtarė, kad fizinės jėgos – šiuo atveju tempimas ir spaudimas, lydintys nėštumą ir gimdymą – taip pat vaidina svarbų vaidmenį.
Dabar paskelbtas naujas „Scripps Research“ tyrimas Mokslasatskleidžia, kaip gimda jaučia ir reaguoja į tas jėgas molekuliniu lygmeniu. Išvados galėtų padėti mokslininkams geriau suprasti biologines būklių, tokių kaip sustojęs gimdymas ir priešlaikinis gimdymas, šaknis, o tai paskatins būsimas pastangas kurti gydymo būdus, kurie pagerintų motinos priežiūrą.
„Vaisiui augant, gimda smarkiai plečiasi, o tos fizinės jėgos pasiekia aukščiausią tašką gimdymo metu“, – sako vyresnysis autorius Ardemas Patapoutianas, Howardo Hugheso medicinos instituto tyrėjas ir Scripps Research prezidento neurobiologijos katedra.
„Mūsų tyrimas rodo, kad kūnas remiasi specialiais slėgio jutikliais, kad interpretuotų šiuos signalus ir paverstų juos koordinuota raumenų veikla.”
Patapoutianas pasidalino 2021 m. Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją už jutiklių, leidžiančių ląstelėms aptikti prisilietimą ir spaudimą, atradimą. Šie jutikliai yra specializuoti jonų kanalai, sudaryti iš baltymų PIEZO1 ir PIEZO2, kurie padeda organizmui aptikti ir reaguoti į fizinę jėgą.
Kaip slėgio jutikliai reguliuoja gimdymo susitraukimus
Šiame naujame tyrime Patapoutianas ir jo komanda nustatė, kad šie du baltymai gimdymo metu taip pat atlieka skirtingus, vienas kitą papildančius vaidmenis: PIEZO1 daugiausia aktyvus gimdos lygiuosiuose raumenyse, jaučia spaudimą, kai stiprėja susitraukimai, o PIEZO2 randamas gimdos kaklelio ir makšties jutiminiuose nervuose, kur jį aktyvuoja tempimas ir refleksinis susitraukimas iš vaisiaus gimdos nervo.
Veikdami kartu, baltymai fizinį tempimą ir spaudimą paverčia elektriniais ir cheminiais signalais, kurie padeda gimdai susitraukti suderintu ritmu. Kiekvienas iš jų gali iš dalies kompensuoti kitą, užtikrinant, kad gimdymas tęstųsi, net jei vienas kelias yra sutrikęs.
Naudodama pelių modelius, tyrimo grupė selektyviai pašalino PIEZO1 ir PIEZO2 iš gimdos arba jutimo nervų, supančių gimdos kaklelį ir makštį. Nėščioms pelėms implantuoti slėgio jutikliai fiksavo susitraukimų stiprumą ir ritmą natūralaus gimdymo metu.
Pelėms, kurioms trūksta abiejų baltymų, sumažėjo gimdos spaudimas ir vėlavo gimdymas, o tai rodo, kad lygiųjų raumenų ir nervų jutimas veikia bendradarbiaujant, o abiejų takų praradimas žymiai pablogina gimdymą.
Ląstelių koordinacija ir pasekmės žmonėms
Tolesnė analizė atskleidė, kad PIEZO aktyvumas reguliuoja connexin 43, baltymo, kuris sudaro tarpų jungtis, ekspresiją: mikroskopinius kanalus, jungiančius gretimas lygiųjų raumenų ląsteles, todėl jos susitraukia vieningai. Be PIEZO signalizacijos, connexin 43 lygis sumažėjo, o lygiųjų raumenų ląstelių koordinacija buvo pažeista.
„Connexin 43 yra laidai, leidžiantys visoms raumenų ląstelėms veikti kartu“, – sako pirmasis autorius Yunxiao Zhang, Patapoutian laboratorijos doktorantūros bendradarbis. „Kai tas ryšys susilpnėja, susitraukimai praranda stiprumą“.
Be to, žmogaus gimdos audinių mėginiai parodė panašius PIEZO1 ir PIEZO2 ekspresijos modelius kaip ir pelių, o tai rodo, kad panašus jėgos jutimo mechanizmas gali veikti ir žmonėms. Tai gali padėti paaiškinti tam tikras gimdymo komplikacijas, tokias kaip silpni ar nereguliarūs susitraukimai, kurie pailgina gimdymą.
Kartu išvados atitinka klinikinius stebėjimus, kad visiškas jutimo nervų blokada sukelia užsitęsusį gimdymą gimdymo metu.
„Klinikinėje praktikoje epidurinės injekcijos skiriamos kruopščiai kontroliuojamomis dozėmis, nes visiškai užblokavus jutimo nervus, gimdymas gali pailgėti“, – pažymi Zhang.
„Mūsų duomenys atspindi šį reiškinį; kai pašalinome jutiminį PIEZO2 kelią, susitraukimai susilpnėjo, o tai rodo, kad kai kurie nerviniai atsiliepimai skatina gimdymą.
Naujų darbo gydymo būdų potencialas
Tyrimo grupės rezultatai atveria galimybes tobulinti darbo valdymo ir skausmo malšinimo metodus. Jei mokslininkai gali nustatyti molekules, kurios saugiai moduliuoja PIEZO aktyvumą, vieną dieną jie gali prireikus slopinti arba sustiprinti gimdos susitraukimus.
Motinoms, kurioms gresia priešlaikinis gimdymas, PIEZO1 blokatorius (jei buvo sukurtas), kad sulėtintų susitraukimus, galėtų papildyti esamus vaistus, kurie atpalaiduoja raumenų audinį, ribodami kalcio patekimą į ląsteles. Ir atvirkščiai, junginys, aktyvuojantis PIEZO kanalus, gali padėti sustiprinti susitraukimus sustojus gimdymui.
Nors tokie klinikiniai pritaikymai tebėra toli, pagrindinis mokslas ir toliau formuojasi. Mokslininkų komanda dabar tiria, kaip PIEZO signalizacija sąveikauja su hormoniniais keliais, reguliuojančiais nėštumą.
Hormoninė sąveika ir ateities tyrimų kryptys
Ankstesni tyrimai parodė, kad progesteronas – hormonas, kuris nėštumo metu atpalaiduoja gimdą – gali slopinti konneksino 43 ekspresiją net tada, kai PIEZO kanalai yra aktyvūs, todėl susitraukimai neprasidės per anksti. Kai artimiausiu metu progesterono lygis mažėja, PIEZO varomi kalcio signalai gali padėti pradėti biologinių įvykių grandinę, kuri veda prie gimdymo.
„PIEZO kanalai ir hormoniniai signalai yra dvi tos pačios sistemos pusės“, – pabrėžia Zhang. „Hormonai nustato sceną, o jėgos jutikliai padeda nustatyti, kada ir kaip stipriai susitraukia gimda.
Būsimas darbas gilinsis į susijusius nervų kelius, nes ne visose jutimo skaidulose aplink gimdą yra PIEZO2. Kai kurie gali reaguoti į kitus dirgiklius ir tarnauti kaip atsarginės kopijos, kai nėra PIEZO2. Supratus, kurie jutimo nervai skatina gimdymą, o kurie perteikia skausmą, ilgainiui gali atsirasti tikslesnių skausmo kontrolės formų, kurios nelėtina gimdymo.
Šiuo metu išvados rodo, kad kūno gebėjimas jausti jėgą neapsiriboja prisilietimu ar pusiausvyra – tai taip pat gyvybiškai svarbi vienam iš svarbiausių biologinių įvykių gyvenime.
„Gimdymas yra procesas, kuriame koordinacija ir laikas yra viskas“, – sako Patapoutian. „Dabar pradedame suprasti, kaip gimda veikia ir kaip raumuo, ir kaip metronomas, siekiant užtikrinti, kad gimdymas vyktų pagal paties kūno ritmą.