Jak twój mózg wyrzuca śmieci?
W tym artykule prezentacyjnym przedstawiamy system glimfatyczny: specjalny system usuwania odpadów w mózgu. Teraz uwikłany w różne warunki, najwyższy czas, abyśmy się poznali.
Wielu z nas stosunkowo dobrze zna układ limfatyczny; pełni szereg ról, z których jedną jest usuwanie odpadów metabolicznych z luk między komórkami, zwanych przestrzenią śródmiąższową.
Jednak ośrodkowy układ nerwowy (OUN), który obejmuje mózg i rdzeń kręgowy, nie ma żadnych prawdziwych naczyń limfatycznych.
Ponieważ OUN jest bardzo aktywny, produkty przemiany materii mogą szybko się gromadzić.
OUN jest również bardzo wrażliwy na wahania w swoim środowisku, więc organizm musi jakoś usuwać śmieci komórkowe i tam właśnie wkracza system glimfatyczny.
Przed odkryciem tego opartego na mózgu systemu usuwania śmieci, naukowcy wierzyli, że każda pojedyncza komórka ma swój własny metaboliczny odpad.
Gdyby system komórkowy został przeciążony lub spowolniony w miarę starzenia się, między komórkami gromadziłyby się metaboliczne śmieci. Te śmieci zawierają produkty takie jak beta-amyloid - białko związane z chorobą Alzheimera.
Astroglia
Termin „glimfatyczny” został wymyślony przez Maikena Nedergaarda, duńskiego neuronaukowca, który odkrył ten system. Nazwa jest odniesieniem do komórek glejowych, które są niezbędne w tym systemie oczyszczania odpadów.
Komórki glejowe mają stosunkowo niewielkie pokrycie w porównaniu z neuronami, mimo że są tak samo liczne w mózgu. Przez długi czas uważano je za niewiele więcej niż komórki o niskim poziomie wsparcia, ale obecnie cieszą się większym szacunkiem.
Glia chroni, odżywia i izoluje neurony. Odgrywają również rolę w układzie odpornościowym i, jak teraz wiemy, w układzie glimfatycznym.
W szczególności ważny jest rodzaj komórek glejowych zwanych astroglejami. Receptory, zwane kanałami akwaporyny-4, na tych komórkach umożliwiają przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) do OUN, tworząc prąd, który przetacza płyn przez system.
Płyn mózgowo-rdzeniowy to przezroczysty płyn otaczający OUN, zapewniający mu między innymi ochronę mechaniczną i immunologiczną.
System glimfatyczny, który biegnie równolegle do tętnic, również wykorzystuje pulsowanie krwi w krążeniu, aby pomóc w poruszaniu się.
Gdy naczynia krwionośne rozszerzają się rytmicznie, kierują wymianą związków między przestrzenią śródmiąższową a płynem mózgowo-rdzeniowym.
Układ glimfatyczny łączy się z układem limfatycznym pozostałej części ciała w oponie twardej, grubej błonie tkanki łącznej pokrywającej OUN.
Znaczenie snu
Po odkryciu Nedergaarda przeprowadziła serię eksperymentów na myszach, aby lepiej zrozumieć, jak działa ten system i kiedy jest najbardziej aktywny. W szczególności zespół skupił się na śnie i chorobie Alzheimera.
Nedergaard i jej zespół odkryli, że układ glimfatyczny był najbardziej obciążony, gdy zwierzęta spały. Wykazali, że objętość przestrzeni śródmiąższowej wzrosła o 60%, gdy myszy spały.
Ten wzrost objętości pobudził również wymianę płynu mózgowo-rdzeniowego i płynu śródmiąższowego, przyspieszając usuwanie amyloidu. Doszli do wniosku, że:
„Przywracająca funkcja snu może być konsekwencją zwiększonego usuwania potencjalnie neurotoksycznych produktów przemiany materii, które gromadzą się na jawie [OUN]”.
Ta wczesna praca zainspirowała falę nowych badań, z których najnowsze opublikowano w tym miesiącu. Naukowcy przyjrzeli się wpływowi wysokiego ciśnienia krwi na funkcję układu chłonnego.
Z biegiem czasu wysokie ciśnienie krwi powoduje, że naczynia krwionośne tracą elastyczność i stają się coraz bardziej sztywne. Ponieważ regularne pulsowanie ścian tętnic napędza układ glimfatyczny, usztywnienie to utrudnia jego funkcjonowanie.
Korzystając z mysiego modelu nadciśnienia tętniczego, naukowcy wykazali, że usztywnienie tętnic wywołane wysokim ciśnieniem krwi wpłynęło na sposób działania systemu usuwania śmieci; uniemożliwił mu skuteczne pozbywanie się dużych cząsteczek w mózgu, takich jak beta-amyloid.
To odkrycie może pomóc wyjaśnić, dlaczego naukowcy odkryli związek między podwyższonym ciśnieniem krwi a osłabieniem funkcji poznawczych i demencją.
Choroba Parkinsona
Choroba Parkinsona to kolejny stan charakteryzujący się gromadzeniem się białka w mózgu. W tym przypadku białkiem jest alfa-synukleina.
To skłoniło niektórych badaczy do zastanowienia się, czy system glimfatyczny również może być tu zamieszany.
W chorobie Parkinsona dochodzi do zakłócenia szlaków dopaminy w mózgu. Szlaki te odgrywają ważną rolę w cyklach snu i czuwania i rytmach dobowych; dlatego osoby z chorobą Parkinsona często doświadczają zaburzeń snu.
Recenzja opublikowana w Neuroscience & Biobehavioral Reviews Sugeruje, że zakłócone wzorce snu mogą utrudniać usuwanie resztek tkanki limfatycznej, w tym alfa-synukleiny, pomagając jej gromadzić się w mózgu.
Uraz mózgu
Przewlekła pourazowa encefalopatia jest następstwem powtarzających się uderzeń w głowę; Kiedyś nazywano go syndromem „pijanego ponczu”, ponieważ występuje u bokserów.
Objawy mogą obejmować utratę pamięci, zmiany nastroju, dezorientację i osłabienie funkcji poznawczych.
Niektórzy badacze uważają, że zakłócenia w układzie chłonnym spowodowane urazem mózgu mogą zwiększać ryzyko rozwoju przewlekłej pourazowej encefalopatii.
Autorzy przeglądu piszą, że po urazowym uszkodzeniu mózgu „trudności z zasypianiem i utrzymaniem snu należą do najczęściej zgłaszanych objawów”.
Jak widzieliśmy, zakłóca to klirens glimfatyczny białek z przestrzeni śródmiąższowej podczas snu.
Jednocześnie tego typu urazy mogą powodować przemieszczenie kanałów akwaporyny-4 - tych ważnych receptorów na astrogleju, które są niezbędne dla oczyszczania glimfatycznego - do pozycji, która utrudnia usuwanie zbędnych białek z przestrzeni śródmiąższowej.
Autorzy uważają, że zakłócenie tego systemu może „zapewnić jedno ogniwo w łańcuchu wyjaśniającym łączącym powtarzające się [urazowe uszkodzenie mózgu] z późniejszą neurodegeneracją”.
Cukrzyca
Oprócz możliwej roli w chorobach neurologicznych, niektórzy badacze badali, w jaki sposób zaburzenia w układzie glimfatycznym mogą mieć wpływ na poznawcze objawy cukrzycy.
Naukowcy wykazali, że cukrzyca może wpływać na szereg funkcji poznawczych, zarówno na wczesnym etapie rozwoju choroby, jak i później.
Niektórzy badacze pytają, czy może tu być również zaangażowany układ glimfatyczny. W badaniu przeprowadzonym na myszach wykorzystano skany MRI do wizualizacji ruchu płynu mózgowo-rdzeniowego w hipokampie, części mózgu zaangażowanej między innymi w tworzenie nowych wspomnień.
Naukowcy odkryli, że u myszy z cukrzycą typu 2 klirens płynu mózgowo-rdzeniowego „był trzykrotnie spowolniony”. Odkryli również korelację między deficytami poznawczymi a upośledzeniem układu glimfatycznego - jeśli śmieci nie były usuwane, umiejętności myślenia były utrudnione.
Starzenie się
Wraz z wiekiem pewien poziom pogorszenia funkcji poznawczych jest prawie nieunikniony. Istnieje wiele różnych czynników, a niektórzy naukowcy uważają, że układ glimfatyczny może odgrywać rolę.
W badaniu opublikowanym w 2014 r. Badano efektywność układu glimfatycznego myszy w miarę starzenia się; autorzy stwierdzili „dramatyczny spadek wydajności”.
W przeglądzie układu glimfatycznego i jego roli w chorobach i starzeniu się autorzy piszą, że zmniejszona aktywność w systemie wraz z wiekiem może „przyczyniać się do gromadzenia nieprawidłowo sfałdowanych i hiperfosforylowanych białek”, zwiększając ryzyko chorób neurodegeneracyjnych i być może zaostrzające się dysfunkcje poznawcze.
Nadal stosunkowo niewiele wiemy o układzie glimfatycznym. Jednak ponieważ oczyszcza nasz najbardziej wrażliwy i złożony organ, prawdopodobnie w pewnym stopniu wpłynie na nasze ogólne zdrowie.
System glimfatyczny może nie zawierać odpowiedzi na wszystkie nasze pytania dotyczące chorób neurodegeneracyjnych i nie tylko, ale może zawierać klucz do kilku interesujących nowych perspektyw.
