Як ваш мозок вивозить сміття?
У цьому центрі уваги ми представляємо глімфатичну систему: спеціальну систему очищення відходів мозку. Зараз задіяний в різних умовах, настав час, щоб ми познайомилися.
Багато з нас відносно знайомі з лімфатичною системою; він виконує ряд ролей, одна з яких - очищення метаболічних відходів від проміжків між клітинами, які називають інтерстиціальним простором.
Однак центральна нервова система (ЦНС), яка включає головний та спинний мозок, не має справжніх лімфатичних судин.
Оскільки ЦНС є дуже активною, метаболічні відходи можуть швидко накопичуватися.
ЦНС також дуже чутлива до коливань у своєму середовищі, тому організм повинен якось прибирати клітинне сміття, і саме тут надходить глімфатична система.
До відкриття цієї системи утилізації сміття на основі мозку вчені вважали, що кожна окрема клітина обробляє свій власний метаболічний детрит.
Якби клітинна система перевантажувалася або сповільнювалась у міру старіння, метаболічне сміття накопичувалося б між клітинами. Це сміття включає такі продукти, як бета-амілоїд - білок, пов’язаний із хворобою Альцгеймера.
Астроглія
Термін "глімфатичний" був придуманий Майкеном Недергаардом, датським нейрологом, який відкрив систему. Назва є посиланням на гліальні клітини, які є життєво важливими для цієї системи очищення відходів.
Гліальні клітини отримують відносно невелике покриття в порівнянні з нейронами, незважаючи на те, що вони так само численні в мозку. Їх довгий час вважали трохи більше, ніж низько підтримуючими клітинами, але зараз вони вищі у увазі.
Глія захищає, живить і ізолює нейрони. Вони також відіграють роль в імунній системі та, як ми зараз знаємо, глімфатичній системі.
Зокрема, важливий тип гліальних клітин, відомий як астроглія. Рецептори, звані каналами аквапорину-4, на цих клітинах дозволяють ліквору (ЦСЖ) рухатися в ЦНС, створюючи струм, який шунтує рідину через систему.
СМЖ - це прозора рідина, яка оточує ЦНС, забезпечуючи, серед іншого, механічний та імунологічний захист.
Глімфатична система, яка проходить паралельно артеріям, також використовує пульсування крові в циркуляції, щоб допомогти рухатись.
По мірі ритмічного розширення кровоносних судин вони забезпечують обмін сполуками між інтерстиціальним простором та ліквором.
Глімфатична система з'єднується з лімфатичною системою решти тіла у твердої мозкової оболонки, товстої мембрани сполучної тканини, яка покриває ЦНС.
Важливість сну
Після відкриття Недергаард вона провела серію експериментів на мишах, щоб розвинути краще розуміння того, як ця система працювала і коли вона була найактивнішою. Зокрема, команда зосередилася на режимі сну та хвороби Альцгеймера.
Недергаард та її команда виявили, що глімфатична система була найбільш зайнятою, коли тварини спали. Вони показали, що обсяг проміжного простору збільшився на 60%, поки миші спали.
Це збільшення обсягу також сприяло обміну ліквору та міжтканинної рідини, прискорюючи виведення амілоїду. Вони дійшли висновку, що:
"Відновлювальна функція сну може бути наслідком посиленого виведення потенційно нейротоксичних відходів, які накопичуються в неспанні [ЦНС]".
Ця рання робота надихнула на хвилю нових досліджень, остання з яких була опублікована цього місяця. Дослідники вивчали вплив високого кров'яного тиску на функцію глімфатичної системи.
З часом високий кров’яний тиск призводить до того, що судини втрачають свою еластичність, стаючи дедалі жорсткішими. Оскільки регулярне пульсування артеріальних стінок рухає глімфатичну систему, це посилення перешкоджає її функції.
Використовуючи мишачу модель гіпертонії, вчені продемонстрували, що посилення артеріального тиску, спричинене високим кров'яним тиском, заважало роботі системи сміття; це заважало йому ефективно позбуватися великих молекул мозку, таких як бета-амілоїд.
Цей висновок може допомогти пояснити, чому вчені виявили зв’язок між підвищеним кров’яним тиском та зниженням когнітивних функцій та деменцією.
Хвороба Паркінсона
Хвороба Паркінсона - ще один стан, що характеризується накопиченням білка в мозку. У цьому випадку білком є альфа-синуклеїн.
Це змусило деяких дослідників задуматись, чи не може тут бути причетна і глімфатична система.
При хворобі Паркінсона відбувається порушення роботи дофамінових шляхів мозку. Ці шляхи відіграють важливу роль у циклах сну і неспання та циркадних ритмах; тому люди з хворобою Паркінсона часто відчувають порушення сну.
Огляд, опублікований в Огляди неврології та біо поведінки припускає, що порушений режим сну може перешкоджати глімфатичному видаленню сміття, включаючи альфа-синуклеїн, допомагаючи йому накопичуватися в мозку.
Травма мозку
Хронічна травматична енцефалопатія виникає в результаті повторних ударів по голові; раніше його називали синдромом «п’яного удару», оскільки він виникає у боксерів.
Симптомами можуть бути втрата пам’яті, зміна настрою, сплутаність свідомості та зниження когнітивних функцій.
Деякі дослідники вважають, що порушення роботи глімфатичної системи, спричинені травмою головного мозку, можуть збільшити ризик розвитку хронічної травматичної енцефалопатії.
Автори огляду пишуть, що після черепно-мозкової травми "труднощі із настанням сну та підтриманням його стану є одними із найбільш часто повідомляваних симптомів".
Як ми бачили, це заважає глімфатичному кліренсу білків з інтерстиціального простору під час сну.
У той же час, ці типи пошкоджень можуть спричинити переміщення каналів аквапорину-4 - тих важливих рецепторів астроглії, які життєво важливі для кліренсу глімфатичних процесів, - у положення, яке перешкоджає виведенню небажаних білків з інтерстиціального простору.
Автори вважають, що порушення цієї системи може "забезпечити одну ланку пояснювального ланцюга, що з'єднує повторювані [черепно-мозкові травми] з пізнішою нейродегенерацією".
Діабет
Окрім можливої ролі в неврологічних станах, деякі дослідники досліджували, як порушення в роботі глімфатичної системи можуть впливати на когнітивні симптоми діабету.
Вчені довели, що діабет може впливати на цілий ряд когнітивних функцій як на початку розвитку хвороби, так і далі.
Деякі дослідники запитують, чи може тут бути задіяна і глімфатична система. Дослідження, проведене на мишах, використовувало МРТ для візуалізації руху ліквору в гіпокампі, частині мозку, що займається формуванням нових спогадів, серед інших завдань.
Вчені виявили, що у мишей, хворих на діабет 2 типу, кліренс ліквору «сповільнювався в три рази». Вони також виявили взаємозв'язок між когнітивними дефіцитами та порушенням глімфатичної системи - якщо сміття не очищалося, навички мислення заважали.
Старіння
З віком певний рівень когнітивного спаду майже неминучий. Задіяний широкий спектр факторів, і деякі вчені вважають, що глімфатична система може зіграти свою роль.
Дослідження, опубліковане в 2014 році, досліджувало ефективність глімфатичних систем мишей у процесі їх старіння; автори виявили "різке зниження ефективності".
В огляді глімфатичної системи та її ролі у захворюваннях та старінні автори пишуть, що знижена активність у системі у міру старіння може «сприяти накопиченню неправильно складених та гіперфосфорильованих білків», збільшуючи ризик нейродегенеративних захворювань та, можливо, загострення когнітивної дисфункції.
Ми все ще порівняно мало знаємо про глімфатичну систему. Однак, оскільки він очищає наш найчутливіший і найскладніший орган, він певною мірою може вплинути на наше загальне здоров’я.
Глімфатична система може не містити відповідей на всі наші запитання про нейродегенеративні захворювання та не тільки, але вона може містити ключ до деяких нових цікавих перспектив.
