Как ваш мозг выносит мусор?
В этом обзоре мы представляем глимфатическую систему: специальную систему очистки мозга от отходов. Теперь, когда мы оказались в различных условиях, самое время познакомиться.
Многие из нас относительно знакомы с лимфатической системой; он выполняет ряд функций, одна из которых - удаление отходов метаболизма из промежутков между клетками, называемых межклеточным пространством.
Однако центральная нервная система (ЦНС), которая включает головной и спинной мозг, не имеет настоящих лимфатических сосудов.
Поскольку ЦНС очень активна, метаболические отходы могут быстро накапливаться.
ЦНС также очень чувствительна к колебаниям в окружающей среде, поэтому организму нужно каким-то образом удалять клеточный мусор, и здесь на помощь приходит глимфатическая система.
До открытия этой системы утилизации мусора на основе мозга ученые полагали, что каждая отдельная клетка обрабатывает свой собственный метаболический детрит.
Если по мере старения клеточная система становится перегруженной или замедляется, между клетками накапливается метаболический мусор. Этот мусор включает такие продукты, как бета-амилоид - белок, связанный с болезнью Альцгеймера.
Астроглия
Термин «глимфатический» был придуман Майкеном Недергаардом, датским нейробиологом, открывшим эту систему. Название является отсылкой к глиальным клеткам, которые жизненно важны для этой системы очистки отходов.
Глиальные клетки получают относительно небольшое покрытие по сравнению с нейронами, несмотря на то, что их так же много в головном мозге. Долгое время они считались ничем иным, как низкими ячейками поддержки, но теперь к ним относятся более высоко.
Глия защищает, питает и изолирует нейроны. Они также играют роль в иммунной системе и, как мы теперь знаем, в лимфатической системе.
В частности, важен тип глиальных клеток, известный как астроглия. Рецепторы, называемые каналами аквапорина-4, на этих клетках позволяют спинномозговой жидкости (CSF) перемещаться в ЦНС, создавая ток, который направляет жидкость через систему.
ЦСЖ - это прозрачная жидкость, которая окружает ЦНС, обеспечивая, помимо прочего, механическую и иммунологическую защиту.
Глимфатическая система, которая проходит параллельно артериям, также использует пульсацию циркулирующей крови, чтобы поддерживать движение.
Поскольку кровеносные сосуды ритмично расширяются, они стимулируют обмен соединениями между интерстициальным пространством и спинномозговой жидкостью.
Глимфатическая система соединяется с лимфатической системой остальной части тела через твердую мозговую оболочку, толстую оболочку соединительной ткани, которая покрывает ЦНС.
Важность сна
После открытия Недергаарда она провела серию экспериментов на мышах, чтобы лучше понять, как эта система работает и когда она наиболее активна. В частности, команда сосредоточилась на сне и болезни Альцгеймера.
Недергаард и ее команда обнаружили, что глимфатическая система была наиболее загружена, когда животные спали. Они показали, что объем межклеточного пространства увеличивался на 60%, пока мыши спали.
Это увеличение объема также усилило обмен спинномозговой жидкости и межклеточной жидкости, ускоряя удаление амилоида. Они пришли к выводу, что:
«Восстановительная функция сна может быть следствием усиленного удаления потенциально нейротоксичных продуктов жизнедеятельности, которые накапливаются во время бодрствования [ЦНС]».
Эта ранняя работа вызвала волну новых исследований, последнее из которых было опубликовано в этом месяце. Исследователи изучили влияние высокого кровяного давления на функцию лимфатической системы.
Со временем высокое кровяное давление приводит к тому, что кровеносные сосуды теряют эластичность, становясь все более жесткими. Поскольку регулярная пульсация артериальных стенок приводит в движение лимфатическую систему, это повышение жесткости препятствует ее работе.
Используя мышиную модель гипертонии, ученые продемонстрировали, что усиление жесткости артерий, вызванное высоким кровяным давлением, действительно мешает работе системы вывоза мусора; он не позволял ему эффективно избавляться от больших молекул в головном мозге, таких как бета-амилоид.
Это открытие может помочь объяснить, почему ученые обнаружили связь между повышенным артериальным давлением, снижением когнитивных функций и деменцией.
Болезнь Паркинсона
Болезнь Паркинсона - еще одно заболевание, характеризующееся накоплением белка в головном мозге. В этом случае белок представляет собой альфа-синуклеин.
Это заставило некоторых исследователей задуматься, может ли здесь быть замешана и глимфатическая система.
При болезни Паркинсона нарушаются дофаминовые пути мозга. Эти пути играют важную роль в циклах сна-бодрствования и циркадных ритмах; поэтому люди с болезнью Паркинсона часто испытывают нарушения сна.
Обзор опубликован в Неврология и биоповеденческие обзоры предполагает, что нарушенный режим сна может препятствовать глимфатическому удалению мусора, включая альфа-синуклеин, помогая ему накапливаться в мозге.
Травма головного мозга
Хроническая травматическая энцефалопатия возникает в результате многократных ударов по голове; раньше его называли синдромом «пьянство от удара», потому что он встречается у боксеров.
Симптомы могут включать потерю памяти, изменения настроения, спутанность сознания и снижение когнитивных функций.
Некоторые исследователи считают, что нарушения в работе лимфатической системы, вызванные травмой головного мозга, могут увеличить риск развития хронической травматической энцефалопатии.
Авторы обзора пишут, что после черепно-мозговой травмы «трудности с засыпанием и поддержанием сна являются одними из наиболее часто регистрируемых симптомов».
Как мы видели, это препятствует глимфатическому клиренсу белков из интерстициального пространства во время сна.
В то же время, эти типы травм могут вызвать перемещение каналов аквапорина-4 - тех важных рецепторов астроглии, которые имеют жизненно важное значение для глимфатического клиренса - в положение, которое препятствует удалению ненужных белков из интерстициального пространства.
Авторы считают, что нарушение этой системы может «обеспечить одно звено в объяснительной цепи, связывающей повторяющиеся [черепно-мозговые травмы] с более поздней нейродегенерацией».
Сахарный диабет
Помимо возможной роли в неврологических состояниях, некоторые исследователи исследовали, как нарушения в лимфатической системе могут быть вовлечены в когнитивные симптомы диабета.
Ученые показали, что диабет может влиять на ряд когнитивных функций как на ранних этапах развития болезни, так и в дальнейшем.
Некоторые исследователи спрашивают, может ли здесь участвовать и глимфатическая система. В исследовании, проведенном на мышах, использовалось сканирование МРТ для визуализации движения спинномозговой жидкости в гиппокампе, части мозга, участвующей в формировании новых воспоминаний, среди других задач.
Ученые обнаружили, что у мышей с диабетом 2 типа клиренс спинномозговой жидкости «замедлился в три раза». Они также обнаружили корреляцию между когнитивным дефицитом и нарушением глимфатической системы - если мусор не убирали, навыки мышления были затруднены.
Старение
С возрастом некоторый когнитивный спад почти неизбежен. Здесь задействован широкий спектр факторов, и некоторые ученые считают, что глимфатическая система может сыграть свою роль.
В исследовании, опубликованном в 2014 году, изучалась эффективность глимфатической системы мышей по мере их старения; авторы обнаружили «резкое снижение эффективности».
В обзоре глимфатической системы и ее роли в заболеваниях и старении авторы пишут, что снижение активности системы с возрастом может «способствовать накоплению неправильно свернутых и гиперфосфорилированных белков», увеличивая риск нейродегенеративных заболеваний и, возможно, обострение когнитивной дисфункции.
Мы все еще сравнительно мало знаем о глимфатической системе. Однако, поскольку он очищает наш самый чувствительный и сложный орган, он может в некоторой степени повлиять на наше общее состояние здоровья.
Глимфатическая система может не содержать ответов на все наши вопросы о нейродегенеративных заболеваниях и не только, но она может содержать ключ к некоторым интересным новым перспективам.
