Как ваш мозг выносит мусор?

В этой статье мы осветим глимфатическую систему: выделенную систему очистки отходов мозга. Система, замешанная в различные процессы, и нам давно пора познакомиться с ней более подробно.

Многие из нас относительно знакомы с лимфатической системой; она выполняет ряд функций, одна из которых - выведение отходов метаболизма из промежутков между клетками, которые называются интерстициальным пространством.

Однако центральная нервная система (ЦНС), которая включает головной и спинной мозг, не имеет настоящих лимфатических сосудов.

Поскольку ЦНС очень активен, метаболические отходы могут быстро накапливаться.

ЦНС также очень чувствительна к колебаниям окружающей среды, поэтому организму необходимо каким-то образом удалять клеточный мусор, и именно здесь вступает в действие глифатическая система.

До открытия этой мозговой системы вывоза мусора ученые считали, что каждая отдельная клетка справляется со своим собственными выделениями.

Если клеточная система перегружается или замедляется с возрастом, между клетками образуется метаболический мусор. В этот мусор входят такие продукты, как бета-амилоид - белок, связанный с болезнью Альцгеймера.

Бета-амилоид обладает антимикробными свойствами и может играть важную роль в защите головного мозга от инфекций /doi.org/10.1371/journal.pone.0009505 - прим. ред.

Астроглия

Термин «глимфатический» был придуман датским нейробиологом Майкеном Недергаардом, который открыл эту систему. Название является ссылкой на глиальные клетки, которые имеют жизненно важное значение для этой системы очистки от отходов.

Глиальные клетки получают относительно небольшой охват, по сравнению с нейронами, несмотря на то, что их так же много в мозге. Они долгое время считались чуть более чем непритязательными клетками поддержки, но теперь их уважают.

Глия защищает, питает и изолирует нейроны. Они также играют роль в иммунной системе и, как мы теперь знаем, в глифатической системе.

В частности, важен тип глиальной клетки, известный как астроглия. Рецепторы [называемые каналами аквапорина-4] на этих клетках позволяют спинномозговой жидкости (CSF) проникать в ЦНС, создавая ток, который шунтирует жидкость через систему.

CSF - прозрачная жидкость, которая окружает ЦНС, обеспечивая, среди прочего, механическую и иммунологическую защиту.

Глимфатическая система, которая работает параллельно артериям, также использует пульсацию крови в кровотоке, чтобы поддерживать движение.

Поскольку кровеносные сосуды расширяются ритмично, они управляют обменом смесей между интерстициальным пространством и CSF.

Глимфатическая система соединяется с лимфатической системой остальной части тела в твердой мозговой оболочке, толстой мембране соединительной ткани, которая покрывает ЦНС.

Важность сна

После открытия Недергаарда она провела серию экспериментов на мышах, чтобы лучше понять, как работает эта система и когда она наиболее активна. В частности, команда сосредоточилась на сне и болезни Альцгеймера.

Nedergaard и ее команда обнаружили, что глимфатическая система была наиболее загружена, когда животные спали. Они показали, что объем интерстициального пространства увеличился на 60%, когда мыши спали.

Это увеличение объема также стимулировало обмен CSF и интерстициальной жидкости, ускоряя удаление амилоида. Они пришли к выводу, что:

«Восстановительная функция сна может быть следствием усиленного удаления потенциально нейротоксичных отходов, которые накапливаются в бодрствующем состоянии».

Эта ранняя работа вызвала волну новых исследований, последнее из которых было опубликовано в этом месяце. Исследователи смотрели на влияние высокого артериального давления на функцию лимфатической системы.

Со временем высокое артериальное давление заставляет кровеносные сосуды терять свою эластичность, становясь все более жесткими. Поскольку регулярные пульсации артериальных стенок приводят в движение лимфатическую систему, это усиление препятствует ее функционированию.

Используя мышиную модель гипертонии, ученые продемонстрировали, что повышение жёсткости артерии, вызванное высоким артериальным давлением, мешало работе системы выведения мусора; это мешало ему эффективно избавляться от больших молекул в мозге, таких как бета-амилоид.

Это открытие может помочь объяснить, почему ученые обнаружили связьмежду повышенным артериальным давлением и снижением когнитивных функций и деменцией.

Болезнь Паркинсона

Ещё одно состояние, характеризующееся накоплением белка в мозге. В этом случае белок представляет собой альфа-синуклеин.

Это привело к тому, что некоторые исследователи задаются вопросом, может ли здесь также быть задействована глифатическая система.

При болезни Паркинсона нарушаются дофаминовые пути мозга. Эти пути играют важную роль в циклах сна и бодрствования и циркадных ритмах; поэтому люди с болезнью Паркинсона часто испытывают нарушения сна.

Обзор, опубликованный в Neuroscience & Biobehavioral Reviews, предлагает гипотезу, что нарушение режима сна может препятствовать удалению большого количества мусора, включая альфа-синуклеин, и способствовать его накоплению в мозге.

Черепно-мозговая травма

Хроническая травматическая энцефалопатия возникает в результате повторных ударов по голове; раньше его называли синдромом «пьяного 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 «Проблемы с началом сна и его поддержанием являются одними из наиболее часто встречающихся симптомов».

Как мы уже видели, это мешает глимфатическому клиренсу белков из интерстициального пространства во время сна.

В то же время, эти виды травм могут вызвать перемещение каналов аквапорина-4 - тех важных рецепторов астроглии, которые жизненно важны для глимфатического клиренса - в положение, которое препятствует удалению нежелательных белков из интерстициального пространства.

Авторы считают, что нарушение этой системы может «обеспечить одно звено в объяснительной цепочке, связывающей повторяющиеся травматические повреждения головного мозга с более поздней нейродегенерацией».

Сахарный диабет

Помимо возможной роли в неврологических состояниях, некоторые учёные исследовали, как нарушения в лимфатической системе могут быть связаны с когнитивными симптомами диабета.

Ученые показали, что диабет может влиять на ряд когнитивных функций, как на ранних стадиях развития заболевания, так и в дальнейшем.

Некоторые исследователи спрашивают, может ли здесь также быть задействована глифатическая система. Исследование, проведенное на мышах, использовало МРТ-сканирование для визуализации движения CSF в гиппокампе, части мозга, участвующей в формировании новых воспоминаний, среди других задач.

Ученые обнаружили, что у мышей с диабетом 2 типа клиренс CSF «замедлился в три раза». Они также обнаружили корреляцию между когнитивным дефицитом и нарушением глифатической системы - если мусор не очищался, навыки мышления были затруднены.

Старение

Когда мы стареем, определенный уровень когнитивного снижения почти неизбежен. Это связано с широким спектром факторов, и некоторые ученые считают, что глифатическая система может сыграть свою роль.

В исследовании, опубликованном в 2014 году, изучалась эффективность мышечной системы по мере их старения; Авторы обнаружили «резкое снижение эффективности».

В обзоре глимфатической системы и ее роли в болезнях и старении авторы пишут, что снижение активности в системе с возрастом может «способствовать накоплению неправильно свернутых и гиперфосфорилированных белков», увеличивая риск нейродегенеративных заболеваний и, возможно, обострение когнитивной дисфункции.

Мы до сих пор сравнительно мало знаем о глифатической системе. Однако, поскольку он очищает наш самый чувствительный и сложный орган, он, вероятно, в некоторой степени повлияет на наше общее состояние здоровья.

Глифатическая система может не содержать ответов на все наши вопросы о нейродегенеративных заболеваниях и за их пределами, но она может содержать ключ к некоторым новым интересным перспективам.

источник https://www.medicalnewstoday.com/articles/325493.php

редактура и адаптация Дмитрий Бобров