Jak váš mozek vynese odpadky?
V tomto Spotlightu představujeme glymfatický systém: specializovaný systém čištění odpadu v mozku. Nyní zapleteni do různých podmínek, je nejvyšší čas, abychom se seznámili.
Mnoho z nás je relativně obeznámeno s lymfatickým systémem; vykonává řadu rolí, z nichž jednou je odstraňování metabolického odpadu z mezer mezi buňkami, které se označuje jako intersticiální prostor.
Centrální nervový systém (CNS), který zahrnuje mozek a míchu, však nemá žádné skutečné lymfatické cévy.
Protože CNS je vysoce aktivní, může se rychle hromadit metabolický odpad.
CNS je také velmi citlivý na výkyvy v jeho prostředí, takže tělo musí nějak odstranit buněčné odpadky, a právě tam vstupuje glyfatický systém.
Před objevením tohoto systému nakládání s odpadky na základě mozku se vědci domnívali, že každá jednotlivá buňka zvládá svůj vlastní metabolický detritus.
Pokud by došlo k přetížení nebo zpomalení buněčného systému, jak jsme stárli, hromadil by se mezi buňkami metabolický odpad. Tento odpad zahrnuje produkty, jako je beta-amyloid - protein spojený s Alzheimerovou chorobou.
Astroglia
Pojem „glymfatický“ vytvořil Maiken Nedergaard, dánský neurolog, který systém objevil. Název je odkazem na gliové buňky, které jsou životně důležité pro tento systém čištění odpadu.
Gliové buňky mají relativně malé pokrytí ve srovnání s neurony, přestože jsou stejně početné v mozku. Dlouho byly považovány za málo více než buňky s nízkou podporou, ale nyní jsou považovány za vysoce ceněné.
Glia chrání, vyživuje a izoluje neurony. Hrají také roli v imunitním systému a, jak nyní víme, v glymfatickém systému.
Zejména je důležitý typ gliových buněk známých jako astroglie. Receptory, nazývané kanály aquaporin-4, na těchto buňkách umožňují, aby se mozkomíšní mok (CSF) pohyboval do CNS a nastavoval proud, který přesouvá tekutinu systémem.
CSF je čirá tekutina, která obklopuje CNS a poskytuje jí mimo jiné mechanickou a imunologickou ochranu.
Glymfatický systém, který běží paralelně s tepnami, také využívá pulzování krve v oběhu, aby pomohl udržet věci v pohybu.
Jak se krevní cévy rytmicky rozšiřují, řídí výměnu sloučenin mezi intersticiálním prostorem a mozkomíšním mozkem.
Glymfatický systém se spojuje s lymfatickým systémem zbytku těla v dura, silnou membránou pojivové tkáně, která pokrývá CNS.
Důležitost spánku
Po objevu Nedergaarda provedla řadu experimentů na myších, aby lépe pochopila, jak tento systém funguje a kdy je nejaktivnější. Tým se zaměřil zejména na spánek a Alzheimerovu chorobu.
Nedergaard a její tým zjistili, že glyfatický systém byl nejvíce zaneprázdněný, protože zvířata spala. Ukázali, že objem intersticiálního prostoru se zvýšil o 60%, zatímco myši spaly.
Toto zvýšení objemu také podpořilo výměnu mozkomíšního moku a intersticiální tekutiny, což urychlilo odstranění amyloidu. Došli k závěru, že:
"Obnovovací funkce spánku může být důsledkem zvýšeného odstraňování potenciálně neurotoxických odpadních produktů, které se hromadí v bdělém stavu [CNS]."
Tato raná práce inspirovala vlnu nových studií, z nichž nejnovější byly zveřejněny tento měsíc. Vědci zkoumali dopad vysokého krevního tlaku na funkci glymfatického systému.
Vysoký krevní tlak postupem času způsobuje, že cévy ztrácejí svoji pružnost a jsou stále tuhší. Protože pravidelné pulzování arteriálních stěn pohání glymfatický systém, toto vyztužení brání jeho funkci.
Pomocí myšího modelu hypertenze vědci prokázali, že ztuhnutí tepny vyvolané vysokým krevním tlakem interferovalo se způsobem, jakým fungoval systém odstraňování odpadků; bránilo mu v účinném zbavování se velkých molekul v mozku, jako je beta-amyloid.
Toto zjištění by mohlo pomoci vysvětlit, proč vědci našli vazby mezi zvýšeným krevním tlakem a kognitivním poklesem a demencí.
Parkinsonova choroba
Parkinsonova choroba je další stav charakterizovaný hromaděním bílkovin v mozku. V tomto případě je proteinem alfa-synuklein.
To vedlo některé vědce k zamyšlení, zda by zde mohl být zahrnut i glymfatický systém.
U Parkinsonovy choroby dochází k narušení dopaminových drah mozku. Tyto cesty hrají důležitou roli v cyklech spánku a bdění a cirkadiánních rytmech; lidé s Parkinsonovou chorobou proto často pociťují poruchy spánku.
Recenze publikovaná v Neurovědy a biobehaviorální recenze navrhuje, aby narušené spánkové vzorce mohly bránit glymfatickému odstraňování trosek, včetně alfa-synukleinu, což by mu pomohlo hromadit se v mozku.
Mozkové trauma
Chronická traumatická encefalopatie je výsledkem opakovaných úderů do hlavy; dříve se tomu říkalo „opilý“ syndrom, protože se vyskytuje u boxerů.
Mezi příznaky patří ztráta paměti, změny nálady, zmatenost a kognitivní pokles.
Někteří vědci se domnívají, že narušení glymfatického systému způsobené traumatem mozku může zvýšit riziko vzniku chronické traumatické encefalopatie.
Autoři recenze píší, že po traumatickém poranění mozku „Mezi nejčastěji hlášené příznaky patří potíže se spánkovým nástupem a udržováním.“
Jak jsme viděli, interferuje to s glymfatickou clearance proteinů z intersticiálního prostoru během spánku.
Současně mohou tyto typy poranění způsobit přemístění kanálů aquaporin-4 - důležitých receptorů na astroglii, které jsou životně důležité pro glymfatickou clearance - do polohy, která brání odstranění zbytečných proteinů z intersticiálního prostoru.
Autoři se domnívají, že narušení tohoto systému by mohlo „poskytnout jeden článek ve vysvětlujícím řetězci spojujícím opakující se [traumatické poranění mozku] s pozdější neurodegenerací“.
Cukrovka
Kromě možné role v neurologických podmínkách někteří vědci zkoumali, jak mohou být poruchy kognitivního systému zahrnuty do kognitivních příznaků cukrovky.
Vědci prokázali, že cukrovka může ovlivnit celou řadu kognitivních funkcí, a to jak na počátku progrese onemocnění, tak i dále.
Někteří vědci se ptají, zda by sem mohl být zapojen i glymfatický systém. Studie prováděná na myších používala MRI skeny k vizualizaci pohybu mozkomíšního moku v hipokampu, části mozku, která se mimo jiné podílí na vytváření nových vzpomínek.
Vědci zjistili, že u myší s diabetem typu 2 byla clearance CSF „zpomalena třikrát.“ Zjistili také korelaci mezi kognitivními deficity a poškozením glymfatického systému - pokud se koš nevyčistil, byly narušeny schopnosti myšlení.
Stárnutí
Jak stárneme, je určitá úroveň kognitivního poklesu téměř nevyhnutelná. Zahrnuje celou řadu faktorů a někteří vědci se domnívají, že by mohl hrát roli glymfatický systém.
Studie publikovaná v roce 2014 zkoumala účinnost glyfatických systémů myší, když stárly; autoři zjistili „dramatický pokles účinnosti“.
V přehledu glymfatického systému a jeho role v nemoci a stárnutí autoři píší, že snížená aktivita v systému, jak stárneme, může „přispět k akumulaci nesprávně složených a hyperfosforylovaných proteinů“, což zvyšuje riziko neurodegenerativních onemocnění a možná i zhoršující kognitivní dysfunkci.
O glymfatickém systému toho víme stále poměrně málo. Protože však čistí náš nejcitlivější a nejsložitější orgán, je pravděpodobné, že do určité míry ovlivní naše celkové zdraví.
Glymfatický systém nemusí obsahovat odpovědi na všechny naše otázky týkající se neurodegenerativních onemocnění a dále, ale mohl by obsahovat klíč k některým zajímavým novým perspektivám.
