Kuinka aivosi vievät roskakorin?
Tässä Spotlightissa esitellään glyfataattinen järjestelmä: aivojen oma jätteiden puhdistussysteemi. Nyt on sekaantunut erilaisiin olosuhteisiin, on korkea aika tutustua.
Monet meistä ovat suhteellisen perehtyneet imusolmukkeisiin; se suorittaa useita rooleja, joista yksi on metabolisen jätteen puhdistaminen solujen välisistä aukoista, joita kutsutaan välitilaksi.
Keskushermostossa (CNS), joka käsittää aivot ja selkäytimen, ei kuitenkaan ole todellisia imusuonten suonia.
Koska keskushermosto on erittäin aktiivinen, aineenvaihduntajätettä voi muodostua nopeasti.
Keskushermosto on myös hyvin herkkä ympäristön vaihteluille, joten kehon on poistettava solujen roskat jotenkin, ja glymfaattinen järjestelmä tulee sinne.
Ennen tämän aivopohjaisen jätteenkäsittelyjärjestelmän löytämistä tutkijat uskoivat, että kukin yksittäinen solu käsitteli omaa aineenvaihduntasäteilyään.
Jos solukkojärjestelmä ylikuormittuu tai hidastuu ikääntyessämme, solujen väliin muodostuu aineenvaihduntajätettä. Tämä roska sisältää tuotteita, kuten beeta-amyloidi - Alzheimerin tautiin liittyvä proteiini.
Astroglia
Termin "glymfaattinen" keksi järjestelmän löytänyt tanskalainen neurotieteilijä Maiken Nedergaard. Nimi on viittaus gliasoluihin, jotka ovat elintärkeitä tälle jätteenpoistojärjestelmälle.
Gliasolut saavat suhteellisen vähän peittoa verrattuna neuroneihin, vaikka niitä on yhtä paljon aivoissa. Niitä pidettiin pitkään vain vähän alhaisempina tukisoluina, mutta niitä pidetään nyt suurempana kunnioituksena.
Glia suojaa, ravitsee ja eristää neuroneja. Heillä on myös rooli immuunijärjestelmässä ja, kuten nyt tiedämme, glymfaattisessa järjestelmässä.
Erityisesti sellainen gliasolutyyppi, joka tunnetaan nimellä astroglia, on tärkeä. Reseptorit, joita kutsutaan aquaporin-4-kanaviksi, näissä soluissa antavat aivo-selkäydinnesteen (CSF) siirtyä keskushermostoon ja perustavat virran, joka välittää nestettä järjestelmän läpi.
CSF on kirkas neste, joka ympäröi keskushermostoa ja tarjoaa sille muun muassa mekaanisen ja immunologisen suojan.
Glymfaattinen järjestelmä, joka kulkee rinnakkain valtimoiden kanssa, valjastaa myös verenkierron verenkierron auttaakseen asioita liikkumaan.
Kun verisuonet laajenevat rytmisesti, ne ajavat yhdisteiden vaihtoa interstitiaalisen tilan ja CSF: n välillä.
Glyfataattinen järjestelmä muodostaa yhteyden muun kehon imukudosjärjestelmään kovakalvossa, paksun sidekudoksen kalvon, joka peittää keskushermostoa.
Unen merkitys
Nedergaardin löydön jälkeen hän suoritti useita kokeita hiirillä saadakseen paremman käsityksen siitä, miten tämä järjestelmä toimi ja milloin se oli aktiivisin. Tiimi keskittyi erityisesti uneen ja Alzheimerin tautiin.
Nedergaard ja hänen tiiminsä havaitsivat, että glymfaattinen järjestelmä oli kiireisin, kun eläimet nukuivat. Ne osoittivat, että interstitiaalisen tilan määrä kasvoi 60%, kun hiiret olivat nukkumassa.
Tämä tilavuuden kasvu lisäsi myös CSF: n ja interstitiaalisen nesteen vaihtoa, mikä nopeutti amyloidin poistumista. He päättelivät, että:
"Unen palauttava toiminto voi olla seurausta herätykseen kertyneiden mahdollisesti neurotoksisten jätetuotteiden tehokkaammasta poistamisesta."
Tämä varhainen työ inspiroi uusien tutkimusten aaltoa, joista viimeisin julkaistiin tässä kuussa. Tutkijat tarkastelivat korkean verenpaineen vaikutusta glymfaattisen järjestelmän toimintaan.
Ajan myötä korkea verenpaine saa verisuonet menettämään joustavuutensa ja muuttuu yhä jäykemmäksi. Koska valtimon seinämien säännöllinen pulssi ajaa glymfaattista järjestelmää, tämä jäykistyminen estää sen toimintaa.
Hypertensioiden hiirimallia käyttäen tutkijat osoittivat, että korkean verenpaineen aiheuttama valtimon jäykistyminen häiritsi jätteiden hävitysjärjestelmän toimintaa; se esti sitä pääsemästä tehokkaasti eroon aivojen suurista molekyyleistä, kuten beeta-amyloidista.
Tämä havainto voi auttaa selittämään, miksi tutkijat ovat löytäneet yhteyksiä kohonneen verenpaineen, kognitiivisen heikkenemisen ja dementian välillä.
Parkinsonin tauti
Parkinsonin tauti on toinen tila, jolle on tunnusomaista proteiinin kertyminen aivoihin. Tässä tapauksessa proteiini on alfa-synukleiini.
Tämä on saanut jotkut tutkijat miettimään, voisiko glymfaattinen järjestelmä olla mukana myös tässä.
Parkinsonin taudissa aivojen dopamiinireiteissä esiintyy häiriöitä. Näillä reiteillä on tärkeä rooli unen ja herätyksen jaksoissa ja vuorokausirytmeissä; siksi Parkinsonin taudista kärsivät ihmiset kärsivät usein unihäiriöistä.
Katsaus julkaistu Neurotiede ja biokäyttäytyminen ehdottaa, että häiriintyneet unimallit voivat estää roskien, mukaan lukien alfa-synukleiini, glymfaattisen poistamisen, mikä auttaa sitä kertymään aivoihin.
Aivotrauma
Krooninen traumaattinen enkefalopatia johtuu toistuvista iskuista päähän; sitä kutsuttiin aikoinaan "booli-humalassa" -oireyhtymäksi, koska sitä esiintyy nyrkkeilijöissä.
Oireita voivat olla muistin menetys, mielialan muutokset, sekavuus ja kognitiivinen heikkeneminen.
Jotkut tutkijat uskovat, että aivotrauman aiheuttamat häiriöt glymfaattisessa järjestelmässä voivat lisätä kroonisen traumaattisen enkefalopatian kehittymisen riskiä.
Katsauksen kirjoittajat kirjoittavat, että traumaattisen aivovamman jälkeen "unen puhkeamisen ja ylläpidon vaikeudet ovat yleisimmin ilmoitettuja oireita."
Kuten olemme nähneet, tämä häiritsee proteiinien glymfaattista puhdistumaa interstitiaalisesta tilasta unen aikana.
Samanaikaisesti tämäntyyppiset vammat voivat aiheuttaa akvaporin-4-kanavien siirtämisen - ne tärkeät astroglian reseptorit, jotka ovat elintärkeitä glymfaattiselle puhdistumalle - asentoon, joka estää roskapostiproteiinien poistamisen interstitiaalisesta tilasta.
Kirjoittajat uskovat, että tämän järjestelmän häiriö voisi "tarjota yhden linkin selittävään ketjuun, joka yhdistää toistuvan [traumaattisen aivovamman] myöhempään hermoston rappeutumiseen".
Diabetes
Mahdollisen roolin lisäksi neurologisissa olosuhteissa jotkut tutkijat ovat tutkineet, kuinka glymfaattisen järjestelmän häiriöt voivat liittyä diabeteksen kognitiivisiin oireisiin.
Tutkijat ovat osoittaneet, että diabetes voi vaikuttaa moniin kognitiivisiin toimintoihin, sekä taudin etenemisen varhaisessa vaiheessa että myöhemmin.
Jotkut tutkijat kysyvät, olisiko glymfaattinen järjestelmä mukana myös tässä. Hiirillä tehdyssä tutkimuksessa käytettiin MRI-skannauksia CSF: n liikkeen visualisoimiseksi hippokampuksessa, joka on osa aivoja, jotka ovat mukana uusien muistojen muodostamisessa.
Tutkijat havaitsivat, että hiirillä, joilla oli tyypin 2 diabetes, CSF: n puhdistuma "hidastui kertoimella kolme". He löysivät myös korrelaation kognitiivisten alijäämien ja glymfaattisen järjestelmän heikentymisen välillä - jos roskia ei selvitetty, ajattelutaidot estyivät.
Ikääntyminen
Ikääntyessämme tietynlainen kognitiivinen heikkeneminen on melkein väistämätöntä. Mukana on laaja valikoima tekijöitä, ja jotkut tutkijat uskovat, että glymfaattisella järjestelmällä voi olla merkitystä.
Vuonna 2014 julkaistussa tutkimuksessa tutkittiin hiirten glymfaattisten järjestelmien tehokkuutta ikääntyessään; kirjoittajat havaitsivat "tehokkuuden dramaattisen laskun".
Tutkimuksessa glymfaattisesta järjestelmästä ja sen roolista sairauksissa ja ikääntymisessä kirjoittajat kirjoittavat, että vähenevä aktiivisuus järjestelmässä ikääntyessämme saattaa "edistää väärin taitettujen ja hyperfosforyloituneiden proteiinien kertymistä", mikä lisää neurodegeneratiivisten sairauksien ja ehkä pahentavat kognitiivisia toimintahäiriöitä.
Tiedämme edelleen verrattain vähän glymfaattisesta järjestelmästä. Koska se kuitenkin puhdistaa herkimmän ja monimutkaisimman elimen, se todennäköisesti vaikuttaa jossain määrin yleiseen terveyteemme.
Glyfataattinen järjestelmä ei välttämättä sisällä vastauksia kaikkiin kysymyksiimme neurodegeneratiivisista sairauksista ja sen ulkopuolelta, mutta se voi olla avain mielenkiintoisiin uusiin näkökulmiin.
