Kuidas teie aju prügikasti välja viib?
Selles Spotlight'is tutvustame glümfaatilist süsteemi: aju spetsiaalset jäätmete eemaldamise süsteemi. Nüüd erinevates tingimustes osaledes on viimane aeg tuttavaks saada.
Paljud meist tunnevad lümfisüsteemi suhteliselt hästi; see täidab mitmeid rolle, millest üks on metaboolsete jäätmete puhastamine rakkude vahelistest tühikutest, mida nimetatakse interstitsiaalseks ruumiks.
Kuid aju ja seljaaju hõlmavas kesknärvisüsteemis (KNS) pole ühtegi tõelist lümfisoonet.
Kuna kesknärvisüsteem on väga aktiivne, võivad metaboolsed jäätmed kiiresti tekkida.
Kesknärvisüsteem on ka oma keskkonna kõikumiste suhtes väga tundlik, nii et keha peab rakuprügi kuidagi ära viima ja sinna tuleb glüfaatiline süsteem.
Enne selle ajupõhise prügiveosüsteemi avastamist uskusid teadlased, et iga üksik rakk tegeleb oma ainevahetuse detritusega.
Kui rakusüsteem muutuks vananedes ülekoormuseks või aeglustuks, koguneks rakkude vahele metaboolne prügi. See prügi sisaldab selliseid tooteid nagu beeta-amüloid - Alzheimeri tõvega seotud valk.
Astroglia
Mõiste „glümfaatiline“ mõtles välja süsteemi avastanud Taani neuroteadlane Maiken Nedergaard. See nimi viitab gliiarakkudele, mis on selle jäätmete eemaldamise süsteemi jaoks üliolulised.
Gliiarakud saavad neuronitega võrreldes suhteliselt vähe katvust, hoolimata sellest, et neid on ajus sama palju. Pikka aega peeti neid vähe rohkem kui madalateks tugirakkudeks, kuid nüüd peetakse neid kõrgemalt.
Glia kaitseb, toidab ja isoleerib neuroneid. Neil on oma roll ka immuunsüsteemis ja, nagu me nüüd teame, glümfaatilises süsteemis.
Eelkõige on oluline gliiarakkude tüüp, mida nimetatakse astrogliateks. Nende rakkude retseptorid, mida nimetatakse akvaporin-4 kanaliteks, võimaldavad tserebrospinaalvedelikul (CSF) liikuda kesknärvisüsteemi, tekitades voolu, mis eraldab vedelikku süsteemi kaudu.
CSF on selge vedelik, mis ümbritseb kesknärvisüsteemi, pakkudes muu hulgas mehaanilist ja immunoloogilist kaitset.
Arteritega paralleelselt kulgev glümfaatiline süsteem rakendab ka vereringet vereringes, et hoida asju liikumises.
Kui veresooned rütmiliselt laienevad, juhivad need ühendite vahetust interstitsiaalruumi ja CSF vahel.
Glümfaatiline süsteem ühendub kõvakesta ülejäänud keha lümfisüsteemiga - paksu sidekoe membraaniga, mis katab kesknärvisüsteemi.
Une tähtsus
Pärast Nedergaardi avastust viis ta läbi hiirtega katseid, et paremini mõista, kuidas see süsteem toimis ja millal see kõige aktiivsem oli. Eelkõige keskendus meeskond unele ja Alzheimerile.
Nedergaard ja tema meeskond leidsid, et glümfaatiline süsteem oli kõige hõivatud loomade magamise ajal. Nad näitasid, et interstitsiaalse ruumi maht kasvas hiirte magamise ajal 60%.
See mahu suurenemine suurendas ka CSF-i ja interstitsiaalse vedeliku vahetust, kiirendades amüloidi eemaldamist. Nad jõudsid järeldusele, et:
"Une taastav funktsioon võib olla ärkvel olevate potentsiaalselt neurotoksiliste jääkainete tõhusama eemaldamise tagajärg [KNS]."
See varajane töö inspireeris uute uuringute lainet, millest viimane avaldati sel kuul. Teadlased uurisid kõrge vererõhu mõju glümfaatilise süsteemi funktsioonile.
Aja jooksul põhjustab kõrge vererõhk veresoonte elastsuse kaotamist, muutudes üha jäigemaks. Kuna arteriaalsete seinte korrapärane pulseerimine juhib glümfaatilist süsteemi, takistab see jäigastumine selle funktsiooni.
Kasutades hiire hüpertensiooni mudelit, näitasid teadlased, et kõrge vererõhu poolt põhjustatud arteri jäikus segas prügimajandussüsteemi tööd; see takistas tal tõhusalt vabaneda aju suurtest molekulidest, näiteks beeta-amüloidist.
See leid võib aidata selgitada, miks teadlased on leidnud seoseid kõrgenenud vererõhu ning kognitiivse languse ja dementsuse vahel.
Parkinsoni tõbi
Parkinsoni tõbi on veel üks seisund, mida iseloomustab valgu kogunemine ajus. Sel juhul on valk alfa-sünukleiin.
See on pannud mõningaid teadlasi mõtlema, kas ka siin võib olla seotud glümfaatiline süsteem.
Parkinsoni tõve korral on aju dopamiini radades häireid. Need rajad mängivad olulist rolli une-ärkveloleku tsüklites ja ööpäevarütmides; seetõttu kogevad Parkinsoni tõvega inimesed sageli unehäireid.
Aastal avaldatud ülevaade Neuroteaduse ja bioloogilise käitumise ülevaated teeb ettepaneku, et häiritud unerežiimid võivad takistada prahi, sealhulgas alfa-sünukleiini, glüfataatilist eemaldamist, aidates sellel ajusse koguneda.
Aju trauma
Krooniline traumaatiline entsefalopaatia tuleneb korduvatest löökidest pähe; seda nimetati varem “punch-drunk” sündroomiks, sest see esineb poksijatel.
Sümptomiteks võivad olla mälukaotus, meeleolu muutused, segasus ja kognitiivne langus.
Mõned teadlased usuvad, et ajutraumast põhjustatud häired glümfaatilises süsteemis võivad suurendada kroonilise traumaatilise entsefalopaatia tekkimise riski.
Ülevaate autorid kirjutavad, et traumaatilise ajukahjustuse järel on "kõige sagedamini teatatud une tekkimise ja hooldamise raskused."
Nagu nägime, häirib see une ajal valkude glümaatilist kliirensit interstitsiaalsest ruumist.
Samal ajal võivad seda tüüpi vigastused põhjustada akvaporin-4 kanalite - need astroglias olulised retseptorid, mis on glüfataatilise kliirensi jaoks eluliselt tähtsad - ümberpaigutamise asendisse, mis takistab rämpsvalkude eemaldamist interstitsiaalsest ruumist.
Autorid usuvad, et selle süsteemi katkemine võib "anda selgitusahelas ühe lüli, mis ühendab korduva [traumaatilise ajukahjustuse] hilisema neurodegeneratsiooniga".
Diabeet
Lisaks võimalikule rollile neuroloogilistes tingimustes on mõned teadlased uurinud, kuidas glümfaatilise süsteemi häired võivad olla seotud diabeedi kognitiivsete sümptomitega.
Teadlased on näidanud, et diabeet võib mõjutada paljusid kognitiivseid funktsioone, nii haiguse progresseerumise alguses kui ka allpool.
Mõned teadlased küsivad, kas ka siin võib olla seotud glümfaatiline süsteem. Hiirtel läbi viidud uuringus kasutati MRT-skaneeringuid, et visualiseerida CSF-i liikumist hipokampuses, mis on aju osa, mis osaleb uute mälestuste moodustamises.
Teadlased leidsid, et II tüüpi diabeediga hiirtel aeglustas CSF kliirens kolm korda. Samuti leidsid nad korrelatsiooni kognitiivsete puudujääkide ja glümfaatilise süsteemi kahjustuste vahel - kui prügikasti ei koristata, olid mõtlemisoskused raskendatud.
Vananemine
Vananedes on teatud kognitiivne langus peaaegu vältimatu. Seal on palju erinevaid tegureid ja mõned teadlased usuvad, et glümfaatiline süsteem võiks selles rolli mängida.
2014. aastal avaldatud uuringus uuriti hiirte vananedes glümfaatiliste süsteemide efektiivsust; autorid leidsid „efektiivsuse dramaatilise languse”.
Glümaatilise süsteemi ülevaates ja selle rollis haigustes ja vananemises kirjutavad autorid, et vähenenud aktiivsus süsteemis, kui me vananeme, võib "aidata valesti kokku pandud ja hüperfosforüülitud valkude kogunemisele", suurendades neurodegeneratiivsete haiguste riski ja võib-olla ka süvenev kognitiivne düsfunktsioon.
Glümfaatilisest süsteemist teame endiselt suhteliselt vähe. Kuid kuna see puhastab meie kõige tundlikumat ja keerukamat elundit, mõjutab see tõenäoliselt meie üldist tervist mingil määral.
Glüfaatiline süsteem ei pruugi sisaldada vastuseid kõigile meie küsimustele neurodegeneratiivsete haiguste kohta ja mujalgi, kuid see võiks olla võti uute huvitavate vaatenurkade jaoks.
