Как мозъкът евакуира отпадъците си за науката
Както всички активни органи, мозъкът произвежда отпадъци и токсини, от които трябва да се отърве. За първи път наблюденията разкриват как се извършва това почистване.
Човешкият мозък тежи около 1,4 килограма, или 2% от средната телесна маса на възрастен. Клетките му обаче консумират 20-25% от общата енергия на тялото и произвеждат значителни количества потенциално токсични отпадъци - еквивалент на теглото на самия мозък за една година! Невъзможно е да си представим, че този орган, който диктува нашите действия и мисли, е обременен с толкова много отпадъци. Но тогава, как той създава вакуум? Управлява ли себе си кучилото си? Или се отървава от него в друг орган, по-специализиран за този тип задачи, като черния дроб, който е истинска фабрика за отстраняване или рециклиране на отпадъци? Всичко това остава загадка до първите ни проучвания върху мишки през 2012 г., които демонстрират съществуването на специфична за мозъка система за изхвърляне на отпадъци. Оттогава показахме, че този ритуал за пречистване се извършва по време на сън.
В повечето органи на нашето тяло отпадъците се елиминират чрез лимфната система. Тази мрежа от съдове, различна от тази на кръвния поток, носи течност, заредена с хранителни вещества и имунни клетки, лимфата. Това първо тече през малки канали, които след това се сливат, за да дадат началото на по-големи и в крайна сметка излизат в кръвоносните съдове. Тази съдова структура осигурява път на имунна защита, тъй като лимфните възли, резервоари с бели кръвни клетки, които помагат в борбата с инфекциите, се разпределят в стратегически точки по каналите. Тази система присъства в цялото тяло, но дълго време се смяташе, че мозъкът липсва и сам елиминира своите отпадъци.
"Глимфатна" система
Мозъкът обаче съдържа и мрежа от канали, тясно свързани с кръвообращението. Всеки мозъчен кръвоносен съд е заобиколен от пространство, наречено периваскуларно, което образува нещо като тунел. Ако обаче структурата му напомня на лимфната система, тази мрежа наистина е специфична за мозъка: външната стена на каналите наистина е покрита от удълженията на определени клетки, наречени астроцити, които изпълняват множество функции в централната нервна система ... Тези удължения (астроцитни стъпала) напълно обграждат артериите, капилярите и вените в мозъка и гръбначния мозък. Не може да тече течност през тези канали ?
Американският неврофизиолог Патриша Грейди представи доказателство за това за първи път преди двадесет години: след това работеше в Университета в Мериленд, тя показа, че протеини, инжектирани в цереброспиналната течност (lcr, течност на водна основа, която къпе мозъка и гръбначния мозък) от мозъка на кучета или котки са открити в периваскуларните пространства. Това предполага, че lcr циркулира в тези канали. Но по това време тези експерименти не можеха да бъдат възпроизведени от други екипи и изследванията бяха изоставени.
Преди няколко години, когато започнахме да работим по системата за изхвърляне на отпадъци от мозъка, отново възникна въпросът: Ако тя служи като транспорт за lcr, не може ли тази мрежа от канали да функционира като лимфна система? За да отговорим на този въпрос, беше необходимо да можем да визуализираме пътя, преминат от lcr в мозъка. Това направихме с Джеф Илиф и Рашид Дийн, членове на нашата лаборатория. Благодарение на специална техника за изобразяване, двуфотонна микроскопия, успяхме да проследим потока на lcr и кръвта в мозъка на мишките на живо.
Това, което видяхме, потвърждава съществуването на церебрална дренажна система. Артериалните удари ефективно прокарват големи количества SCR в периваскуларните пространства. Използвайки астроцитите като канали, течността напоява мозъчната тъкан. След като е натоварен с отпадъци, той навлиза във вечното пространство, което обгражда мрежа от вени. По този начин той преминава в контакт с все по-големи вени, които в крайна сметка достигат до врата. След това отпадъците попадат в лимфната система и след това в кръвния поток, където се смесват с тези на други органи и в крайна сметка попадат в бъбреците или черния дроб.
Ние нарекохме този механизъм на изхвърляне на мозъчните отпадъци „глимфатична система“, тъй като той разчита на глиални клетки (пример за които са астроцитите) и напомня на лимфната система.
Известно е, че при различни патологии на мозъка (например при болестта на Алцхаймер или Паркинсон) протеините се натрупват, докато образуват агрегати, които възпрепятстват предаването на електрически и химически сигнали в мозъка и допринасят за процеса. Патологични. Може ли това явление да не се дължи на повреда на дренажната система? Това би означавало, че в здравите мозъци протеините се елиминират добре от това изтичане на мозъци.