У лимфатической системы всё-таки есть собственное представительство в головном мозге: синусы мозговой оболочки оказались очень похожи на её сосуды, в них есть иммунные клетки и они связаны с шейными лимфоузлами.
Физиологов этот вопрос интриговал давно. С одной стороны, мозг может сам перерабатывать вредные вещества в специальных клетках. С другой, в нём есть ещё так называемые глиальные, или вспомогательные клетки – некоторые из них выполняют те же функции, что и обычные иммунные клетки, то есть разыскивают и уничтожают всё чужеродное. Наконец, со временем удалось найти дополнительные механизмы, помогающие избавляться от нежелательных веществ. Желудочки мозга выделяют так называемую спинномозговую жидкость, которая свободно циркулирует между ними и спинномозговым каналом, сами же клетки тоже что-то выделяют во внешнее пространство, в результате получается единая система межклеточной и спинномозговой жидкости. Как происходит её очистка от биохимического мусора?
Однако, как оказалось, обычная лимфатическая система в мозге всё-таки есть – нашли её Джонатан Кипнис (Jonathan Kipnis) с коллегами из Университета Вирджинии; чья статья только что появилась в Nature. Здесь нужно сделать небольшой экскурс в анатомию. Как известно, головной и спинной мозг одеты тремя оболочками: мягкой, паутинной и твёрдой, самой верхней из трёх. В некоторых местах твёрдая оболочка внедряется в щели головного мозга, образуя каналы – их и называют синусами. В них собирается венозная кровь из сосудов мозга, самой твёрдой оболочки и костей черепа, которая потом поступает в яремные вены. (Хотя синусы на рисунках очень похожи на кровеносные сосуды, они в кровеносную систему не входят, это отдельные образования.)
Оказалось, что в синусах есть иммунные клетки и молекулярные маркеры, свойственные лимфатическим сосудам. Когда исследователи ввели краситель мышам в субарахноидальное пространство – полость между мягкой и паутинной мозговыми оболочками, заполненную спинномозговой жидкостью – краска вскоре оказалась в синусах. Значит, спинномозговая жидкость проходит через синусы. Более того, краситель оказывался в шейных лимфатических узлах. Авторам работы удалось также показать, что жидкость из лимфатических узлов может переходить в мозговые синусы.
Напомним, до недавнего времени считалось, что лимфатическая система никак с мозгом не контактирует. Теперь же эту точку зрения придётся во многом пересмотреть, поскольку оказалось, что синусы твёрдой оболочки выполняют функцию лимфатических сосудов и служат резиденцией иммунных клеток. Мусор и токсины, скапливающиеся в спинномозговой жидкости, могут выводиться из неё через синусы, хотя детали процесса предстоит ещё выяснять. Стоит также добавить, что иммунные клетки, несмотря ни на какие барьеры, в мозг всё-таки проникают, в последнее время их тут находят всё чаще и чаще. Хотя раньше полагали, что их появление в мозговых тканях – однозначный признак патологии (например, тяжёлой инфекции), однако, по-видимому, они приходят и в здоровый мозг тоже. И, скорее всего, синусы играют здесь не последнюю роль. Разумеется, большой интерес новые сведения вызовут у медиков – всё-таки мозг и иммунитет оказались связаны теснее, чем думали.
В головном мозге обнаружена система самоочистки – это так называемая глимфатическая система, по которой циркулирует спинномозговая жидкость.
Исследователи из Университетов Рочестера, Осло и Стони Брук (University of Rochester, University of Oslo, Stony Brook University) описали открытую ими систему в журнале Science Translational Medicine. Майкен Недергаард (Maiken Nedergaard) из Рочестера и ее коллеги исследовали головной мозг мышей. Для того чтобы наблюдать за тем, как именно спинномозговая жидкость очищает его от избытка плазмы, мертвых кровяных клеток, клеточного дебриса и прочих отходов, ученые ввели подопытным грызунам радиоактивно-меченные молекулы, которые можно отследить лазерным сканированием. Эти молекулы вводились в субарахноидальное пространство, полость между мягкой и паутинной мозговыми оболочками головного и спинного мозга, заполненную спинномозговой жидкостью, после чего начиналось наблюдение с помощью двухфотонного лазерного микроскопа. Двухфотонная микроскопия – чувствительная методика, при которой помимо стимулирования флуоресценции происходит глубокое проникновение коротковолнового инфракрасного возбуждения в биологическую ткань с минимальным фотоповреждением. Авторы обнаружили, что спинномозговая жидкость быстро разносит меченые молекулы вдоль специфических каналов. Эти каналы образованы клетками глии, которые обычно окружают нейроны, но расположенными вдоль артерий, таким образом вокруг кровеносных сосудов головного мозга формируется как бы акведук для спинномозговой жидкости. Более того, эти глиальные клетки управляют активностью каналов, способствуя продвижению жидкости по ним.
Количество сна и особенно медленного сна критически важно для очистки мозга. При этом дефицит сна имеет кумулятивный характер. Спите на боку, так лучше работает глимфатическая система. Увеличить медленный сон можно: раньше ложитесь, больше тренируйтесь, меньше кофеина, ниже температура и т.п.
Наш мозг метаболически очень активен, но удивительно, что одну из его систем очистки открыли только в 2012 году. Как так получилось? Дело в том, что она очень функциональна и образуется только во время фазы глубокого сна. Поэтому изучение мозга бодрствующих животных или посмертное изучение мозга упускало ее из виду. Эту систему очистки назвали глимфатическая система, от глия – это глиальные клетки, образующие этот ликворный канал. Открытие произошло в 2012 году под руководством Майкен Недергаард с помощью 2-фотонной микроскопии in vivo.
Как работает глимфатическая система?
Ночью в фазу глубоко сна глиальные клетки сжимаются на 60% в размере и между ними образуются глимфатические каналы. Пульсация артерий помогает перекачивать жидкость из периартериального пространства к перивенозному, отводя жидкость из пространства Вирхова-Робена. Помогает этому формирование астроглиальных муфт на венулах в мозге. Более половины поверхности муфт занимают каналы, образованные аквапоринами 4. Итак, ликвор просачивается между тканями мозга, омывает клетки и выводится глимфатической системой. Глимфатическая система как бы окружает кровеносные сосуды и образует каналы к ним.
Периваскулярные пространства в мозге – это щелеподобные образования в сосудах мозга, между стенкой сосуда (эндотелием) и концевыми ножками астроцитов. Колебания артериального давления создают волны давления, которые обеспечивают ток с субарахноидального пространства в периваскулярное и обратно. Очень важно, что эти пространства регулируют миграцию иммунных клеток, что может быть важно в случае, скажем шизофрении.
Исследование показывает, что достаточное количество глубокого сна — наилучшее условие для функционирования глимфатической системы. Глимфатическая система в 10 раз более активна в медленном сне, чем в часы бодрствования. При этом нарушения сна увеличивают риск Альцгеймера и других болезней мозга, включая шизофрению. При этом при артериальной гипертензии и диабете сон заметно ухудшается.
Важно отметить, что снотворные не поддерживают нормальную структуру сна и могут провоцировать пониженную глимфатическую активность. Ученые обнаружили, что даже одна ночь без сна заметно повышает концентрацию бета-амилоида в ликворе, а больше всего его обнаруживается в гиппокампе. Стоит отметить, что для дефицита сна характерен кумулятивные эффект. Т.е. если вы пропустили весь ночной сон, то на следующую ночь поспите всего на 3 часа дольше, т.е. 4 часа очистки мозга уйдут в постоянный дефицит.
Бета-амилоид в норме образуется в головном мозге и играет защитную роль. Ученые установили, что глимфатическая система удаляет более половины всего количества бета-амилоида в головном мозге. Накопление бета-амилоида отражает дисбаланс между процессами его продукции и вывода (клиренса). Стоит отметить, что скорость агрегации бета-амилоида не связана с развитием когнитивных нарушений. Уровень бета-амилоида в ликворе в шесть раз выше, чем в плазме крови. Можно замедлить образование, но, возможно, более надежный способ – усилить выведение! Исследования показывают, что даже уменьшение количества бета-амилоида в крови замедляет на 50-75% прогрессирование болезни, ведь большая часть бета-амилоида связана с альбумином и циркулирует в плазме.
Снижают эффективность работы глимфатической системы артериальная гипертония (работа вышла месяц назад) и сахарный диабет, повреждая кровеносные сосуды. Так, у крыс-диабетиков очистка гиппокампа в 3 раза медленнее, чем в контрольной группе. Эксперименты показывают прямую связь эффективности работы глимфатической системы и когнитивных способностей. Чем хуже глимфатическая система, тем хуже крыса решает задания и проходит тесты на память и ориентировку.
Очень любопытным является сходство глаукомы и Альцгеймера, когда при нарушениях оттока жидкости там и там увеличивается уровень амилоида и развивается схожая картина гибели нейронов, но это отдельная история.
Среди разных отделов мозга преобладают разные системы отведения отходов. Если взять древний старый мозг, то он тесно связан с обонятельной системой и имеет отведение жидкости через решетчатую кость. Исследования показывают, что если целиком заблокировать отток, то давление ликвора возрастает почти в 2 раза!
Как это работает? В решетчатой кости различают решетчатая пластинка (lamina cribrosa), которая хорошо различима со стороны мозговой поверхности черепа, имеет около 20 мелких решетчатых отверстий, содержащих ветви обонятельного нерва. Жидкость отводится через периневральное пространство обонятельных нервов, затем в подслизистый слой обонятельного эпителия и далее по обширной сети лимфатических сосудов носовой полости.
При старении количество отверстий в обонятельном нерве уменьшается, потеря обоняния часто предшествует нейродегенеративных заболеваниям. При болезни Альцгеймера количество отверстий в продырявленной пластинке решетчатой кости резко уменьшено. Компания Leucadia Therapeutics предлаегает пробивать отверстия в продырявленной пластинке и устанавливать там специальные фильтры (система Arethusta). Насколько я знаю, уже сейчас в Азии можно провести такую несложную операцию, почти как у стоматолога).
1. Количество сна и особенно медленного сна (NREM (сокр. от nonrapid eye movement sleep) критически важно для очистки мозга. При этом дефицит сна имеет кумулятивный характер. Спите на боку, так лучше работает глимфатическая система. Увеличить медленный сон можно: раньше ложитесь, больше тренируйтесь, меньше кофеина, ниже температура и т.п.
2. Здоровье сосудов. Все, что повреждает сосуды, ухудшает работу глимфатической системы. От гликированного гемоглобина, дислипидемий, КИМ, гомоцистеина и т.п.
3. Артериальное давление. Ночное снижение давления, особенно снижение диастолического важно для поддержания работы глимфатической системы.
4. Ухудшается обоняние? Это опасно. С возрастом избыточная оссификация может блокировать отток ликвора и сейчас есть простые способы восстановления дренажа.опубликовано econet.ru.
Автор Андрей Беловешкин
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ: