Отваряне на линиите за комуникация между учените изследователи и по-широката общност

стимулира

  • SITN Facebook страница
  • SITN Twitter Feed
  • Страница на SITN Instagram
  • Лекции на SITN в YouTube
  • SITN Подкаст на SoundCloud
  • Абонирайте се за пощенския списък на SITN
  • RSS емисия на уебсайт на SITN

от Бенджамин Андреоне
фигури на Ник Луе

Една ябълка на ден държи лекаря далеч, нали?

От опаковането на хранителни вещества с богата на вегетарианци диета до избягването на телесните мазнини чрез ежедневни упражнения, през целия си живот сме научени, че изборът на здравословен начин на живот е добър за нашите тела. По-загадъчното обаче е как същите тези избори влияят върху съзнанието ни.

Изследователи от групата Nedergaard от Медицинския център на Университета в Рочестър са прекарали последните няколко години, разкривайки как изборът на здравословен начин на живот се превръща в по-добра мозъчна функция. Съвсем наскоро, в проучване, публикувано през януари 2018 г. в Neuroscience Letters, екипът на Nedergaard демонстрира, че упражненията помагат за изчистването на вредните отломки в мозъка.

Дилемата за боклука на мозъка

Мозъкът е много скъп орган. Въпреки че заема само 2 процента от телесната маса, той използва около 20 процента от общата енергия на тялото, за да работи ефективно. Докато това голямо търсене на енергия ни позволява да усетим нашия свят, да общуваме помежду си и да си спомняме как да стигнем до работа всяка сутрин, за съжаление това си струва.

Когато мозъчните клетки, наречени неврони, консумират големи количества енергия, те изплюват много отломки, които се носят около мозъка и му пречат да функционира нормално. Тези отломки се състоят най-вече от остатъци от протеини, които, когато останат сами, могат да образуват бучки, които са токсични за мозъка. По-специално, натрупването на протеин амилоид бета е свързано с намаляване на познавателната способност, паметта и цялостната мозъчна функция при хора с болестта на Алцхаймер.

В повечето органи на тялото лимфната система действа като фабрика за изхвърляне на отпадъци, за да изчисти вредните отломки. Лимфната система - състояща се предимно от обширна поредица съдове, които пресичат тялото - произвежда течност, наречена лимфа. Лимфата протича през всеки орган, почиства отломките и ги измива в мрежа от канали, които в крайна сметка се оттичат в кръвоносните съдове. Веднъж попаднали в кръвта, отломките преминават към бъбреците и черния дроб, където се елиминират от тялото.

Логично е, че мозъкът също ще има система за изхвърляне на отпадъци, за да се предотврати натрупването на токсични отломки. От десетилетия обаче учените не са били в състояние да наблюдават лимфната система, действаща в мозъка. Тази мистерия накара някои да предположат, че може би мозъкът притежава алтернативен начин за изхвърляне на отпадъците си.

Система за изхвърляне на отпадъци в мозъка ни

Голямата пауза настъпи преди няколко години, когато Nedergaard и колегите му откриха, че цереброспиналната течност - телесна течност, която обикновено заобикаля мозъка и служи като възглавница в черепа - действа и като лимфа на мозъка. Чрез извършване на образни експерименти в мозъка на мишки те визуализирали цереброспиналната течност, която влиза и тече през мозъка, като в крайна сметка се оттича в същите канали, използвани от лимфната система в останалата част от тялото. Най-доброто от всичко е, че цереброспиналната течност е взела вредния амилоид бета по време на пътуването, изчиствайки го от мозъка. Докато изследователите са избрали да се фокусират върху изчистването на амилоид бета в своето проучване, други остатъци от протеини вероятно са били изчистени от мозъка по едно и също време.

Фигура 1: Глимфната система служи като система за изхвърляне на мозъчни отпадъци. Цереброспиналната течност (светлосиня) се съдържа в пръстеновидни пространства, заобикалящи мозъчните кръвоносни съдове (червени). Glia (оранжев) дава на цереброспиналната течност достъп до мозъка. Докато цереброспиналната течност тече през мозъка (светлосини стрелки), тя събира отломки (черни точки), произведени от неврони (лилаво). След това отломките се отстраняват от мозъка чрез мрежата от канали, използвани от лимфната система (тъмно синьо).

Първоначалната работа на Nedergaard също описва ключови подробности за това как протича цереброспиналната течност през мозъка (Фигура 1). Цереброспиналната течност, заобикаляща мозъка, се влива в пръстеновидни пространства, които обграждат кръвоносните съдове в мозъка. Тези пространства действат като портали за навлизане на цереброспиналната течност в останалата част от мозъка, а клас мозъчни клетки, наречен глия, служи като вратари на тези портали. Glia се увива около кръвоносните съдове и разполага с клетъчни механизми, които поемат ликвор от пръстеновидните пространства и му осигуряват достъп до неврони и други мозъчни клетки. Докато тече през мозъка, цереброспиналната течност събира протеини и други отломки и ги пренася в лимфните канали, като по този начин изчиства мозъка от отпадъците. Предвид тези наблюдения, Недергаард създаде новооткритата система за изхвърляне на мозъчни отпадъци „глимфатичната система“ - комбинация от глия и лимфна.

Всичко е в добър нощен сън

Лесно е да си представите чувството за умствено подмладяване след добра нощна почивка или как умът изглежда по-ясен след тежка тренировка. Както се оказва, когнитивните ползи от този избор на начин на живот могат да се обяснят с глимфатичната система. Работата от групата на Nedergaard установи връзка между поведението, което се счита за избор на здравословен начин на живот, и увеличаването на глимфатичния мозъчен клирънс.

Първото поведение, което групата анализира, е сънят. Използвайки отново експерименти с изображения върху мишки, изследователите показаха, че глимфатичният поток значително се увеличава, когато мишките влязат в сън. Това увеличение корелира с двойно по-бърз клирънс на амилоид бета при спящи мишки в сравнение с будни мишки.

Въпреки че е известно, че сънят е важен за функции като формиране и консолидиране на паметта, тези данни предполагат, че сънят е от решаващо значение и за изчистването на вредните отломки от мозъка, което му позволява да работи възможно най-добре, докато сме будни. Проучване от 2017 г. от групата на Белдлин от Университета на Уисконсин-Медисън затвърди тази идея, като показа връзка между лошия сън и натрупването на биологични маркери за болестта на Алцхаймер при хората.

Упражнение: най-новият играч във функцията на глимфатичната система

Доказано е, че редовните упражнения насърчават паметта, подобряват настроението и намаляват безпокойството при хората. Ново проучване, публикувано по-рано тази година от групата на Nedergaard, показа, че упражненията също могат да повлияят положително на функцията на глимфатичната система. В проучването те дадоха на една група мишки достъп до работещо колело, докато друга група мишки нямаха достъп до упражнения. След пет седмици трениращите мишки показаха повече от двукратно увеличение на глимфатичния поток в сравнение със заседналата група.

Тези данни дават обяснение за стимулиращите мозъка ефекти от упражненията. Увеличеният глимфатичен поток след упражнение може да е точно това, от което мозъкът се нуждае, за да изчисти отломките и да функционира в най-добрия случай (Фигура 2).

Фигура 2: Упражнението увеличава изхвърлянето на мозъчни отпадъци. Изследванията от групата Nedergaard показват, че физическите упражнения увеличават глимфатичния клирънс на мозъчните остатъци, позволявайки на мозъка да функционира оптимално.

Изненадващо, групата на Nedergaard наблюдава увеличаване на глифатния поток след тренировка при мишки, които са били будни. Преди това проучване подобно увеличение се наблюдаваше само при мишки, които са били или заспали, или упоени. Това наблюдение предполага, че упражненията и сънят са едновременно независими и мощни двигатели за изхвърляне на мозъчните отпадъци.

Мозъкът е може би най-сложният орган на тялото, така че е подходящо само, че мозъкът е разработил уникален метод за изчистване на отпадъците си, за да направи път за нови мисли и идеи. Учените започват да разбират, че вземането на решения за здравословен начин на живот - независимо дали става въпрос за адекватен сън или за това ранно сутрешно бягане - може да бъде прост, но ефективен начин за ощипване на системата за обезвреждане на мозъка в наша полза.

Бенджамин Андреоне е постдокторант и възпитаник на Програмата по неврология в Харвардското медицинско училище.