สมองของคุณกำจัดขยะอย่างไร?

ใน Spotlight นี้เราขอแนะนำระบบ glymphatic ซึ่งเป็นระบบกำจัดของเสียโดยเฉพาะของสมอง ตอนนี้เกี่ยวข้องกับเงื่อนไขต่างๆเป็นเวลานานที่เราจะได้รู้จักกัน

Astroglia (ภาพประกอบด้านบน) มีบทบาทสำคัญในบริการเก็บขยะของสมอง

พวกเราหลายคนค่อนข้างคุ้นเคยกับระบบน้ำเหลือง มันทำหน้าที่หลายอย่างซึ่งหนึ่งในนั้นคือการล้างของเสียจากการเผาผลาญออกจากช่องว่างระหว่างเซลล์ซึ่งเรียกว่าช่องว่างคั่นระหว่างหน้า

อย่างไรก็ตามระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) ซึ่งประกอบด้วยสมองและไขสันหลังไม่มีท่อน้ำเหลืองที่แท้จริง

เนื่องจากระบบประสาทส่วนกลางมีการใช้งานสูงของเสียจากการเผาผลาญจึงสามารถสร้างขึ้นได้อย่างรวดเร็ว

ระบบประสาทส่วนกลางยังมีความไวต่อความผันผวนของสภาพแวดล้อมดังนั้นร่างกายจึงจำเป็นต้องกำจัดขยะเซลลูลาร์ออกไปและนั่นคือจุดที่ระบบ g ลิมฟาติก

ก่อนที่จะมีการค้นพบระบบกำจัดขยะที่ใช้สมองนี้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเซลล์แต่ละเซลล์จัดการกับเมตาบอลิซึมของตัวเอง

หากระบบเซลล์ทำงานหนักเกินไปหรือทำงานช้าลงเมื่อเราอายุมากขึ้นขยะจากการเผาผลาญจะสร้างขึ้นระหว่างเซลล์ ขยะนี้รวมถึงผลิตภัณฑ์ต่างๆเช่นเบต้า - อะไมลอยด์ซึ่งเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์

Astroglia

คำว่า "glymphatic" ได้รับการบัญญัติขึ้นโดย Maiken Nedergaard นักประสาทวิทยาชาวเดนมาร์กผู้ค้นพบระบบนี้ ชื่อนี้อ้างอิงถึงเซลล์ glial ซึ่งมีความสำคัญต่อระบบกำจัดของเสียนี้

เซลล์ Glial มีความครอบคลุมค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับเซลล์ประสาทแม้ว่าจะมีจำนวนมากในสมองก็ตาม พวกเขาได้รับการพิจารณามานานแล้วว่าเป็นมากกว่าเซลล์สนับสนุนที่ต่ำต้อย แต่ตอนนี้ถูกจัดขึ้นในเรื่องที่สูงขึ้น

Glia ปกป้องบำรุงและป้องกันเซลล์ประสาท นอกจากนี้ยังมีบทบาทในระบบภูมิคุ้มกันและอย่างที่เราทราบกันดีว่าระบบ glymphatic

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ glial ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Astroglia มีความสำคัญ ตัวรับที่เรียกว่า aquaporin-4 channels บนเซลล์เหล่านี้ช่วยให้น้ำไขสันหลัง (CSF) เคลื่อนตัวเข้าสู่ระบบประสาทส่วนกลางสร้างกระแสที่ไล่ของเหลวผ่านระบบ

CSF เป็นของเหลวใสที่ล้อมรอบระบบประสาทส่วนกลางโดยให้การป้องกันทางกลและภูมิคุ้มกันวิทยาเหนือสิ่งอื่นใด

ระบบ glymphatic ซึ่งทำงานขนานกับหลอดเลือดแดงยังควบคุมการเต้นของเลือดในการไหลเวียนเพื่อช่วยให้สิ่งต่างๆเคลื่อนไหว

เมื่อหลอดเลือดขยายตัวเป็นจังหวะจะทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนสารประกอบระหว่างช่องว่างคั่นระหว่างหน้ากับ CSF

ระบบ glymphatic เชื่อมต่อกับระบบน้ำเหลืองของส่วนที่เหลือของร่างกายที่ dura ซึ่งเป็นเยื่อหุ้มเนื้อเยื่อเกี่ยวพันหนาที่ปกคลุมระบบประสาทส่วนกลาง

ความสำคัญของการนอนหลับ

หลังจากการค้นพบของ Nedergaard เธอได้ทำการทดลองหลายชุดกับหนูเพื่อพัฒนาความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าระบบนี้ทำงานอย่างไรและเมื่อใดที่มีการใช้งานมากที่สุด โดยเฉพาะทีมที่เน้นเรื่องการนอนหลับและ Alzheimer’s

Nedergaard และทีมของเธอพบว่าระบบ glymphatic ยุ่งมากที่สุดในขณะที่สัตว์นอนหลับ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าปริมาณของพื้นที่คั่นระหว่างหน้าเพิ่มขึ้น 60% ในขณะที่หนูกำลังนอนหลับ

ปริมาณที่เพิ่มขึ้นนี้ยังช่วยเพิ่มการแลกเปลี่ยน CSF และของเหลวคั่นระหว่างหน้าซึ่งช่วยเร่งการกำจัดอะไมลอยด์ พวกเขาสรุปว่า:

“ การทำงานของการนอนหลับที่ดีขึ้นอาจเป็นผลมาจากการกำจัดของเสียที่อาจเป็นพิษต่อระบบประสาทที่สะสมอยู่ในร่างกาย [CNS] ที่ตื่นตัวมากขึ้น”

ผลงานในช่วงแรกนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการศึกษาใหม่ ๆ ซึ่งล่าสุดได้รับการตีพิมพ์ในเดือนนี้ นักวิจัยได้พิจารณาถึงผลกระทบของความดันโลหิตสูงต่อการทำงานของระบบลิมฟาติก

เมื่อเวลาผ่านไปความดันโลหิตสูงทำให้หลอดเลือดสูญเสียความยืดหยุ่นและแข็งขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากการเต้นของผนังหลอดเลือดเป็นประจำจะขับเคลื่อนระบบ glymphatic การทำให้แข็งนี้ขัดขวางการทำงานของมัน

นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าการแข็งตัวของหลอดเลือดแดงที่เกิดจากความดันโลหิตสูงจะรบกวนวิธีการทำงานของระบบกำจัดขยะ มันป้องกันไม่ให้กำจัดโมเลกุลขนาดใหญ่ในสมองได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นเบต้า - อะไมลอยด์

การค้นพบนี้อาจช่วยอธิบายได้ว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์จึงพบความเชื่อมโยงระหว่างความดันโลหิตที่สูงขึ้นกับการลดลงของความรู้ความเข้าใจและภาวะสมองเสื่อม

โรคพาร์กินสัน

โรคพาร์กินสันเป็นอีกภาวะหนึ่งที่เกิดจากการสะสมของโปรตีนในสมอง ในกรณีนี้โปรตีนคือ alpha-synuclein

สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยบางคนสงสัยว่าระบบ g ลิมฟาติกอาจเกี่ยวข้องกับที่นี่ด้วยหรือไม่

ในโรคพาร์กินสันมีการหยุดชะงักของทางเดินโดปามีนในสมอง ทางเดินเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในวงจรการนอนหลับและจังหวะ circadian; ดังนั้นผู้ที่เป็นโรคพาร์กินสันมักจะนอนไม่หลับ

รีวิวที่เผยแพร่ใน ความคิดเห็นเกี่ยวกับประสาทและชีวพฤติกรรม เสนอว่ารูปแบบการนอนหลับที่กระจัดกระจายอาจขัดขวางการกำจัดเศษซากของกลิมฟาติกรวมทั้งอัลฟาซินิวคลีนช่วยสร้างขึ้นในสมอง

การบาดเจ็บที่สมอง

โรคสมองจากบาดแผลเรื้อรังเป็นผลมาจากการถูกกระแทกที่ศีรษะซ้ำ ๆ เคยเรียกว่ากลุ่มอาการ“ หมัดเมา” เพราะเกิดในนักมวย

การบาดเจ็บที่สมองอาจรบกวนการระบายน้ำของ glymphatic

อาการต่างๆอาจรวมถึงการสูญเสียความจำการเปลี่ยนแปลงอารมณ์ความสับสนและการรับรู้ที่ลดลง

นักวิจัยบางคนเชื่อว่าการหยุดชะงักของระบบ glymphatic ที่เกิดจากการบาดเจ็บของสมองอาจเพิ่มความเสี่ยงในการเกิดโรคสมองจากบาดแผลเรื้อรัง

ผู้เขียนบทวิจารณ์เขียนว่าหลังจากได้รับบาดเจ็บที่สมองแล้ว“ ความยากลำบากในการเริ่มมีอาการของการนอนหลับและการดูแลรักษาเป็นอาการที่ได้รับรายงานมากที่สุด”

ดังที่เราได้เห็นแล้วสิ่งนี้ขัดขวางการกวาดล้างโปรตีนจากช่องว่างระหว่างหน้าระหว่างการนอนหลับ

ในขณะเดียวกันการบาดเจ็บประเภทนี้อาจทำให้เกิดการย้ายตำแหน่งของช่อง aquaporin-4 ซึ่งเป็นตัวรับที่สำคัญเหล่านั้นบนแอสโตรเกลียที่มีความสำคัญต่อการกวาดล้าง g ลิมฟาติกไปยังตำแหน่งที่ขัดขวางการกำจัดโปรตีนขยะออกจากช่องว่างคั่นระหว่างหน้า

ผู้เขียนเชื่อว่าการหยุดชะงักของระบบนี้สามารถ“ ให้ลิงค์เดียวในห่วงโซ่การอธิบายที่เชื่อมต่อ [การบาดเจ็บที่สมองบาดแผล] ซ้ำ ๆ กับการเสื่อมสภาพของระบบประสาทในภายหลัง”

โรคเบาหวาน

นอกเหนือจากบทบาทที่เป็นไปได้ในสภาวะทางระบบประสาทแล้วนักวิจัยบางคนได้ตรวจสอบว่าการรบกวนในระบบ glymphatic อาจเกี่ยวข้องกับอาการทางปัญญาของโรคเบาหวานได้อย่างไร

นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าโรคเบาหวานสามารถส่งผลกระทบต่อการทำงานของความรู้ความเข้าใจได้หลายอย่างทั้งในช่วงเริ่มต้นของการลุกลามของโรคและในระยะต่อไป

นักวิจัยบางคนกำลังถามว่าอาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับระบบ glymphatic ที่นี่ด้วยหรือไม่ การศึกษาในหนูใช้การสแกน MRI เพื่อให้เห็นภาพการเคลื่อนไหวของน้ำไขสันหลังในฮิปโปแคมปัสซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่เกี่ยวข้องกับการสร้างความทรงจำใหม่และงานอื่น ๆ

นักวิทยาศาสตร์พบว่าในหนูที่เป็นเบาหวานชนิดที่ 2 การกำจัดน้ำไขสันหลัง "ช้าลงด้วยปัจจัย 3 อย่าง" พวกเขายังพบความสัมพันธ์ระหว่างการขาดดุลทางปัญญาและความบกพร่องของระบบ glymphatic - หากถังขยะไม่ได้รับการล้างทักษะการคิดจะถูกขัดขวาง

ความชรา

เมื่อเราอายุมากขึ้นระดับหนึ่งของการลดลงของการรับรู้แทบจะเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ มีหลายปัจจัยที่เกี่ยวข้องและนักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าระบบกลิมฟาติกสามารถมีบทบาทได้

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2014 ได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบลิมฟาติกของหนูเมื่ออายุมากขึ้น ผู้เขียนพบว่า "ประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก"

ในการทบทวนระบบ glymphatic และบทบาทในการเกิดโรคและความชราผู้เขียนเขียนว่ากิจกรรมที่ลดลงในระบบเมื่อเราอายุมากขึ้นอาจ“ มีส่วนทำให้เกิดการสะสมของโปรตีนที่ไม่ได้รับการขยายตัวและ hyperphosphorylated” การเพิ่มความเสี่ยงของโรคเกี่ยวกับระบบประสาทและบางที ทำให้ความผิดปกติทางปัญญารุนแรงขึ้น

เรายังรู้ค่อนข้างน้อยเกี่ยวกับระบบ glymphatic อย่างไรก็ตามเนื่องจากมันทำความสะอาดอวัยวะที่บอบบางและซับซ้อนที่สุดของเราจึงมีแนวโน้มที่จะส่งผลต่อสุขภาพโดยรวมของเราในระดับหนึ่ง

ระบบ glymphatic อาจไม่มีคำตอบสำหรับคำถามทั้งหมดของเราเกี่ยวกับโรคประสาทเสื่อมและอื่น ๆ แต่อาจเป็นกุญแจสำคัญในมุมมองใหม่ ๆ ที่น่าสนใจ