В головном мозге открыта новая система удаления отходов

Неизвестная ранее «дренажная» система, быстро удаляющая ненужные и вредные продукты метаболизма из головного мозга, открыта неврологами Медицинского центра Университета Рочестера (University of Rochester Medical Center). Результаты их интереснейшего исследования опубликованы он-лайн в журнале Science Translational Medicine.

 

Система, отличающаяся высокой степенью организации, представляет собой комплекс трубок, сосредоточенных вокруг кровеносных сосудов мозга. Это своего рода сантехническая система, которая, по-видимому, выполняет ту же функцию в головном мозге, что и лимфатическая система в остальных частях тела – отводит биохимический «мусор».

 

Ученые назвали открытую ими систему «глимфатической» (glymphatic), поскольку принцип ее действия близок к таковому лимфатической системы, а ее управление осуществляется клетками мозга, известными как глиальные. Открытие сделано на мозге мышей, удивительно похожем на человеческий.

 

То, что спинномозговая жидкость (СМЖ) играет важную роль в очищении ткани головного мозга, унося отходы, и в обеспечении ее питательными веществами, известно уже давно. Эти функции СМЖ выполняет посредством явления, известного как диффузия. Вновь открытая система доводит спинномозговую жидкость до каждого уголка мозга гораздо более эффективно, используя для этого другой хорошо известный процесс – конвекцию. Учитывая высокий уровень обмена веществ в головном мозге и его чрезвычайную чувствительность к токсичным веществам, неудивительно, что его механизмы избавления от отходов более специализированы и мощны, чем считалось ранее.

Артерия в мозге мыши. Зеленым показана спинномозговая жидкость в канале с внешней стороны артерии. (University of Rochester Medical Center)

В то время как уже известная система работает, как ручеек, образующийся из просачивающейся через ткани мозга спинномозговой жидкости, новая система находится под давлением, ежедневно прокачивая через мозг большие объемы СМЖ и обеспечивая, таким образом, более эффективное отведение отходов.

Глимфатическая система похожа на слой из трубок, окружающий кровеносные сосуды головного мозга. Эта сеть вокруг его артерий и вен образована отростками глиальных клеток астроцитов – так называемыми «концевыми ножками». Всю структуру можно сравнить с куполом из ветвей деревьев над густо засаженной ими улицей, образующих своего рода канал над проезжей частью.

Концевые ножки заполнены структурами, известными как водные каналы, или аквапорины, которые перемещают СМЖ по головному мозгу. Ученые установили, что СМЖ поступает в мозг по каналам, окружающим артерии. Затем, прежде чем собраться в каналах вокруг вен, она промывает мозговую ткань и покидает мозг.

Как могло произойти, что ученые до сих пор не знали о существовании настолько важной системы?

По мнению американских ученых, это объясняется тем, что глимфатическая система работает только в живом мозге и не терпит ни малейших повреждений. При отсутствии возможности визуализировать поток спинномозговой жидкости в организме живого животного ученые были вынуждены ограничиваться исследованием срезов уже умершей мозговой ткани. Для изучения живого мозга исследователи из Рочестера использовали технологию, известную как двухфотонная микроскопия, позволяющую наблюдать за потоком крови, спинномозговой жидкости и других веществ в головном мозге живого организма.

Справедливости ради нужно отметить, что предположения о существовании в головном мозге более интенсивного тока спинномозговой жидкости высказывались еще два-три десятилетия назад, но доказать их состоятельность не удавалось из-за отсутствия соответствующих технологий.

Ученые провели углубленное исследование бета-амилоида – белка, накапливающегося в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, – и установили, что при нормальных условиях более половины амилоида удаляется из мозга мышей через глимфатическую систему.
«Понимание того, как мозг справляется с отходами, чрезвычайно важно. Для любого органа удаление отходов – настолько же важный вопрос, насколько и поступление в него питательных веществ. Что касается мозга, то это особенно интересная тема, так как практически при всех нейродегенеративных заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера, белковые отходы накапливаются и, в конце концов, душат и убивают его нейронные сети», – объясняет Джеффри Илифф (Jeffrey Iliff), PhD, первый автор статьи. «Возможно, повышение активности глимфатической системы поможет предотвратить образование отложений амилоида или предложит новый способ очистки от отложений этого вещества при уже развившейся болезни Альцгеймера».

Ученые надеются, что их открытие окажет влияние на наше понимание механизмов развития и лечение многих связанных с мозгом заболеваний, таких как черепно-мозговые травмы, болезнь Альцгеймера, инсульт и болезнь Паркинсона.

«Выведение отходов имеет решающее значение для любого органа, и перед учеными уже давно стоял вопрос, как от своих отходов избавляется мозг», – заключает руководитель исследования Майкен Недергаард (Maiken Nedergaard), MD, DMSс, содиректор Центра трансляционной нейромедицины (Center for Translational Neuromedicine) Университета Рочестера. «Эта работа показывает, что мозг очищается более организованно и в гораздо больших масштабах, чем представлялось ранее».