Ключът към предотвратяването на болестите на Алцхаймер и Паркинсон?

Констатациите могат да проправят пътя за иновативни стратегии за лечение на болестта на Алцхаймер и различни други неврологични разстройства.

В съня има парадокс. Привидното му спокойствие съвпада с шумна мозъчна дейност. Нощта е неподвижна, но мозъкът не спи. По време на сън мозъчните клетки произвеждат изблици на електрически импулси, които се натрупват в ритмични вълни – знак за повишена функция на мозъчните клетки.

Но защо мозъкът е активен, когато сме в покой?

Бавните мозъчни вълни се свързват със спокоен, възстановяващ сън. Сега учени от Медицинския факултет на Вашингтонския университет в Сейнт Луис са открили, че мозъчните вълни помагат за изхвърлянето на отпадъци от мозъка по време на сън. Индивидуалните неврони се координират, за да произвеждат ритмични вълни, които избутват течност през плътна мозъчна тъкан, отмивайки тъканта в процеса.

„Тези неврони са миниатюрни помпи. „Синхронизираната невронна активност насърчава потока на течности и отстраняването на остатъците от мозъка“, обясни първият автор Ли Фен-джианг Ших, доктор на науките, постдокторантски научен сътрудник в Катедрата по патология и имунология. „Ако можем да надградим този процес, има възможност за забавяне или дори предотвратяване на неврологични заболявания, вкл. Болест на Алцхаймер и болестта на Паркинсон, при която излишните отпадъци – като метаболитни отпадъци и нежелани протеини – се натрупват в мозъка и водят до невродегенерация.

Резултатите бяха публикувани наскоро в списанието природа.

Мозъчни клетки и отстраняване на отпадъци

Мозъчните клетки регулират мислите, чувствата и движенията на тялото, образувайки динамични мрежи, които са от съществено значение за формирането на паметта и решаването на проблеми. Но за да изпълняват такива задачи, изискващи енергия, мозъчните клетки се нуждаят от гориво. Тяхната консумация на хранителни вещества от диетата създава метаболитни отпадъци в процеса.

„Важно е мозъкът да се отърве от метаболитните отпадъци, които могат да се натрупат и да допринесат за невродегенеративни заболявания“, каза Джонатан Кипнис, доктор по философия, Alan A. и Едит Л. Кипнис е водещият автор на тази статия. „Знаехме, че сънят е времето, когато мозъкът започва процеса на почистване, за да изхвърли отпадъците и токсините, които се натрупват по време на будност. Но не знаехме как се случва това. Тези открития може да ни насочат към потенциални стратегии и лечения за ускоряване на отстраняването на вредни отпадъци и да ги отстрани, преди да е довело до сериозни последствия.“ .

Механизъм за почистване на мозъка

Но изчистването на плътния мозък не е лесна задача. Той навлиза в гръбначно-мозъчната течност около мозъка и се вплита в сложни клетъчни мрежи, събирайки токсични отпадъци, докато пътува. При излизане от мозъка замърсената течност трябва да премине през бариера, преди да се разлее в лимфните съдове на твърдата мозъчна обвивка – външния слой тъкан, който обгръща мозъка под черепа. Но какво задвижва движението на течности в, през и извън мозъка?

Jiang Xie обясни, че чрез изучаване на мозъците на спящи мишки, изследователите са открили, че невроните управляват усилията за почистване, като изстрелват електрически сигнали по координиран начин, за да генерират ритмични вълни в мозъка. Те установиха, че такива вълни задвижват движението на течности.

Изследователският екип заглуши определени области на мозъка, така че невроните в тези области да не произвеждат ритмични вълни. Без тези вълни свежата гръбначно-мозъчна течност не може да тече през безшумни области на мозъка и уловените отпадъци не могат да напуснат мозъчната тъкан.

Подобрете процеса на прочистване на мозъка

„Една от причините да спим е да прочистим мозъка си“, каза Кипнис. „И ако можем да подобрим този процес на пречистване, може би ще бъде възможно да спим по-малко и да останем по-здрави. Не всеки има полза от осем часа сън всяка нощ, а загубата на сън оказва влияние върху здравето. Други проучвания показват, че мишките са генетично предразположени да спят по-малко, имат по-силен мозък.“ Здравословно. Може ли да е, защото те почистват отпадъците от мозъка си по-ефективно? Можем ли да помогнем на хората с безсъние, като подобрим способностите на мозъците им за почистване, така че да могат да спят по-малко?

Моделите на мозъчните вълни се променят по време на циклите на съня. Трябва да се отбележи, че по-дългите мозъчни вълни с по-голяма амплитуда движат течностите по-силно. Изследователите сега се интересуват да разберат защо невроните се активират в различни ритми по време на сън и кои области на мозъка са най-податливи на натрупване на отпадъци.

„Смятаме, че процесът на почистване на мозъка е като миене на чинии“, обясни невробиологът Цзян Ших. „Започвате, например, с голямо, бавно, ритмично движение, за да почистите разтворимите отпадъци, разпръснати из чинията. След това намалявате обхвата на движение и увеличавате скоростта на тези движения, за да премахнете особено лепкави остатъци от храна върху чинията. Въпреки различната амплитуда и ритъм на движенията на ръцете ви, общата цел остава фиксирана: Премахване на различни видове отпадъци от съдовете. Мозъкът може да коригира метода си за почистване в зависимост от вида и количеството отпадъци.

Справка: „Невралната динамика ръководи перфузията на цереброспиналната течност и мозъчния клирънс“ от Li-Feng Jiang Shi, Antoine Dreu, Keshni Bhasin, Daniel Quintero, Igor Smirnov и Jonathan Kipnis, 28 февруари 2024 г., природа.
doi: 10.1038/s41586-024-07108-6

Проучването е финансирано от Национални институти по здравеопазване.