Hvordan tager din hjerne affaldet ud?
I dette Spotlight introducerer vi det glymfatiske system: hjernens dedikerede affaldsrensningssystem. Nu involveret i forskellige forhold er det på høje tid, at vi bliver bekendt.
Mange af os er relativt fortrolige med lymfesystemet; den udfører en række roller, hvoraf den ene rydder metabolisk affald fra hullerne mellem celler, kaldet det interstitielle rum.
Imidlertid har centralnervesystemet (CNS), der omfatter hjernen og rygmarven, ingen ægte lymfekar.
Fordi CNS er meget aktiv, kan metabolisk affald hurtigt opbygges.
CNS er også meget følsom over for udsving i sit miljø, så kroppen har brug for at fjerne cellulært affald på en eller anden måde, og det er her det glymfatiske system kommer ind.
Inden opdagelsen af dette hjernebaserede bortskaffelsessystem troede forskere, at hver enkelt celle håndterede sit eget stofskifte.
Hvis det cellulære system blev overbelastet eller bremset, da vi blev ældre, dannedes der metabolisk affald mellem cellerne. Dette affald inkluderer produkter som beta-amyloid - proteinet forbundet med Alzheimers sygdom.
Astroglia
Udtrykket “glymphatic” blev opfundet af Maiken Nedergaard, en dansk neurovidenskab, der opdagede systemet. Navnet er en henvisning til gliaceller, som er vigtige for dette affaldsrensningssystem.
Gliaceller får relativt lidt dækning sammenlignet med neuroner, på trods af at de er lige så mange i hjernen. De blev længe betragtet som lidt mere end ringe understøttende celler, men holdes nu i højere grad.
Glia beskytter, nærer og isolerer neuroner. De spiller også en rolle i immunsystemet og, som vi nu ved, det glymfatiske system.
Især er en type gliacelle kendt som astroglia vigtig. Receptorer, kaldet aquaporin-4-kanaler, på disse celler tillader cerebrospinalvæske (CSF) at bevæge sig ind i CNS, hvilket opretter en strøm, der shunter væske gennem systemet.
CSF er en klar væske, der omgiver CNS og giver den blandt andet mekanisk og immunologisk beskyttelse.
Det glymfatiske system, der løber parallelt med arterierne, udnytter også pulserende blod i cirkulation for at hjælpe med at holde tingene i bevægelse.
Da blodkarrene ekspanderer rytmisk, driver de udvekslingen af forbindelser mellem det interstitielle rum og CSF.
Det glymfatiske system forbinder med lymfesystemet i resten af kroppen ved duraen, en tyk membran af bindevæv, der dækker CNS.
Vigtigheden af søvn
Efter Nedergaards opdagelse kørte hun en række eksperimenter på mus for at udvikle en bedre forståelse af, hvordan dette system fungerede, og hvornår det var mest aktivt. Især fokuserede holdet på søvn og Alzheimers.
Nedergaard og hendes team fandt ud af, at det glymfatiske system var mest optaget, da dyrene sov. De viste, at volumen af interstitielt rum steg med 60%, mens musene sov.
Denne volumenforøgelse øgede også udvekslingen af CSF og interstitiel væske, hvilket fremskyndede fjernelsen af amyloid. De konkluderede, at:
”Den gendannende funktion af søvn kan være en konsekvens af den forbedrede fjernelse af potentielt neurotoksiske affaldsprodukter, der akkumuleres i den vågen [CNS].”
Dette tidlige arbejde inspirerede en bølge af nye undersøgelser, hvoraf de seneste blev offentliggjort i denne måned. Forskerne så på virkningen af forhøjet blodtryk på funktionen af det glymfatiske system.
Over tid får højt blodtryk blodkar til at miste deres elasticitet og bliver stadig mere stive. Fordi den regelmæssige pulsering af arterievægge driver det glymfatiske system, forhindrer denne afstivning dets funktion.
Ved hjælp af en musemodel af hypertension demonstrerede forskerne, at forhøjet blodtryksinduceret arterieafstivning forstyrrede den måde, som affaldsbortskaffelsessystemet fungerede på; det forhindrede det i effektivt at slippe af med store molekyler i hjernen, såsom beta-amyloid.
Dette fund kan hjælpe med at forklare, hvorfor forskere har fundet forbindelser mellem forhøjet blodtryk og kognitiv tilbagegang og demens.
Parkinsons sygdom
Parkinsons sygdom er en anden tilstand, der er kendetegnet ved opbygning af protein i hjernen. I dette tilfælde er proteinet alfa-synuclein.
Dette har fået nogle forskere til at spekulere på, om det glymfatiske system måske også er impliceret her.
I Parkinsons sygdom er der forstyrrelser i dopaminveje i hjernen. Disse veje spiller en vigtig rolle i søvn-vågne cykler og døgnrytme; derfor oplever mennesker med Parkinsons søvnforstyrrelser.
En anmeldelse offentliggjort i Neurovidenskab og bioadfærdsmæssige anmeldelser foreslår, at de forstyrrede søvnmønstre kan forhindre den glymfatiske fjernelse af snavs, inklusive alfa-synuclein, og hjælpe det med at opbygge i hjernen.
Hjernetraumer
Kronisk traumatisk encefalopati skyldes gentagne slag i hovedet; det blev tidligere kaldt ”punch-drunk” syndrom, fordi det forekommer hos boksere.
Symptomer kan omfatte hukommelsestab, humørsvingninger, forvirring og kognitiv tilbagegang.
Nogle forskere mener, at forstyrrelser i det glymfatiske system forårsaget af hjerne traumer kan øge risikoen for at udvikle kronisk traumatisk encefalopati.
Forfatterne til gennemgangen skriver, at efter en traumatisk hjerneskade er “Vanskeligheder med søvnudbrud og vedligeholdelse blandt de mest almindeligt rapporterede symptomer.”
Som vi har set forstyrrer dette den glymfatiske clearance af proteiner fra det interstitielle rum under søvn.
Samtidig kan disse typer skader forårsage flytning af aquaporin-4-kanaler - de vigtige receptorer på astroglia, der er vitale for glymfatisk clearance - til en position, der forhindrer fjernelse af uønskede proteiner fra det interstitielle rum.
Forfatterne mener, at afbrydelsen af dette system kunne "give et led i den forklarende kæde, der forbinder gentagen [traumatisk hjerneskade] med senere neurodegeneration."
Diabetes
Ud over en mulig rolle i neurologiske tilstande har nogle forskere undersøgt, hvordan forstyrrelser i det glymfatiske system kan være involveret i de kognitive symptomer på diabetes.
Forskere har vist, at diabetes kan påvirke en række kognitive funktioner, både tidligt i sygdommens progression og længere nede på linjen.
Nogle forskere spørger, om det glymfatiske system måske også er involveret her. En undersøgelse udført på mus brugte MR-scanninger til at visualisere bevægelsen af CSF i hippocampus, en del af hjernen, der er involveret i dannelse af nye minder, blandt andre opgaver.
Forskerne fandt, at i mus med type 2-diabetes blev clearance af CSF ”bremset med en faktor på tre.” De fandt også en sammenhæng mellem kognitive underskud og svækkelse af det glymfatiske system - hvis skraldespanden ikke blev ryddet, blev tænkningskompetencer hæmmet.
Aldring
Når vi bliver ældre, er et vist niveau af kognitivt fald næsten uundgåeligt. Der er en lang række faktorer involveret, og nogle forskere mener, at det glymfatiske system kan spille en rolle.
En undersøgelse offentliggjort i 2014 undersøgte effektiviteten af musens glymfatiske systemer, da de blev ældre; forfatterne fandt et "dramatisk fald i effektiviteten."
I en gennemgang af det glymfatiske system og dets rolle i sygdomme og aldring skriver forfatterne, at nedsat aktivitet i systemet, når vi bliver ældre, kan "bidrage til akkumulering af forkert foldede og hyperphosphorylerede proteiner", hvilket øger risikoen for neurodegenerative sygdomme og måske forværrer kognitiv dysfunktion.
Vi ved stadig relativt lidt om det glymfatiske system. Men fordi det renser vores mest følsomme og komplekse organ, vil det sandsynligvis påvirke vores generelle helbred i nogen grad.
Det glymfatiske system indeholder muligvis ikke svarene på alle vores spørgsmål om neurodegenerative sygdomme og videre, men det kan være nøglen til nogle interessante nye perspektiver.
