Bagaimana otak anda membuang sampah?
Di dalam Spotlight ini, kami memperkenalkan sistem glymphatic: sistem pembuangan sisa otak khusus. Sekarang terlibat dalam pelbagai keadaan, sudah tiba masanya kita berkenalan.
Ramai di antara kita agak biasa dengan sistem limfa; ia melakukan sejumlah peran, salah satunya membersihkan sampah metabolik dari jurang antara sel, disebut sebagai ruang interstisial.
Walau bagaimanapun, sistem saraf pusat (CNS), yang merangkumi otak dan saraf tunjang, tidak mempunyai saluran limfa yang benar.
Kerana CNS sangat aktif, sisa metabolik dapat menumpuk dengan cepat.
CNS juga sangat sensitif terhadap turun naik di persekitarannya, jadi badan perlu membuang sampah selular, dan di situlah sistem glymphatic masuk.
Sebelum penemuan sistem pembuangan sampah berasaskan otak ini, para saintis percaya bahawa setiap sel individu menangani detritus metaboliknya sendiri.
Sekiranya sistem sel menjadi berlebihan atau melambatkan ketika kita berumur, sampah metabolik akan terbentuk di antara sel. Sampah ini merangkumi produk seperti beta-amyloid - protein yang berkaitan dengan penyakit Alzheimer.
Astroglia
Istilah "glymphatic" diciptakan oleh Maiken Nedergaard, ahli sains saraf Denmark yang menemui sistem ini. Nama itu merujuk kepada sel glial, yang sangat penting untuk sistem pembuangan sampah ini.
Sel glial mendapat liputan yang relatif sedikit, dibandingkan dengan neuron, walaupun jumlahnya banyak di otak. Mereka lama dianggap lebih rendah daripada sel sokongan rendah, tetapi sekarang dianggap lebih tinggi.
Glia melindungi, menyuburkan, dan melindungi neuron. Mereka juga berperanan dalam sistem kekebalan tubuh dan, seperti yang kita ketahui sekarang, sistem glymphatic.
Khususnya, sejenis sel glial yang dikenali sebagai astroglia adalah penting. Reseptor, yang disebut saluran aquaporin-4, pada sel-sel ini membolehkan cecair serebrospinal (CSF) bergerak ke dalam CNS, menyiapkan arus yang mengalirkan cecair melalui sistem.
CSF adalah cecair jernih yang mengelilingi CNS, memberikannya perlindungan mekanikal dan imunologi, antara lain.
Sistem glymphatic, yang berjalan selari dengan arteri, juga memanfaatkan denyutan darah dalam peredaran untuk membantu menjaga keadaan bergerak.
Apabila saluran darah mengembang secara berirama, mereka mendorong pertukaran sebatian antara ruang interstisial dan CSF.
Sistem glymphatic menghubungkan dengan sistem limfa dari seluruh badan di dura, selaput tebal tisu penghubung yang menutupi CNS.
Kepentingan tidur
Setelah penemuan Nedergaard, dia menjalankan satu siri eksperimen pada tikus untuk mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana sistem ini berfungsi dan kapan ia paling aktif. Khususnya, pasukan memberi tumpuan kepada tidur dan Alzheimer.
Nedergaard dan pasukannya mendapati bahawa sistem glymphatic paling sibuk ketika haiwan tidur. Mereka menunjukkan bahawa jumlah ruang interstisial meningkat 60% semasa tikus sedang tidur.
Peningkatan jumlah ini juga mendorong pertukaran CSF dan cairan interstisial, mempercepat penyingkiran amiloid. Mereka menyimpulkan bahawa:
"Fungsi pemulihan tidur mungkin merupakan akibat peningkatan penyingkiran produk sisa berpotensi neurotoksik yang terkumpul di [CNS] yang terjaga."
Karya awal ini mengilhami gelombang kajian baru, yang paling baru diterbitkan bulan ini. Para penyelidik melihat kesan tekanan darah tinggi terhadap fungsi sistem glymphatic.
Lama kelamaan, tekanan darah tinggi menyebabkan saluran darah kehilangan keanjalannya, menjadi semakin kaku. Oleh kerana denyutan biasa dinding arteri mendorong sistem glymphatic, kekakuan ini menghalang fungsinya.
Dengan menggunakan model hipertensi tikus, para saintis menunjukkan bahawa pengerasan arteri yang disebabkan oleh tekanan darah tinggi tidak mengganggu cara sistem pembuangan sampah berfungsi; ia menghalangnya dengan berkesan menyingkirkan molekul besar di otak, seperti beta-amyloid.
Penemuan ini dapat membantu menjelaskan mengapa saintis menemui kaitan antara peningkatan tekanan darah dan penurunan kognitif dan demensia.
Penyakit Parkinson
Penyakit Parkinson adalah keadaan lain yang dicirikan oleh penumpukan protein di otak. Dalam kes ini, protein adalah alpha-synuclein.
Ini menyebabkan sebilangan penyelidik tertanya-tanya sama ada sistem glymphatic juga boleh berlaku di sini.
Dalam penyakit Parkinson, terdapat gangguan pada jalur dopamin otak. Laluan ini memainkan peranan penting dalam kitaran bangun tidur dan irama sirkadian; oleh itu, orang yang menghidap Parkinson sering mengalami gangguan tidur.
Ulasan yang diterbitkan dalam Ulasan Neurosains & Biobehavioral mencadangkan bahawa corak tidur yang terganggu dapat menghalang penghapusan serpihan glisfatik, termasuk alpha-synuclein, membantunya terbentuk di otak.
Trauma otak
Ensefalopati traumatik kronik berlaku akibat pukulan berulang ke kepala; dulu disebut sindrom "mabuk pukulan" kerana ia terjadi pada petinju.
Gejala boleh merangkumi kehilangan ingatan, perubahan mood, kekeliruan, dan penurunan kognitif.
Sebilangan penyelidik percaya bahawa gangguan pada sistem glymphatic yang disebabkan oleh trauma otak dapat meningkatkan risiko mengembangkan ensefalopati traumatik kronik.
Penulis kajian menulis bahawa, setelah mengalami kecederaan otak yang traumatik, "Kesukaran dengan permulaan tidur dan penyelenggaraan adalah antara gejala yang paling sering dilaporkan."
Seperti yang telah kita lihat, ini mengganggu pelepasan protein glisfatik dari ruang interstisial semasa tidur.
Pada masa yang sama, jenis kecederaan ini boleh menyebabkan penempatan semula saluran aquaporin-4 - reseptor penting pada astroglia yang penting untuk pelepasan glymphatic - ke kedudukan yang menghalang penyingkiran protein sampah dari ruang interstisial.
Penulis percaya bahawa gangguan sistem ini dapat "memberikan satu pautan dalam rantai penjelasan yang menghubungkan [kecederaan otak traumatik] berulang dengan neurodegenerasi kemudian."
Diabetes
Di luar kemungkinan peranan dalam keadaan neurologi, beberapa penyelidik telah menyelidiki bagaimana gangguan dalam sistem glisfatik mungkin terlibat dalam gejala kognitif diabetes.
Para saintis telah menunjukkan bahawa diabetes boleh mempengaruhi pelbagai fungsi kognitif, baik pada awal perkembangan penyakit ini dan seterusnya.
Beberapa penyelidik bertanya sama ada sistem glymphatic mungkin juga terlibat di sini. Satu kajian yang dilakukan pada tikus menggunakan imbasan MRI untuk memvisualisasikan pergerakan CSF di hippocampus, bahagian otak yang terlibat dalam membentuk kenangan baru, antara tugas lain.
Para saintis mendapati bahawa pada tikus dengan diabetes jenis 2, pembersihan CSF "diperlambat oleh faktor tiga." Mereka juga menemui korelasi antara defisit kognitif dan penurunan sistem glymphatic - jika sampah tidak dibersihkan, kemahiran berfikir terhambat.
Penuaan
Seiring bertambahnya usia, tahap penurunan kognitif tertentu hampir tidak dapat dielakkan. Terdapat banyak faktor yang terlibat, dan beberapa saintis percaya bahawa sistem glifatik dapat memainkan peranan.
Satu kajian yang diterbitkan pada tahun 2014 menyiasat kecekapan sistem glymphatic tikus ketika mereka berumur; penulis mendapati "penurunan kecekapan yang dramatik."
Dalam kajian semula sistem glymphatic dan peranannya dalam penyakit dan penuaan, penulis menulis bahawa aktiviti yang dikurangkan dalam sistem ketika kita meningkat usia mungkin "menyumbang kepada pengumpulan protein yang salah dan hiperfosforilasi," meningkatkan risiko penyakit neurodegeneratif dan, mungkin, memburukkan lagi disfungsi kognitif.
Kita masih tahu sedikit mengenai sistem glifatik. Tetapi, kerana membersihkan organ kita yang paling sensitif dan kompleks, ia mungkin mempengaruhi kesihatan kita secara keseluruhan.
Sistem glymphatic mungkin tidak mengandungi jawapan untuk semua pertanyaan kami mengenai penyakit neurodegeneratif dan seterusnya, tetapi ia dapat menjadi kunci kepada beberapa perspektif baru yang menarik.
