Hur tar din hjärna ut papperskorgen?
I denna strålkastare introducerar vi det glymfatiska systemet: hjärnans dedikerade avfallsrensningssystem. Nu inblandad i olika förhållanden är det hög tid att vi blir bekanta.
Många av oss är relativt bekanta med lymfsystemet; den utför ett antal roller, varav en är att rensa metaboliskt avfall från luckorna mellan celler, kallat det interstitiella utrymmet.
Centrala nervsystemet (CNS), som omfattar hjärnan och ryggmärgen, har dock inga sanna lymfkärl.
Eftersom CNS är mycket aktivt kan metaboliskt avfall byggas upp snabbt.
CNS är också mycket känslig för fluktuationer i sin miljö, så kroppen måste ta bort cellulärt avfall på något sätt, och det är där det glymfatiska systemet kommer in.
Innan upptäckten av detta hjärnbaserade avfallshanteringssystem trodde forskare att varje enskild cell hanterade sin egen metaboliska detritus.
Om det cellulära systemet blev överbelastat eller saktade ner när vi åldrades, skulle metaboliskt avfall byggas upp mellan cellerna. Detta sopor innehåller produkter som beta-amyloid - proteinet som är associerat med Alzheimers sjukdom.
Astroglia
Uttrycket "glymphatic" myntades av Maiken Nedergaard, en dansk neurovetenskapare som upptäckte systemet. Namnet är en hänvisning till gliacellerna, som är viktiga för detta avfallshanteringssystem.
Gliaceller får relativt liten täckning jämfört med nervceller, trots att de är lika många i hjärnan. De ansågs länge vara lite mer än ringa stödceller, men hålls nu i högre grad.
Glia skyddar, ger näring och isolerar nervceller. De spelar också en roll i immunsystemet och, som vi nu vet, det glymfatiska systemet.
I synnerhet är en typ av gliaceller som kallas astroglia viktiga. Receptorer, kallade aquaporin-4-kanaler, på dessa celler gör det möjligt för cerebrospinalvätska (CSF) att röra sig in i CNS, vilket skapar en ström som shuntar vätska genom systemet.
CSF är en klar vätska som omger CNS och ger det bland annat mekaniskt och immunologiskt skydd.
Det glyfmatiska systemet, som löper parallellt med artärerna, utnyttjar också pulserande blod i cirkulation för att hålla saker och ting i rörelse.
När blodkärlen expanderar rytmiskt driver de utbytet av föreningar mellan det interstitiella utrymmet och CSF.
Det glymfatiska systemet ansluter till lymfsystemet i resten av kroppen vid dura, ett tjockt membran av bindväv som täcker CNS.
Vikten av sömn
Efter Nedergaards upptäckt sprang hon en serie experiment på möss för att utveckla en bättre förståelse för hur detta system fungerade och när det var mest aktivt. I synnerhet fokuserade teamet på sömn och Alzheimers.
Nedergaard och hennes team fann att det glymfatiska systemet var mest upptagen när djuren sov. De visade att volymen av interstitiellt utrymme ökade med 60% medan mössen sov.
Denna volymökning ökade också utbytet av CSF och interstitiell vätska, vilket påskyndade avlägsnandet av amyloid. De drog slutsatsen att:
"Den återställande funktionen av sömn kan vara en konsekvens av det förbättrade avlägsnandet av potentiellt neurotoxiska avfallsprodukter som ackumuleras i vaken [CNS]."
Detta tidiga arbete inspirerade en våg av nya studier, av vilka den senaste publicerades denna månad. Forskarna tittade på effekten av högt blodtryck på funktionen av det glymfatiska systemet.
Med tiden orsakar högt blodtryck att blodkärlen tappar sin elasticitet och blir alltmer styva. Eftersom den regelbundna pulseringen av arteriella väggar driver det glymfatiska systemet, hindrar denna förstyvning dess funktion.
Med hjälp av en musmodell för högt blodtryck visade forskarna att högt blodtrycksinducerad artärförstörning stör det sätt som avfallshanteringssystemet fungerade; det hindrade det från att effektivt bli av med stora molekyler i hjärnan, såsom beta-amyloid.
Detta resultat kan hjälpa till att förklara varför forskare har hittat kopplingar mellan förhöjt blodtryck och kognitiv nedgång och demens.
Parkinsons sjukdom
Parkinsons sjukdom är ett annat tillstånd som kännetecknas av ansamling av protein i hjärnan. I detta fall är proteinet alfa-synuklein.
Detta har lett till att vissa forskare undrar om det glymfatiska systemet kan vara inblandat här också.
Vid Parkinsons sjukdom finns det störningar i hjärnans dopaminvägar. Dessa vägar spelar en viktig roll i sömnväckningscykler och dygnsrytmer; därför upplever personer med Parkinsons sömnstörningar.
En recension publicerad i Neurovetenskap och biobeteende recensioner föreslår att de störda sömnmönstren skulle kunna hindra det glyfmatiska avlägsnandet av skräp, inklusive alfa-synuklein, vilket kan hjälpa det att byggas upp i hjärnan.
Hjärntrauma
Kronisk traumatisk encefalopati beror på upprepade slag mot huvudet; det kallades tidigare "punch-drunk" syndrom eftersom det förekommer hos boxare.
Symtom kan inkludera minnesförlust, humörförändringar, förvirring och kognitiv nedgång.
Vissa forskare tror att störningar i det glymfatiska systemet orsakat av hjärntrauma kan öka risken för att utveckla kronisk traumatisk encefalopati.
Författarna till granskningen skriver att, efter en traumatisk hjärnskada, "Svårigheter med sömninträde och underhåll är bland de vanligaste rapporterade symtomen."
Som vi har sett stör detta den glymfatiska clearance av proteiner från det interstitiella utrymmet under sömnen.
Samtidigt kan dessa typer av skador orsaka omplacering av aquaporin-4-kanaler - de viktiga receptorerna på astroglia som är viktiga för glymfatisk clearance - till en position som hindrar avlägsnande av skräpproteiner från det interstitiella utrymmet.
Författarna tror att störningen av detta system kan "ge en länk i den förklarande kedjan som förbinder repetitiv [traumatisk hjärnskada] med senare neurodegeneration."
Diabetes
Utöver en möjlig roll i neurologiska tillstånd har vissa forskare undersökt hur störningar i det glymfatiska systemet kan vara inblandade i de kognitiva symptomen på diabetes.
Forskare har visat att diabetes kan påverka en rad kognitiva funktioner, både tidigt i sjukdomsutvecklingen och längre fram.
Vissa forskare frågar om det glymfatiska systemet kan vara inblandat också här. En studie utförd på möss använde MR-skanningar för att visualisera rörelsen av CSF i hippocampus, en del av hjärnan som är involverad i att bilda nya minnen, bland andra uppgifter.
Forskarna fann att i möss med typ 2-diabetes, minskades röjningen av CSF ”med en faktor tre.” De hittade också en korrelation mellan kognitiva underskott och försämring av det glymfatiska systemet - om papperskorgen inte skulle rensas hindrades tänkande.
Åldrande
När vi åldras är en viss nivå av kognitiv nedgång nästan oundviklig. Det finns ett stort antal faktorer inblandade, och vissa forskare tror att det glymfatiska systemet kan spela en roll.
En studie som publicerades 2014 undersökte effektiviteten hos mössens glymfatiska system när de åldrades. författarna fann en "dramatisk nedgång i effektiviteten."
I en genomgång av det glymfatiska systemet och dess roll i sjukdomar och åldrande skriver författarna att minskad aktivitet i systemet när vi åldras kan "bidra till ackumulering av felveckade och hyperfosforylerade proteiner", vilket ökar risken för neurodegenerativa sjukdomar och kanske förvärrar kognitiv dysfunktion.
Vi vet fortfarande relativt lite om det glymfatiska systemet. Men eftersom det rensar vårt mest känsliga och komplexa organ, kommer det sannolikt att påverka vår allmänna hälsa till viss del.
Det glyfmatiska systemet kanske inte innehåller svaren på alla våra frågor om neurodegenerativa sjukdomar och bortom, men det kan vara nyckeln till några nya intressanta perspektiv.
