Около 170 миллиардов клеток находятся в мозге, и, выполняя свои обычные задачи, они производят очень много отходов. Чтобы оставаться здоровым, мозгу необходимо смывать весь этот мусор. Но как именно он это делает, оставалось загадкой. Теперь две группы ученых опубликовали три статьи, в которых подробно описывается система удаления отходов мозга. Их идеи могут помочь исследователям лучше понимать, лечить и, возможно, предотвращать широкий спектр расстройств мозга.
Статьи, все опубликованные в журнале Nature, предполагают, что во время сна медленные электрические волны выталкивают жидкость вокруг клеток из глубины мозга на его поверхность. Там сложный интерфейс позволяет отходам в этой жидкости всасываться в кровоток, который доставляет их в печень и почки для удаления из организма.
Одним из выводимых продуктов жизнедеятельности является амилоид — вещество, которое образует липкие бляшки в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.
По словам Джеффри Айлиффа, изучающего нейродегенеративные заболевания в Вашингтонском университете, но не принимавшего участия в новых исследованиях, появляется все больше доказательств того, что при болезни Альцгеймера нарушается работа системы выведения отходов из мозга.
Новые результаты должны помочь исследователям точно понять, в чем проблема, и, возможно, решить ее, говорит Айлифф.
«Если мы восстановим дренаж, сможем ли мы предотвратить развитие болезни Альцгеймера?» — спрашивает он.
Новые исследования были проведены более чем через десятилетие после того, как Илифф и датский ученый доктор Майкен Недергаард впервые предположили, что прозрачные жидкости внутри и вокруг мозга являются частью системы вымывания отходов.
Ученые назвали ее глимфатической системой, отсылая к лимфатической системе организма, которая помогает бороться с инфекциями, поддерживать уровень жидкости и отфильтровывать отходы и аномальные клетки.
Джонатан Кипнис из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, автор двух новых статей, утверждает, что обе системы работают как водопровод в доме.
«У вас есть водопроводные и канализационные трубы, — говорит Кипнис. — Так что вода поступает чистая, а потом вы моете руки, и грязная вода уходит».
Но лимфатическая система использует сеть тонких трубок, которые транспортируют отходы в кровоток. В мозге таких трубок нет.
Итак, по словам Кипниса, ученые потратили десятилетия, пытаясь ответить на фундаментальный вопрос: «Каким образом молекула отходов из середины мозга попадает к его границам» и в конечном итоге выводится из организма?
Часть ответа пришла в 2012 и 2013 годах, когда Илифф и Недергаард начали предлагать глимфатическую систему. Они показали, что у спящих животных спинномозговая жидкость начинает быстро течь через мозг, вымывая отходы.
Но что толкало жидкость? И как она транспортировала отходы через барьер, который обычно отделяет мозговую ткань от кровотока?
Кипнис и его команда начали изучать работу мозга во время сна. В рамках этих усилий они измерили мощность медленной электрической волны, которая появляется во время глубокого сна у животных.
И они кое-что поняли: «Измеряя волну, мы также измеряем поток интерстициальной жидкости», жидкости, находящейся в пространствах вокруг клеток, говорит Кипнис.
Оказалось, что волны действуют как сигнал, синхронизируя активность нейронов и превращая их в крошечные насосы, которые проталкивают жидкость к поверхности мозга, сообщила группа в феврале в журнале Nature.
Во второй статье, опубликованной в том же номере журнала Nature, группа под руководством ученых из Массачусетского технологического института представила дополнительные доказательства того, что медленные электрические волны помогают очищать мозг от отходов.
Команда использовала мышей, у которых развивается форма болезни Альцгеймера. Они подвергали этих мышей воздействию всплесков звука и света, которые происходили 40 раз в секунду.
Стимуляция вызывала у животных мозговые волны, возникавшие с одинаковой, медленной частотой.
Тесты показали, что волны увеличили приток чистой спинномозговой жидкости в мозг и отток грязной жидкости из мозга. Они также показали, что жидкость переносила амилоид, вещество, которое накапливается в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.
В статье, опубликованной несколькими неделями ранее, Кипнис показал, как отходы, включая амилоид, по-видимому, проникают через защитную мембрану, которая обычно изолирует мозг.
Кипнис и его команда сосредоточились на вене, проходящей через эту мембрану.
«Вокруг вены есть рукав, который никогда не бывает полностью запечатан», — говорит он. «Именно оттуда спинномозговая жидкость выходит» и переносит отходы в лимфатическую систему организма.
В совокупности новые исследования показывают, что для поддержания функционирования системы очистки мозга от отходов требуется два отдельных этапа: один — выведение отходов в спинномозговую жидкость, окружающую мозг, и другой — перемещение их в лимфатическую систему и, в конечном итоге, выведение из организма.
«Мы описали их по отдельности, — говорит Айлифф, — но с биологической точки зрения они почти наверняка связаны». Айлифф говорит, что многие из новых результатов, полученных на мышах, еще предстоит подтвердить на людях. «Анатомические различия между грызунами и людьми, — говорит он, — весьма существенны».
Однако он утверждает, что результаты согласуются с исследованиями причин возникновения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Исследователи знают, что система очистки мозга от отходов может быть нарушена с возрастом, травмами и заболеваниями, которые закупоривают кровеносные сосуды в мозге.
«Все это факторы риска болезни Альцгеймера», — говорит Илифф.
Нарушение удаления отходов может также быть фактором болезни Паркинсона, головной боли и даже депрессии, говорит Айлифф. Поэтому поиск способов помочь мозгу очиститься — возможно, путем индукции этих медленных электрических волн — может предотвратить широкий спектр расстройств.
