Соленая жидкость регулярно промывается через мозг, чтобы вывести токсины и шлаки, но после инсульта эта жидкость затопляет орган, заглушая его клетки.
Отек мозга, известный как отек мозга, возникает после инсульта, когда вода попадает в клетки мозга и окружающее их пространство. В течение многих лет ученые думали, что эта избыточная жидкость поступает из крови, но новые данные свидетельствуют о том, что вода исходит из другого источника: богатой натрием спинномозговой жидкости, которая пронизывает мозг. Эти результаты получены как на моделях живых мышей, так и на тканях человека.
Результаты, опубликованные 30 января в журнале Science, указывают на возможные способы лечения отека мозга и улучшения выздоровления пациентов после инсульта.
Цикл стирки не работает
Инсульты возникают, когда закупорка закупоривает кровеносный сосуд в головном мозге или сосуд полностью разрывается. Без адекватного энергоснабжения клетки мозга больше не могут контролировать, какие частицы проходят через их мембраны. Через несколько минут нейроны раздуваются, как переполненные пляжные мячи, и начинают закорачиваться, накапливать повреждения и умирать. Несколько часов спустя плотно сплетенные ткани, выстилающие кровеносные сосуды в головном мозге, гематоэнцефалический барьер, также начинают работать со сбоями, и весь орган поглощает воду.
«Более 60 лет люди думали, что это накопление жидкости происходит из крови», протекающей через скомпрометированный гематоэнцефалический барьер, - говорит ведущий автор исследования доктор Умберто Местре, врач-клиницист и нынешний аспирант в Медицинском центре Университета Рочестера ( URMC) Центр трансляционной нейромедицины. Но отек мозга наступает задолго до того, как нарушается гематоэнцефалический барьер, что заставляет Местре и его коллег задаться вопросом, действительно ли вода поступает откуда-то еще.
«Никто не смотрел на эти альтернативные источники жидкости», - сказал Местре. Спинномозговая жидкость, которая составляет около 10% жидкости, обнаруженной в полости черепа млекопитающих, выделялась как многообещающий кандидат, добавил он.
Согласно отчету 2015 года, опубликованному в журнале Neurochemical Research, в мозге спинномозговая жидкость протекает через лимфатическую систему, сеть трубок, извилистых по путям, прорезанным венами и артериями органа. Жидкость течет только за пределами кровеносных сосудов, удерживаемых на месте "туннелем в форме пончика" клеток. (Изобразите отрезок проволоки, представляющий собой артерию, покоящуюся внутри резинового шланга, который действует как внешний туннель, заполненный жидкостью.) Когда мышцы вдоль артерий сокращаются, находящаяся поблизости спинномозговая жидкость выталкивается вдоль своего пути и собирает метаболические отходы на способ. Помимо вывоза мусора, глифатическая система может также помочь распределять жиры, сахара и другие важные соединения в мозге.
Местре и его соавторы обнаружили, что хотя это жизненно важно для здорового мозга, после инсульта глифатическая система становится бесполезной и ведет к возникновению отеков. «Спинномозговая жидкость на самом деле является основной движущей силой отека сразу после инсульта», - сказал Местре.
Оставаться в потоке
По словам Местре, роль спинномозговой жидкости в инсульте ускользала от ученых на протяжении десятилетий, отчасти потому, что не существовало технологий, позволяющих наблюдать инсульт, разворачивающийся в реальном времени.
Он и его соавторы объединили несколько методов, чтобы наблюдать изменение потока жидкости у мышей, испытывающих инсульт. Команда заглянула в мозг животных с помощью МРТ и двухфотонного микроскопа, который использует свет и флуоресцентные химические вещества для визуализации живых тканей. «Мы можем представить себе, что делает спинномозговая жидкость во время инсульта», - сказал Местре. Наполняя жидкость радиоактивными частицами, исследователи также могли определить, как скорость потока изменяется со временем.
Используя эти методы, команда определила, что отек захватывает мозг мыши «уже через 3 минуты» после инсульта, задолго до того, как гематоэнцефалический барьер начал протекать, сказал Местре. В результате короткого замыкания клеток мозга они выбрасывают в пространство за мембранами химические мессенджеры, известные как нейротрансмиттеры и калий. Соседние ячейки реагируют на приток химических веществ и, в свою очередь, на короткое замыкание. Когда эти электрические бури проникают в мозг, мышцы кровеносных сосудов сжимаются и создают пространство между собой и окружающей лимфатической системой. Соленая спинномозговая жидкость всасывается в образовавшийся вакуум, вытягивая вместе с собой молекулы воды.
«Везде, где накапливается натрий, вода будет следовать за ним», - сказал Местре. Команда могла наблюдать, как эта игра «следуй за лидером» разворачивается в отдельных областях мозга, но не могла отслеживать поток воды во всем органе сразу. Используя компьютерную модель для моделирования всей сети glimhatic, однако, они смогли предсказать, как суженные кровеносные сосуды будут управлять потоком воды через весь мозг мыши после инсульта.
Чтобы связать точки между мышами и людьми, авторы исследовали ткани мозга пациентов, которые умерли от ишемического инсульта, где сгусток крови блокирует кровеносный сосуд в мозге. Мозг мыши и человека накапливал жидкость в одних и тех же областях, а именно в областях, через которые проходит глифатическая система и собирает отходы. Учитывая сильную корреляцию между животными и людьми, «эти результаты могут обеспечить концептуальную основу для разработки альтернативных стратегий лечения», отметили авторы.
Команда проверила одну из этих стратегий на мышах, блокируя водный канал на астроцитах, клетках головного мозга, которые помогают направлять воду через лимфатическую систему. У мышей, у которых отсутствовал канал, медленнее развивался отек после инсульта, что позволяет предположить, что подобное лечение может показаться многообещающим у пациентов-людей. В дополнение к блокированию потока воды, будущие методы лечения могут потенциально предотвратить отек, замедляя распространение вызванной инсультом электрической активности в мозге, добавляют авторы. Эти электрические бури продолжают поражать мозг в течение нескольких дней после инсульта, вызывая отек каждый раз, когда они случаются.
По словам Местре, вредные волны электрической активности, наблюдаемые при ишемическом инсульте, также появляются в сочетании с «практически каждой травмой». Новое исследование намекает на то, что глифатическая система может играть роль в условиях кровотечения в мозгу и вокруг него, черепно-мозговой травмы и даже мигрени, хотя такие связи остаются «чисто умозрительными». По словам Местре, когда-нибудь система мышц может предложить врачам совершенно новую стратегию лечения острых черепно-мозговых травм.
