Curățare pe cerebelul culoarului
Un sistem specializat trimite impulsuri de presiune prin fluidele din creierul nostru.
Corpurile noastre se bazează pe sistemul lor limfatic pentru a drena lichidele excesive și pentru a elimina deșeurile din țesuturi, hrănindu-le înapoi în fluxul sanguin. Este un mecanism de curățare complex, dar eficient, care funcționează în fiecare organ, cu excepția creierului. „Când celulele sunt active, ele produc metaboliți reziduali, iar acest lucru se întâmplă și în creier. Întrucât nu există vase limfatice în creier, întrebarea a fost ce anume a curățat creierul”, a spus Natalie Hauglund, neuroștiință la Universitatea Oxford, care a condus un studiu recent privind mecanismul de curățare a creierului, a spus lui Ars.
Studiile anterioare efectuate mai ales pe șoareci au descoperit că creierul avea un sistem care își spăla țesuturile cu lichid cefalorahidian, care ducea deșeurile într-un proces numit clearance-ul glimfatic. „Oamenii de știință au observat că acest lucru s-a întâmplat doar în timpul somnului, dar nu se știa despre ce somn a inițiat acest proces de curățare”, explică Hauglund.
Studiul ei a constatat că clearance-ul glimfatic a fost mediat de un hormon numit norepinefrină și a avut loc aproape exclusiv în timpul fazei de somn NREM. Dar a funcționat doar când somnul era natural. Anestezia și somniferele opresc acest proces aproape complet.
Luând-o încet
Sistemul glimfatic din creier a fost descoperit în 2013 de dr. Maiken Nedergaard, neurolog danez și coautor al lucrării lui Hauglund. De atunci, au existat numeroase studii menite să descopere cum a funcționat, dar majoritatea dintre ele au avut o problemă: au fost făcute pe șoareci anesteziați.
„Ceea ce face anestezia utilă este că puteți avea un cadru foarte controlat”, spune Hauglund.
Majoritatea tehnicilor de imagistică cerebrală necesită ca un subiect, un animal sau un om, să stea nemișcat. În experimentele cu șoarece, asta a însemnat imobilizarea capului lor, astfel încât echipa de cercetare să poată obține scanări clare. „Dar anestezia oprește și unele dintre mecanismele din creier”, susține Hauglund.
Așadar, echipa ei a proiectat un studiu pentru a vedea cum funcționează mecanismul de curățare a creierului la șoarecii care se pot mișca liber în cuști și pot dormi în mod natural ori de câte ori au chef. „S-a dovedit că, cu sistemul glimfatic, nu am văzut cu adevărat imaginea completă când am folosit anestezie”, spune Hauglund.
A privi în creierul unui șoarece care aleargă și se mișcă în timpul somnului, totuși, nu a fost ușor. Echipa a realizat-o folosind o tehnică numită fotometrie cu fibre de flux, care funcționează prin imagistica fluidelor marcate cu markeri fluorescenți folosind o sondă implantată în creier. Deci, șoarecii au implantat fibrele optice în creier. Odată ce a făcut acest lucru, echipa a pus etichete fluorescente în sângele șoarecilor, lichidul cefalorahidian și hormonul norepinefrină. „Moleculele fluorescente din lichidul cefalorahidian aveau o lungime de undă, sângele avea o altă lungime de undă, iar norepinefrina avea încă o lungime de undă”, spune Hauglund.
În acest fel, echipa ei și-a putut obține o idee destul de precisă despre dinamica fluidelor cerebrale atunci când șoarecii erau treji și adormiți. Și s-a dovedit că sistemul glimfatic practic a transformat țesuturile creierului într-o pompă care se mișcă încet.
Pompare
„Noradrenalina este eliberată dintr-o zonă mică a creierului din trunchiul cerebral”, spune Hauglund. „Este cunoscut în principal ca răspuns la situații stresante. De exemplu, în scenariile de luptă sau de zbor, vedeți creșterea nivelului de norepinefrină.” Efectul său principal este de a provoca contractarea vaselor de sânge. Totuși, în cercetări mai recente, oamenii au descoperit că în timpul somnului, norepinefrina este eliberată în valuri lente care se rotesc peste creier aproximativ o dată pe minut. Această eliberare oscilativă de norepinefrină sa dovedit crucială pentru funcționarea sistemului glimfatic.
„Când am folosit metoda de fotometrie cu fibre flux pentru a analiza creierul șoarecilor, am văzut aceste valuri lente de norepinefrină, dar am văzut și cum funcționează în sincronie cu fluctuația volumului sanguin”, spune Hauglund.
De fiecare dată când nivelul norepinefrinei a crescut, a provocat contracția vaselor de sânge din creier, iar volumul de sânge a scăzut. În același timp, contracția a crescut volumul spațiilor perivasculare din jurul vaselor de sânge, care au fost imediat umplute cu lichidul cefalorahidian.
Când nivelul norepinefrinei a scăzut, procesul a funcționat invers: vasele de sânge s-au dilatat, lăsând sângele să intre și împingând lichidul cefalorahidian afară. „Ceea ce am descoperit a fost că norepinefrina a funcționat puțin ca un dirijor de orchestră și face ca sângele și lichidul cefalorahidian să se miște în sincronie în aceste unde lente”, spune Hauglund.
Și pentru că studiul a fost conceput pentru a monitoriza acest proces la șoareci care se mișcă liber, netulburați, echipa a aflat exact când se întâmplă toate acestea. Când șoarecii erau treji, nivelurile de norepinefrină au fost mult mai mari, dar relativ constante. Echipa a observat opusul în timpul fazei de somn REM, unde nivelurile de norepinefrină au fost constant scăzute. Comportamentul oscilator a fost prezent exclusiv în timpul fazei de somn NREM.
Deci, echipa a vrut să verifice cum va funcționa clearance-ul glimfatic atunci când le-au administrat șoarecilor zolpidem, un medicament pentru somn care s-a dovedit că crește Timpul de somn NREM. În teorie, zolpidemul ar fi trebuit să stimuleze curățarea creierului. Dar l-a oprit în schimb.
Pastile non-dormite
„Când ne-am uitat la șoareci după ce le-am dat zolpidem, am văzut că toți au adormit foarte repede. Era de așteptat – luăm zolpidem pentru că ne face mai ușor să dormim”, spune Hauglund. „Dar apoi am văzut că acele fluctuații lente ale norepinefrinei, volumului sanguin și lichidului cefalorahidian s-au oprit aproape complet.”
Nicio fluctuație a însemnat că sistemul glimfatic nu a îndepărtat niciun deșeu. Aceasta a fost o problemă serioasă, deoarece unul dintre deșeurile celulare pe care ar trebui să-l elimine este beta-amiloid, găsit în creierul pacienților care suferă de boala Alzheimer.
Hauglund speculează că este posibil ca zolpidemul să inducă o stare foarte asemănătoare cu somnul, dar în același timp oprește procese importante care au loc în timpul somnului. În timp ce utilizarea abundentă de zolpidem a fost asociată cu risc crescut de boala Alzheimernu este clar dacă acest risc crescut a existat, deoarece medicamentul inhiba eliberarea oscilatoare de norepinefrină în creier. Pentru a înțelege mai bine acest lucru, Hauglund dorește să analizeze mai îndeaproape modul în care funcționează sistemul glimfatic la oameni.
„Știm că avem aceeași dinamică a fluidelor în creier, așa că acest lucru ar putea determina, de asemenea, clearance-ul creierului la oameni”, a spus Haugland pentru Ars. „Totuși, este foarte greu să ne uităm la norepinefrina în creierul uman, deoarece avem nevoie de o tehnică invazivă pentru a ajunge la țesut.”
Dar ea a spus că nivelurile de norepinefrină la oameni pot fi estimate pe baza unor indicii indirecte. Una dintre ele este dilatarea și contracția pupilei, care funcționează în sincron cu nivelurile de norepinefrină. Un alt indiciu poate consta în microexcitații – treziri foarte scurte, imperceptibile, care, crede Hauglund, pot fi corelate cu mecanismul de curățare a creierului. „În prezent sunt interesat de acest fenomen […]. În acest moment, nu avem idee de ce există microexcitații sau ce funcție au”, spune Hauglund.
Dar ultimul pas pe care îl are pe foaia de parcurs este să facă somnifere mai bune. „Avem nevoie de somnifere care nu au acest efect inhibitor asupra undelor de norepinefrină. Dacă putem avea un somnifer care îi ajută pe oameni să doarmă fără să le perturbe somnul în același timp, va fi foarte important”, conchide Hauglund.
Cell, 2025. DOI: 10.1016/j.cell.2024.11.027
Jacek Krywko este un scriitor independent de știință și tehnologie care acoperă explorarea spațiului, cercetarea inteligenței artificiale, informatica și tot felul de vrăjitorie inginerească.
Comentarii recente