Wie holt dein Gehirn den Müll raus?
In diesem Spotlight stellen wir das glymphatische System vor: das spezielle Abfallentsorgungssystem des Gehirns. Jetzt, da wir unter verschiedenen Bedingungen verwickelt sind, ist es höchste Zeit, dass wir uns kennenlernen.
Viele von uns sind mit dem Lymphsystem relativ vertraut; Es erfüllt eine Reihe von Aufgaben, von denen eine darin besteht, Stoffwechselabfälle aus den Lücken zwischen den Zellen zu entfernen, die als Zwischenraum bezeichnet werden.
Das Zentralnervensystem (ZNS), das das Gehirn und das Rückenmark umfasst, hat jedoch keine echten Lymphgefäße.
Da das ZNS hoch aktiv ist, kann sich schnell Stoffwechselabfall ansammeln.
Das ZNS reagiert auch sehr empfindlich auf Schwankungen in seiner Umgebung, daher muss der Körper den Zellmüll irgendwie entfernen, und hier kommt das glymphatische System ins Spiel.
Vor der Entdeckung dieses Gehirn-basierten Müllentsorgungssystems glaubten die Wissenschaftler, dass jede einzelne Zelle ihren eigenen Stoffwechselabfall handhabte.
Wenn das zelluläre System mit zunehmendem Alter überlastet oder verlangsamt würde, würde sich zwischen den Zellen Stoffwechselmüll ansammeln. Dieser Müll enthält Produkte wie Beta-Amyloid - das mit der Alzheimer-Krankheit assoziierte Protein.
Astroglia
Der Begriff „glymphatisch“ wurde von Maiken Nedergaard geprägt, einem dänischen Neurowissenschaftler, der das System entdeckte. Der Name bezieht sich auf die Gliazellen, die für dieses Abfallentsorgungssystem von entscheidender Bedeutung sind.
Gliazellen werden im Vergleich zu Neuronen relativ wenig abgedeckt, obwohl sie im Gehirn genauso zahlreich sind. Sie galten lange Zeit als wenig mehr als Zellen mit geringer Unterstützung, werden aber jetzt höher geschätzt.
Glia schützt, nährt und isoliert Neuronen. Sie spielen auch eine Rolle im Immunsystem und, wie wir jetzt wissen, im glymphatischen System.
Insbesondere ist eine Art von Gliazellen, die als Astroglia bekannt ist, wichtig. Rezeptoren, die als Aquaporin-4-Kanäle bezeichnet werden, ermöglichen es diesen Zellen, dass sich Liquor cerebrospinalis (CSF) in das ZNS bewegt und einen Strom erzeugt, der die Flüssigkeit durch das System leitet.
CSF ist eine klare Flüssigkeit, die das ZNS umgibt und es unter anderem mechanisch und immunologisch schützt.
Das glymphatische System, das parallel zu den Arterien verläuft, nutzt auch das Pulsieren des Blutkreislaufs, um die Dinge in Bewegung zu halten.
Wenn sich die Blutgefäße rhythmisch ausdehnen, treiben sie den Austausch von Verbindungen zwischen dem Zwischenraum und dem Liquor an.
Das glymphatische System verbindet sich mit dem Lymphsystem des restlichen Körpers an der Dura, einer dicken Membran aus Bindegewebe, die das ZNS bedeckt.
Die Bedeutung des Schlafes
Nach Nedergaards Entdeckung führte sie eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch, um ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie dieses System funktioniert und wann es am aktivsten ist. Das Team konzentrierte sich insbesondere auf Schlaf und Alzheimer.
Nedergaard und ihr Team stellten fest, dass das glymphatische System am meisten beschäftigt war, als die Tiere schliefen. Sie zeigten, dass das Volumen des Zwischenraums im Schlaf der Mäuse um 60% zunahm.
Diese Volumenvergrößerung förderte auch den Austausch von CSF und interstitieller Flüssigkeit und beschleunigte die Entfernung von Amyloid. Sie kamen zu dem Schluss, dass:
"Die Wiederherstellungsfunktion des Schlafes kann eine Folge der verstärkten Entfernung potenziell neurotoxischer Abfallprodukte sein, die sich im Wachzustand [ZNS] ansammeln."
Diese frühe Arbeit inspirierte eine Welle neuer Studien, von denen die jüngste diesen Monat veröffentlicht wurde. Die Forscher untersuchten den Einfluss von Bluthochdruck auf die Funktion des glymphatischen Systems.
Im Laufe der Zeit führt Bluthochdruck dazu, dass Blutgefäße ihre Elastizität verlieren und zunehmend steifer werden. Da das regelmäßige Pulsieren der Arterienwände das glymphatische System antreibt, beeinträchtigt diese Versteifung seine Funktion.
Anhand eines Mausmodells für Bluthochdruck zeigten die Wissenschaftler, dass die durch Bluthochdruck verursachte Versteifung der Arterien die Funktionsweise des Müllentsorgungssystems beeinträchtigt. es verhinderte, dass es große Moleküle im Gehirn wie Beta-Amyloid effizient loswurde.
Dieser Befund könnte erklären, warum Wissenschaftler Zusammenhänge zwischen erhöhtem Blutdruck und kognitivem Rückgang und Demenz gefunden haben.
Parkinson-Krankheit
Die Parkinson-Krankheit ist eine weitere Erkrankung, die durch den Aufbau von Protein im Gehirn gekennzeichnet ist. In diesem Fall ist das Protein Alpha-Synuclein.
Dies hat einige Forscher dazu veranlasst, sich zu fragen, ob das glymphatische System auch hier eine Rolle spielen könnte.
Bei der Parkinson-Krankheit kommt es zu einer Störung der Dopaminwege des Gehirns. Diese Wege spielen eine wichtige Rolle in Schlaf-Wach-Zyklen und zirkadianen Rhythmen. Daher leiden Menschen mit Parkinson häufig an Schlafstörungen.
Eine Rezension veröffentlicht in Neuroscience & Biobehavioral Reviews schlägt vor, dass die gestörten Schlafmuster die glymphatische Entfernung von Ablagerungen, einschließlich Alpha-Synuclein, behindern und dessen Aufbau im Gehirn unterstützen könnten.
Hirntrauma
Chronische traumatische Enzephalopathie resultiert aus wiederholten Schlägen auf den Kopf; Früher wurde es als "Punch-Drunk" -Syndrom bezeichnet, da es bei Boxern auftritt.
Symptome können Gedächtnisverlust, Stimmungsschwankungen, Verwirrung und kognitiver Rückgang sein.
Einige Forscher glauben, dass Störungen des glymphatischen Systems, die durch ein Hirntrauma verursacht werden, das Risiko für die Entwicklung einer chronischen traumatischen Enzephalopathie erhöhen können.
Die Autoren der Rezension schreiben, dass nach einer traumatischen Hirnverletzung „Schwierigkeiten mit dem Einsetzen und der Aufrechterhaltung des Schlafes zu den am häufigsten berichteten Symptomen gehören“.
Wie wir gesehen haben, stört dies die glymphatische Clearance von Proteinen aus dem Interstitialraum während des Schlafes.
Gleichzeitig können diese Arten von Verletzungen dazu führen, dass Aquaporin-4-Kanäle - jene wichtigen Rezeptoren auf Astroglia, die für die glymphatische Clearance von entscheidender Bedeutung sind - in eine Position verlagert werden, die die Entfernung von Junk-Proteinen aus dem Interstitialraum behindert.
Die Autoren glauben, dass die Störung dieses Systems "ein Glied in der Erklärungskette darstellen könnte, die repetitive [traumatische Hirnverletzung] mit späterer Neurodegeneration verbindet".
Diabetes
Über eine mögliche Rolle bei neurologischen Erkrankungen hinaus haben einige Forscher untersucht, wie Störungen im glymphatischen System an den kognitiven Symptomen von Diabetes beteiligt sein können.
Wissenschaftler haben gezeigt, dass Diabetes eine Reihe von kognitiven Funktionen beeinflussen kann, sowohl zu Beginn des Krankheitsverlaufs als auch später.
Einige Forscher fragen, ob das glymphatische System auch hier beteiligt sein könnte. Eine an Mäusen durchgeführte Studie verwendete MRT-Scans, um unter anderem die Bewegung des Liquors im Hippocampus zu visualisieren, einem Teil des Gehirns, der an der Bildung neuer Erinnerungen beteiligt ist.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass bei Mäusen mit Typ-2-Diabetes die Clearance von CSF „um den Faktor drei verlangsamt wurde“. Sie fanden auch eine Korrelation zwischen kognitiven Defiziten und einer Beeinträchtigung des glymphatischen Systems - wenn der Müll nicht geräumt wurde, wurden die Denkfähigkeiten behindert.
Altern
Mit zunehmendem Alter ist ein gewisser Grad an kognitivem Rückgang fast unvermeidlich. Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, und einige Wissenschaftler glauben, dass das glymphatische System eine Rolle spielen könnte.
Eine 2014 veröffentlichte Studie untersuchte die Effizienz der glymphatischen Systeme von Mäusen im Alter. Die Autoren fanden einen "dramatischen Rückgang der Effizienz".
In einer Übersicht über das glymphatische System und seine Rolle bei Krankheit und Alterung schreiben die Autoren, dass eine verminderte Aktivität im System mit zunehmendem Alter "zur Akkumulation von fehlgefalteten und hyperphosphorylierten Proteinen beitragen" könnte, was das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen und möglicherweise das Risiko erhöht. Verschlimmerung der kognitiven Dysfunktion.
Wir wissen noch vergleichsweise wenig über das glymphatische System. Da es jedoch unser empfindlichstes und komplexestes Organ reinigt, wird es wahrscheinlich unsere allgemeine Gesundheit in gewissem Maße beeinflussen.
Das glymphatische System enthält möglicherweise nicht die Antworten auf alle unsere Fragen zu neurodegenerativen Erkrankungen und darüber hinaus, könnte jedoch den Schlüssel zu einigen interessanten neuen Perspektiven enthalten.
