Солона рідина регулярно проливається через мозок, щоб очистити токсини та відходи, але після інсульту ця рідина затоплює орган, заглушаючи його клітини.
Набряк мозку, відомий як набряк головного мозку, виникає після інсульту, коли вода потрапляє в клітини мозку та простір, що їх оточує. Протягом багатьох років вчені вважали, що ця зайва рідина надходить з крові, але нові дані свідчать про те, що вода витікає з іншого джерела: багата натрієм спинномозкова рідина, яка пронизує мозок. Ці результати отримують як живі моделі миші, так і тканини людини.
Отримані результати, опубліковані 30 січня в журналі Science, вказують на можливе лікування, щоб зменшити набряк у мозку та покращити одужання пацієнтів після інсульту.
Цикл прання пішов не так
Інсульти виникають, коли закупорка закупорює кровоносну судину в мозку, або посудина повністю розривається. Без належного енергозабезпечення клітини мозку вже не можуть контролювати, які частинки проходять через їх мембрани. Протягом декількох хвилин нейрони набухають, як переповнені пляжні кулі, і починають коротко замикатися, накопичувати пошкодження і гинути. Через години щільно сплетена тканина, що вистилає кровоносні судини в мозку, гематоенцефалічний бар'єр, також починає виходити з ладу, і весь орган приймає воду.
"Понад 60 років люди думали, що це скупчення рідини надходить з крові", протікаючи через скомпрометований гематоенцефалічний бар'єр, заявив автор ведучого дослідження доктор Умберто Местре, клініцист і нинішній докторант університету Рочестерського медичного центру ( URMC) Центр трансляційної нейромедицини. Але набряк головного мозку виникає задовго до того, як руйнується гематоенцефалічний бар'єр, що змушує Местре та його колег замислитися, чи дійсно вода надходить десь з іншого місця.
"Ніхто не переглядав ці альтернативні джерела рідини", - сказала Местре. Цереброспінальна рідина, яка становить близько 10% рідини, що знаходиться в порожнині черепа ссавців, виділилася як перспективний кандидат, додав він.
У мозок цереброспінальна рідина протікає через глімфатичну систему, мережу трубочок, які віють по шляхах, вирізаним венами та артеріями органу, згідно з повідомленням 2015 року в журналі Neurochemical Research. Рідина протікає просто за межами кровоносних судин, утримуючись на місці "тунелеподібним тунелем" клітин. (Зобразіть довжину дроту, що представляє собою артерію, впираючись всередину гумового шланга, який діє як зовнішній тунель, наповнений рідиною.) Коли м'язи вздовж артерій стискаються, сусідня спинномозкова рідина виштовхується по своєму шляху і збирає метаболічні відходи на шлях. Крім вивезення сміття, глімфатична система також може допомогти розподілити жири, цукри та інші важливі сполуки в мозку.
Местре та його співавтори виявили, що, хоча здоровий мозок має вирішальне значення для здорового мозку, після інсульту після інсульту. "Цереброспінальна рідина насправді є основним рушієм набряку відразу після того, як трапився інсульт", - сказала Местре.
Залишається повінь
Роль спинномозкової рідини в інсульті відхилялася вченими десятиліттями частково, оскільки не існувало жодної технології для спостереження за інсультом, що розгортається в режимі реального часу, сказав Местре.
Він та його співавтори поєднали кілька методик, щоб спостерігати за зміною потоку рідини у мишей, які зазнали інсульту. Команда зазирнула до мозку тварин, використовуючи МРТ та двофотонний мікроскоп, який використовує легкі та флуоресцентні хімічні речовини для зображення живих тканин. "Ми в основному можемо уявити, що робить спинномозкова рідина під час інсульту", - сказала Местре. Інфузуючи рідину з радіоактивними частинками, дослідники також могли визначити, як змінювалася швидкість потоку з часом.
За допомогою цих методів команда визначила, що набряк затримує мозок миші "вже через 3 хвилини" після інсульту, задовго до того, як гематоенцефалічний бар'єр почав просочуватися, сказав Местре. Як коротке замикання клітин мозку, вони виводять хімічні месенджери, відомі як нейромедіатори та калій, у простір поза мембранами. Близькі клітини реагують на приплив хімічних речовин і, в свою чергу, коротке замикання. Коли ці електричні бурі проносяться через мозок, м'язи в судинах скорочуються і створюють кишеню простору між собою та навколишньою лімфатичною системою. Солона спинномозкова рідина засмоктується в отриманий вакуум, витягуючи молекули води разом з нею.
"Де б не накопичувався натрій, вода піде за ним", - сказала Местре. Команда могла спостерігати за тим, як ця гра ведучого розгортається у відібраних ділянках мозку, але не змогла одразу відслідковувати потік води у всьому органі. Використовуючи комп'ютерну модель для імітації всієї глімфатичної мережі, проте вони змогли передбачити, як звужуються кровоносні судини будуть рухати потік води через цілий мозок миші після інсульту.
Щоб з'єднати крапки між мишами та людьми, автори дослідили мозкову тканину пацієнтів, які померли від ішемічного інсульту, де тромб блокує кровоносну судину мозку. Мозок миші та людини накопичував рідину в одних і тих же регіонах, а саме в районах, по яких протікає глімфатична система та збирає відходи. Враховуючи сильну кореляцію між тваринами та людьми, "ці висновки можуть стати концептуальною основою для розробки альтернативних стратегій лікування", - зазначають автори.
Команда випробувала одну з цих стратегій на мишах, блокуючи водний канал на астроцитах, клітинах мозку, які допомагають направляти воду через глімфатичну систему. У мишей, яким не вистачало каналу, повільніше розвивались набряки після інсульту, припускаючи, що подібне лікування може виявити перспективне для пацієнтів людини. Окрім блокування потоку води, майбутні методи лікування можуть потенційно запобігти набряку, уповільнивши розповсюдження електричної активності, спричиненої інсультом у мозку, додали автори. Ці електричні шторми продовжують заважати мозку днями після інсульту, що викликають набряки кожного разу, коли вони трапляються.
Шкідливі хвилі електричної активності, що спостерігаються при ішемічному інсульті, також узгоджуються з "практично кожною травмою", - сказав Местре. Нове дослідження натякає, що глімфатична система може грати роль в умовах, коли є кровотеча в мозку та навколо нього, травматичні травми мозку та навіть мігрень, хоча такі зв'язки залишаються "суто спекулятивними". Колись глімфатична система може запропонувати лікарям зовсім нову стратегію лікування гострих травм мозку, сказав Местре.
