Słony płyn regularnie przepływa przez mózg, aby usunąć toksyny i odpady, ale po udarze ciecz ta zalewa narząd, topiąc jego komórki.
Obrzęk mózgu, znany jako obrzęk mózgu, występuje po udarze, gdy woda wpływa do komórek mózgu i otaczającej ich przestrzeni. Przez lata naukowcy sądzili, że ten nadmiar płynu pochodzi z krwi, ale nowe dowody sugerują, że woda wypływa całkowicie z innego źródła: bogatego w sód płynu mózgowo-rdzeniowego, który przenika mózg. Te wyniki pochodzą zarówno z żywych modeli myszy, jak i tkanek ludzkich.
Odkrycia, opublikowane 30 stycznia w czasopiśmie Science, wskazują na potencjalne sposoby leczenia w celu złagodzenia obrzęku mózgu i poprawy wyzdrowienia pacjentów po udarze.
Zły cykl prania
Uderzenia mają miejsce, gdy blokada powoduje zatkanie naczynia krwionośnego w mózgu lub naczynie całkowicie pęka. Bez odpowiedniego zaopatrzenia w energię komórki mózgowe nie mogą dłużej kontrolować, które cząsteczki przechodzą przez ich błony. W ciągu kilku minut neurony pęcznieją jak przepełnione piłki plażowe i zaczynają ulegać zwarciu, powodować obrażenia i umrzeć. Kilka godzin później ciasno tkana tkanka wyściełająca naczynia krwionośne w mózgu, bariera krew-mózg, również zaczyna działać nieprawidłowo, a cały narząd przejmuje wodę.
„Przez ponad 60 lat ludzie sądzili, że nagromadzenie płynu płynie z krwi” wycieka przez naruszoną barierę krew-mózg, powiedział główny autor badania dr Humberto Mestre, klinicysta i aktualny doktorant na University of Rochester Medical Center ( URMC) Centrum translacyjnej neuromedycyny. Ale obrzęk mózgu pojawia się na długo przed zerwaniem bariery krew-mózg, co powoduje, że Mestre i jego koledzy zastanawiają się, czy woda rzeczywiście pochodzi z innego miejsca.
„Nikt nie spojrzał na te alternatywne źródła płynów” - powiedział Mestre. Dodał, że płyn mózgowo-rdzeniowy, który stanowi około 10% płynu znajdującego się w jamie czaszki ssaków, był obiecującym kandydatem.
Według mózgu z 2015 r. W czasopiśmie Neurochemical Research w mózgu płyn mózgowo-rdzeniowy przepływa przez układ limfatyczny, sieć rurek, które wiją się wzdłuż ścieżek wykutych w żyłach i tętnicach narządu. Płyn przepływa tuż poza naczyniami krwionośnymi, utrzymywanymi w miejscu przez „tunel w kształcie pączka” komórek. (Wyobraź sobie odcinek drutu przedstawiający tętnicę spoczywającą w gumowym wężu, który działa jak zewnętrzny tunel wypełniony płynem.) Gdy mięśnie wzdłuż tętnic kurczą się, pobliski płyn mózgowo-rdzeniowy jest popychany wzdłuż swojej trasy i zbiera odpady metaboliczne droga. Oprócz usuwania śmieci układ limfatyczny może również pomóc w dystrybucji tłuszczów, cukrów i innych ważnych związków w mózgu.
Chociaż układ limfatyczny ma kluczowe znaczenie w zdrowym mózgu, po udarze mózgu, wpada w szaleństwo i napędza początek obrzęku, stwierdził Mestre i jego współautorzy. „Płyn mózgowo-rdzeniowy jest tak naprawdę głównym czynnikiem powodującym obrzęk zaraz po udarze” - powiedział Mestre.
Utrzymanie powodzi
Rola płynu mózgowo-rdzeniowego w udarze wymykała się naukowcom przez dziesięciolecia, po części dlatego, że nie istniała żadna technologia umożliwiająca obserwowanie udaru w czasie rzeczywistym, powiedział Mestre.
On i jego współautorzy połączyli kilka technik, aby zaobserwować zmianę przepływu płynu u myszy doświadczających udaru. Zespół zajrzał do mózgów zwierząt, używając zarówno MRI, jak i dwufotonowego mikroskopu, który wykorzystuje światło i fluorescencyjne substancje chemiczne do obrazowania żywych tkanek. „Możemy zasadniczo wyobrazić sobie, co robi płyn mózgowo-rdzeniowy podczas udaru mózgu” - powiedział Mestre. Poprzez infuzję płynu cząstkami radioaktywnymi naukowcy mogli również określić, jak zmieniało się tempo przepływu w czasie.
Za pomocą tych metod zespół ustalił, że obrzęk chwyta mózg myszy „już w 3 minuty” po udarze, na długo przed tym, jak bariera krew-mózg zaczęła przeciekać, powiedział Mestre. Gdy komórki mózgowe ulegają zwarciu, wyrzucają chemiczne przekaźniki zwane neuroprzekaźnikami i potasem do przestrzeni poza błonami. Pobliskie komórki reagują na napływ chemikaliów i z kolei powodują zwarcie. Gdy te burze elektryczne przenikają przez mózg, mięśnie w naczyniach krwionośnych kurczą się i tworzą przestrzeń między sobą a otaczającym układem limfatycznym. Słony płyn mózgowo-rdzeniowy zostaje wciągnięty do powstałej próżni, pociągając za sobą cząsteczki wody.
„Gdziekolwiek gromadzi się sód, podąża za nim woda” - powiedział Mestre. Zespół mógł obserwować, jak ta gra lidera rozwija się w wybranych obszarach mózgu, ale nie był w stanie śledzić przepływu wody w całym narządzie jednocześnie. Wykorzystując model komputerowy do symulacji całej sieci limfatycznej, byli jednak w stanie przewidzieć, w jaki sposób zwężające się naczynia krwionośne napędzają przepływ wody przez cały mózg myszy po udarze.
Aby połączyć kropki między myszami a ludźmi, autorzy zbadali tkankę mózgową pacjentów, którzy zmarli z powodu udaru niedokrwiennego, przy czym skrzep krwi blokuje naczynie krwionośne w mózgu. Mózg myszy i ludzi gromadził płyn w tych samych regionach, a mianowicie w obszarach, przez które przebiega układ limfatyczny i zbiera odpady. Biorąc pod uwagę silną korelację między zwierzętami a ludźmi, „odkrycia te mogą stanowić koncepcyjną podstawę do opracowania alternatywnych strategii leczenia”, zauważyli autorzy.
Zespół przetestował jedną z tych strategii na myszach, blokując kanał wodny na astrocytach, komórkach mózgu, które pomagają kierować wodę przez układ limfatyczny. Myszy, które nie miały kanału, wolniej rozwijały obrzęk po udarze, co sugeruje, że podobne leczenie może okazać się obiecujące u ludzi. Dodali, że oprócz blokowania przepływu wody przyszłe leczenie może potencjalnie zapobiegać obrzękom, spowalniając rozprzestrzenianie się indukowanej udarem aktywności elektrycznej w mózgu. Te burze elektryczne nadal atakują mózg przez kilka dni po udarze, wywołując obrzęk za każdym razem.
Mestre powiedział, że szkodliwe fale aktywności elektrycznej obserwowane w udarze niedokrwiennym pojawiają się również w połączeniu z „praktycznie każdym urazem”. Nowe badanie wskazuje, że układ limfatyczny może odgrywać rolę w warunkach, w których występuje krwawienie do mózgu i wokół niego, urazowe uszkodzenie mózgu, a nawet migrena, chociaż takie połączenia pozostają „czysto spekulacyjne”. Mestre powiedział, że pewnego dnia układ limfatyczny może zaoferować lekarzom zupełnie nową strategię leczenia ostrych urazów mózgu.
