Нейроны очищают мозг от мусора

Нейроны мозга, как и любые другие клетки, производят большое количество метаболического мусора. Причём в мозге этого мусора образуется побольше, чем в иных других органах, потому что в целом мозг никогда не отдыхает.
Нейроны всё время принимают какие-то сигналы и передают их дальше, и всё это требует энергии, а энергетические реакции неизбежно дают побочные продукты; нужно постоянно синтезировать нейромедиаторы, которые тоже в какой-то момент уходят в мусор. Сюда же нужно добавить необходимость формировать новые нейронные отростки с синапсами и разбирать старые, а такие строительные работы опять же чреваты накоплением разнообразных клеточно-молекулярных отходов.
Обычно клетки выводят всё, что им не нужно, в межклеточную жидкость. Она стекает в лимфатические капилляры, из них – в лимфатические сосуды побольше, затем в лимфатические протоки, которые, наконец, впадают в крупные вены. Иммунные клетки, живущие в лимфе, имеют возможность обследовать то, что приходит с межклеточной жидкостью на предмет патогенов. В целом получается сложная система циркуляции: кровь, межклеточная жидкость с мусорными молекулами и мёртвыми клетками и лимфа – все три объединены в одном круговороте, питающем и очищающем ткани и органы, пишет «Наука и жизнь».
Но мозг – особый случай: в нём нет лимфатических сосудов (какие-то элементы лимфатической системы в нём недавно нашли, но это не то). Вместо лимфатической системы в нём есть глимфатическая система. Мы о ней писали: кровеносные сосуды в мозге окружены чехлами из отростков астроцитов – разновидности вспомогательных клеток нервной системы, которые называются глиальными. Получается двойная трубка, и в промежуток между её стенками проникает замусоренная межклеточная жидкость, которая фильтрует мусор в кровеносный сосуд. Причём астроциты создают в ней давление, так что фильтрация здесь не пассивная, а активная. И поскольку астроциты относятся к глиальным клеткам, очистную систему назвали по аналогии с лимфатической, только с буквой "г".
Глимфатическую систему открыли чуть больше десяти лет назад, и пока ещё далеко не всё понятно в том, как она работает. Сейчас в Nature вышло две работы, которые добавляют глимфатической системе новых подробностей.
В первой из них сотрудники Вашингтонского университета в Сент-Луисе пишут, что работой глимфатической системы управляют сами нейроны. Если искусственно подавить активность нервных клеток в определённом участке мозга, межклеточная жидкость начнёт в нём застаиваться. Правда, активность тут нужна не абы какая, а синхронная, от большого числа нейронов, работающих на множестве частот. Как мы знаем, активность нейронов сопровождается перегруппировкой ионов на их мембране, на её внутренней и внешней стороне. Движение ионов, изменение их концентрации облегчает движение межклеточной жидкости со всеми её мусорными молекулами. Происходит всё это в спящем мозге – известно, что глимфатическая система начинает работать во время сна. (Можно добавить, что межклеточная жидкость в мозге – та же спинномозговая, резервуаром для неё служат желудочки головного мозга и спинномозговой канал, из которых она выходит в ткань мозга и в которые возвращается, отфильтровавшись в глимфатической системе.)
В другой статье речь идёт о том, что глимфатическую систему стимулируют зрительные- и аудиоритмы с частотой 40 Гц. Эту работу выполнили Ли-Хуэй Цзай (Li-Huei Tsai) и её коллеги из Массачусетского технологического института. Мы писали об их экспериментах в связи с болезнью Альцгеймера: несколько лет назад они обнаружили, что накопление токсичных альцгеймерических белковых отложений в мозге можно остановить, и даже обратить вспять с помощью нейронных гамма-ритмов, а гамма-ритмы можно простимулировать световыми или звуковыми импульсами с частотой 40 Гц.
И при стимуляции светом, и при стимуляции звуком в мозге активируется микроглия – так называют особые служебные клетки мозга, которые выполняют иммунные функции, уничтожая возможные инфекции и убирая клеточно-молекулярный мусор. При болезни Альцгеймера микроглия работает плохо, её клетки синтезируют воспалительные сигналы и выделяют из себя разные токсичные вещества, которые не только не препятствуют болезни, но даже помогают ей. Гамма-волны нормализуют работу микроглии, которая начинает активно поедать бета-амилоид, а при объединённой "светозвукотерапии" микроглия начинала поедать амилоидные бляшки ещё активнее.
Оказалось, что кроме микроглии, гамма-волны стимулируют и глимфатическую систему. В отростках (ножках) астроцитов, которыми они окутывают капилляры мозга, есть белки аквапорины, которые служат водяными каналами. Под действием гамма-ритмов на границе между глимфатической трубкой и окружающей мозговой тканью становится больше аквапоринов, значит, усиливается ток жидкости. Сами аквапорины пропускают только воду, но для молекулярного мусора могут быть другие ходы, главное, чтобы его принесло потоком к глимфатической системе.
Кроме того, гамма-ритмы увеличивают диаметр собственно лимфатических сосудов в оболочках мозга. Мы говорили, что в мозге удалось найти некоторые элементы обычной лимфатической системы, и спинномозговая жидкость всё-таки в неё отчасти поступает. Гамма-ритмы, соответственно, усиливают проток жидкости через лимфатические сосуды.
И, наконец, гамма-ритмы стимулируют нейропептидные сигналы, управляющие кровеносными сосудами мозга. Под действием нейропептидов сосуды сужаются или расширяются – а значит, меняется глимфатическое пространство вокруг них. В целом можно сказать, что гамма-ритмы усиливают ток жидкости сквозь ткань мозга, действуя и на кровеносные сосуды, и на лимфатические сосуды, и на глимфатическую систему. И если в первой статье речь шла о гиппокампе, то во второй эффект от гамма-ритмов наблюдали в коре полушарий. Но точно так же, как и в первой статье, тут речь идёт о том, что нейроны управляют "сточной системой" мозга, ведь гамма-ритмы – это суммарная активность нервных клеток.
С другой стороны, в результатах есть некоторое противоречие. В экспериментах со спящим гиппокампом частота особой роли не играла, главное, чтобы нейроны в принципе работали вместе, пусть и на разных частотах. В экспериментах же с гамма-ритмами получалось, что важна именно гамма-ритмическая частота. Но может быть и так, что в разных зонах мозга "очистные сооружения" работают по-разному, подчиняясь разным ритмам, разным химически сигналам и даже разным клеткам. В любом случае, глимфатическую систему нужно изучать дальше – не исключено, что с её помощью можно будет лечить различные заболевания мозга.