Làm thế nào để bộ não của bạn lấy ra thùng rác?
Trong Tiêu điểm này, chúng tôi giới thiệu hệ thống glymphatic: hệ thống loại bỏ chất thải chuyên dụng của não bộ. Bây giờ liên quan đến các điều kiện khác nhau, đã đến lúc chúng tôi trở nên quen thuộc.
Nhiều người trong chúng ta tương đối quen thuộc với hệ thống bạch huyết; nó thực hiện một số vai trò, một trong số đó là dọn sạch chất thải trao đổi chất từ các khoảng trống giữa các tế bào, được gọi là không gian kẽ.
Tuy nhiên, hệ thống thần kinh trung ương (CNS), bao gồm não và tủy sống, không có bất kỳ mạch bạch huyết thực sự nào.
Vì thần kinh trung ương hoạt động mạnh, chất thải trao đổi chất có thể tích tụ nhanh chóng.
CNS cũng rất nhạy cảm với những biến động trong môi trường của nó, do đó, cơ thể cần phải loại bỏ rác tế bào bằng cách nào đó và đó là nơi hệ thống glymphatic hoạt động.
Trước khi phát hiện ra hệ thống xử lý rác dựa trên bộ não này, các nhà khoa học tin rằng mỗi tế bào riêng lẻ tự xử lý các mảnh vụn trao đổi chất của chính nó.
Nếu hệ thống tế bào trở nên quá tải hoặc hoạt động chậm lại khi chúng ta già đi, rác thải trao đổi chất sẽ tích tụ giữa các tế bào. Rác này bao gồm các sản phẩm như beta-amyloid - loại protein có liên quan đến bệnh Alzheimer.
Astroglia
Thuật ngữ “glymphatic” được đặt ra bởi Maiken Nedergaard, một nhà khoa học thần kinh người Đan Mạch, người đã phát hiện ra hệ thống này. Tên liên quan đến các tế bào thần kinh đệm, rất quan trọng đối với hệ thống thanh thải chất thải này.
Các tế bào thần kinh đệm nhận được độ bao phủ tương đối ít so với các tế bào thần kinh, mặc dù có rất nhiều trong não. Từ lâu, chúng được coi là ít hơn các tế bào hỗ trợ thấp, nhưng hiện nay được coi trọng hơn.
Glia bảo vệ, nuôi dưỡng và cách nhiệt các tế bào thần kinh. Chúng cũng đóng một vai trò trong hệ thống miễn dịch và, như chúng ta đã biết, hệ thống glymphatic.
Đặc biệt, một loại tế bào thần kinh đệm được gọi là astroglia rất quan trọng. Các cơ quan thụ cảm, được gọi là kênh aquaporin-4, trên các tế bào này cho phép dịch não tủy (CSF) di chuyển vào thần kinh trung ương, thiết lập dòng điện ngăn chất lỏng đi qua hệ thống.
CSF là một chất lỏng trong suốt bao quanh thần kinh trung ương, cung cấp cho nó khả năng bảo vệ cơ học và miễn dịch học, cùng những thứ khác.
Hệ thống glymphatic, chạy song song với các động mạch, cũng khai thác nhịp đập của máu trong tuần hoàn để giúp mọi thứ chuyển động.
Khi các mạch máu giãn nở nhịp nhàng, chúng thúc đẩy sự trao đổi các hợp chất giữa khoảng kẽ và dịch não tủy.
Hệ thống glymphatic kết nối với hệ thống bạch huyết của phần còn lại của cơ thể tại màng cứng, một màng mô liên kết dày bao phủ thần kinh trung ương.
Tầm quan trọng của giấc ngủ
Sau khám phá của Nedergaard, cô đã thực hiện một loạt thí nghiệm trên chuột để hiểu rõ hơn về cách hệ thống này hoạt động và khi nào nó hoạt động mạnh mẽ nhất. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu tập trung vào giấc ngủ và bệnh Alzheimer’s.
Nedergaard và nhóm của cô nhận thấy rằng hệ thống glymphatic bận rộn nhất khi các con vật ngủ. Họ đã chỉ ra rằng thể tích của khoảng không gian kẽ đã tăng lên 60% trong khi những con chuột đang ngủ.
Sự gia tăng thể tích này cũng thúc đẩy sự trao đổi của dịch não tủy và dịch kẽ, đẩy nhanh quá trình loại bỏ amyloid. Họ kết luận rằng:
“Chức năng phục hồi của giấc ngủ có thể là kết quả của việc tăng cường loại bỏ các chất thải có khả năng gây độc cho thần kinh tích tụ trong [CNS] thức.”
Công trình ban đầu này đã truyền cảm hứng cho một làn sóng nghiên cứu mới, nghiên cứu gần đây nhất đã được xuất bản trong tháng này. Các nhà nghiên cứu đã xem xét tác động của huyết áp cao đối với chức năng của hệ thống glymphatic.
Theo thời gian, huyết áp cao khiến mạch máu mất đi tính đàn hồi, ngày càng xơ cứng. Bởi vì nhịp đập đều đặn của các thành động mạch thúc đẩy hệ thống glymphatic, sự cứng lại này cản trở chức năng của nó.
Sử dụng mô hình chuột bị tăng huyết áp, các nhà khoa học đã chứng minh rằng chứng cứng động mạch do huyết áp cao gây ra cản trở hoạt động của hệ thống xử lý rác; nó ngăn không cho nó loại bỏ hiệu quả các phân tử lớn trong não, chẳng hạn như beta-amyloid.
Phát hiện này có thể giúp giải thích tại sao các nhà khoa học đã tìm thấy mối liên hệ giữa huyết áp cao với sự suy giảm nhận thức và chứng mất trí.
Bệnh Parkinson
Bệnh Parkinson là một tình trạng khác được đặc trưng bởi sự tích tụ protein trong não. Trong trường hợp này, protein là alpha-synuclein.
Điều này đã khiến một số nhà nghiên cứu tự hỏi liệu hệ thống glymphatic có thể được liên quan ở đây hay không.
Trong bệnh Parkinson, có sự gián đoạn trong các đường dẫn dopamine của não. Những con đường này đóng một vai trò quan trọng trong chu kỳ ngủ-thức và nhịp sinh học; do đó, những người bị Parkinson thường bị rối loạn giấc ngủ.
Một bài đánh giá được xuất bản trong Đánh giá về khoa học thần kinh & hành vi sinh học đề xuất rằng mô hình giấc ngủ bị gián đoạn có thể cản trở việc loại bỏ các mảnh vỡ của glymphatic, bao gồm cả alpha-synuclein, giúp nó tích tụ trong não.
Chấn thương não
Bệnh não chấn thương mãn tính là kết quả của những cú đánh nhiều lần vào đầu; nó từng được gọi là hội chứng “say đấm” vì nó xảy ra ở các võ sĩ quyền anh.
Các triệu chứng có thể bao gồm mất trí nhớ, thay đổi tâm trạng, nhầm lẫn và suy giảm nhận thức.
Một số nhà nghiên cứu tin rằng sự gián đoạn hệ thống glymphatic do chấn thương não có thể làm tăng nguy cơ phát triển bệnh não do chấn thương mãn tính.
Các tác giả của bài tổng quan viết rằng, sau chấn thương sọ não, "Khó khăn khi bắt đầu và duy trì giấc ngủ là một trong những triệu chứng được báo cáo phổ biến nhất."
Như chúng ta đã thấy, điều này cản trở sự thanh thải glymphatic của protein khỏi khoảng kẽ trong khi ngủ.
Đồng thời, những loại tổn thương này có thể gây ra sự di chuyển của các kênh aquaporin-4 - những thụ thể quan trọng trên tế bào cơ thể rất quan trọng đối với quá trình thanh thải glymphatic - vào một vị trí cản trở việc loại bỏ các protein rác ra khỏi khoảng kẽ.
Các tác giả tin rằng sự gián đoạn của hệ thống này có thể “cung cấp một liên kết trong chuỗi giải thích kết nối [chấn thương sọ não] lặp đi lặp lại với sự thoái hóa thần kinh sau này.”
Bệnh tiểu đường
Ngoài vai trò có thể có trong các tình trạng thần kinh, một số nhà nghiên cứu đã nghiên cứu xem những rối loạn trong hệ thống glymphatic có thể liên quan đến các triệu chứng nhận thức của bệnh tiểu đường như thế nào.
Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng bệnh tiểu đường có thể ảnh hưởng đến một loạt các chức năng nhận thức, cả ở giai đoạn đầu của bệnh và sau khi tiến triển.
Một số nhà nghiên cứu đang hỏi liệu hệ thống glymphatic cũng có thể tham gia vào đây hay không. Một nghiên cứu được thực hiện trên chuột đã sử dụng quét MRI để hình dung sự chuyển động của CSF trong vùng hải mã, một phần của não liên quan đến việc hình thành ký ức mới, cùng với các nhiệm vụ khác.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng ở những con chuột mắc bệnh tiểu đường loại 2, sự thanh thải của dịch não tủy “bị chậm lại bởi một yếu tố 3”. Họ cũng tìm thấy mối tương quan giữa sự thiếu hụt nhận thức và sự suy giảm của hệ thống glymphatic - nếu thùng rác không được dọn sạch, kỹ năng tư duy sẽ bị cản trở.
Sự lão hóa
Khi chúng ta già đi, sự suy giảm nhận thức ở một mức độ nhất định là điều gần như không thể tránh khỏi. Có rất nhiều yếu tố liên quan và một số nhà khoa học tin rằng hệ thống glymphatic có thể đóng một vai trò nào đó.
Một nghiên cứu được công bố vào năm 2014 đã điều tra hiệu quả của hệ thống glymphatic của chuột khi chúng già đi; các tác giả nhận thấy "sự sụt giảm đáng kể trong hiệu quả."
Trong một bài đánh giá về hệ thống glymphatic và vai trò của nó đối với bệnh tật và lão hóa, các tác giả viết rằng việc giảm hoạt động của hệ thống khi chúng ta già đi có thể "góp phần vào việc tích tụ các protein bị gấp khúc và siêu phosphoryl hóa", làm tăng nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa thần kinh và có lẽ, làm trầm trọng thêm rối loạn chức năng nhận thức.
Chúng ta vẫn biết tương đối ít về hệ thống glymphatic. Tuy nhiên, vì nó làm sạch cơ quan nhạy cảm và phức tạp nhất của chúng ta, nó có khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe tổng thể của chúng ta ở một mức độ nào đó.
Hệ thống glymphatic có thể không chứa câu trả lời cho tất cả các câu hỏi của chúng ta về các bệnh thoái hóa thần kinh và hơn thế nữa, nhưng nó có thể giữ chìa khóa cho một số quan điểm mới thú vị.
