Bagaimana otak Anda membuang sampah?

Dalam Spotlight ini, kami memperkenalkan sistem glymphatic: sistem pembuangan limbah khusus otak. Sekarang terlibat dalam berbagai kondisi, sudah saatnya kita berkenalan.

Banyak dari kita yang relatif akrab dengan sistem limfatik; itu melakukan sejumlah peran, salah satunya adalah membersihkan sisa metabolisme dari celah antar sel, disebut sebagai ruang interstitial.

Namun, sistem saraf pusat (SSP), yang terdiri dari otak dan sumsum tulang belakang, tidak memiliki pembuluh limfatik sejati.

Karena SSP sangat aktif, sisa metabolisme dapat menumpuk dengan cepat.

CNS juga sangat sensitif terhadap fluktuasi di lingkungannya, sehingga tubuh perlu membuang sampah seluler, dan di situlah sistem glymphatic masuk.

Sebelum ditemukannya sistem pembuangan sampah berbasis otak ini, para ilmuwan percaya bahwa setiap sel individual menangani detritus metaboliknya sendiri.

Jika sistem seluler menjadi kelebihan beban atau melambat seiring bertambahnya usia, sampah metabolik akan menumpuk di antara sel-sel. Sampah ini termasuk produk seperti beta-amiloid - protein yang terkait dengan penyakit Alzheimer .

Baca juga : obat herbal penyubur kandungan dan sperma

Astroglia

Istilah " glymphatic " diciptakan oleh Maiken Nedergaard, seorang ilmuwan saraf Denmark yang menemukan sistem tersebut. Namanya adalah referensi ke sel glial, yang sangat penting untuk sistem pembersihan limbah ini.

Sel glial mendapatkan cakupan yang relatif sedikit, dibandingkan dengan neuron, meskipun sama banyaknya di otak. Mereka lama dianggap sedikit lebih dari sel pendukung yang rendah, tetapi sekarang dianggap lebih tinggi.

Glia melindungi, memelihara, dan melindungi neuron. Mereka juga berperan dalam sistem kekebalan tubuh dan, seperti yang kita ketahui sekarang, sistem glymphatic.

Secara khusus, jenis sel glial yang dikenal sebagai astroglia penting. Reseptor, yang disebut saluran aquaporin-4, pada sel-sel ini memungkinkan cairan serebrospinal (CSF) untuk bergerak ke dalam SSP, mengatur arus yang mengeluarkan cairan melalui sistem.

CSF adalah cairan bening yang mengelilingi SSP, memberikan perlindungan mekanis dan imunologis, di antaranya.

Sistem glymphatic, yang berjalan paralel dengan arteri, juga memanfaatkan denyut darah yang beredar untuk membantu menjaga segala sesuatu bergerak.

Saat pembuluh darah mengembang secara ritmis, mereka mendorong pertukaran senyawa antara ruang interstitial dan CSF.

Sistem glymphatic terhubung dengan sistem limfatik dari seluruh tubuh di dura, membran tebal jaringan ikat yang menutupi SSP.

Pentingnya tidur

Setelah penemuan Nedergaard, ia menjalankan serangkaian percobaan pada tikus untuk mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana sistem ini bekerja dan kapan itu paling aktif. Secara khusus, tim fokus pada tidur dan Alzheimer.

Nedergaard dan timnya menemukan bahwa sistem glymphatic paling sibuk ketika hewan-hewan tidur. Mereka menunjukkan bahwa volume ruang interstitial meningkat 60% saat tikus tidur.

Peningkatan volume ini juga mendorong pertukaran CSF dan cairan interstitial, mempercepat penghapusan amiloid. Mereka menyimpulkan bahwa:

" Fungsi restoratif tidur mungkin merupakan konsekuensi dari peningkatan pembuangan produk-produk limbah neurotoksik yang berpotensi menumpuk di [CNS] yang terjaga."

Karya awal ini menginspirasi gelombang studi baru, yang terbaru diterbitkan bulan ini. Para peneliti melihat dampak tekanan darah tinggi pada fungsi sistem glymphatic.

Seiring waktu, tekanan darah tinggi menyebabkan pembuluh darah kehilangan elastisitasnya, menjadi semakin kaku. Karena denyut dinding arteri yang teratur mendorong sistem glymphatic, kekakuan ini menghambat fungsinya.

Dengan menggunakan model hipertensi tikus , para ilmuwan menunjukkan bahwa pengerasan pembuluh darah yang diinduksi tekanan darah tinggi memang mengganggu cara kerja sistem pembuangan sampah; itu mencegahnya secara efisien menyingkirkan molekul besar di otak, seperti beta-amiloid.

Temuan ini mungkin membantu menjelaskan mengapa para ilmuwan telah menemukan hubungan antara tekanan darah tinggi dan penurunan kognitif dan demensia .

penyakit Parkinson

Penyakit Parkinson adalah kondisi lain yang ditandai oleh penumpukan protein di otak. Dalam hal ini, proteinnya adalah alpha-synuclein.

Ini telah membuat beberapa peneliti bertanya-tanya apakah sistem glymphatic mungkin terlibat di sini juga.

Pada penyakit Parkinson, ada gangguan pada jalur dopamin otak. Jalur ini memainkan peran penting dalam siklus tidur-bangun dan ritme sirkadian; Oleh karena itu, penderita Parkinson sering mengalami gangguan tidur.

Sebuah ulasan yang diterbitkan di Neuroscience & Biobehavioral Ulasan mengusulkan bahwa pola tidur yang terganggu dapat menghambat penghilangan puing secara glymphatic, termasuk alpha-synuclein, membantunya menumpuk di otak.

Baca juga : Penurunan kognitif: Pendekatan yang dipersonalisasi bisa menjadi kunci

Trauma otak

Ensefalopati traumatis kronis terjadi akibat pukulan berulang ke kepala; dulu disebut "punch-drunk" syndrome karena terjadi pada petinju.

Gejala dapat termasuk kehilangan ingatan, perubahan suasana hati, kebingungan, dan penurunan kognitif.

Beberapa peneliti percaya bahwa gangguan pada sistem glymphatic yang disebabkan oleh trauma otak dapat meningkatkan risiko pengembangan ensefalopati traumatis kronis.

Para penulis ulasan menulis bahwa, setelah cedera otak traumatis , "Kesulitan dengan onset dan pemeliharaan tidur adalah di antara gejala yang paling sering dilaporkan."

Seperti yang telah kita lihat, ini mengganggu pembersihan protein dari ruang interstitial selama tidur.

Pada saat yang sama, jenis cedera ini dapat menyebabkan relokasi saluran aquaporin-4 - reseptor penting pada astroglia yang penting untuk pembersihan glymphatic - ke dalam posisi yang menghambat penghapusan protein sampah dari ruang interstitial.

Para penulis percaya bahwa gangguan pada sistem ini dapat "memberikan satu tautan dalam rantai penjelas yang menghubungkan berulang [cedera otak traumatis] dengan neurodegeneration."

Diabetes

Di luar kemungkinan peran dalam kondisi neurologis, beberapa peneliti telah menyelidiki bagaimana gangguan dalam sistem glymphatic mungkin terlibat dalam gejala kognitif diabetes .

Para ilmuwan telah menunjukkan bahwa diabetes dapat mempengaruhi berbagai fungsi kognitif, baik pada awal perkembangan penyakit dan lebih jauh ke depan.

Beberapa peneliti bertanya apakah sistem glymphatic mungkin terlibat di sini juga. Sebuah penelitian yang dilakukan pada tikus menggunakan scan MRI untuk memvisualisasikan pergerakan CSF di hippocampus, bagian dari otak yang terlibat dalam membentuk ingatan baru, di antara tugas-tugas lainnya.

Para ilmuwan menemukan bahwa pada tikus dengan diabetes tipe 2, pembersihan CSF "diperlambat oleh faktor tiga." Mereka juga menemukan korelasi antara defisit kognitif dan gangguan sistem glymphatic - jika sampah tidak dibersihkan, keterampilan berpikir terhambat.

Penuaan

Seiring bertambahnya usia, tingkat penurunan kognitif tertentu hampir tidak bisa dihindari. Ada banyak faktor yang terlibat, dan beberapa ilmuwan percaya bahwa sistem glymphatic dapat berperan.

Sebuah studi yang diterbitkan pada tahun 2014 menyelidiki efisiensi sistem glymphatic tikus saat mereka menua; penulis menemukan "penurunan dramatis dalam efisiensi."

Dalam tinjauan sistem glymphatic dan perannya dalam penyakit dan penuaan, para penulis menulis bahwa mengurangi aktivitas dalam sistem seiring bertambahnya usia mungkin "berkontribusi pada akumulasi protein yang salah lipatan dan hyperphosphorylated," meningkatkan risiko penyakit neurodegeneratif dan, mungkin, memperburuk disfungsi kognitif.

Kami masih tahu sedikit tentang sistem glymphatic. Namun, karena membersihkan organ kita yang paling sensitif dan kompleks, kemungkinan besar akan memengaruhi kesehatan kita secara keseluruhan.

Sistem glymphatic mungkin tidak mengandung jawaban atas semua pertanyaan kami tentang penyakit neurodegeneratif dan seterusnya, tetapi bisa memegang kunci ke beberapa perspektif baru yang menarik.