Hoe haalt je brein het vuilnis buiten?
In deze Spotlight introduceren we het glymfatische systeem: het speciale afvalverwijderingssysteem van de hersenen. Nu we betrokken zijn bij verschillende omstandigheden, wordt het de hoogste tijd dat we kennis maken.
Astroglia (hierboven afgebeeld) spelen een cruciale rol in de afvalophaaldienst van de hersenen.Velen van ons zijn relatief bekend met het lymfestelsel; het vervult een aantal rollen, waaronder het opruimen van metabolisch afval uit de openingen tussen cellen, ook wel de interstitiële ruimte genoemd.
Het centrale zenuwstelsel (CZS), dat de hersenen en het ruggenmerg omvat, heeft echter geen echte lymfevaten.
Omdat het CZS zeer actief is, kan metabolisch afval snel worden opgebouwd.
Het CZS is ook erg gevoelig voor schommelingen in zijn omgeving, dus het lichaam moet op de een of andere manier cellulair afval verwijderen, en dat is waar het glymfatische systeem om de hoek komt kijken.
Vóór de ontdekking van dit op de hersenen gebaseerde afvalverwijderingssysteem, dachten wetenschappers dat elke individuele cel zijn eigen metabolische afval verwerkte.
Als het cellulaire systeem overbelast of vertraagd raakt naarmate we ouder worden, zal er zich metabolisch afval tussen de cellen ophopen. Dit afval omvat producten zoals bèta-amyloïde - het eiwit dat wordt geassocieerd met de ziekte van Alzheimer.
Astroglia
De term "glymfatisch" werd bedacht door Maiken Nedergaard, een Deense neurowetenschapper die het systeem ontdekte. De naam verwijst naar de gliacellen, die essentieel zijn voor dit afvalverwijderingssysteem.
Gliacellen krijgen relatief weinig dekking, vergeleken met neuronen, ondanks dat ze net zo talrijk zijn in de hersenen. Ze werden lang beschouwd als weinig meer dan lage ondersteunende cellen, maar worden nu in hoger aanzien gehouden.
Glia beschermt, voedt en isoleert neuronen. Ze spelen ook een rol in het immuunsysteem en, zoals we nu weten, het glymfatische systeem.
In het bijzonder is een type gliacellen bekend als astroglia belangrijk. Receptoren, aquaporine-4-kanalen genaamd, op deze cellen zorgen ervoor dat cerebrospinale vloeistof (CSF) naar het CZS kan gaan, waardoor een stroom ontstaat die vloeistof door het systeem leidt.
CSF is een heldere vloeistof die het CZS omgeeft en het onder andere mechanische en immunologische bescherming biedt.
Het glymfatische systeem, dat parallel loopt aan de slagaders, maakt ook gebruik van het pulseren van bloed in de bloedsomloop om de zaken in beweging te houden.
Terwijl de bloedvaten ritmisch uitzetten, sturen ze de uitwisseling van verbindingen tussen de interstitiële ruimte en de liquor.
Het glymfatische systeem maakt verbinding met het lymfestelsel van de rest van het lichaam in de dura, een dik membraan van bindweefsel dat het CZS bedekt.
Het belang van slaap
Na de ontdekking van Nedergaard voerde ze een reeks experimenten uit op muizen om een beter begrip te krijgen van hoe dit systeem werkte en wanneer het het meest actief was. In het bijzonder concentreerde het team zich op slaap en de ziekte van Alzheimer.
Nedergaard en haar team ontdekten dat het glymfatische systeem het drukst was terwijl de dieren sliepen. Ze toonden aan dat het volume van de interstitiële ruimte met 60% toenam terwijl de muizen sliepen.
Deze volumetoename versterkte ook de uitwisseling van CSF en interstitiële vloeistof, waardoor de verwijdering van amyloïde werd versneld. Ze concludeerden dat:
"De herstellende functie van slaap kan een gevolg zijn van de verbeterde verwijdering van potentieel neurotoxische afvalproducten die zich ophopen in het wakkere [CZS]."
Dit vroege werk inspireerde een golf van nieuwe studies, waarvan de meest recente deze maand werd gepubliceerd. De onderzoekers keken naar de impact van hoge bloeddruk op de functie van het glymfatisch systeem.
Na verloop van tijd zorgt een hoge bloeddruk ervoor dat bloedvaten hun elasticiteit verliezen en steeds stijver worden. Omdat het regelmatige pulseren van arteriële wanden het glymfatische systeem aandrijft, belemmert deze verstijving zijn functie.
Met behulp van een muismodel van hypertensie toonden de wetenschappers aan dat door hoge bloeddruk geïnduceerde slagaderverstijving de manier waarop het afvalverwijderingssysteem werkte, verstoorde; het verhinderde dat het op efficiënte wijze grote moleculen in de hersenen, zoals bèta-amyloïde, kwijtraakte.
Deze bevinding zou kunnen helpen verklaren waarom wetenschappers verbanden hebben gevonden tussen verhoogde bloeddruk en cognitieve achteruitgang en dementie.
Ziekte van Parkinson
De ziekte van Parkinson is een andere aandoening die wordt gekenmerkt door de opeenhoping van eiwitten in de hersenen. In dit geval is het eiwit alfa-synucleïne.
Dit heeft ertoe geleid dat sommige onderzoekers zich afvroegen of het glymfatische systeem hier ook bij betrokken zou kunnen zijn.
Bij de ziekte van Parkinson is er een verstoring van de dopaminepaden van de hersenen. Deze paden spelen een belangrijke rol in slaap-waakcycli en circadiane ritmes; daarom ervaren mensen met Parkinson vaak slaapstoornissen.
Een recensie gepubliceerd in Neuroscience & Biobehavioral beoordelingen stelt voor dat de verstoorde slaappatronen de glymfatische verwijdering van afval, waaronder alfa-synucleïne, kunnen belemmeren, waardoor het zich in de hersenen kan ophopen.
Hersentrauma
Chronische traumatische encefalopathie is het resultaat van herhaalde klappen op het hoofd; het heette vroeger het "punch-drunk" -syndroom omdat het voorkomt bij boksers.
Hersenletsel kan de glymfatische drainage verstoren.Symptomen kunnen zijn: geheugenverlies, stemmingswisselingen, verwarring en cognitieve achteruitgang.
Sommige onderzoekers zijn van mening dat verstoringen van het glymfatische systeem veroorzaakt door hersentrauma het risico op het ontwikkelen van chronische traumatische encefalopathie kunnen vergroten.
De auteurs van de recensie schrijven dat, na een traumatisch hersenletsel, "Moeilijkheden met inslapen en onderhouden tot de meest gemelde symptomen behoren."
Zoals we hebben gezien, verstoort dit de glymfatische klaring van eiwitten uit de interstitiële ruimte tijdens de slaap.
Tegelijkertijd kunnen dit soort verwondingen de verplaatsing van aquaporine-4-kanalen - die belangrijke receptoren op astroglia die essentieel zijn voor glymfatische klaring - veroorzaken naar een positie die de verwijdering van ongewenste eiwitten uit de interstitiële ruimte belemmert.
De auteurs zijn van mening dat de verstoring van dit systeem "één schakel in de verklarende keten zou kunnen vormen die repetitief [traumatisch hersenletsel] verbindt met latere neurodegeneratie."
Suikerziekte
Naast een mogelijke rol bij neurologische aandoeningen, hebben sommige onderzoekers onderzocht hoe verstoringen in het glymfatische systeem betrokken kunnen zijn bij de cognitieve symptomen van diabetes.
Wetenschappers hebben aangetoond dat diabetes een reeks cognitieve functies kan beïnvloeden, zowel vroeg in de progressie van de ziekte als later.
Sommige onderzoekers vragen of het glymfatische systeem hier ook bij betrokken is. Een studie uitgevoerd bij muizen gebruikte MRI-scans om de beweging van CSF in de hippocampus te visualiseren, een deel van de hersenen dat onder meer betrokken is bij het vormen van nieuwe herinneringen.
De wetenschappers ontdekten dat bij de muizen met diabetes type 2 de klaring van liquor "met een factor drie werd vertraagd". Ze vonden ook een verband tussen cognitieve gebreken en aantasting van het glymfatische systeem - als de prullenbak niet werd opgeruimd, werden denkvaardigheden belemmerd.
Veroudering
Naarmate we ouder worden, is een bepaald niveau van cognitieve achteruitgang bijna onvermijdelijk. Er is een breed scala aan factoren bij betrokken, en sommige wetenschappers denken dat het glymfatische systeem een rol zou kunnen spelen.
Een in 2014 gepubliceerde studie onderzocht de efficiëntie van de glymfatische systemen van muizen naarmate ze ouder worden; de auteurs vonden een "dramatische afname van de efficiëntie".
In een bespreking van het glymfatische systeem en zijn rol bij ziekte en veroudering, schrijven de auteurs dat verminderde activiteit in het systeem naarmate we ouder worden, kan 'bijdragen aan de accumulatie van verkeerd gevouwen en hypergefosforyleerde eiwitten', waardoor het risico op neurodegeneratieve ziekten toeneemt en, misschien, verergering van cognitieve disfunctie.
We weten nog relatief weinig over het glymfatisch systeem. Omdat het echter ons meest gevoelige en complexe orgaan reinigt, heeft het waarschijnlijk tot op zekere hoogte invloed op onze algehele gezondheid.
Het glymfatische systeem bevat misschien niet de antwoorden op al onze vragen over neurodegeneratieve ziekten en daarbuiten, maar het zou de sleutel kunnen zijn tot enkele interessante nieuwe perspectieven.