Глимфатическая система

Глимфатическая система позвоночных

Glyphatic система является предположительно системой утилизации отходов для материалов в центральной нервной системе (ЦНС) из позвоночных , т.е. в головном мозге и спинном мозге . Название представляет собой неологизм (новое слово, созданное) из терминов глия и лимфатическая система и было введено исследовательской группой под руководством Майкена Недергаарда ( Рочестер и Копенгаген ) в 2013 году, который впервые описал систему как функциональную единицу.

Подобно лимфатической системе, которая заканчивается вне мозговых оболочек , то есть не происходит в ЦНС, под глимфатической системой понимается проточная система для удаления лишних и вредных материалов. Транспортная жидкость попадает в лимфатическую систему. Несмотря на некоторые скептические замечания, интерес к его открытию, быстро растет, в частности , из - за его роли во сне и нейродегенеративных заболеваний , таких как болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона, и боковой амиотрофический склероз (БАС).

Цикл

В артерии ЦНСА имеет от их входа вокруг по мозговым оболочкам вокруг своей наружной стенки дополнительный, очень узкий сосудистое пространство, так называемый периваскулярным пространство ( Spatium периваскулярного ) кровеносных сосудов в ЦНСЕ, термин Вирхов-Робен космических медведи. Небольшая часть спинномозговой жидкости ( ликвора цереброспиналис ) из пространства между черепом и мозгом ( субарахноидальное пространство или внешнее ликворное пространство ) достигает всех областей ЦНС постоянным током - за счет волновых движений артериальных стенок, вызванных биением пульса. .

Астроциты и их придатки на вене

Транспортное пространство вдоль артерий, в свою очередь, плотно ограничено отростками астроцитов (звездчатых клеток), которые составляют большинство глиальных клеток. Они поглощают спинномозговую жидкость, которая проходит мимо, и передают ее всему клеточному пространству (интерстиции) головного и спинного мозга.

Жидкость, постоянно обогащенная таким образом в интерстициальном пространстве ( интерстициальная жидкость ), в свою очередь, просачивается из областей рядом с артериями через ткань в венозное сплетение , откуда снова выходит из мозга через периваскулярные пространства - на этот раз вдоль внешних стенок вен - и вниз к мозговым оболочкам. подается в сосуды лимфатической системы. По пути через ткани абсорбируются отходы, которые затем перерабатываются или удаляются в печени и почках после транспортировки через периваскулярные пространства, лимфатическую систему и, наконец, общее кровообращение .

задний план

Гематоэнцефалический барьер , то гематоэнцефалический барьер щелока и запирание лимфатической системы обеспечивают особую защиту ЦНС от неконтролируемого проникновения крупных молекул ( макромолекулы ) и их внутреннего проникновение через стенку сосудов . Следовательно, здесь нельзя утилизировать отходы, как от остальной части тела. Ситуация усугубляется более интенсивным обменом веществ в ЦНС. По этой причине уже давно есть подозрения и указания на особую систему утилизации.

Еще в 1968 году предполагалось, что комната Вирхова-Робена может быть транспортным маршрутом, соответствующим лимфатической системе. В 1985 г. это предположение было подтверждено регистрацией распространения специальных меченых белков . Отток меченых белков из межклеточного пространства был обнаружен в 1988 г.

Методы обнаружения

После инъекции флуоресцентно меченых и радиоактивно меченных молекул различного размера в CSF мозжечковой цистерны мышей в реальном времени регистрировались поступление, распределение и экскреция веществ в мозге. Это было достигнуто сканированием верхнего слоя коры через закрытое окно наблюдения с помощью двухфотонной микроскопии на глубине 60 и 120 мкм. Большие молекулы, в данном случае флюоресцеина изотиоцианат - декстран-2000 (FITC-d2000) с молекулярной массой 2000 килодальтон (кДа), действительно попали в пространство Вирхова-Робина, но не во внутреннее пространство. Молекулы меньшего размера, в данном случае гидразид Alexa Fluor 594 (A594) с 759 Да и техасский красный-декстран-3 (TR-d3) с 3 кДа, с другой стороны, также распространились в пространстве клеток, в результате чего более легкий A594 был значительно быстрее. Перенос в более глубокие слои был подтвержден более поздними гистологическими исследованиями.

Активная роль астроцитов за счет участия их водного канала аквапорин-4 (AQP4) в точках их контакта с артериями была продемонстрирована в контрольных экспериментах с трансгенными мышами, лишенными AQP4. Благодаря им приток меченых молекул был замедлен, а их вымывание из мозга сократилось примерно на 70%. Чуть позже кровеносная функция глифатической системы была продемонстрирована на крысах с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) на основе контрастного вещества .

В основном активен во сне

Сравнение транспорта у бодрствующих и спящих животных показало снижение примерно на 95% в бодрствующем состоянии. Также было показано, что объем клеточного пространства увеличивался во время сна из-за сжатия тел клеток, при этом доля от общего объема составляла около 24% по сравнению с примерно 14% в состоянии бодрствования. Таким образом, во время сна было на> 60% больше места для транспортировки жидкости. Норэпинефрин , главный модулятор бодрствования, также оказался возможным регулятором объема межклеточного пространства и, следовательно, эффективности глимфатической системы .

Защитные функции

Примерно с 2008 года все более популярными становятся заболевания, связанные с неправильной упаковкой белков, такие как Б. Болезнь Альцгеймера возникает из-за белковых аномалий не только внутри клетки, но и в пространстве между клетками. Поэтому важность глифатической системы для удаления неправильно свернутых белков из мозга с тех пор является предметом интенсивных исследований. Связь возможна со всеми известными нейродегенеративными заболеваниями .

Альцгеймера

Отложения бета-амилоидов , так называемые сенильные бляшки , в клеточном пространстве переносятся глимфатической системой . У мышей удаление бета-амилоидов во время сна происходило в два раза быстрее, чем во время бодрствования. Это было связано с повышенным риском развития болезни Альцгеймера у людей с бессонницей. Повышение риска заболеваний в пожилом возрасте также было связано с соответствующим возрастным снижением производительности глимфатической системы . Некоторые патогенные формы тау-белков, характерные для болезни Альцгеймера, также переносятся из межклеточного пространства с помощью глифатической системы .

Боковой амиотрофический склероз (БАС)

Отличительной чертой БАС является накопление неправильно свернутого фермента SOD1 , и гипотеза 2015 г. предположила, что у пациентов с БАС функция глимфатической системы может быть нарушена и способствовать нейродегенерации.

Расширенные периваскулярные пространства как биомаркер

Патологические увеличения периваскулярных пространств можно визуализировать с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). Есть данные, что такое расширение может указывать на незначительное повреждение сосудов, повышенный риск инсульта и развитие деменции . Один из объектов исследования - можно ли таким образом обнаружить биомаркеры как ранние признаки нейродегенеративных заболеваний .

литература

  • Дж. Дж. Илифф, А. С. Трейн, М. Недергаард: Глимфатическая система и гомеостаз интерстициальной жидкости мозга. В: Луи Р. Каплан, Хосе Биллер, Меган С. Лири, Энг Х. Ло, Аджит Дж. Томас, Мидори Йенари, Джон Х. Чжан (ред.): Учебник по цереброваскулярным заболеваниям. второе издание. Academic Press, Сан-Диего / США, 2017 г., ISBN 978-0-12-803059-2 , стр. 17-25. Предварительный просмотр Google Книг .
  • П. Венкат, М. Чопп, Дж. Чен: Новые взгляды на взаимосвязь и разъединение церебрального кровотока и метаболизма в головном мозге. В: Хорватский медицинский журнал. Volume 57, Number 3, июнь 2016, стр. 223-228. PMID 27374823 , PMC 4937223 (полный текст) (обзор).
  • J. Ramirez, C. Berezuk, AA McNeely, F. Gao, J. McLaurin, SE Black: визуализация периваскулярного пространства как потенциального биомаркера нейроваскулярных и нейродегенеративных заболеваний. В кн . : Клеточная и молекулярная нейробиология. Том 36, номер 2, март 2016 г., стр. 289-299, DOI : 10.1007 / s10571-016-0343-6 . PMID 26993511 (Обзор), (PDF)
  • K. Hitscherich, K. Smith, JA Cuoco, KE Ruvolo, JD Mancini, JR Leheste, G. Torres: Glymphatic-Lymphatic Continuum: Возможности для остеопатической манипулятивной медицины. В: Журнал Американской остеопатической ассоциации. Том 116, номер 3, март 2016 г., стр. 170–177, DOI: 10.7556 / jaoa.2016.033 . PMID 26927910 (Обзор).
  • Н. А. Джессен, А. С. Мунк, И. Лундгаард, М. Недергаард: Глимфатическая система: Руководство для начинающих. В кн . : Нейрохимические исследования. Том 40, номер 12, декабрь 2015 г., стр. 2583-2599, DOI : 10.1007 / s11064-015-1581-6 . PMID 25947369 , PMC 4636982 (полный текст) (обзор).
  • Т. Бринкер, Э. Стопа, Дж. Моррисон, П. Клинге: Новый взгляд на циркуляцию спинномозговой жидкости. В кн . : Жидкости и барьеры ЦНС. Том 11, 2014 г., стр. 10-25, DOI: 10.1186 / 2045-8118-11-10 . PMID 24817998 , PMC 4016637 (полный текст) (обзор).
  • А. Р. Мендельсон, Дж. В. Ларрик: Сон способствует выведению метаболитов из мозга: глимфатическая функция при старении и нейродегенеративных заболеваниях. В кн . : Исследования омоложения. Том 16, номер 6, декабрь 2013 г., стр. 518-523, DOI : 10.1089 / rej.2013.1530 . PMID 24199995 (обзор).

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ a b c d Н. А. Джессен, А. С. Мунк, И. Лундгаард, М. Недергаард: Глимфатическая система: Руководство для начинающих. В кн . : Нейрохимические исследования. Том 40, номер 12, декабрь 2015 г., стр. 2583-2599, DOI : 10.1007 / s11064-015-1581-6 . PMID 25947369 , PMC 4636982 (полный текст) (обзор).
  2. ↑ Д. Рапер, А. Луво, Дж. Кипнис: Как менингеальные лимфатические сосуды истощают ЦНС? В кн . : Тенденции нейробиологии. Том 39, номер 9, сентябрь 2016 г., стр. 581-586, DOI : 10.1016 / j.tins.2016.07.001 . PMID 27460561 , PMC 5002390 (полный текст) (обзор).
  3. ^ А б Т. Бринкер, Э. Стопа, Дж. Моррисон, П. Клинге: новый взгляд на циркуляцию спинномозговой жидкости. В кн . : Жидкости и барьеры ЦНС. Том 11, 2014 г., стр. 10-25, DOI: 10.1186 / 2045-8118-11-10 . PMID 24817998 , PMC 4016637 (полный текст) (обзор).
  4. ↑ JJ Iliff, M. Wang, Y. Liao, BA Plogg, W. Peng, GA Gundersen, H. Benveniste, GE Vates, R. Deane, SA Goldman, EA Nagelhus, M. Nedergaard: параваскулярный путь способствует прохождению CSF через паренхима головного мозга и очистка интерстициальных растворенных веществ, включая амилоид β. В кн . : Трансляционная медицина . Том 4, номер 147, август 2012 г., стр. 147ra111, DOI : 10.1126 / scitranslmed.3003748 . PMID 22896675 , PMC 3551275 (полный текст).
  5. ↑ Н. Н. Хай-Ясейн, Г. Ф. Виндедал, М. Эйлерт-Ольсен, Г. А. Гундерсен, .. Скар, П. Лааке, А. Клунгланд, А. Э. Торен, Дж. М. Буркхард, О. П. Оттерсен, Е. А. Наге: глиальная условная делеция аквапорина-4 (Aqp4) снижает поглощение воды мозгом и кровью и обеспечивает барьерную функцию периваскулярным концам астроцитов. В: Известия Национальной академии наук . Выпуск 108, номер 43, октябрь 2011 г., стр. 17815-17820, DOI : 10.1073 / pnas.1110655108 . PMID 21990350 , PMC 3203818 (полный текст).
  6. ↑ Дж. Дж. Илифф, Х. Ли, М. Ю, Т. Фенг, Дж. Логан, М. Недергаард, Х. Бенвенист: Мозговой путь удаления отходов, зафиксированный с помощью МРТ с контрастным усилением. В кн . : Журнал клинических исследований. Том 123, номер 3, март 2013 г., стр. 1299–1309, DOI: 10.1172 / JCI67677 . PMID 23434588 , PMC 3582150 (полный текст).
  7. ↑ Л. Се, Х. Кан, К. Сю, М. Дж. Чен, Ю. Ляо, М. Тиягараджан, Дж. О'Доннелл, Д. Д. Кристенсен, К. Николсон, Дж. Дж. Илифф, Т. Такано, Р. Дин, М. Недергаард: Сон стимулирует выведение метаболитов из мозга взрослого человека. В кн . : Наука. Том 342, номер 6156, октябрь 2013 г., стр. 373–377, DOI : 10.1126 / science.1241224 . PMID 24136970 , PMC 3880190 (полный текст).
  8. ↑ А. Р. Юджин, Дж. Масиак: Нейропротекторные аспекты сна. В: MEDtube science. Том 3, номер 1, март 2015 г., стр. 35-40. PMID 26594659 , PMC 4651462 (полный текст) (обзор).
  9. ^ А. Шнайдер, М. Саймонс: Экзосомы: везикулярные носители для межклеточной коммуникации при нейродегенеративных расстройствах. В кн . : Клеточные и тканевые исследования. Том 352, номер 1, апрель 2013 г., стр. 33-47, DOI: 10.1007 / s00441-012-1428-2 . PMID 22610588 , PMC 3602607 (полный текст) (обзор).
  10. ↑ JM Tarasoff-Conway, RO Carare, RS Osorio, L. Glodzik, T. Butler, E. Fieremans, L. Axel, H. Rusinek, C. Nicholson, BV Zlokovic, B. Frangione, K. Blennow, J. Ménard , H. Zetterberg, T. Wisniewski, MJ de Leon: Клиренс системы в мозговых последствиях для болезни Альцгеймера. В: Обзоры природы. Неврология. Том 11, номер 8, август 2015 г., стр. 457-470, DOI : 10.1038 / nrneurol.2015.119 . PMID 26195256 , PMC 4694579 (полный текст) (обзор).
  11. ↑ Дж. Дж. Илифф, М. Дж. Чен, Б. А. Плог, Д. М. Зеппенфельд, М. Солтеро, Л. Ян, И. Сингх, Р. Дин, М. Недергаард: Нарушение функции глимфатического пути способствует развитию тау-патологии после черепно-мозговой травмы. В: Журнал неврологии: официальный журнал Общества нейробиологии. Том 34, номер 49, декабрь 2014 г., стр. 16180–16193, DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3020-14.2014 . PMID 25471560 , PMC 4252540 (полный текст).
  12. ^ RA Radford, M. Morsch, SL Rayner, NJ Cole, DL Pountney, RS Chung: Установленные и новые роли астроцитов и микроглии в боковом амиотрофическом склерозе и лобно-височной деменции. В: Границы клеточной нейробиологии. Том 9, 2015 г., стр. 414, DOI: 10.3389 / fncel.2015.00414 . PMID 26578880 , PMC 4621294 (полный текст) (обзор), особенно рисунок 2.
  13. ↑ RM Kwee, TC Kwee: Пространства Вирхова-Робина при МРТ. В: Radiographics: обзорная публикация Радиологического общества Северной Америки, Inc. Том 27, номер 4, июль-август 2007 г., стр. 1071-1086, DOI: 10.1148 / rg.274065722 . PMID 17620468 (Обзор), (PDF) ( Memento из в оригинальном датированном 16 ноября 2016 в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Проверьте исходную ссылку и ссылку на архив в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / pubs.rsna.org
  14. ^ S. Groeschel, WK Chong, R. Surtees, F. Hanefeld: Пространства Вирхова-Робина на магнитно-резонансных изображениях: нормативные данные, их расширение и обзор литературы. В кн . : Нейрорадиология. Том 48, номер 10, октябрь 2006 г., стр. 745-754, DOI : 10.1007 / s00234-006-0112-1 . PMID 16896908 (Обзор), (PDF)
  15. ↑ Дж. Рамирес, К. Березук, А.А. Макнили, Ф. Гао, Дж. Маклаурин, С. Е. Блэк: визуализация периваскулярного пространства как потенциального биомаркера нейроваскулярных и нейродегенеративных заболеваний. В кн . : Клеточная и молекулярная нейробиология. Том 36, номер 2, март 2016 г., стр. 289-299, DOI : 10.1007 / s10571-016-0343-6 . PMID 26993511 (Обзор), (PDF)