Наука промывания мозгов
Кто крепко спит, тот ясно мыслит
Ученые кафедры физиологии человека и животных Саратовского государственного университета разработали новую технологию, стимулирующую движение лимфатической жидкости в менингеальных оболочках головного мозга человека. Лимфатическая система в головном мозге очищает его от конечных метаболитов и помогает сохранять ясность мышления. Наиболее эффективно работает эта дренажная система в глубоком сне.
Привычка спать по четыре-пять часов не должна быть нормой
Фото: Dreamstime / Photoxpress
За счет каких механизмов спящий человек может эффективно восстанавливаться –- на этот вопрос пытаются ответить ученые во всем мире, в том числе и в России, в частности в Саратовском госуниверситете. Ученые лаборатории «Умный сон» и ответственный исполнитель доктор биологических наук Оксана Семячкина-Глушковская известны в научном мире благодаря своим исследованиям восстановительных механизмов сна и роли в этих процессах лимфатической системы спящего мозга.
Неуловимые лимфососуды
Она и ее коллеги на протяжении пяти лет развивают медицинские технологии для лечения заболеваний мозга во сне. Их работа посвящена развитию умных технологий для нейрорегенеративной медицины, которые в будущем помогут многим людям лечиться от разных недугов, в частности от болезней Паркинсона или Альцгеймера.
«Процесс очищения в мозге происходит благодаря лимфатическим механизмам. Во время глубокой фазы сна мозг превращается в стиральную машинку и буквально омывается спинномозговой жидкостью. Именно в этот период с током жидкости выводятся ненужные и даже токсичные для мозга вещества»,— говорит Оксана Семячкина-Глушковская.
Первооткрывателем лимфатических сосудов-пылесосов считается итальянский анатом Паоло Масканьи. В начале XIX века он обнаружил в оболочке головного мозга прозрачные и никому не известные до тех пор сосуды, сделал их детальное описание, на которое во многом опирались и саратовские ученые. Однако никто не мог повторить открытие Масканьи, и поэтому история про лимфатические сосуды была забыта на долгие два века. Следующие прорывные результаты в этой области были сделаны американскими учеными только в 2015 году. Они экспериментально доказали, что Масканьи был прав и лимфатические сосуды существуют в мозге человека и грызунов.
Будем восстанавливать
Что быстрее может помочь человеку восстановиться после травмы: бионический протез или восстановление нейронов? Куда важнее инвестировать: в нейробиологию или в технологии? На эти вопросы в марте в «Зарядье» в рамках лекции «Нейрогенеративная терапия: протезировать нельзя восстановить» из цикла научных лекций проекта «Метафизика» отвечали приглашенные ученые.
Вопросы более чем актуальные. По данным ВОЗ, в мире ежегодно происходит около 500 тыс. новых случаев спинальной травмы, и только 8,3% пациентов спустя год интенсивнейшей реабилитации способны к перемещению, а 91,7% остаются прикованными к постели. Казалось, что тут поделаешь. Возможно ли в принципе кардинальное изменение ситуации в будущем, или решение данной проблемы будет только в рамках усовершенствования нейропротезирования? Ведь всем известный факт невозможности регенерации частей тела человека бесспорен, как и то, что погибшие клетки головного или спинного мозга восстановить невозможно, ну, или почти возможно.
Это «почти» и побуждает ученых во всем мире, в том числе и российских, работать над созданием новых источников нейральных стволовых клеток для проведения регенеративной терапии церебральной и спинальной травмы. Уже разработана технология репрограммирования клеток головного мозга, позволяющая их восстанавливать. Ученые Федерального научно-клинического центра специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агентства (ФНКЦ ФМБА России) работают над этой научной проблемой уже несколько лет.
В ходе экспериментов они брали фибробластноподобные клетки, добавляли к ним в питательные среды репрограммирующие вещества, а затем возникшие новые клетки трансплантировали в спинной мозг подопытным обезьянам. Чтобы утраченная функция головного мозга животных восстановилась, регенерационные клетки должны имплантироваться между пирамидной клеткой в коре и альфа-мотонейроном в передних «рогах» спинного мозга. В ходе десятков экспериментов российские ученые разработали такую опытную модель, в ходе которой вырезают сектор спинного мозга, где находится боковой кортикоспинальный путь. В итоге восстановились моторные и сенсорные потенциалы у мозга у одной из трех подопытных макак. Исследования показали, что в мозгу у животных появились очаги стволовых клеток, то есть регенерация таковых активирована. Однако, как показывают лабораторные опыты, в процессе регенерации восстанавливаются далеко не все клетки. Из пяти миллионов имплантированных клеток выжило только три тысячи. Так что все еще впереди.
Вместе с этим научный мир, и медицина в том числе, пока довольно скептически относится к изысканиям в области лимфатики головного мозга. Например, нейрохирурги с уверенностью говорят, что никакой подобной системы в нем не существует. Считается, что оболочка головного мозга по сути своей безусловно является его неотъемлемой частью и при этом делится на три ее составные: твердую мозговую оболочку, основная функция которой — обеспечение герметичной защиты мозга от внешней среды, а также формирование особых пространств (синусов), через которые осуществляется отток венозной крови от мозга. Паутинную оболочку, участвующую в формировании спинномозговой жидкости (ликвора) и особых ликворных пространств, обеспечивающих питательную, защитную и амортизирующую функции, смягчающие любые вибрации, возникающие в процессе движений человека. И, наконец, мягкую мозговую оболочку, выстилающую все борозды и извилины мозга и являющуюся каркасом для мельчайших кровеносных сосудов, питающих мозг.
Однако ученые категорически не признают появление лимфатики в менингеальной оболочке. «В мозге лимфатических сосудов нет. Для защиты от токсинов существует гематоэнцефалический барьер — сложная структура, образованная глиальными клетками мозга. Строение оболочек головного и спинного мозга идентичное. Два важных отличия от мозгового вещества: оболочки не имеют защитного гематоэнцефалического барьера, но имеют богатую чувствительную иннервацию»,— говорит известный нейрорадиохирург, к.м.н. Сергей Ильялов.
Как приходит сон
Чтобы мозг начал процесс самоочищения от токсинов и метаболитов, нужен полноценный восьмичасовой сон, говорят саратовские ученые. Сон в научном мире привыкли разделять на быстрый и медленный, каждый из них делится на фазы, которые, в свою очередь, длятся не более полутора часов. Каждая фаза характеризуется своими признаками. Например, сон первой фазы очень поверхностный, сопровождающийся легкими подрагиваниями тела и общей дремотой, вторая фаза характеризуется снижением температуры тела, замедлением пульса. Расслабление наступает во время третьей и четвертой фазы, с наступлением так называемого глубокого сна, когда человек не видит снов, а все ресурсы мозга идут на самовосстановление, то есть на очищение от токсинов.
Опрошенные сомнологи говорят, что во время перехода в состояние сна человек засыпает через медленный сон, в фазу которого происходит постепенная работа нейронов, тормозящих центры бодрствования в так называемой преоптической области нашего мозга. Есть конкретное ядро в стволе, которое начинает тормозить центры, постепенно это приводит к тому, что снижается активность и человек входит в состояние сна.
«Начинают медленно работать определенные нейроны, идет отключение от внешней стимуляции. Все нейроны коры переходят в гиперполяризованное состояние, увеличивается отрицательный потенциал на их мембране, и они с меньшей вероятностью будут возбуждаться, однако не совсем замолкают. Переход в глубокую фазу осуществляется при накопившемся давлении сна, а также желании сна, которое увеличивается с продолжительностью бодрствования. Чем больше мы бодрствуем, тем больше накапливается аденозина, и тем больше аденозиновые рецепторы накапливают давление сна и желание спать»,— описывает процесс засыпания врач невролог-сомнолог к.м.н. Ирина Завалко.
Глубокое сонное очищение
Сам процесс очищения через лимфатическую систему происходит за полтора-два часа до пробуждения, во время глубокой фазы сна, когда эта система наиболее активна. Этот факт саратовские ученые доказали в итоге научного эксперимента, проводимого на базе новосибирского НИИ нейронаук и медицины СО РАН в двух параллельных группах, в одной из которых были врачи, а во второй — студенты. Те и другие ложились спать после бессонной ночи, и ЭЭГ-параметры активности головного мозга каждого члена эксперимента во сне фиксировалась с помощью фототехнологии.
«Мы первыми применили фототехнологию во сне. Для этого соединили гаджеты, которые детектировали глубокий сон, с датчиками в специальной шапочке, которую надевали на голову человеку так, что они соприкасались с местом нахождения лимфатической системы в менингеальной мозговой оболочке. Жидкость по лимфатическим сосудам в оболочках головного мозга в поле соприкосновения головы с шапкой начинала двигаться быстрее, что доказывает нашу теорию об активном выводе токсинов из головного мозга, в частности, бета-амилоида. Таким образом, доклинические испытания новой технологии доказывают, что во время глубокой фазы сна происходит очищение головного мозга от токсинов через менингеальную оболочку, однако если привычка спать по четыре-пять часов — это норма, то со временем концентрация бета-амилоида в организме вырастет»,— рассказывает Оксана Семячкина-Глушковская.
Победить Альцгеймера
Бета-амилоиды — это общее название нескольких пептидов, состоящих из аминокислотных остатков, считающихся конечными метаболитами, образующимися в мозге постоянно. Один из них Aβ42, который является одним из основных факторов, провоцирующих болезнь Альцгеймера. «Он накапливается в тканях мозга, образуя агломераты, которые затем оседают на нейронах, с годами образуя нерастворимые комплексы. Бета-амилоид токсичен, отравленные нейроны воспаляются, утрачивают свои функции, что приводит к потере памяти. С возрастом пропускная способность лимфатической жидкости менингеальных лимфатических сосудов в головном мозгу в целом снижается. Хронический недосып увеличивает его концентрацию в головном мозгу любого человека. Отсюда возникает вопрос: как очищать от токсинов мозг людям с хроническим недосыпом и людям с болезнью Альцгеймера»,— говорит Оксана Семячкина-Глушковская.
Чтобы ответить на этот вопрос, ученые лаборатории «Умный сон» продолжают свои исследования функций мозговой лимфатики. Для этого недавно они получили грант Российского научного фонда. В 2025 году начнутся пилотные клинические испытания на базе Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, по итогам которых будут получены доказательства, что их изобретение может получить официальный статус медицинского прибора. В рамках этого же проекта ученые проведут МРТ-исследование на двух группах людей. В первую войдут здоровые добровольцы, на головы которых наденут шапочки и будут фиксировать движение жидкости в лимфатических сосудах. Во вторую группу войдут люди с болезнью Альцгеймера, у которых в ходе эксперимента будут определять уровень бета-амилоида в тканях головного мозга, проверять когнитивные способности, свойства изменения памяти и другое.
Исследования проблематики болезней головного мозга и фармакологическая промышленность не стоят на месте. Однако для вывода новых препаратов на рынок могут уйти годы, а число людей с болезнью Альцгеймера пополняется ежедневно. «Новая нефармакологическая технология даст возможность лечить заболевания головного мозга во сне уже сегодня. Технология стимуляции лимфатического очищения тканей мозга от токсинов не имеет аналогов в мире и будет способствовать появлению собственной конкурентной ниши для российской науки и повышению ее престижа на международной арене. Это также будет способствовать повышению качества медицинских услуг и снижению затрат экономики на лечение пациентов с болезнями, сопряженными с нарушением сна и функций лимфатической системы мозга, такими как травмы и опухоли мозга, нейродегенеративные поражения и другие»,— подытоживает заведующая кафедрой физиологии человека и животных Саратовского государственного университета и ответственный исполнитель лаборатории «Умный сон» Оксана Семячкина-Глушковская.