Come fa il tuo cervello a eliminare la spazzatura?

In questo Spotlight, introduciamo il sistema glicinfatico: il sistema di eliminazione dei rifiuti dedicato al cervello. Ora implicato in varie condizioni, è ora che ci familiarizziamo.

Molti di noi hanno una certa familiarità con il sistema linfatico; svolge una serie di ruoli, uno dei quali sta eliminando i rifiuti metabolici dagli spazi tra le celle, indicati come lo spazio interstiziale.

Tuttavia, il sistema nervoso centrale (SNC), che comprende il cervello e il midollo spinale, non ha alcun vero vaso linfatico.

Poiché il CNS è altamente attivo, i rifiuti metabolici possono accumularsi rapidamente.

Il CNS è anche molto sensibile alle fluttuazioni nel suo ambiente, quindi il corpo ha bisogno di rimuovere la spazzatura cellulare in qualche modo, ed è qui che entra in gioco il sistema glicinfatico.

Prima della scoperta di questo sistema di smaltimento dei rifiuti basato sul cervello, gli scienziati credevano che ogni singola cellula gestisse i propri detriti metabolici.

Se il sistema cellulare si sovraccaricasse o rallentasse mentre invecchiavamo, i rifiuti metabolici si accumulerebbero tra le cellule. Questa spazzatura include prodotti come la beta-amiloide, la proteina associata alla malattia di Alzheimer.

astroglia

Il termine “glicinfatico” fu coniato da Maiken Nedergaard, un neuroscienziato danese che scoprì il sistema. Il nome è un riferimento alle cellule gliali, che sono vitali per questo sistema di smaltimento dei rifiuti.

Le cellule gliali ottengono relativamente poca copertura, rispetto ai neuroni, nonostante siano altrettanto numerose nel cervello. Per lungo tempo sono stati considerati poco più di cellule di supporto modeste, ma ora sono tenuti in maggiore considerazione.

Glia protegge, nutre e isola i neuroni. Svolgono anche un ruolo nel sistema immunitario e, come ora sappiamo, il sistema glicinfatico.

In particolare, un tipo di cellula gliale noto come astroglia è importante. I recettori, chiamati canali di acquaporina-4, su queste cellule permettono al liquido cerebrospinale (CSF) di muoversi nel sistema nervoso centrale, creando una corrente che fa deviare il fluido attraverso il sistema.

Il CSF è un fluido chiaro che circonda il sistema nervoso centrale, fornendo tra l’altro protezione meccanica e immunologica.

Il sistema glicinfatico, che corre parallelo alle arterie, sfrutta anche le pulsazioni del sangue in circolazione per aiutare a mantenere le cose in movimento.

Mentre i vasi sanguigni si espandono ritmicamente, guidano lo scambio di composti tra lo spazio interstiziale e il liquido cerebrospinale.

Il sistema glicinfatico si collega al sistema linfatico del resto del corpo alla dura, una spessa membrana di tessuto connettivo che copre il sistema nervoso centrale.

L’importanza del sonno

Dopo la scoperta di Nedergaard, ha condotto una serie di esperimenti sui topi per sviluppare una migliore comprensione di come questo sistema ha funzionato e quando è stato più attivo. In particolare, il team si è concentrato sul sonno e l’Alzheimer.

Nedergaard e il suo team hanno scoperto che il sistema glicinfatico era molto impegnato mentre gli animali dormivano. Hanno mostrato che il volume dello spazio interstiziale è aumentato del 60% mentre i topi dormivano.

Questo aumento di volume ha anche potenziato lo scambio di liquido cerebrospinale e interstiziale, accelerando la rimozione dell’amiloide. Hanno concluso che:

“La funzione riparatoria del sonno può essere una conseguenza della maggiore rimozione di prodotti di scarto potenzialmente neurotossici che si accumulano nel sonno (SNC)”.

Questo primo lavoro ha ispirato un’ondata di nuovi studi, il più recente dei quali è stato pubblicato questo mese. I ricercatori hanno esaminato l’impatto dell’ipertensione arteriosa sulla funzione del sistema glicinfatico.

Nel tempo, l’ipertensione provoca la perdita di elasticità dei vasi sanguigni, diventando sempre più rigidi. Poiché il regolare pulsare delle pareti arteriose guida il sistema glinfatico, questo irrigidimento impedisce la sua funzione.

Utilizzando un modello murino di ipertensione, gli scienziati hanno dimostrato che l’irrigidimento delle arterie indotte dalla pressione alta ha interferito con il modo in cui il sistema di smaltimento dei rifiuti ha funzionato; ha impedito di sbarazzarsi efficacemente di grandi molecole nel cervello, come la beta-amiloide.

Questa scoperta potrebbe aiutare a spiegare perché gli scienziati hanno trovato collegamenti tra elevata pressione sanguigna e declino cognitivo e demenza.

morbo di Parkinson

La malattia di Parkinson è un’altra condizione caratterizzata dall’accumulo di proteine ​​nel cervello. In questo caso, la proteina è alfa-sinucleina.

Ciò ha portato alcuni ricercatori a chiedersi se il sistema glicinfatico potrebbe essere implicato anche qui.

Nel morbo di Parkinson, c’è interruzione delle vie dopaminergiche del cervello. Questi percorsi svolgono un ruolo importante nei cicli sonno-veglia e nei ritmi circadiani; pertanto, le persone con Parkinson spesso hanno disturbi del sonno.

Una recensione pubblicata su Neuroscience & Biobehavioral Reviews propone che i modelli di sonno disturbati possano ostacolare la rimozione glicifatica di detriti, inclusa l’alfa-sinucleina, aiutandola a accumularsi nel cervello.

Trauma cerebrale

L’encefalopatia traumatica cronica deriva da ripetuti colpi alla testa; era chiamata “sindrome da ubriaco” perché si verifica nei pugili.

I sintomi possono includere perdita di memoria, cambiamenti dell’umore, confusione e declino cognitivo.

Alcuni ricercatori ritengono che le interruzioni del sistema glicinfatico causate da traumi cerebrali possano aumentare il rischio di sviluppare un’encefalopatia traumatica cronica.

Gli autori della recensione scrivono che, a seguito di una lesione cerebrale traumatica, “Le difficoltà con l’inizio del sonno e il mantenimento sono tra i sintomi più comunemente riportati”.

Come abbiamo visto, questo interferisce con la clearance glicinfatica delle proteine ​​dallo spazio interstiziale durante il sonno.

Allo stesso tempo, questi tipi di lesioni possono causare il trasferimento dei canali di acquaporina-4 – quegli importanti recettori su astroglia che sono vitali per la clearance glicifatica – in una posizione che ostacola la rimozione delle proteine ​​indesiderate dallo spazio interstiziale.

Gli autori ritengono che la rottura di questo sistema potrebbe “fornire un collegamento nella catena esplicativa che collega ripetitivo (trauma cranico) con successiva neurodegenerazione”.

Diabete

Oltre ad un possibile ruolo in condizioni neurologiche, alcuni ricercatori hanno studiato come i disturbi del sistema glicinfatico possono essere coinvolti nei sintomi cognitivi del diabete.

Gli scienziati hanno dimostrato che il diabete può influire su una serie di funzioni cognitive, sia all’inizio della progressione della malattia, sia in futuro.

Alcuni ricercatori stanno chiedendo se il sistema glicinfatico potrebbe essere coinvolto anche qui. Uno studio condotto su topi ha utilizzato le scansioni MRI per visualizzare il movimento del CSF nell’ippocampo, una parte del cervello coinvolta nella formazione di nuovi ricordi, tra gli altri compiti.

Gli scienziati hanno scoperto che nei topi con diabete di tipo 2, la clearance del liquor “è stata rallentata di un fattore tre”. Hanno anche trovato una correlazione tra deficit cognitivi e compromissione del sistema glicinfatico – se la spazzatura non veniva eliminata, le abilità di pensiero erano ostacolate.

Invecchiamento

Invecchiando, un certo livello di declino cognitivo è quasi inevitabile. Vi è una vasta gamma di fattori coinvolti e alcuni scienziati ritengono che il sistema glicinfatico potrebbe svolgere un ruolo.

Uno studio pubblicato nel 2014 ha studiato l’efficienza dei sistemi glicinfatici dei topi man mano che invecchiavano; gli autori hanno trovato un “drammatico declino nell’efficienza”.

In una revisione del sistema glicinfatico e del suo ruolo nella malattia e nell’invecchiamento, gli autori scrivono che un’attività ridotta nel sistema con l’età potrebbe “contribuire all’accumulo di proteine ​​malformate e iperfosforilate”, aumentando il rischio di malattie neurodegenerative e, forse, esacerbando la disfunzione cognitiva.

Sappiamo ancora relativamente poco del sistema glicinfatico. Tuttavia, poiché pulisce il nostro organo più sensibile e complesso, è probabile che influenzerà in qualche modo la nostra salute generale.

Il sistema glicinfatico potrebbe non contenere le risposte a tutte le nostre domande sulle malattie neurodegenerative e oltre, ma potrebbe contenere la chiave per alcune nuove interessanti prospettive.

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