Лимфатические сосуды в головном мозге

Лимфатическая система головного мозга

У лимфатической системы всё-таки есть собственное представительство в головном мозге: синусы мозговой оболочки оказались очень похожи на её сосуды, в них есть иммунные клетки и они связаны с шейными лимфоузлами.

У лимфатической системы много функций, одна из важнейших – защитная и «мусороуборочная»: иммунные клетки и белки лимфы обезвреживают бактерии и токсины. Лимфа проникает во все ткани тела, за исключением мозга. Как известно, мозг настолько хорошо огорожен от всего остального, что даже антитела с иммунными клетками не могут в него проникнуть. Однако, несмотря на свои «крепостные стены», мозг всё же не застрахован от проникновения патогенов. Но тогда у самого мозга должны быть какие-то свои системы защиты от вторжения вирусов и бактерий. С другой стороны, в ходе метаболизма накапливаются всевозможные молекулярные отходы, от которых тоже нужно как-то избавляться – а как, если лимфа в мозг не проникает, а в кровеносных сосудах стоит мощный гематоэнцефалический барьер, через который не всякая молекула пролезет? 

Кровеносные сосуды на поверхности мозга. (Фото Dr. Thomas Deerinck / Visuals Unlimited / Corbis.)

Оболочки мозга (жёлтым окрашена твёрдая оболочка, зелёным – пространство между паутинной и мягкой) и мозговые вены с синусами твёрдой оболочки. (Wikipedia.)

Синусы твёрдой мозговой оболочки (обозначены синим). (Wikipedia.)

Синусы твёрдой мозговой оболочки (обозначены синим). (Spina.pro.)
‹ ›

Физиологов этот вопрос интриговал давно. С одной стороны, мозг может сам перерабатывать вредные вещества в специальных клетках. С другой, в нём есть ещё так называемые глиальные, или вспомогательные клетки – некоторые из них выполняют те же функции, что и обычные иммунные клетки, то есть разыскивают и уничтожают всё чужеродное. Наконец, со временем удалось найти дополнительные механизмы, помогающие избавляться от нежелательных веществ. Желудочки мозга выделяют так называемую спинномозговую жидкость, которая свободно циркулирует между ними и спинномозговым каналом, сами же клетки тоже что-то выделяют во внешнее пространство, в результате получается единая система межклеточной и спинномозговой жидкости. Как происходит её очистка от биохимического мусора?

Несколько лет назад сотрудники Рочестерского университета обнаружили, что кровеносные сосуды в мозге окружены «чехлами» из отростков астроцитов – вспомогательных, или глиальных клеток. Получается двойная трубка, и в промежуток между её двумя стенками проникает «замусоренная» межклеточная жидкость, которая фильтрует мусор в кровеносный сосуд. Причём астроциты создают в ней давление, так что фильтрация здесь не пассивная, а активная. Систему назвали глимфатической: функционировала она подобно обычной лимфатической, только сделана была из глиальных клеток.

Однако, как оказалось, обычная лимфатическая система в мозге всё-таки есть – нашли её Джонатан Кипнис (Jonathan Kipnis) с коллегами из Университета Вирджинии; чья статья только что появилась в Nature.

Здесь нужно сделать небольшой экскурс в анатомию. Как известно, головной и спинной мозг одеты тремя оболочками: мягкой, паутинной и твёрдой, самой верхней из трёх. В некоторых местах твёрдая оболочка внедряется в щели головного мозга, образуя каналы – их и называют синусами. В них собирается венозная кровь из сосудов мозга, самой твёрдой оболочки и костей черепа, которая потом поступает в яремные вены. (Хотя синусы на рисунках очень похожи на кровеносные сосуды, они в кровеносную систему не входят, это отдельные образования.)

Оказалось, что в синусах есть иммунные клетки и молекулярные маркеры, свойственные лимфатическим сосудам. Когда исследователи ввели краситель мышам в субарахноидальное пространство – полость между мягкой и паутинной мозговыми оболочками, заполненную спинномозговой жидкостью – краска вскоре оказалась в синусах. Значит, спинномозговая жидкость проходит через синусы.

Более того, краситель оказывался в шейных лимфатических узлах. Авторам работы удалось также показать, что жидкость из лимфатических узлов может переходить в мозговые синусы.

Напомним, до недавнего времени считалось, что лимфатическая система никак с мозгом не контактирует. Теперь же эту точку зрения придётся во многом пересмотреть, поскольку оказалось, что синусы твёрдой оболочки выполняют функцию лимфатических сосудов и служат резиденцией иммунных клеток. Мусор и токсины, скапливающиеся в спинномозговой жидкости, могут выводиться из неё через синусы, хотя детали процесса предстоит ещё выяснять. Стоит также добавить, что иммунные клетки, несмотря ни на какие барьеры, в мозг всё-таки проникают, в последнее время их тут находят всё чаще и чаще. Хотя раньше полагали, что их появление в мозговых тканях – однозначный признак патологии (например, тяжёлой инфекции), однако, по-видимому, они приходят и в здоровый мозг тоже. И, скорее всего, синусы играют здесь не последнюю роль. Разумеется, большой интерес новые сведения вызовут у медиков – всё-таки мозг и иммунитет оказались связаны теснее, чем думали.

По материалам The Scientist.

Ежедневно Ваш мозг занят напряженной работой: обработкой информации, поступающей от органов чувств, процессами запоминания/вспоминания, регулированием эмоций, интерпретацией и интеграцией полученных данных, координацией движений и контролем всех происходящих в организме процессов. Активно работающие клетки мозга, как и другие клетки организма, в процессе деятельности выделяют побочные продукты. До недавнего времени процесс очищения мозга от продуктов жизнедеятельности клеток оставался загадкой. Estet-portal.com расскажет, что такое глимфатическая система, какую роль она играет в здоровье мозга, а также что мы можем сделать, чтобы улучшить ее функционирование.

Наш организм оснащен системой самоочищения – лимфатической системой, которая удаляет омертвевшие клетки крови и прочие отходы через систему лимфатических сосудов. Однако мозг пользуется другим методом очищения.

Гематоэнцефалический барьер – естественная ограда, которая отделяет мозг от остального тела. Такой барьер подобен КПП, через который проходят только определенные молекулы, имеющие «пропуск». Именно поэтому в мозг не проникает неотфильтрованная кровь, соответственно, он защищен от вирусов, бактерий и прочих патогенов.  

Таким образом, мозг изолирован от потенциальных опасностей, но в то же время он огражден от лимфатической системы. Как же он умудряется поддерживать чистоту?
В 2012 году доктору Джефри Илиффу и Мейкену Недергаарду из Университета Рочестера посчастливилось открыть «канализационную систему» мозга, благодаря которой его ткани очищаются от отходов, – глимфатическую систему.

Кровеносные сосуды мозга окружены отростками астроцитов – глиальных клеток, которые обволакивают сосуд, создавая дополнительное пространство. Именно в него проникает «засоренная» межклеточная жидкость, которая фильтрует отходы в кровеносный сосуд.

Глимфатическая система использует митохондрии клеток для удаления клеточных отходов из мозга. Прозрачная спинномозговая жидкость отвечает за «вымывание» токсинов из мозга. Принцип ее работы схож с лимфатической системой.

В 2015 году в мозге были обнаружены менингиальные лимфатические сосуды, которые вместе с артериями, венами и нервами выходят из черепа, т.е. мозг все-таки связан с иммунной системой через шейные лимфатические узлы. Поэтому глимфатическая система не является единственным «спасением» мозга от токсинов.

Специалисты полагают, что нарушения в работе глимфатической системы могут быть причиной болезни Альцгеймера и прочих нарушений мозговой деятельности, вызванных накоплением токсичных отходов в мозге. В частности, многие ученые считают, что болезнь Альцгеймера – результат неспособности мозга вывести токсичные тау-протеины.

Дело в том, что у пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдается большое количество белка под названием бета-амилоид, который приводит к повреждению нервных клеток. Проведенные исследования показали, что здоровая глимфатическая система отлично справляется с выведением бета-амилоида, в отличие от глимфатической системы, функции которой нарушены. 

Исследователи надеются, что результаты исследования можно будет использовать в лечении многих заболеваний, которые затрагивают мозг – болезни Альцгеймера, Паркинсона, инсультов и травм мозга. 

Повышение активности глимфатической системы может предотвратить накопление амилоидов или прочих триггеров заболеваний мозга.

Лимфатическая система головного мозга

Система дренирования мозга. Магнитно-резонансная томография мозга здоровых участников эксперимента показала, что мозг способен удалять отходы через лимфатические сосуды, своеобразную систему канализации в человеческом теле

Учёные давно подозревали, что сеть лимфатических сосудов в мозге может использоваться для удаления результатов жизнедеятельности. Исследования даже показывали, в каком положении во сне отходы удаляются эффективнее всего (лёжа на боку). В мозге эта сеть располагается рядом с кровеносными сосудами. В 90-е годы считалось, что в эту систему поступает только небольшая часть иммунных клеток и цереброспинальной жидкости. Но последние исследования показали, что на самом деле через дренажную лимфатическую систему из мозга удаляется гораздо больше макромолекул и иммунных клеток, чем было принято думать.

Группа американских учёных из Национального института неврологических расстройств и инсультов, Национального института рака и Университета Вирджинии впервые предоставила прямые доказательства, что отходы из мозга действительно удаляются через лимфатические сосуды, а не через кровеносную систему. Более того, они обнаружили сеть лимфатических сосудов в твёрдой оболочке мозга.

Удивительно, что открытия в области человеческой анатомии продолжают делать даже сейчас, в 2017 году.

Твёрдая оболочка (dura mater) и другие оболочки мозга

Считается, что вывод отходов из мозга наиболее активно идет во время сна. В это время спинномозговая жидкость меняется местами с межклеточной жидкостью, чтобы вывести отходы с лимфатических проводящих путей аналогично тому, как лимфатическая система выводит отходы из других органов тела. Среди отходов в мозге — бета-амилоиды и тау-протеины.

«Мы буквально наблюдали, как мозг людей сливает жидкость в эти сосуды, — говорит Дэниель Рейх (Daniel S. Reich), старший научный сотрудник Национального института неврологических расстройств и инсультов и ведущий автор научной работы. — Надеемся, что наши результаты дадут новый импульс исследованиях различных неврологических заболеваний».

Благодаря магнитно-резонансной томографии исследователи обнаружили, что лимфатические сосуды имеются даже в твёрдой мозговой оболочке мозга. Фактически, они представляют собой часть кровеносной системы, поскольку располагаются вдоль кровеносных сосудов, но лимфатические сосуды переносят лимфу — бесцветную жидкость, омывающую все ткани и клетки организма — которая содержит иммунные клетки и вышеперечисленные отходы жизнедеятельности. По лимфатическим сосудам лимфа транспортируется в лимфатические узлы. По кровеносным сосудам к лимфатическим узлам поступают белые кровяные клетки, с помощью которых лимфатические узлы избавляются от иммунных клеток, запуская их в повторное обращение. В ходе этого процесса иммунная система получает информацию, находится ли конкретный орган под атакой со стороны вирусов и бактерий, или если он повреждён. Другими словами, лимфатическая система выполняет роль связующего звена между мозгом и иммунной системой.

Любопытно, что лимфатическую систему в мозге обнаружили ещё в далёком 1816 году, но за прошедшие два столетия об открытии как-то забыли. Когда в 2015 году лимфатические сосуды нашли в твёрдой мозговой оболочке у мышей, это стало настоящим сюрпризом для специалистов: «Я был очень удивлён. В медицинском институте нас учили, что в мозге нет лимфатической системы», — говорит д-р Рейх. После того открытия он и задался вопросом: а что, если такая же система есть и в человеческом мозге?

Во время эксперимента в кровеносную систему пяти добровольцев ввели гадобутрол — парамагнитное контрастное средство для магнитно-резонансной визуализации. Обычно оно используется для выявления повреждённых кровеносных сосудов. Молекулы гадобутрола достаточно малы, чтобы просочиться из кровеносных сосудов в твёрдую мозговую оболочку, но слишком велики, чтобы преодолеть гемоэнцефалический барьер и проникнуть в другие части мозга. После перенастройки аппарата для магнитно-резонансной томографии исследователи увидели яркую и разветвлённую сеть лимфатических сосудов в твёрдой оболочке мозга.

Более того, дальнейшее исследование выявило аналогичную сеть лимфатических сосудов в твёрдой мозговой оболочке у других приматов, не только у человека. Это значит, что данная система является стандартным способом удаления отходов жизнедеятельности из мозга. Очевидно, сбои в её работе связаны с возникновением различных неврологических заболеваний, так что сейчас у учёных будет новая зацепка, чтобы более внимательно изучить причины и варианты лечения этих болезней.

Научная статья опубликована 3 октября 2017 года в журнале eLife (doi: 10.7554/eLife.29738).