Saltvæske skylles regelmæssigt gennem hjernen for at fjerne toksiner og affald, men efter et slag oversvømmer denne væske organet og drukner dens celler.
Hævelse i hjernen, kendt som hjerneødem, forekommer efter slagtilfælde, når vand strømmer ind i hjerneceller og det rum, der omgiver dem. I årevis troede forskere, at denne overskydende væske kom fra blod, men nye beviser tyder på, at vandet springer helt fra en anden kilde: den natriumrige cerebrospinalvæske, der gennemsyrer hjernen. Disse resultater kommer fra både levende musemodeller og menneskeligt væv.
Resultaterne, der blev offentliggjort 30. januar i tidsskriftet Science, peger på mulige behandlinger for at dæmpe hævelse i hjernen og forbedre patienternes bedring efter slagtilfælde.
Vaskecyklus gået galt
Slagtilfælde forekommer, når en blokering tilslutter et blodkar i hjernen, eller et kar brister fuldstændigt. Uden en tilstrækkelig energiforsyning kan hjerneceller ikke længere politiføre, hvilke partikler der passerer gennem deres membraner. Inden for få minutter svulmer neuronerne som overfyldte strandkugler og begynder at kortslutte, opsamle skader og dø. Timer senere begynder også det tætvævede væv, der forder blodkar i hjernen, blod-hjerne-barrieren, og det hele organet tager vand.
"I over 60 år troede folk, at denne ansamling af væske kom fra blodet" lækker gennem den kompromitterede blod-hjerne barriere, sagde studielederforfatter Dr. Humberto Mestre, en kliniker og nuværende doktorand ved University of Rochester Medical Center ( URMC) Center for Translational Neuromedicine. Men hjerneødem sætter ind længe før blod-hjerne-barrieren bryder sammen, hvilket får Mestre og hans kolleger til at undre sig over, om vandet rent faktisk kommer fra et andet sted.
"Ingen havde set på disse alternative væskekilder," sagde Mestre. Cerebrospinalvæske, der udgør omkring 10% af den væske, der findes i pattedyrets kraniale hulrum, skiller sig ud som en lovende kandidat, tilføjede han.
I hjernen strømmer cerebrospinalvæske gennem det glymfatiske system, et netværk af slanger, der snor sig langs stier, der er skåret ud af organets vener og arterier, ifølge en 2015-rapport i tidsskriftet Neurochemical Research. Væsken strømmer lige uden for blodkarene, der holdes på plads af en "donut-formet tunnel" af celler. (Forestil dig en længde af ledningen, der repræsenterer en arterie, der hviler inden i en gummislange, der fungerer som den ydre tunnel fyldt med væske.) Når muskler langs arterierne sammentrækkes, bliver den nærliggende cerebrospinalvæske skubbet langs sin rute og samler stofskifteaffald på vejen. Udover at tage affaldet ud, kan det glymfatiske system også hjælpe med at distribuere fedt, sukker og andre vigtige forbindelser i hjernen.
Selvom det er afgørende i en sund hjerne, efter et slagtilfælde, går det glymfatiske system i højen og driver anfaldet af ødemer, konstaterede Mestre og hans medforfattere. "Cerebrospinalvæsken er faktisk den primære drivkraft for hævelse lige efter slagtilfældet," sagde Mestre.
Forbliver oversvømmelsen
Cerebrospinalvæskens rolle i slagtilfælde undgik forskere i årtier, til dels, fordi der ikke eksisterede nogen teknologi til at observere et slag, der udfoldes i realtid, sagde Mestre.
Han og hans medforfattere kombinerede flere teknikker til at observere ændringen i væskestrøm hos mus, der oplever slagtilfælde. Holdet kiggede ind i dyrenes hjerner ved hjælp af både MR og et to-fotonmikroskop, der bruger lys og fluorescerende kemikalier til at forestille levende væv. "Vi kan dybest set forestille os, hvad cerebrospinalvæsken gør, mens slagtilfældet sker," sagde Mestre. Ved at infundere væsken med radioaktive partikler kunne forskerne også bestemme, hvordan strømningshastigheden ændrede sig over tid.
Ved hjælp af disse metoder bestemte holdet, at ødemer griber fat i musehjernen "så tidligt som 3 minutter" efter slagtilfælde, længe før blod-hjerne-barrieren begyndte at lække, sagde Mestre. Når hjerneceller kortslutter, spytter de kemiske budbringere, der er kendt som neurotransmittere og kalium, ud i rummet ud over deres membraner. I nærheden af celler reagerer på tilstrømningen af kemikalier og til gengæld kortslutning. Når disse elektriske storme fejer gennem hjernen, trækker musklerne i blodkarene sig sammen og skaber en rumlomme mellem sig selv og det omgivende glymfatiske system. Salt cerebrospinalvæske suges ind i det resulterende vakuum og trækker vandmolekyler sammen med det.
"Hvor natrium henter sig, vil vand følge det," sagde Mestre. Holdet kunne se dette spil efterfølgende leder udfolde sig i udvalgte områder af hjernen, men kunne ikke spore vandstrøm i hele organet på én gang. Ved hjælp af en computermodel til at simulere hele det glymfatiske netværk var de imidlertid i stand til at forudsige, hvordan indstramning af blodkar ville føre strømmen af vand gennem en hel musehjerne efter slagtilfælde.
For at forbinde prikkerne mellem mus og mennesker undersøgte forfatterne hjernevævet hos patienter, der var døde af iskæmisk slagtilfælde, hvor en blodpropp blokerer et blodkar i hjernen. Musen og menneskelige hjerner akkumulerede væske i de samme regioner, nemlig områder, gennem hvilke det glymatiske system løber og henter affald. I betragtning af den stærke sammenhæng mellem dyr og mennesker kunne "disse fund give et begrebsmæssigt grundlag for udvikling af alternative behandlingsstrategier," bemærkede forfatterne.
Holdet testede en af disse strategier i mus ved at blokere en vandkanal på astrocytter, celler i hjernen, der hjælper med at lede vand gennem det glymatiske system. Mus, der manglede kanalen, var langsommere med at udvikle ødemer efter slagtilfælde, hvilket antydede, at en lignende behandling kunne vise løfte hos humane patienter. Foruden at blokere vandstrømmen, kan fremtidige behandlinger potentielt forhindre ødemer ved at bremse spredningen af slagtilførsel af elektrisk aktivitet i hjernen, tilføjede forfatterne. Disse elektriske storme fortsætter med at spærre hjernen i dage efter slagtilfælde og tilskynder til ødemer, hver gang de sker.
De skadelige bølger af elektrisk aktivitet, der ses ved iskæmisk slagtilfælde, vises også i samspil med ”næsten enhver skade”, sagde Mestre. Den nye undersøgelse antyder, at det glymfatiske system kan spille roller under tilstande, hvor der er blødning i og omkring hjernen, traumatisk hjerneskade og endda migræne, selvom sådanne forbindelser forbliver "rent spekulative." En dag kunne det glymfatiske system tilbyde lægerne en helt ny strategi til behandling af akutte hjerneskader, sagde Mestre.
