Мозг умеет восстанавливаться после серьезных заболеваний. Чтобы помочь себе после инсульта, клетки мозга изобрели специльный механизм. Норвежские исследователи назвали этот механизм «экстренным торможением» и пытаются понять, как его использовать в лечебных целях.
Теория
Одна нервная клетка может общаться более чем с 20000 собратьев. В качестве «средства общения» клетки используют глутамат, который хранится в маленьких пузырьках на концах длинных отростков – аксонах. Когда электрический импульс проходит по аксону, пузырьки выпускают содержимое и отправляют глутамат к соседней клетке. После передачи нервного импульса пузырьки «перезаряжаются» новым глутаматом. Его можно назвать «эстафетной палочкой», которая передается от клетки к клетке. Сколько «палочек» надо передать, определяет концентрация в крови ионов кальция.
Клетки мозга обладают совершенными механизмами, которые позволяют принимать и отпускать ионы кальция. В жидкости, которая окружает клетку, их концентрация в двадцать тысяч раз выше, чем в клетке. Ионы попадают в нейрон через мелкие ионные каналы, которые напоминают трубочку. Обычно их называют кальциевые каналы, и ионы просачиваются через них самостоятельно. А вот для того чтобы остановить этот поток, требуется энергия. Когда ионов «натекло» достаточно для нормальной выработки глутамата, трубочки закрываются.
Инсульт обычно происходит, когда в мозге закупоривается один из кровеносных сосудов. Жизненно важные кислород и энергия перестают поступать к клеткам нервной ткани, и им «не на что» перекрывать кальциевые каналы. В итоге ионы кальция накапливаются в клетке и заставляют ее перевозбуждаться и «стрелять» глутаматом без цели, как бы наугад, чем вредят не только себе, но и связанным с ними «коллегам». Передозировка медиатора отравляет клетки, и они могут погибнуть. Особенно уязвимы нервные клетки гиппокампа -- отдела мозга, который отвечает за память.
Практика
Группа из Университета Осло (University of Oslo) под руководством профессора Йохана Сторма (Johan Storm) последние 25 лет занимались изучением состояния нервных клеток при инсульте.
Выяснилось, что погибать десятками тысяч, просто «сходя с ума», нервные клетки не собираются. Они выработали специфическую антикризисную систему. Ее Сторм обнаружил еще двадцать лет назад и назвал «аварийным тормозом». Теперь исследователям предстояло выяснить, как функционирует этот тормоз. И не может ли он защитить мозг от инсульта и других повреждений, вызванных недостатком кислорода или снижением уровня сахара в крови.
«Стоп-кран» ограничивает приток ионов кальция. И организовать экстренное закрытие кальциевых каналов помогают соседи – калиевые каналы, которые выпускают ионы калия из клетки.
Когда клетка перегружается кальцием, в течение миллисекунд активизируются каналы калия, которые изменяют электрическое напряжение и отправляют его на каналы кальция, принуждая их закрыться. После чего, выполнив функцию тормоза, закрываются и калиевые каналы – до следующего «переедания» клеткой кальция.
Ученые считают, что каналы калия закрыты до тех пор, пока мозг функционирует в нормальном режиме. И, благодаря грамотной конструкции нервной клетки, они открываются только тогда, когда энергоснабжение по каким-то причинам прекращается.
Сторм утверждает, что можно создать препарат, который откроет калиевые каналы на более долгое время. Благодаря ему кальциевые каналы смогут закрыться еще быстрее, и повреждения нервной ткани сведутся к минимуму.
Но, добавляют ученые, возможно, калиевые каналы и так функционируют оптимально. Ведь их нашли не только в человеческом мозге. Они есть в периферийных нервных клетках, клетках мышц и желез у улиток, лягушек и плодовых мушек. Это означает, рассказывает Сторм, что сотни миллионов лет калиевые каналы служили регулирующим механизмом в нервных системах всего животного мира. Ученые даже нашли его прообраз в многоклеточных животных и бактериях. То есть механизм «стоп-крана» нервных клеток в человеческом мозге – результат эволюции продолжительностью в два миллиарда лет.
Сторм решил проверить, насколько калиевые каналы важны для нормальной деятельности мозга, и обратился к профессору Петеру Руту (Peter Ruth) из Университета Тюбингена (University of Tubingen). Профессор смог вывести генетически модифицированных мышей, у которых отсутствовали калиевые каналы. Ученые предположили, что такие мыши будут сильнее страдать от последствий инсульта.
Правда, выяснилось, что у мышей калиевые каналы есть еще и в кровеносных сосудах. Поэтому исследователи решили исключить вариант, при котором поражение нервных клеток случится еще и по причине отсутствия калиевых каналов в сосудах генетически модифицированных мышей.
И мышиный мозг решили исследовать отдельно от тела. Полмиллиметра ткани гиппокампа изъяли у нормальных и генетически модифицированных мышей. Ткань поместили в чашку Петри и стали подкармливать сахаром и кислородом.
Через некоторое время «кран перекрыли», чтобы клетки начали страдать от недостатка энергии, как при остром инсульте. Потом сахар и кислород ученые подали снова и стали смотреть, что произойдет с клетками в следующие часы и дни.
Выяснилось, что после искусственного инсульта погибло гораздо больше клеток как раз генетически модифицированных мышей.
Теперь исследователи хотят найти инструмент для «точной настройки» работы калиевых и кальциевых каналов, чтобы попробовать управлять ими.
Информация об исследованиях профессора Сторма опубликована на сайте Университета Осло.
