Bagaimana otak Anda membuang sampah?
Dalam Sorotan ini, kami memperkenalkan sistem glymphatic: sistem pembersihan limbah khusus otak. Sekarang terlibat dalam berbagai kondisi, sudah saatnya kita berkenalan.
Banyak dari kita yang relatif akrab dengan sistem limfatik; ia menjalankan sejumlah peran, salah satunya adalah membersihkan limbah metabolik dari celah antar sel, yang disebut sebagai ruang interstisial.
Namun, sistem saraf pusat (SSP), yang terdiri dari otak dan sumsum tulang belakang, tidak memiliki pembuluh limfatik yang sebenarnya.
Karena SSP sangat aktif, limbah metabolisme dapat menumpuk dengan cepat.
SSP juga sangat sensitif terhadap fluktuasi di lingkungannya, jadi tubuh perlu membuang sampah seluler, dan di situlah sistem glymphatic berperan.
Sebelum penemuan sistem pembuangan sampah berbasis otak ini, para ilmuwan percaya bahwa setiap sel menangani detritus metaboliknya sendiri.
Jika sistem seluler menjadi kelebihan beban atau melambat seiring bertambahnya usia, sampah metabolik akan menumpuk di antara sel. Sampah ini termasuk produk seperti beta-amyloid - protein yang terkait dengan penyakit Alzheimer.
Astroglia
Istilah "glymphatic" diciptakan oleh Maiken Nedergaard, seorang ahli saraf Denmark yang menemukan sistem tersebut. Nama tersebut mengacu pada sel glial, yang penting untuk sistem pembersihan limbah ini.
Sel glial mendapatkan cakupan yang relatif sedikit, dibandingkan dengan neuron, meskipun jumlahnya sama banyaknya di otak. Mereka lama dianggap tidak lebih dari sel pendukung rendah, tetapi sekarang dipegang dengan hormat.
Glia melindungi, menutrisi, dan mengisolasi neuron. Mereka juga berperan dalam sistem kekebalan dan, seperti yang kita ketahui, sistem glymphatic.
Secara khusus, jenis sel glial yang dikenal sebagai astroglia penting. Reseptor, yang disebut saluran aquaporin-4, pada sel-sel ini memungkinkan cairan serebrospinal (CSF) pindah ke SSP, mengatur arus yang mengalirkan cairan melalui sistem.
CSF adalah cairan bening yang mengelilingi SSP, memberikan perlindungan mekanis dan imunologis, antara lain.
Sistem glymphatic, yang berjalan sejajar dengan arteri, juga memanfaatkan denyut darah dalam sirkulasi untuk membantu menjaga pergerakannya.
Saat pembuluh darah mengembang secara ritmis, mereka mendorong pertukaran senyawa antara ruang interstisial dan CSF.
Sistem glymphatic terhubung dengan sistem limfatik dari seluruh tubuh di dura, selaput tebal jaringan ikat yang menutupi SSP.
Pentingnya tidur
Setelah penemuan Nedergaard, dia menjalankan serangkaian eksperimen pada tikus untuk mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang cara kerja sistem ini dan waktu paling aktif. Secara khusus, tim fokus pada tidur dan Alzheimer.
Nedergaard dan timnya menemukan bahwa sistem glymphatic paling sibuk saat hewan tidur. Mereka menunjukkan bahwa volume ruang interstisial meningkat 60% saat tikus sedang tidur.
Peningkatan volume ini juga meningkatkan pertukaran CSF dan cairan interstisial, mempercepat pembuangan amiloid. Mereka menyimpulkan bahwa:
"Fungsi restoratif dari tidur mungkin merupakan konsekuensi dari peningkatan pembuangan produk limbah neurotoksik potensial yang terakumulasi dalam keadaan sadar [SSP]."
Karya awal ini menginspirasi gelombang studi baru, yang terbaru diterbitkan bulan ini. Para peneliti melihat dampak tekanan darah tinggi pada fungsi sistem glymphatic.
Seiring waktu, tekanan darah tinggi menyebabkan pembuluh darah kehilangan elastisitasnya, menjadi semakin kaku. Karena denyut teratur dinding arteri mendorong sistem glymphatic, pengerasan ini menghalangi fungsinya.
Dengan menggunakan model tikus hipertensi, para ilmuwan menunjukkan bahwa pengerasan arteri akibat tekanan darah tinggi memang mengganggu cara kerja sistem pembuangan sampah; itu mencegahnya secara efisien membuang molekul besar di otak, seperti beta-amiloid.
Temuan ini mungkin membantu menjelaskan mengapa para ilmuwan menemukan hubungan antara peningkatan tekanan darah dan penurunan kognitif dan demensia.
Penyakit Parkinson
Penyakit Parkinson adalah kondisi lain yang ditandai dengan penumpukan protein di otak. Dalam hal ini, proteinnya adalah alpha-synuclein.
Hal ini membuat beberapa peneliti bertanya-tanya apakah sistem glymphatic mungkin terlibat di sini juga.
Pada penyakit Parkinson, terjadi gangguan pada jalur dopamin di otak. Jalur ini memainkan peran penting dalam siklus tidur-bangun dan ritme sirkadian; Oleh karena itu, penderita Parkinson seringkali mengalami gangguan tidur.
Ulasan yang diterbitkan di Ulasan Neuroscience & Biobehavioral mengusulkan bahwa pola tidur yang terganggu dapat menghalangi pembuangan puing-puing glimfatik, termasuk alpha-synuclein, membantunya menumpuk di otak.
Trauma otak
Hasil ensefalopati traumatis kronis dari pukulan berulang ke kepala; dulu disebut sindrom "mabuk pukulan" karena terjadi pada petinju.
Gejala dapat berupa kehilangan ingatan, perubahan suasana hati, kebingungan, dan penurunan kognitif.
Beberapa peneliti percaya bahwa gangguan pada sistem glymphatic yang disebabkan oleh trauma otak dapat meningkatkan risiko pengembangan ensefalopati traumatis kronis.
Penulis ulasan tersebut menulis bahwa, setelah cedera otak traumatis, "Kesulitan dengan onset dan pemeliharaan tidur adalah salah satu gejala yang paling sering dilaporkan."
Seperti yang telah kita lihat, hal ini mengganggu pembersihan glymphatic protein dari ruang interstisial selama tidur.
Pada saat yang sama, jenis cedera ini dapat menyebabkan relokasi saluran aquaporin-4 - reseptor penting di astroglia yang penting untuk pembersihan glymphatic - ke dalam posisi yang menghalangi pembuangan protein sampah dari ruang interstisial.
Para penulis percaya bahwa gangguan sistem ini dapat "memberikan satu link dalam rantai penjelasan yang menghubungkan berulang [cedera otak traumatis] dengan neurodegenerasi nanti."
Diabetes
Di luar peran yang mungkin dalam kondisi neurologis, beberapa peneliti telah menyelidiki bagaimana gangguan pada sistem glymphatic mungkin terlibat dalam gejala kognitif diabetes.
Para ilmuwan telah menunjukkan bahwa diabetes dapat memengaruhi berbagai fungsi kognitif, baik pada awal perkembangan penyakit dan selanjutnya.
Beberapa peneliti bertanya apakah sistem glymphatic mungkin terlibat di sini juga. Sebuah penelitian yang dilakukan pada tikus menggunakan pemindaian MRI untuk memvisualisasikan pergerakan CSF di hipokampus, bagian otak yang terlibat dalam pembentukan ingatan baru, di antara tugas-tugas lainnya.
Para ilmuwan menemukan bahwa pada tikus dengan diabetes tipe 2, pembersihan CSF "diperlambat oleh faktor tiga". Mereka juga menemukan korelasi antara defisit kognitif dan kerusakan sistem glymphatic - jika sampah tidak dibersihkan, keterampilan berpikir akan terhambat.
Penuaan
Seiring bertambahnya usia, tingkat penurunan kognitif tertentu hampir tak terhindarkan. Ada banyak sekali faktor yang terlibat, dan beberapa ilmuwan percaya bahwa sistem glymphatic dapat berperan.
Sebuah studi yang diterbitkan pada tahun 2014 menyelidiki efisiensi sistem glymphatic tikus saat mereka menua; para penulis menemukan "penurunan efisiensi yang dramatis".
Dalam tinjauan sistem glymphatic dan perannya dalam penyakit dan penuaan, penulis menulis bahwa berkurangnya aktivitas dalam sistem seiring bertambahnya usia dapat “berkontribusi pada akumulasi protein yang salah lipatan dan hiperfosforilasi,” meningkatkan risiko penyakit neurodegeneratif dan, mungkin, memperburuk disfungsi kognitif.
Kita masih tahu sedikit tentang sistem glymphatic. Namun, karena itu membersihkan organ kita yang paling sensitif dan kompleks, kemungkinan besar mempengaruhi kesehatan kita secara keseluruhan sampai taraf tertentu.
Sistem glymphatic mungkin tidak berisi jawaban atas semua pertanyaan kami tentang penyakit neurodegeneratif dan seterusnya, tetapi dapat memegang kunci untuk beberapa perspektif baru yang menarik.
