R. Douglas Fields
DRUGI MÓZG

Rozdział 5

Urazy mózgu i rdzenia kręgowego

Komórki glejowe i paraliż: komórki glejowe blokują regenerację układu nerwowego

Kilka lat po upadku z konia, w wyniku którego został sparaliżowany, Christopher Reeve siedział na wózku w kręgu światła na środku sceny, a na nim były skupione spojrzenia kilku tysięcy zajmujących się układem nerwowym naukowców, przybyłych, by posłuchać jego wystąpienia na dorocznym zjeździe Towarzystwa Badań Układu Nerwowego. Laicy rzadko bywają zapraszani do wygłaszania odczytów na zjazdach nauko­wych, ale Reeve miał wiadomość, którą chciał przekazać naukowcom osobiście. Mówienie umożliwiał mu precyzyjnie dobrany rytm wyde­chów powietrza podawanego mechanicznie przez respirator, a Reeve, pozbawiony możliwości poruszania i czucia w całym obszarze swego ciała poniżej uszkodzonego kręgosłupa szyjnego, przekształcił swą fizyczną słabość w ogromną siłę ducha.

Będąc obiektem powszechnej litości, wzniósł się na wyżyny po­pularności, stając się silnym, powszechnie szanowanym człowiekiem walczącym z paraliżem, osobą podziwianą i źródłem inspiracji. Pod­czas takich dorocznych zjazdów od dwudziestu pięciu lat słuchałem wystąpień wielu świetnych naukowców, laureatów Nagrody Nobla, znanych profesorów i uczonych, wszyscy oni jednak wypadali blado w porównaniu z Reeve'em. Wykorzystując swój zawodowy kunszt aktorski, pełen natchnienia, władał publicznością tylko za pomocą swych oczu, głosu oraz odwagi i rozumu. Udowodnił zgromadzonym na sali ekspertom, jak wiele wie na temat swej choroby, i wyjaśnił, w jaki sposób nauka mogłaby mu pomóc i w jakim kierunku powinny pójść badania.

Wózek inwalidzki budzi w nas lęk, gdyż przypomina, że nas czy też tych, których kochamy, dzieli od przykucia do niego tylko jeden wypadek samochodowy czy inny kaprys losu. Najwięcej powodów do obaw mają rodzice chłopców. Trzy spośród czterech osób na wózku to mężczyźni lub chłopcy, ofiary męskiego zamiłowania do szybkich samochodów, motocykli i sportów ekstremalnych oraz skłonności do przemocy.

Uraz rdzenia kręgowego jest zdarzeniem nagłym, niosącym trwałe skutki i zmieniającym całe życie. Zmagania z jego następstwami trwają zwykle bardzo długo: trzy spośród pięciu osób przykutych do wózka znalazło się tam przed ukończeniem trzydziestego roku życia. Zajmu­jący się układem nerwowym naukowcy gorąco pragną zrobić coś więcej dla tych pokrzywdzonych przez los ludzi. Od kilkuset lat perspektywy rysowały się ponuro, ale teraz, wraz z postępem badań nad komórkami glejowymi, cel w postaci skutecznego leczenia porażeń rdzeniowych wydaje się bliski.

Reeve wiedział dobrze, że komórki glejowe były ostatecznym źródłem jego nieszczęścia, gdyż to one niweczyły na poziomie jego kręgosłupa szyjnego wszelkie wysiłki uszkodzonego ciała na drodze do wyleczenia. I rzeczywiście aż 40 procent przyznanych w ostatnim czasie przez Fundację Christophera i Dany Reeve'ów grantów na poszukiwania terapii dla osób sparaliżowanych przeznaczonych zostało na badania komórek glejowych.

Gdyby Christopher Reeve złamał sobie kość ramienną, która roze­rwałaby nerw, byłby z czasem wyzdrowiał. Ale aksony przerwane w wy­niku uszkodzeń rdzenia kręgowego czy mózgu nie odrosną. Dlaczego urazy obwodowego i ośrodkowego układu nerwowego przebiegają tak odmiennie? Czy aksonom w mózgu i rdzeniu kręgowym brakuje tego najważniejszego czynnika, który pozwoliłby im się odbudować i powrócić do stanu sprzed urazu? A może środowisko tkankowe mózgu i rdzenia kręgowego różni się od środowiska obwodowego układu nerwowego czymś, co uniemożliwia regenerację aksonów? Aby znaleźć odpowiedź, musimy przyjrzeć się temu, co dzieje się w rdzeniu kręgowym po jego urazie.

Reakcja komórkowa na uszkodzenie rdzenia kręgowego

Wyobraź sobie, że spędzasz czas na słonecznej plaży, pływając na desce, tak jak mój przyjaciel, który opowiedział mi tę historię. Fale napierają, a ty odchylasz się, by uniknąć zetknięcia zimnej wody z nagą skórą twych ud. Na horyzoncie pojawia się wielka fala i płynie w twoją stronę, coraz większa. Wznosi się coraz ostrzej, aż wkrótce osiąga szczyt, a z jej wierzchołka unosi się para. Kipiąc i skręcając się jak w torsjach, jej straszna gardziel wsysa pianę oceanu i przelewa słoną wodę przez swój spiętrzony grzbiet. Potwór zdąża w twoją stronę i gdy już ma się rozbić, nurkujesz, by ukryć się w spokojnych wodach pod nim. Nagle zostajesz ogłuszony.

Nie możesz poruszyć żadnym mięśniem, nie czujesz zimnego do­tknięcia deski, na której kołysze się pośród morskiej piany twoje wiotkie ciało. Głośny chrzęst oraz ostry jak elektrowstrząs ból w szyi mówią ci, że doszło do złamania. Otwierasz oczy i widzisz wirujący piasek i pro­mienie słońca przebijające się w mroku, a przecież to nic strasznego, po prostu łacha piasku ukryta pod powierzchnią wody.

Nie możesz unieść głowy, by złapać oddech. Twoje niecierpiące zwłoki wydane mięśniom kończyn polecenia, by przewrócić się i uzyskać w ten sposób dostęp do upragnionego powietrza, pozostają bez odpowiedzi. Czas rozdyma się, a twój umysł próbuje uciec przed przerażającą myślą, że nadeszła twoja ostatnia chwila. Ciężkie powietrze rozsadza ci płuca i przychodzi moment, że nie możesz już dłużej walczyć, musisz odetchnąć. Będziesz musiał wciągnąć wodę zamiast powietrza. Pęcherzyki powietrza eksplodują z twoich płuc, a kurcząca się odruchowo przepona wciąga do nich głęboko słoną wodę. To już koniec; wszystko staje się czarne.

Gdy przydarzyło się to mojemu przyjacielowi, na jego szczęście na tej właśnie plaży opalała się akurat, wbrew wszelkiemu prawdopodobieństwu, pielęgniarka. Przypadkiem patrzyła na morze w tym właśnie momencie, gdy uderzył głową w ukrytą łachę piasku i złamał kręgosłup. Każda inna osoba mogłaby czekać zbyt długo. Inny ratownik, o ile w ogóle by się tam znalazł, mógłby, próbując udzielić pomocy, rozerwać uszkodzony rdzeń kręgowy mojego przyjaciela i zabić go. Ale ta pielęgniarka wiedziała, jak podczas ściągania go z deski stabilizować złamane kręgi i przystąpiła do resuscytacji krążeniowo-oddechowej.

Zostałeś uratowany przed utonięciem, ale złamane kości twojej szyi, roztrzaskały twój rdzeń kręgowy, chociaż go nie przecięły. Uszkodzenie uniemożliwiło jednak przepływ komend z twojego mózgu do reszty ciała i zablokowało wszystkie drogi czucia w twoim mózgu i rdzeniu szyjnym. Wiele neuronów w twoim uszkodzonym rdzeniu kręgowym przeżyje, ale ich aksony zostały zmiażdżone lub przerwane i nie mogą już przewodzić impulsów nerwowych. Uraz przerwał barierę krew-mózg i do uszkodzonej tkanki nerwowej wnika teraz krew działająca żrąco na rdzeń kręgowy, zanieczyszczając wyspecjalizowany płyn mózgowo-rdzeniowy opływający twój ośrodkowy układ nerwowy.

W chwili gdy ratownicy medyczni układają cię na twardych noszach, by przenieść cię do karetki, z twojej krwi przenikają do uszkodzonego rdzenia kręgowego krwinki białe. Napotykając obcą dla nich tkankę, przystępują do ataku. Komórki mikrogleju natychmiast wykrywają uszko­dzenie tkanki oraz napływające leukocyty i przygotowują kontratak. Szybko porzucają swój spoczynkowy krzaczasty kształt, przybierają aktywną postać pełzakowatą i z dalekich odległości podążają do miej­sca urazu, przeciskając się między komórkami jak karetki ratunkowe w korkach ulicznych. Ale komórki mikrogleju i krwinki białe uwalniają cząsteczki tlenu reaktywnego i inne substancje toksyczne przeznaczone do zwalczania infekcji i zabijania atakujących, obcych komórek. Sub­stancje te jednak niszczą uszkodzone, a nawet zdrowe neurony i komórki glejowe rdzenia kręgowego. Te same sygnały alarmowe docierają też do znajdujących się w okolicy uszkodzenia astrocytów, które również przechodzą w stan czynny, uwalniając toksyczne substancje chemiczne i cytokiny wyzwalające reakcję zapalną organizmu na uraz. Sygnały o urazie docierają do jąder komórkowych astrocytów, przełączając geny na stan alarmowy, aby mogły produkować specjalne białka, za pomocą których astrocyty będą próbowały radzić sobie w sytuacji awaryjnej.

Od wypadku upłynęło zaledwie piętnaście minut i nie zdążyłeś się jeszcze znaleźć w karetce, a komórki gleju skąpowypustkowego (oligodendrocyty) w twoim uszkodzonym rdzeniu kręgowym już są martwe. Mielina zaczyna odpadać i rozpuszczać się, wystawiając nagie aksony na działanie uszkodzonej tkanki. Jeżeli te aksony pozostaną nagie, umrą.

Oligodendrocyty i neurony będą obumierać przez sześć kolejnych godzin, kiedy to znajdziesz się w ambulatorium izby przyjęć, a lekarze wykonają pilną operację stabilizacji kręgów szyjnych. Śmierć neuronów i oligodendrocytów w początkowej fazie uszkodzenia jest wynikiem nie tylko bezpośredniego uderzenia w rdzeń kręgowy, które doprowadziło do rozerwania komórek, ale również działania neuroprzekaźników, w szczególności kwasu glutaminowego, wylewających się z uszkodzo­nych neuronów i osiągających toksyczne stężenia. Krew wypływająca z uszkodzonych naczyń zabija również inne komórki. Po wstępnej fazie śmierci komórek nadchodzi druga, trwająca kilka dni po urazie. Przy­czyną tej drugiej fali ofiar są panujące w okolicy uszkodzenia toksyczne warunki wynikające z działania walczących z urazem komórek mikrogleju i astrocytów. Te późniejsze szkody oboczne odpowiadają za śmierć wielu oligodendrocytów i neuronów. Nawet aksony, którym udało się przetrwać pierwsze uderzenie, zostaną w toczącym się przez najbliższych kilka dni procesie chorobowym pozbawione mieliny. Przyczynia się to do postępu paraliżu, gdyż impulsy nerwowe nie mogą przechodzić przez zdrowe aksony o poszarpanej izolacji. Fakt, że znalazły się w pobliżu komórkowego pola walki, uczynił z komórek glejowych przypadkowe, niewinne ofiary. Przez swoją śmierć stały się nieświadomie uczestnikami dalszej destrukcji.

W szpitalu neurolog wskazuje na zdjęciach dokładne miejsce uszko­dzenia, w jego umyśle na podstawie analizy obszarów zachowanego w twoim obecnie zdezorientowanym ciele czucia powstaje obraz zła­manego kręgosłupa i roztrzaskanego rdzenia kręgowego. Tomografia komputerowa lub rezonans magnetyczny potwierdzają tylko to, co lekarz już wie. Podczas zabiegu operacyjnego ustabilizowano twoje kręgi i kładą cię do łóżka. Silnie działające leki przytępiają ból i pomagają zasnąć, ale teraz wszyscy czekają.

Tym, czego wszyscy oczekują, jest podjęcie akcji ratunkowej przez komórki glejowe. Następnego dnia po urazie obszar uszkodzenia w two­im rdzeniu kręgowym znacznie się zwiększył, wykraczając poza punkt urazu, podobnie jak zgnilizna szerząca się w jabłku od miejsca jego obicia. Tylko komórki glejowe potrafią zatrzymać tę gnijącą destrukcję, by nie objęła całego rdzenia kręgowego.

Gdy tak leżysz następnego dnia po urazie, astrocyty znajdujące się na obwodzie uszkodzenia zaczynają tworzyć mur wokół uszkodzonego obszaru. Mnożą się i gromadzą, formując wokół miejsca urazu krąg, by zapobiec szerzeniu się uszkodzenia. Budują silny szkielet komórkowy z tworzącego filamenty białka GFAP. Astrocyty wydzielają na swej po­wierzchni również inne białka tworzące nieprzenikalną tarczę. Zamyka­jąca miejsce uszkodzenia blizna glejowa pomaga przywrócić czynność bariery krew-mózg.

W pierwszym tygodniu pobytu w szpitalu astrocyty w glejowej bliźnie opłaszczają barierę śliskimi białkami, zwanymi proteoglikanami siarczanu chondroityny. Te maziste substancje bronią dostępu innych komórek do bariery. Obecne w barierze komórki mikrogleju pożerają resztki komórkowe i pęcznieją od fragmentów mieliny. Po tygodniu wszystkie komórki i aksony w miejscu uszkodzenia zostaną pożarte. Po upływie kolejnego w miejscu urazu nie będzie ani jednego astrocytu, nie pozostanie nic poza wypełnioną płynem torbielą wewnątrz związanego z komórkami glejowymi strupa.

Neurony zaczynają obumierać wkrótce po tym, jak zostały przerwane ich aksony, nawet wtedy, gdy ich ciała komórkowe znajdują się daleko od miejsca uszkodzenia. Wiemy, że nie jest to śmierć naturalna, ale komórkowe samobójstwo. Gdy neuron zostanie odłączony od swego fizjologicznego punktu docelowego, następuje aktywacja jego genów, które powodują autodestrukcję. U zwierząt z mutacją genu, który koliduje z genami autodestrukcji (nazywanymi WldS), neurony nie obumierają, gdy ich aksony zostają odcięte. Dlaczego następuje masowe samobójstwo tych cennych neuronów, które przetrwały?

Powodem tej dziwnej masowej śmierci są stymulujące wzrost białka uwalniane z komórek, z którymi odcięte obecnie aksony były połączo­ne, na przykład z włókien mięśniowych, komórek skóry lub kolejnych neuronów w istniejącym wcześniej obwodzie. W okresie życia płodo­wego te sygnały białkowe służyły za światła kierunkowe naprowadzające aksony na właściwe punkty połączenia. Dlatego stała dostawa tych bia­łek wychwytywanych przez zakończenia nerwowe i transportowanych do ciała komórki stanowiła dla neuronu wiadomość, że wszystko jest w porządku. Ale w okresie rozwoju ściśle określona liczba neuronów musi zostać wytworzona i dopasowana do odpowiedniej liczby komórek wymagających połączeń, a każdy z tych neuronów musi przesłać swój akson na znaczną odległość, gdzie odnajdzie on sobie właściwy punkt docelowy. Neurony, które się zgubiły i nie dotarły do swoich właściwych punktów kontaktowych, nie mogły dosięgnąć tego podtrzymującego życie białkowego czynnika wzrostu i obumarły, gdy twój mózg kształtował się w łonie matki. Mechanizm ten zapewnia skuteczny sposób nakierowanie okablowaniem naszego układu nerwowego i eliminację błędnych połączeń. Teraz jednak, gdy akson został zmiażdżony lub odcięty, białkowe czynniki wzrostu uwalniane z właściwego punktu połączenia synaptycznego nie mogą dotrzeć do ciała komórki. Podobnie jak rakieta, która zboczyła z kursu, neuron aktywuje mechanizm autodestrukcji natychmiast, gdy zorientuje się, że znalazł się poza właściwą trajektorią.

A jednak, nawet wtedy, gdy komórki umierają, aktywacji ulegają inne procesy gojenia i naprawy. Niektóre neurony w miejscu uszkodze­nia zamkną szczelnie koniec oderwanego lub zmiażdżonego aksonu i uruchomią program genetyczny, który obudzi od dawna uśpione geny działające po raz ostatni w okresie życia płodowego, kiedy to z neuronu wyrastał akson mający zapewnić unerwienie twojego ciała. Geny wy­twarzają białka, które powodują kiełkowanie aksonów, a te kiełki rosną dalej, poszukując przeznaczonych im punktów docelowych.

Dlaczego te uszkodzone neurony nie dokonały samozniszczenia? Jedną z przyczyn jest uwalnianie przez astrocyty i komórki mikrogleju czynników neurotroficznych (dosłownie karmiących neurony), któ­re utrzymują neurony przy życiu. Niektóre z tych białek to te same substancje stymulujące wzrost, uwalniane przez komórki docelowe. Poprzez uwalnianie czynników neurotroficznych w miejscu urazu astro­cyty utrzymują uszkodzone neurony przy życiu i nakłaniają kiełkujące aksony do wzrostu. Astrocyty zaczynają również uwalniać czynniki angiogeniczne, białka, które stymulują wzrost nowych naczyń krwio­nośnych, mających zapewnić dopływ składników pokarmowych i tlenu do uszkodzonej tkanki.

Oligodendrocyty powracają do swej młodzieńczej postaci i zaczynają się dzielić. Te odmłodzone komórki i inne oligodendrocyty migrujące w okolicę uszkodzenia wyciągają swe komórkowe macki, starając się uczepić możliwie jak największej liczby uszkodzonych, nagich aksonów. Natychmiast zaczynają owijać je warstwami mieliny, odtwarzając ich izolację. Ta remielinizacja przywraca aksonom zdolność przewodzenia impulsów elektrycznych, którą utraciły wraz z uszkodzeniem osłonki mielinowej po urazie. W miarę jak komórki glejowe naprawiają osłon­kę mielinową aksonu, zaczynasz odczuwać pewną poprawę w zakresie czucia i ruchu, ciągle jednak jesteś sparaliżowany.

Ale gdy neurony, które przeżyły, zaczynają wypuszczać nowe włókna i szukać swych pierwotnych połączeń, zostają na swej drodze zatrzymane w miejscu urazu. Efekt jest taki, że będziesz sparaliżowany do końca życia. Gdyby uszkodzony został nerw w twojej ręce lub nodze, aksony te odrosłyby i w końcu odnalazły właściwe im punkty połączeń z twoimi mięśniami. Również włókna czuciowe twojego ciała połączyłyby się ponownie z obwodami przewodzącymi ból, dotyk, ciepło, ucisk oraz inne bodźce z otaczającego świata do twojego mózgu. Ale w uszkodzo­nym mózgu lub rdzeniu kręgowym kiełkującym aksonom nie udaje się, mimo nadzwyczajnych wysiłków, odbudować połączeń. Czy komórki glejowe potrafią wyjaśnić, dlaczego aksony nie mogą po urazie rdzenia kręgowego odrosnąć?

Komórki glejowe: przyczyna i ratunek w paraliżu

Dlaczego aksony w naszym mózgu i rdzeniu kręgowym są, w przeci­wieństwie do aksonów w obwodowym układzie nerwowym, niezdolne do regeneracji? Czy neurony w ośrodkowym układzie nerwowym są słabsze? Niosącą największe nadzieje możliwością byłoby obarczenie winą środowiska tkankowego w ośrodkowym układzie nerwowym. W przeciwieństwie do beznadziejnego scenariusza, w którym neuro­ny miałyby być z natury zbyt słabe, by odrastać po urazie, środowisko tkankowe jawi się jako coś, co można modyfikować poprzez stosowanie odpowiednich leków lub metod terapeutycznych. Jeżeli to środowisko oun jest przyczyną, dla której aksony nie mogą odrastać, to co takiego jest w tym środowisku, co blokuje gojenie ? Czy brakuje w nim jakiegoś absolutnie niezbędnego do wzrostu czynnika, czy też środowisko to jest w jakiś sposób wrogie dla odrastających aksonów?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, Albert J. Aguayo wraz ze swym zespołem z Uniwersytetu McGill w Montrealu przeprowadził w roku 1980 eksperymenty, w których przecinał rdzeń kręgowy szczura i wszywał między odcięte fragmenty segment nerwu kulszowego z kończyny dolnej, łącząc je w ten sposób. Po dwóch miesiącach badał wszyty pomost, chcąc sprawdzić, czy odcięte aksony oun odrosną w środowisku przeszczepionego nerwu obwodowego. Badacze stwierdzili, że neurony rdzenia kręgowego bez trudu wrosły w pomost i dalej. Aguayo sformułował wniosek, że neurony oun w rdzeniu kręgowym mogą się regenerować, jeżeli środo­wisko komórkowe mózgu i rdzenia kręgowego zostanie zmienione tak, by upodobniło się do środowiska obwodowego układu nerwowego.

Co takiego w środowisku oun nie pomaga w regeneracji aksonów ? Zaskakujące rozwiązanie problemu przyniosły badania Martina Schwaba przeprowadzone na Uniwersytecie w Zurychu.

„Chciałem sprawdzić hipotezę Alberta (i Ramóna y Cajala!), że czynnikiem utrudniającym na dłuższą metę regenerację oun jest brak czynników neurotroficznych”, przypomniał Schwab, wyjaśniając, co zainspirowało go do przeprowadzenia owego eksperymentu w roku 1988. Jak już dowiedzieliśmy się wcześniej, czynniki neurotroficzne to uwalniane przez komórki białka, które podtrzymują neurony i stymulują ich wzrost. Naturalne wydaje się założenie, że brak czynników neuro­troficznych w mózgu i rdzeniu kręgowym odpowiada za niepowodzenie regeneracji ośrodkowego układu nerwowego, zwłaszcza że wiemy, iż komórki Schwanna uwalniają liczne czynniki neurotroficzne, między innymi czynnik wzrostu nerwów.

Czynnik wzrostu nerwów (NGF) był pierwszym z siedmiu silnie działających czynników wzrostu odkrytych w układzie nerwowym. Jeżeli to brak owego czynnika wzrostu uniemożliwiałby regenerację aksonów oun, rozumował Schwab, to dodanie znacznych ilości NGF powinno stymulować wzrost przeciętych aksonów. Aby sprawdzić swą hipotezę, dał regenerującym w hodowli komórkowej neuronom możliwość wyboru między segmentami nerwu obwodowego i nerwu wzrokowego, dodawszy uprzednio do pożywki hodowli dużej ilości NGF. Jeżeli hipoteza byłaby prawdziwa, aksony powinny rosnąć równie szybko w segmencie nerwu obwodowego, jak i wzrokowego należącego do oun.

Ku zaskoczeniu Schwaba wyniki przemawiały przeciw hipotezie neurotroficznej.

„Neurony rosły dobrze w segmentach nerwu kulszowego, a w ner­wach wzrokowych nie rosły wcale. Nasuwa się wniosek, że w oun mogą występować czynniki hamujące wzrost”, pisał w e-mailu.

Chociaż nie wiadomo było, dlaczego tak się działo, jasne było, że aksony mogą kiełkować i odrastać poprzez segmenty nerwów obwodo­wych. Obserwacja ta dawała podstawy do poszukiwania nowych metod leczenia urazów rdzenia kręgowego i mózgu. W ciągu kolejnych dzie­sięciu lat Aguayo eksperymentował z techniką wszczepiania segmentów nerwów obwodowych do różnych odcinków rdzenia kręgowego i mózgu zwierząt doświadczalnych, próbując w ten sposób dostarczyć pomostu dla regeneracji aksonów. We wszystkich przypadkach uszkodzone aksony oun rosły na duże odległości dzięki niewielkiemu fragmentowi nerwu obwodowego przeszczepionemu do mózgu lub rdzenia kręgowego po urazie. Co istotne, skrawki nerwu obwodowego użyte do zespolenia przeciętego nerwu wzrokowego umożliwiały neuronom siatkówki po­nowne odnalezienie drogi do mózgu. Co więcej, aksony odtwarzały swe połączenia czynnościowe, które reagowały na światło.

Pod koniec lat osiemdziesiątych można już było wyciągnąć konkretne wnioski. Neurony oun potrafią tak samo jak neurony obwodowego układu nerwowego odbudowywać swoje aksony, a w środowisku ośrodkowego układu nerwowego znajduje się coś, co blokuje regenerację neuronów. Wniosek ten został poparty badaniami komplementarnymi, które wyka­zały, że neurony pobrane z innych części ciała poza mózgiem i rdzeniem kręgowym, przeszczepione do ośrodkowego układu nerwowego, tracą zdolność odbudowy aksonów. Paraliż jest wynikiem niesprzyjających regeneracji warunków panujących w mózgu i rdzeniu kręgowym. Aby pomóc ludziom takim jak Christopher Reeve, musimy zburzyć znaj­dujące się w oun uniemożliwiające regenerację zapory, których nie ma w obwodowym układzie nerwowym.

Czym mogłyby być owe zapory? Jeżeli nie jest to defekt samych neuronów, odpowiedź wiąże się być może z komórkami stanowiący­mi 85 procent populacji komórek mózgu - komórkami glejowymi. Komórki glejowe w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym są bez wątpienia całkowicie różne. W naszym obwodowym układzie nerwowym występuje tylko jeden typ komórek glejowych - komórki Schwanna. Nie ma tam astrocytów, komórek mikrogleju ani oligodendrocytów. Z kolei w ośrodkowym układzie nerwowym nie ma komórek Schwanna. Te całkowicie odmienne komórki glejowe tworzą odmienne krajobrazy mózgu i nerwów obwodowych. Co więcej, ponieważ wszyst­kie aksony w segmentach nerwów obwodowych wszczepionych przez Aguayo do oun na pewno obumarły lub uległy degeneracji, nie mogły być one czynnikiem sprzyjającym regeneracji w ośrodkowym układzie nerwowym. Czy to możliwe, by komórki glejowe w rdzeniu kręgowym i mózgu były ostatecznym powodem paraliżu?

Logicznie rozumując, jeżeli przecięty nerw kończyny lub tułowia może odrosnąć bez udziału jakiegokolwiek typu komórek glejowych ośrodkowego układu nerwowego, to komórki Schwanna muszą zapewniać niezbędne warunki umożliwiające, a może nawet stymulujące regenerację aksonów. Aby sprawdzić tę logiczną hipotezę, kilka zespołów badaw­czych przeprowadziło rozstrzygający eksperyment. Zamiast wszczepiać do przeciętego nerwu wzrokowego fragment nerwu z kończyny, bada­cze pobrali od szczurów komórki Schwanna i namnażali je w hodowli, uzyskując duże kolonie. Następnie wypełnili tymi komórkami sztuczne rurki i za pomocą takiej rurki zespolili przecięty nerw. W rezultacie nastąpiła całkowita regeneracja aksonów oun na pomostach z rurek wypełnionych komórkami Schwanna, a aksony te odnalazły prawidło­we połączenia z obwodami wzrokowymi w mózgu. Komórki glejowe przywróciły wzrok - a przynajmniej wrażliwość na światło.

Stwierdzono, że komórki Schwanna wydzielają w miejscu uszkodzenia liczne czynniki białkowe, między innymi NGF. Te czynniki neurotroficzne są dobrze znanymi, silnie działającymi lekami wytwarzanymi przez organizm dla ratowania neuronów od śmierci oraz stymulacji przerwanych aksonów i kierowania ich wzrostem. Jak już wspomniałem wcześniej, wiele spośród tych czynników to te same substancje, które kierują tworzeniem się mózgu i nerwów w rozwoju zarodkowym. Ko­mórki Schwanna, wyczuwając przerwanie ciągłości aksonu, powracają praktycznie do stadium wczesnozarodkowego, cofają zegar i od początku zaczynają scenariusz, w wyniku którego powstał po raz pierwszy układ nerwowy. Niezależnie jednak od tego, jak korzystny wpływ na neurony oun wywierają pochodzące z komórek Schwanna czynniki neurotroficzne, ich brak nie był krytycznym czynnikiem decydującym o fiasku regeneracji neuronów oun. Coś innego, poza brakiem neurotrofin, blokowało regenerację nerwu w ośrodkowym układzie nerwowym. Co to mogło być?

Eksperymenty z wszczepianiem nerwów obwodowych dostarczyły cennych i budzących nadzieje informacji dla poszukiwań metod leczenia paraliżu, technika ta jednak nie nadaje się do stosowania w praktyce. Ośrodkowy układ nerwowy jest stanowczo zbyt delikatny, zbyt zminiaturyzowany i skomplikowany, by można było na nim przeprowadzać tak prymitywne zabiegi łatania. Najrozsądniejszym podejściem było­by określenie, co takiego w komórkach Schwanna sprzyja regeneracji aksonów oraz co takiego w komórkach mikrogleju, astrocytach oraz oligodendrocytach ją udaremnia.

Niesamowity stożek wzrostu i jego glejowy przyjaciel i wróg

W jaki sposób akson odrastający od odciętego kikuta odnajduje właściwą drogę i odbudowuje po urazie właściwe połączenia? Wyobraź sobie podróż, jaką musi odbyć akson neuronu rdzenia kręgowego, aby odnaleźć mięśnie, które zginają palce twych stóp i połączyć się z nimi! Rosnący akson musi w jakiś sposób wyczuwać cechy chemiczne i fi­zyczne swego środowiska. Musi wiedzieć, gdzie w uszkodzonym mózgu lub rdzeniu kręgowym się znajduje, w jakim kierunku musi rosnąć, by odnaleźć swój cel, i w końcu jak rozpoznać to jedno na milion miejsce na właściwym neuronie (lub mięśniu), z którym musi się połączyć, by odtworzyć czynnościowy obwód.

Koniec odciętego aksonu przekształca się w jedną z najpiękniej­szych i mających najbardziej dynamiczną naturę strukturę komórko­wą, nazywaną stożkiem wzrostu. Oglądana w formie żywej w hodowli komórkowej, przypomina rękę z gibkimi palcami delikatnie dotykają­cymi znajdującej się przed nimi powierzchni, podobną do twojej ręki sięgającej pod łóżko w poszukiwaniu zgubionej monety. Palce te po­kryte są wieloma czujnikami molekularnymi do wykrywania nie tylko ukształtowania fizycznego terenu, ale również jego cech chemicznych, gdy stożek wzrostu węszy za rozproszonymi cząsteczkami wysyłanymi w charakterze wiadomości przez inne komórki i jego tkanki docelowe. Stożek wzrostu wyczuwa swoją drogę, a próbując różnych przejść przez tkankę, decyduje, którym szlakiem pójść, wlekąc za sobą rosnący akson. Komórki glejowe są kamieniami na dnie rzeki, po których przechodzi akson, by połączyć się z właściwym neuronem.

Prowadząc badania z użyciem silikonowych rurek, którymi wypeł­niałem ubytki w nerwie kulszowym szczura, widziałem, jak komórki Schwanna wchodzą do rurki i tworzą komórkowy most dla stożków wzrostu kiełkujących aksonów. Badanie to, jak również jemu podobne, przeprowadzone przez inne zespoły, wykazało, że komórki Schwanna prowadzą akson przez ubytek, budując rusztowanie białkowe zwane macierzą zewnątrzkomórkową. Macierz ta zawiera makrocząsteczki ułatwiające adhezję i migrację aksonów w okresie rozwoju zarodkowego mózgu. Obecnie służą one za przewodników dla regenerującego się po urazie układu nerwowego.

Łańcuch komórek Schwanna, pozostający po tym, jak przerwany akson, którego otoczkę tworzyły, obumiera, tworzy komórkowy szlak wiodący aż do organu docelowego. Tym szlakiem może iść stożek wzro­stu, aż odbuduje swe pierwotne połączenie synaptyczne. Neurony oun również reagują na makrocząsteczki powierzchni komórkowej i czynniki wzrostu tak samo jak neurony obwodowego układu nerwowego.

Przypomnij sobie zagadkę, z jaką zetknęli się dawni anatomowie, gdy zobaczyli akson nerwu obwodowego otoczony komórkami Schwanna, nie mogli natomiast znaleźć takich komórek w ośrodkowym układzie nerwowym. W mózgu i rdzeniu kręgowym osłonkę mielinową tworzą wypustki oligodendrocytów. Same te komórki przyczepione są do wielu aksonów jedynie za pośrednictwem swych licznych cienkich czułek. Różnica między tworzącymi mielinę komórkami ośrodkowego i ob­wodowego układu nerwowego jest jednym z głównych powodów, dla których uszkodzone aksony mózgu lub rdzenia kręgowego nie mogą się regenerować: bez komórek Schwanna, które poprowadziłyby je do od­powiedniego miejsca przeznaczenia, odcięte aksony się gubią.

Gdy aksony usychają i obumierają po urazie nerwu obwodowego, grupa komórek Schwanna, która tworzyła osłonkę nerwu, pozostaje przy życiu. Te komórki glejowe pełnią później funkcję kamieni, po których mogą stąpać nowo kiełkujące aksony powracające do swego pierwotnego punktu przeznaczenia. W ośrodkowym układzie nerwowym po urazie brakuje, niestety, szlaków wyznaczanych przez komórkowe kamienie. W przeciwieństwie do komórek Schwanna każdy oligodendrocyt wy­syła tuziny wypustek komórkowych, by pokryć mieliną możliwie jak największą liczbę aksonów. Nawet jeżeli oligodendrocyty przeżyją uraz, wycofują swe wypustki, gdy akson usycha. Szlak prowadzący do właści­wego miejsca przeznaczenia przestaje istnieć. Dla pozbawionych swych glejowych przewodników regenerujących neuronów oun odnalezienie drogi do pierwotnego punktu połączenia i podjęcie prawidłowej funkcji staje się zadaniem nie do wykonania.

Oprócz braku glejowego szlaku, który wytyczyły rosnące po przecię­ciu aksony, regeneracja aksonów w oun napotyka jeszcze dwa poważne problemy. Tutaj również głównym winowajcą są komórki glejowe. Jak już wspominano, gdy dojdzie do urazu mózgu lub rdzenia kręgowego, na miejsce uszkodzenia śpieszą komórki mikrogleju i zaczynają usuwać pozostałości oraz wydzielać substancje chemiczne, by naprawić uszkodze­nie. Wkrótce po nich pojawiają się astrocyty, które wspomagają komórki mikrogleju, przechodząc w stan „reaktywny”, czyli taki, w którym mogą reagować na stres lub uraz. Reaktywne astrocyty wspomagają gojenie, rozpoczynają też proces odgradzania pola uszkodzenia, by zapobiec jego poszerzaniu, tworząc wokół miejsca uszkodzenia bliznę glejową.

Na nieszczęście blizna ta przeszkadza również stożkom wzrostu próbującym dotrzeć do miejsca uszkodzenia, a następnie wrócić do za­mierzonego punktu kontaktowego. Blizna glejową stanowi dla stożków wzrostu barierę nie tylko fizyczną; białka przyczepione do niej przez astrocyty odpychają stożki wzrostu. Działanie odpychające tych białek jest niesamowite. Dotknięcie takiego białka jednym palcem stożka wzro­stu powoduje jego rozpad, a cały akson cofa się jak zaciśnięte w pięść palce od gorącego pieca. Stożki wzrostu po prostu nie mogą rosnąć w obecności tych białek, a znajdują się one, niestety, wzdłuż całej drogi, którą musi przejść akson, by odnaleźć swoje połączenie. Kiełki aksonu zatrzymują się dokładnie w punkcie uszkodzenia. Gdybyśmy mogli znaleźć sposób neutralizacji składników hamujących blizny i zapobiec jej powstawaniu lub ją rozpuścić, moglibyśmy teoretycznie umożliwić aksonom regenerację po wyjściu z punktu uszkodzenia.

Niektóre bakterie wydzielają silnie działające enzymy zwane chondroitynazami, które umożliwiają im penetrację tkanek i zakażanie or­ganizmów. Enzymy te z łatwością rozpuszczają główne składniki blizny glejowej, proteoglikany siarczanu chondroityny, które blokują odrastanie aksonów. W roku 2002 Elisabeth Bradbury wraz ze swymi współpra­cownikami z Kings College w Londynie opisała badania, w których wstrzykiwała ten enzym do blizny glejowej, aby ją rozpuścić. Stwierdziła, że aksony w uszkodzonym mózgu miały zdolność regeneracji. Co naj­ciekawsze, badania wykonała z użyciem neuronów, które obumierają w chorobie Parkinsona.

Inne zespoły naukowców opracowują bardziej eleganckie metody podawania enzymu, który ma rozpuścić bliznę glejową. Jeden z nich wyodrębnił gen bakterii odpowiedzialny za syntezę enzymu chondroitynazy i wprowadził go do genomu wirusa. Później naukowcy wszczepiali ten wirus do uszkodzonego rdzenia kręgowego. Nieszko­dliwy wirus zakaża astrocyty i przekazuje im gen, dzięki któremu mogą same syntetyzować enzym zupełnie tak samo jak bakterie. U zwierząt doświadczalnych uzyskano dzięki tej metodzie lepszą regenerację ak­sonów, poprawiła się też sprawność ruchowa i czucie po urazie rdzenia kręgowego. Choć metoda ta jest o wiele łatwiejsza do stosowania w praktyce leczenia urazów rdzenia kręgowego, ten jeden enzym nie jest jednak w stanie usunąć wszystkich cząsteczek hamujących, jakie deponują w bliźnie astrocyty. Takie nowe podejście polegające na zaangażowa­niu komórek glejowych w walkę z paraliżem nadaje badaniom w tej dziedzinie niezwykle obiecujący kierunek. Udoskonalenie tych metod i upewnienie się co do bezpieczeństwa ich stosowania u ludzi wymaga dalszych badań.

Przycinanie kiełków - wytwarzające mielinę komórki glejowe największym wrogiem regeneracji rdzenia kręgowego

Nietrudno zrozumieć, jak blizna tkankowa hamuje regenerację po urazie, stożki wzrostu w ośrodkowym układzie nerwowym napotykają jednak jeszcze inną, bardziej zdradziecką i niespodziewaną przeszkodę.

Trzecim głównym utrudnieniem procesu regeneracji aksonów w mózgu i rdzeniu kręgowym są oligodendrocyty. Wykonując swą ważną funk­cję powlekania aksonów izolacyjną warstwą mieliny, oligodendrocyty nieuchronnie torpedują regenerację.

W roku 1988 szwajcarski naukowiec Martin Schwab stwierdził wraz ze swymi współpracownikami, że stożki wzrostu po zetknięciu z mieliną pochodzącą z ośrodkowego układu nerwowego natychmiast się rozpadają. Było to niespodziewane i zagadkowe odkrycie. Taka niszcząca blokada wszelkiego postępu, jakiego mogłyby dokonać kieł­kujące aksony, oznacza, że wszelkie procesy regeneracji w ośrodkowym układzie nerwowym są bardzo trudne, a praktycznie niemożliwe. Mie­liną okrywa przecież wszystkie drogi istoty białej, które musi przebyć akson, by odbudować swe czynnościowe połączenia. Nawet maleńka próbka oczyszczonej chemicznie mieliny dodana do hodowli komór­kowej powoduje natychmiastowy rozpad wszystkich stożków wzrostu. Kto mógłby się spodziewać, że izolacyjna warstwa mieliny na aksonach będzie odpychać ich rosnące wierzchołki?

„Tak, byłem bardzo zaskoczony, stwierdzając, że mielina oun ma dzia­łanie hamujące (regenerację aksonów)”, informował mnie Schwab.

„Neurony (w jego eksperymencie z hodowlą komórkową) rosły dobrze w segmentach nerwu kulszowego, a w segmentach nerwu wzrokowego nie rosły wcale. Stąd nasunął się wniosek, że czynniki hamujące mogą znajdować się w mielinie oun. Ku naszemu zaskoczeniu winowajcami okazały się oligodendrocyty i mielina”.

Na początku lat dziewięćdziesiątych miałem zaszczyt i przyjemność gościć na krótko w swym laboratorium jedną z koleżanek drą Schwaba, dr Christine Bantlow. Prowadziliśmy wspólnie badania związane z tym problemem. Przygotowała mikroskopijne pęcherzyki - maleńkie bąbelki mieliny - które dodaliśmy do hodowli neuronów czuciowych myszy i obserwowaliśmy ich wzrost pod mikroskopem. Gdy deszcz tych drobniutkich kropelek spadł na stożki wzrostu, przypomniało mi się bombardowanie z powietrza. W momencie uderzenia bomby w najmniejszy nawet palec stożka wzrostu cała struktura rozpadała się, a mielina zatrzymywała akson jak bomba pociąg, rozsadzając go na ka­wałki. Po kilku minutach w całym naczyniu hodowlanym nie było już ani jednego stożka wzrostu. Hodowla zamieniła się w pustynię pokrytą rozpadłymi kikutami aksonów.

Nie ulegało wątpliwości, że oligodendrocyty łączyły swe siły z astrocytami, wspierając je w hamowaniu postępu regeneracji aksonów. Kon­sekwencje były do bólu oczywiste, sugerowały jednak nowe podejście do problemu leczenia urazów rdzenia kręgowego. Gdyby udało się zidentyfikować i zneutralizować wchodzącą w skład mieliny cząstecz­kę, która wywierała tak niszczące działanie na stożki wzrostu, można by pomóc ludziom z urazami mózgu i rdzenia kręgowego.

Ciągle jednak nie mogliśmy zrozumieć, jaki cel miała natura w uczy­nieniu z mieliny miny-pułapki powstrzymującej wszelkie próby regeneracji aksonów w mózgu. Kolejna zagadka. Czy to możliwe, by brakowało nam nie tylko informacji, ale także całej koncepcji?

„Jeśli spojrzeć z perspektywy czasu, wyniki te dobrze korelują z ogra­niczeniem plastyczności rozwojowej w okresie mielinizacji wielu części mózgu”, zauważył Schwab bogatszy o nowe informacje na temat mieliny, które pojawiły się w ciągu ostatnich kilku lat. Miał on na myśli dobrze poznaną zdolność mózgu małego dziecka do samoregeneracji i odbu­dowy połączeń, która jednak zanika w znacznym stopniu w okresie dojrzewania. Tak się składa, że właśnie pod koniec okresu dojrzewania ulega praktycznie zakończeniu proces mielinizacii ludzkiego mózgu. Wrócimy do tego tematu w części 3, gdzie zajmiemy się nowymi poglą­dami na udział komórek glejowych w procesie uczenia się, teraz jednak skoncentrujemy się na tym, jak mielina blokuje regenerację aksonów po urazach przebiegających z porażeniem.

Dr Schwab i jego współpracownicy rozpoczęli energiczne poszu­kiwania obecnego w mielinie czynnika odpowiedzialnego za rozpad stożków wzrostu, by spróbować go zneutralizować. Ekstrahując i oczysz­czając mielinę i rozdzielając ją później starannie na poszczególne frakcje chemiczne, dr Schwab miał nadzieję znaleźć winowajcę - konkretną makrocząsteczkę. W końcu zespół Schwaba wyizolował z mieliny po­jedyncze białko, które dodane do pęcherzyków powodowało taki sam rozpad stożków wzrostu jak czysta mielina. Nazwał to białko Nogo.

Teraz, gdy naukowcy wyizolowali już białko odpowiedzialne za rozpad stożków wzrostu, zaczęli się zastanawiać, w jaki sposób je zneutralizować.

Po wstrzyknięciu białka bakterii podczas szczepienia ochronnego twój organizm produkuje przeciw temu białku przeciwciała. Układ odpor­nościowy rozpoznaje każde obce białko i wytwarza przeciwciała, które odnajdują je i niszczą. Wystarczy, by zespół Schwaba wstrzyknął białko Nogo królikowi, a następnie pobrał od niego przeciwciała wytworzone przez jego układ odpornościowy. Gdy już otrzymają takie przeciwciało, pomyśleli, będą mogli je wstrzyknąć w uszkodzone miejsce rdzenia krę­gowego, a przeciwciała zwiążą hamujące białko mieliny, przygwożdżą je jak zapaśnik przeciwnika do maty i obezwładnią. Stożki wzrostu będą się wtedy mogły prześliznąć obok i odnaleźć swe połączenia. Spróbowali i zadziałało. Przeciwciało to, nazwane IN-1, wstrzyknięte do mózgu lub rdzenia kręgowego szczurów po urazie, powodowało znaczną poprawę zdolności aksonów do wzrostu poza miejsce uszkodzenia i odbudowy połączeń nerwowych. Co ważniejsze, te nowo odbudowane połączenia przywracały częściowo czucie i czynność ruchową. Szczury zaczynały lepiej chodzić i odczuwać ból.

Ich powrót do zdrowia daleki był jednak od ideału. Odrastała tylko niewielka liczba aksonów. Mimo wszystko była to istotna poprawa. Nie wystarczało to samo w sobie, by osoba sparaliżowana mogła wstać z wózka i chodzić, stanowiło jednak krok w dobrym kierunku. Nawet niewielki postęp w zakresie czucia i sprawności ruchowej może znacznie poprawić jakość życia osób sparaliżowanych.

Pisząc te słowa, znajdowałem się w samolocie na wysokości 12 000 m, zbliżając się do portu lotniczego Fort Worth w Dallas w drodze na kongres naukowy. W drugim rzędzie naprzeciw mnie na siedzeniu przy ściance działowej siedział wysoki, mocno zbudowany czarny mężczyzna o krótko, po wojskowemu obciętych włosach, w niebieskiej koszulce. Ręce i nogi miał sparaliżowane. Mniej więcej co piętnaście minut towarzysząca mu kobieta odpinała swój pas, wstawała z fotela i popychała najmocniej jak mogła jego oba kolana, by przywrócić mu pierwotną pozycję. Po chwili znów się osuwał, niezdolny usiedzieć prosto na fotelu.

Zależność tak atletycznie zbudowanego mężczyzny od tak filigrano­wej kobiety wydaje się absurdalna. Co mu się stało? Jego fryzura, młody wiek i atletyczna budowa mogą wskazywać, że do niedawna był w woj­sku. Może. Od czasu do czasu widzę, jak kobieta wstaje i przygina jego głowę do kolan, by rozluźnić napięte plecy. Przez cały czas lotu wiercę się nieustannie w swoim fotelu, by skręcić tułów i zgiąć plecy, walcząc z bólem wywołanym przymusową pozycją. Podczas długiego lotu jest to dyskomfort prawie nie do zniesienia. Patrząc na niego, mogę sobie tylko wyobrazić cichą i bezbolesną męczarnię, na jaką ten lot naraża jego stawy i mięśnie. Jego ciało nie czuje bólu uciśniętych naczyń krwio­nośnych ani kości, nerwów i stawów spoczywających w nieustającym bezruchu. Przyglądając się tej scenie, można się bez trudu domyślić, jak olbrzymią ulgę i poprawę jakości życia przyniósłby temu człowiekowi chociaż nieznaczny zakres czucia lub siły mięśni i jak ucieszyłaby go ta nawet niewielka niezależność, jaką dałaby mu możliwość samodzielnej zmiany pozycji.

Nogo nie jest sam

Naukowcy poznali wkrótce zniechęcający powód, dla którego przeciwciała białka Nogo nie przywracały aksonom rdzenia kręgowe­go zdolności do pełnej regeneracji po urazie. Nogo nie był jedynym złoczyńcą. W mielinie działa cały gang białek powodujących rozpad stożków wzrostu aksonów. Stwierdzono, że inne obecne w mielinie białko, nazwane MAG, wywiera taki sam efekt jak Nogo. Silnym inhi­bitorem wzrostu aksonów okazało się też trzecie białko mieliny, OMgp, pokrywające powierzchnię oligodendrocytów.

Co ciekawe, białko MAG wywiera odwrotne działanie na stoż­ki wzrostu w okresie rozwoju zarodkowego. We wczesnych stadiach rozwoju MAG stymuluje wzrost aksonów niedojrzałych neuronów. Ta zagadka budzi pewne nadzieje. Można przypuszczać, że obecne w mielinie czynniki powodujące rozpad stożków wzrostu aksonów mogą być neutralizowane przez same neurony, gdyż takie ich działanie zachodzi w przebiegu rozwoju płodowego. Wszystko, co trzeba zrobić, by odwrócić hamujący wpływ MAG na dorosłe aksony, to przywrócić neuron do stanu niedojrzałego, który pozwalał mu rozwijać się i rosnąć w obecności MAG. Aby cel ten osiągnąć, trzeba dowiedzieć się, w jaki sposób stożki wzrostu wykrywają owe hamujące cząsteczki oraz jak ta interakcja doprowadza do rozpadu stożków wzrostu. Gdyby dało się zidentyfikować białka błony komórkowej stożka wzrostu rozpoznające Nogo, OMgp oraz MAG, można by je zablokować lekami. Stożki wzro­stu stałyby się wtedy głuche na hamujące sygnały mieliny i mogłyby zmierzać ku odbudowie swych połączeń po urazie.

W roku 2001 Stephen Strittmatter zidentyfikował wraz ze swymi współpracownikami z Uniwersytetu Yale receptor białka Nogo w aksonie, a następnie znalazł sposób na jego zablokowanie. Strittmatter i jego współpracownicy zaobserwowali po zablokowaniu receptora znaczną poprawę regeneracji przeciętego nerwu wzrokowego, a także szybszy powrót do zdrowia po udarze mózgu. Ale regeneracja aksonów nadal była znacznie upośledzona.

Dzięki intensywnym badaniom opisano wkrótce szczegółową budowę molekularną tego receptora, co rzuciło światło na mecha­nizm jego działania prowadzącego do rozpadu stożków wzrostu. Ku swemu zaskoczeniu naukowcy stwierdzili, że receptor znajdu­jący się w błonie komórkowej aksonu nie ma możliwości wysyłania sabotujących sygnałów do cytoplazmy aksonu. Zamiast tego recep­tor Nogo porywa inne cząsteczki błony komórkowej aksonu, które mogą wysyłać sygnały kontrolujące wzrost aksonu. Takie możliwości czynią z receptora Nogo wartościowego przeciwnika. Gdy dojdzie do jego aktywacji, może on na wiele sposobów zatrzymać wzrost aksonu. Jak terrorysta, podkłada śmiercionośne bomby pod różne molekularne układy transportowe przekazujące informacje z błony komórkowej aksonu do wnętrza komórki. Jeżeli lek zablokował jeden szlak, pozostawało jeszcze kilka dróg alternatywnych z receptora do cytoplazmy aksonu.

Wiedząc, że białko MAG zmienia w przebiegu rozwoju aksonów swe własności ze stymulujących stożki wzrostu na hamujące, Marie Filbin z Hunter College postanowiła zablokować szlaki sygnałowe wewnątrz neuronu, w kluczowym punkcie, gdzie spotykają się różne wiadomo­ści przekazywane z receptorów błony komórkowej, osłabiając stożek wzrostu i prowadząc do jego rozpadu. Stosując leki blokujące przekaz sygnału w tym kluczowym punkcie, przywróciła dorosłym aksonom zdolność wzrostu w obecności MAG. Punkt, w którym oddziaływa­ła na szlaki sygnałowe za pomocą leków, był tym samym, który, jak stwierdziła w swych badaniach, zmieniał się w młodych neuronach wraz z wiekiem, czyniąc je podatnymi na indukowany przez białko MAG rozpad stożków wzrostu.

Odkrycia te pokazują, jak wiele można zyskać, rozwiązując zagadkę braku regeneracji aksonów oun po przerwaniu ich ciągłości, a klucz do tej zagadki stanowią badania komórek glejowych. Dotąd nie zna­leziono sposobu obdarzenia neuronów oun zdolnością regeneracji choćby zbliżoną do obserwowanej po urazie w obwodowym układzie nerwowym. Dlaczego w mielinie oun istnieje tak wiele alternatywnych dróg blokowania wzrostu aksonów? Dlaczego mielina w ogóle działa tak na kiełkujące aksony? Wielu naukowców jest zdania, że dzięki tym nowym informacjom na temat mieliny dowiemy się w końcu czegoś naprawdę fundamentalnego i ważnego o naszym mózgu.

Naukowcy są coraz bliżsi ujęcia obecnych w mielinie sprawców nieodwracalnego paraliżu. Równocześnie badania nad produkującymi mielinę komórkami glejowymi dają podstawy do opracowania metod leczenia wielu innych schorzeń, od niedorozwoju umysłowego wcześniaków po stwardnienie rozsiane. Dowiadujemy się, że mielina jest czymś znacznie więcej niż tylko izolatorem. Aksony kiełkują nie tylko po to, by naprawić uszkodzenie, ale również po to, by tworzyć nowe połączenia w procesie uczenia się. W przeszłości naukowcy skupiali całą swą uwagę na neuronach. Dzisiaj badania nad mieliną rzuciły nowe światło na mechanizm uczenia się, zaburzenia psychologiczne, przetwarzanie informacji, świadomość, a także, jak dowiemy się póź­niej, na przyczyny, dla których nie można nauczyć starego psa nowych sztuczek.

Można się zastanawiać, co powiedziałby Christopher Reeve, gdyby był nadal wśród nas i mógł obserwować postęp badań nad leczeniem paraliżu, których był tak gorącym orędownikiem. Konieczne są dalsze badania poświęcone komórkom glejowym i ich interakcjom z neuro­nami, a zwłaszcza działaniu stymulującemu i hamującemu komórek glejowych na regenerację aksonów. Wiele korzystnych działań komórek glejowych można wykorzystać w celu stymulacji regeneracji aksonów. Równocześnie w odpowiednio dobranym momencie leczenia można blokować nowo odkryte działania hamujące komórek glejowych, by wspomagać proces zdrowienia po urazach oun. Nie będzie cudownego leku na paraliż, gdyż na uszkodzenie i gojenie składa się bardzo wiele różnych procesów biologicznych. W odpowiednich momentach procesu leczenia można jednak stosować różnego rodzaju strategie, być może polegające na blokowaniu białek mieliny odpowiedzialnych za rozpad stożków wzrostu, może na pobudzeniu astrocytów i komórek mikrogleju do wydzielania czynników stymulujących wzrost, a może na próbach zahamowania drugiej fali obumierania neuronów i oligodendrocytów poprzez ograniczenie i kontrolę niszczącego działania astrocytów i ko­mórek mikrogleju zachodzącego bezpośrednio po urazie. Można też próbować rozpuścić bliznę glejową w momencie stabilizacji rany, by umożliwić aksonom wzrost poza miejscem uszkodzenia, wszczepiać sztuczne pomosty zastępujące utraconą lub uszkodzoną tkankę ner­wową, które miałyby prowadzić aksony z powrotem ku miejscu ich przeznaczenia, stymulować oligodendrocyty do szybszego wytwarzania mieliny, aby przywrócić przewodzenie impulsów elektrycznych i za­pobiec obumieraniu obnażonych aksonów, a także zastąpić obumarłe neurony i oligodendrocyty przeszczepami neuronalnych i glejowych komórek pnia (więcej informacji na temat przeszczepów komórek glejowych u chorych po urazach rdzenia kręgowego znajdziesz w rozdziale 11).

Każdą z opisanych metod stosowano samodzielnie z dobrym efektem u zwierząt doświadczalnych. W roku 2009 Maiken Nedergaard i jego współpracownicy opublikowali wyniki swych badań, w których wykazali, że związek chemiczny hamujący odpowiedź astrocytów i komórek mikro­gleju na sygnały urazu wysyłane przez uszkodzone neurony przyspiesza zdrowienie szczurów po urazach rdzenia kręgowego. Tym związkiem chemicznym jest błękitny barwnik nr l stosowany do barwienia dra­żetek M&M i innych produktów spożywczych. Ponieważ związek ten uważany jest za bezpieczny, można będzie wkrótce rozpocząć badania z udziałem ludzi. W intensywnych badaniach nad ową drugą, nieznaną częścią mózgu pokładane są wielkie nadzieje na pomoc ludziom zależ­nym obecnie od wózka inwalidzkiego. Ale paraliż nie jest jedyną formą uszkodzenia układu nerwowego. Jest wiele innych rodzajów uszkodzeń, a w każdym z nich centralną rolę zarówno w samym uszkodzeniu, jak i w procesie gojenia odgrywają komórki glejowe.

Uszkodzenie mózgu i rock and roll: gwiazdy rocka

Erka Claptona, Bono, Phila Collinsa, Petera Framptona, Boba Dylana i Pete'a Townshenda łączy coś jeszcze oprócz muzyki rocko­wej: wszyscy cierpią na osłabienie słuchu spowodowane tą muzyką. Podobny problem mają tysiące ich fanów i osób słuchających głośnej muzyki przez słuchawki iPodów i innych odtwarzaczy MP3. Z opu­blikowanego niedawno raportu kanadyjskiej Poradni dla Muzyków wynika, że na niedosłuch cierpi 10 procent populacji Kanady, ale od­setek ten jest prawie czterokrotnie wyższy wśród muzyków rockowych (37 procent). Słynną Rock and Roll Hall of Fame można by nazwać Akademią Przygłuchych Muzyków, gdyż 60 procent jej honorowych członków straciło słuch, słuchając głośnej muzyki. Ewidentną przyczyną tego kalectwa jest wstrząsający całym ciałem rock and roll grzmiący ze wzmacnianych elektronicznie instrumentów oraz sprzężenie zwrotne skrzeczących mikrofonów, ale nie bądź zbyt drobnomieszczański i nie myśl sobie, że jest to wyłącznie przypadłość zdegenerowanych rockmanów związana z ich rozdzierającą słuch muzyką. Uszkodzenie słuchu zdarza się nawet częściej wśród muzyków klasycznych - 52 procent spośród nich cierpi na niedosłuch związany z ekspozycją na muzykę orkiestry, wypełniającą głośnym dźwiękiem wielkie sale koncertowe bez żadnych elektronicznych wzmacniaczy. Wśród innych dobrze znanych przyczyn uszkodzenia słuchu wymienia się narażenie na hałas w pracy lub na polu bitwy.

Większość cierpiących na niedosłuch osób zdaje sobie sprawę, że intensywny hałas lub przewlekłe narażenie na głośne dźwięki spowodo­wały uszkodzenie komórek rzęskowych w ich uchu wewnętrznym. Te mikroskopijne komórki o maleńkich rzęskach wschodzących jak kępki młodej trawy na prerii są tak delikatne, że ich drżenie pod wpływem najdrobniejszych zmian ciśnienia powodowanych przez fale dźwięko­we uderzające w cząsteczki powietrza powoduje powstawanie wrażeń słuchowych. Niewielu muzyków wie natomiast, że głośna muzyka jest również przyczyną uszkodzenia mózgu. Wyniki najnowszych badań wskazują na udział komórek glejowych w tego typu procesach degeneracyjnych mózgu.

Dr Kent Morest, profesor Akademii Medycznej Uniwersytetu Connecticut, zastanawiał się, co się dzieje w mózgu po utracie słuchu wywo­łanej głośnym hałasem. Przeprowadził serię eksperymentów, w których eksponował szynszyle i szczury na głośny hałas powodujący uszkodzenie komórek rzęskowych, a następnie pod mikroskopem elektronowym badał obszar mózgu, w którym neurony przenoszące impulsy od ko­mórek rzęskowych tworzą swe pierwsze połączenie (wzgórek dolny blaszki czworaczej).

Niezbędny w tego typu badaniach jest mikroskop elektronowy, gdyż szczegółowy obraz połączeń nerwowych mózgu jest zbyt zminiaturyzowany, by można go było zobaczyć w mikroskopie świetlnym. Mikroskopia elektronowa jest dziedziną trudną i czasochłonną. Poszczególne struktury są tak maleńkie, że trzeba wielkiej zręczności w manipulacji próbkami, a także wyjątkowej pamięci przestrzennej i zdolności logicznego rozu­mowania, by zrozumieć obrazy dostarczane przez mikroskop.

Wiązka elektronów w przeciwieństwie do światła nie przechodzi przez powietrze. Aby tkankę można było zbombardować wiązkami elektronów o wysokiej energii, trzeba ją umieścić w całkowitej próżni. Tkanka jednak w próżni nie przeżyje. Każda zawarta w tkance kropelka wody zagotuje się od razu, rozrywając komórki. To z tego powodu kosmo­nauci spacerujący w przestrzeni kosmicznej noszą skafandry ciśnieniowe. Mają ich one chronić przed próżnią przestrzeni kosmicznej. Aby tkanka przeżyła bombardowanie wiązki elektronów w próżni, trzeba ją przed badaniem w mikroskopie elektronowym chemicznie zakonserwować, a z komórek usunąć nawet śladowe ilości wody, zastępując je utwar­dzoną żywicą plastikową. Wszystko to trzeba zrobić, nie uszkadzając kruchych struktur wewnątrzkomórkowych. Celem jest zobrazowanie najdrobniejszych struktur komórki w ich rzeczywistej postaci, nie zaś ich odwodnionych zmumifikowanych szczątków.

Proces zatapiania w plastiku skrawków tkanki wielkości czubka ołówka składa się z wielu skomplikowanych etapów i zajmuje około tygodnia. Następnie zatopioną w plastiku tkankę kroi się na bardzo cienkie plasterki, gdyż elektrony nie przechodzą przez plastik, podob­nie jak przez powietrze. Takie ultracienkie przekroje są nie grubsze niż powłoka bańki mydlanej.

W swym laboratorium Morest, patrząc przez mikroskop świetl­ny, przycina żyletką masę plastikową na kształt pocisku, umieszczając na jego wierzchołku fragment tkanki, który chce zbadać, nie większy od główki szpilki. Następnie umieszcza pocisk w precyzyjnej maszynie tnącej wyposażonej w miniaturowe ostrze z czystego diamentu o kra­wędzi tak cienkiej jak to tylko możliwe. Siedząc przy tym urządzeniu wielkości biurka, obraca wolno koło sterujące jak szlifierz organów i od­cina cieniutkie przekroje, kontrolując swe działania pod silnym szkłem powiększającym. Każdy drobniutki przekrój spływa z diamentowego ostrza na powierzchnię roztworu alkoholu w miniaturowym zbiorniczku. Niewyczuwalne prądy powietrza lub wyładowania elektryczne powietrza mogą wyrządzić w delikatnych strukturach przekrojów spustoszenie większe od huraganu, więc bardzo wolno zeskrobując każdy z nich, badacz wstrzymuje oddech. Patrzy, jak poszczególne kawałki odrywa­ją się od całości, błyszcząc opalizującymi kolorami tęczy, podobnymi do mieniących się na powierzchni bańki mydlanej. Po kolorach poznaje, czy przekrój jest wystarczająco cienki. Plasterki rubinowe i kobaltowe są zbyt grube. Delikatnie reguluje kąt ostrza, prędkość cięcia i inne parametry, aż z diamentu zaczyna spływać srebrno-złocisty skrawek i niepewnie dryfuje po powierzchni zbiorniczka z alkoholem. Wszyst­ko będzie zależało od precyzji, z jaką udało mu się pociąć preparaty mikroskopowe.

Teraz musi podnieść cieniutki migoczący złoty skrawek i przyczepić go do ramki, którą można umieścić w mikroskopie elektronowym. Wy­maga to bardzo delikatnego narzędzia, które uzyskuje, wyrywając sobie rzęsę i przyklejając ją do drewnianej wykałaczki. Jest to standardowy sposób używany powszechnie w mikroskopii elektronowej. Za pomocą cienkiego włosa rzęsy, trąca skrawek i mąci płyn wokół niego, by prze­sunął się do środka korytka, któremu przygląda się intensywnie przez silne szkło powiększające. Spróbuj dotknąć skrawka rzęsą zbyt mocno, a owinie się on na włosie jak podarty latawiec na konarze drzewa. Uży­wając cienkiej pincety zegarmistrzowskiej, opuszcza ostrożnie cienką jak papier okrągłą miedzianą siatkę trochę mniejszą niż bateria zegarka na pływający skrawek. Złocisty przekrój przykleja się do miedzianej siatki jak mucha do szyby samochodu.

Mikroskop elektronowy jest urządzeniem znacznych rozmiarów, ma prawie dwa metry wysokości i wraz ze swym dodatkowym osprzętem - transformatorami wysokiego napięcia, pompami próżniowymi i budą ciekłego azotu - zajmuje specjalne oddzielne pomieszczenie. Z konsoli stanowiska obsługi wznosi się do sufitu ciężka kolumna stalowa o średnicy około trzydziestu centymetrów, upstrzona guzikami, przełącznikami, gałkami, migającymi kontrolkami świetlnymi, klawiaturami cyfrowymi oraz monitorami wideo. Ze szczytu kolumny wyrasta ciężki, średni­cy pięciu centymetrów, kabel elektryczny dostarczający do wyrzutni elektronów w szczycie kolumny napięcie 100 000 woltów. Ciekły azot uwalnia kłęby zimnej białej mgły wylewającej się ze szczytu kolumny do ciemnego pokoju jak ciekły tlen z rakiety na wyrzutni o świcie.

Po umieszczeniu próbki w mikroskopie i dostarczeniu energii do wy­rzutni elektronów Morest widzi mgliste kształty nabierające ostrości na fosforyzującym ekranie. Ktoś niemający doświadczenia w interpretacji tych niewyraźnych kształtów nie zobaczy nic poza szarymi esami-floresami na błyszczącym żółto-zielonym tle. Ale specjalistę mikroskopii elektronowej siedzącego z głową wciśniętą w kolumnę, by lepiej widzieć błyszczący ekran przez grube szklane okno, porywa obraz komórki mó­zgu szczura. Maleńki skrawek urasta teraz do rozmiarów olbrzymiego nowego wszechświata. Kręcąc kółkami obiema rękami równocześnie, porusza siatką, godzinami przeglądając milimetr po milimetrze cały obszar komórki, całkowicie pochłonięty przez nowy świat, który się mu ukazał. Po wielu godzinach wyłania się z czeluści laboratorium z odciśniętym charakterystycznym płaskim znakiem na środku czoła od przyciskania go do kolumny.

Za każdym razem, gdy zwiększa powiększenie, obraz gwałtownie się skręca, tak jakby ktoś nagle obrócił mapę, na której właśnie odna­lazłeś swe położenie. Wirowanie to jest spowodowane odchyleniem wiązki elektronów na spiralnej drodze przez soczewki magnetyczne skupiające wiązkę. Zwiększanie powiększenia w mikroskopie elek­tronowym jest jak patrzenie w dół na wirującą ziemię podczas skoku ze spadochronem, kiedy to w miarę zbliżania się do lądowania ukazują się coraz drobniejsze szczegóły. Morest musi podczas wszystkich tych przyprawiających o zawrót głowy obrotów zachować przytomność umysłu i orientację, mając przez cały czas od momentu pobrania próbki po proces jej cięcia świadomość jej usytuowania w badanym mózgu. Będzie musiał przeanalizować setki przekrojów, aby właściwie zrekonstruować trójwymiarową strukturę komórki, a cały ten proces potrwa miesiące, a nawet lata.

W części mózgu, gdzie kończą się włókna nerwowe przenoszące impulsy z komórek rzęskowych, Morest zobaczył wyspecjalizowaną strukturę - grube gniazdo synaps upakowanych ciasno jak kula popcornu. W tym gnieździe synaps było coś dziwnego, co przykuło uwagę Moresta - brakowało astrocytów. Następnie spojrzał na próbkę z mó­zgu zwierzęcia pobraną tuż po ekspozycji na głośny dźwięk. Gdy tylko odnalazł tę samą okolicę, natychmiast zobaczył widniejące pomiędzy synapsami maleńkie paluszki komórek o charakterystycznych cechach astrocytów. Na podstawie prowadzonych przez wiele miesięcy badań stwierdził, że w tej części mózgu dochodzi pod wpływem niszczących dźwięków do gwałtownej fizycznej przebudowy.

Tuż po ekspozycji na niszczący dźwięk astrocyty zaczynają się przemieszczać w kierunku gniazda synaps, obejmując je ciasno swymi komórkowymi dłońmi, tak jakby chciały osłonić je przed hałasem. W rze­czywistości, doszedł do wniosku Morest, astrocyty reagują na nadmierną stymulację neuronów słuchowych i usuwają gromadzący się tam neuroprzekaźnik pobudzający, którego nadmiar zabija zbyt silnie pobudzone neurony. Równocześnie astrocyty wydzielają czynniki neurotroficzne, próbując zapobiec ich obumieraniu.

Przegrywając walkę z niszczącym wyciem, które zmusza te synapsy do wyładowań przekraczających granice ich wytrzymałości, synapsy i za­kończenia nerwowe zaczynają usychać i obumierają. Zwierzę głuchnie. Głośny hałas powoduje nie tylko obumieranie komórek rzęskowych w uchu szczura. Wytężone krzyki umierających komórek rzęskowych w postaci impulsów nerwowych przebiegających przez akson do mózgu zabijają również komórki mózgu poprzez ich nadmierną stymulację. W toku tego procesu astrocyty powracają do swej funkcji oczyszczaczy, którą pełnią przy wszelkich urazach mózgu, usuwając resztki komór­kowe. Astrocyty stają się „gliotyczne”, czyli nabrzmiałe w odpowiedzi na uraz, i trawią uszkodzoną synapsę.

Badania Moresta wykazały zdolność astrocytów do przemieszczania swych komórkowych wypustek w obrębie naszego mózgu i ich pośred­nictwo w pobudzeniu neuronów na kształt prętów kontrolnych wbitych w stos reaktora jądrowego. Astrocyty reagują fizycznie na aktywność neuronów i synaps, zwłaszcza wtedy gdy neurony i synapsy przekroczą granice normalnego działania. W pierwszej kolejności robią, co mogą, by przywrócić normalną równowagę aktywności w obwodach nerwo­wych i ochronić neurony oraz synapsy przed produktami ubocznymi ich nadmiernej aktywności. Te działania astrocytów ratują często neuronom życie, gdy jednak uszkodzenie przekracza ich możliwości naprawcze, astrocyty neutralizują uszkodzone neurony oraz synapsy i oczyszczają teren. Ta uszkodzona część mózgu nie ma teraz połączeń z pozostałymi i musi powrócić do poziomu, na którym będzie mogła, o ile to możliwe, te połączenia odbudować.

Czy astrocyty przycinają synapsy tylko w procesie przebudowy mózgu po uszkodzeniu wywołanym głośną muzyką, czy też ekspe­ryment ukazuje ich normalną czynność podejmowaną w dowol­nym obszarze mózgu przekazującym myśli, emocje czy wątpliwości? Niezależnie od odpowiedzi na to pytanie nie budzi wątpliwości istota funkcji, jaką pełnią komórki glejowe tego typu w procesach gojenia i reorganizacji obwodów mózgu. Dalsze badania nad funk­cją zarówno ochronną, jak i destrukcyjną astrocytów pozwolą być może te funkcje wykorzystać i pomóc komórkom glejowym w za­pobieganiu głuchocie lub jej leczeniu. Komórki te w końcu reagują na uszkodzenie dokładnie we właściwym czasie i miejscu; wszystko, co muszą zrobić lekarze, to wyciągnąć pomocną dłoń do tych ko­mórek gwiazd rocka.

Tlen: mole i rdza

W naszym wszechświecie znajduje się niezliczona liczba planet, na większości jednak panują nieprzychylne życiu warunki z bardzo niskimi lub wysokimi temperaturami albo toksyczna, a nawet niebez­piecznie korozjogenna atmosfera. Na jednej z planet naszego Układu Słonecznego atmosfera jest tak żrąca, że zamieniłaby stal w pył, a każdy palny materiał biologiczny w płomienie. Planetą tą jest Ziemia, a po­wodującym korozję gazem - tlen.

Jesteśmy tak przyzwyczajeni do życia w obecności tej niebezpiecznej substancji, że przestaliśmy o niej pamiętać. Na innych planetach nie ma pożarów, gdyż brakuje tam tlenu. W ich atmosferach nigdy nie doszło­by do gwałtownej reakcji chemicznej obracającej domy czy lasy w pył węglowy. Natomiast na Ziemi ogień jest zjawiskiem tak częstym, że wielu ludzi czyni z walki z nim cel swego życia. Aby złagodzić niszczące działanie tego gazu, pakujemy naszą żywność w folię, chronimy drewno powłokami farby i chowamy nasz najcenniejszy dokument, Deklarację Niepodległości, w zapieczętowanej skrzyni szklanej całkowicie wypeł­nionej argonem w celu niedopuszczenia go do kontaktu choćby z jedną cząsteczką tlenu, gdyż inaczej zżółkłby i pokruszył się jak stara gazeta. Robimy wszystkie te rzeczy, w ogóle się nad nimi nie zastanawiając.

Ale nie zawsze na Ziemi tak było. Źródłem tlenu, który zatruł at­mosferę tej planety, jest zanieczyszczenie środowiska, gdyż tlen jest wybuchowym produktem ubocznym uwalnianym przez rośliny. Ten niebezpieczny produkt powstaje, gdy roślina przekształca energię światła słonecznego w wysokoenergetyczne paliwa chemiczne - cukier i skrobię - w reakcji energetycznej zwanej fotosyntezą. W miarę jak rośliny przez całe wieki zanieczyszczały atmosferę, tlen wypierał lżejsze gazy do prze­strzeni zewnętrznej, a atmosfera ziemska nasyciła się tym reaktywnym gazem odpadowym, którego stężenie sięgnęło 20 procent.

Tlen jest śmiertelną trucizną. Zabija, różne rodzaje bakterii, które pojawiły się na Ziemi, zanim rośliny zanieczyściły jej atmosferę tym powodującym korozję gazem. Teraz bakterie szukają schronienia w mar­twych ciałach lub głębokich ranach z dala od zabójczego gazu. Działający antyseptycznie nadtlenek wodoru zapobiega zakażeniu, uwalniając tlen w stężeniu, które zabija bakterie, ale jest tolerowane przez komórki nasze­go organizmu. W przeciwieństwie do bakterii komórkowi przodkowie człowieka pojawili się na Ziemi w czasach, gdy żrące zanieczyszczenia wypełniły już jej atmosferę. Musiały się u nich rozwinąć mechanizmy pozwalające oprzeć się temu reaktywnemu gazowi.

Naszym komórkowym przodkom udało się rozwinąć potężne me­chanizmy obronne neutralizujące groźny gaz. Największym dokonaniem biologicznego jujitsu, jakie można sobie wyobrazić, jest sposób na wy­korzystanie tlenu, jaki znaleźli nasi komórkowi przodkowie. Spalają oni, tak jak my, tlen w chemicznych paleniskach swych własnych komórek. Nasze komórki wykorzystują to samo wysokoenergetyczne paliwo, które (w postaci ton ciekłego tlenu upakowanego w próżnię) wynosi w ko­smos rakiety lub w połączeniu z acetylenem (zaiskrzona mieszanina zapala się gwałtownie i tworzy oślepiająco jasny płomień) topi stal. Tlen wytwarza energię, która napędza nasze komórki i utrzymuje nas przy życiu. Nasza komórkowa maszyneria jest na nim obecnie tak silnie oparta, że nie możemy bez niego przeżyć nawet kilku minut. W cią­gu wieków ewolucji rozwinęły się płuca, rozbudowany układ krążenia i krew dostarczająca tlenowe paliwo do każdej komórki naszego ciała. Ale nasz organizm potrafi utrzymać w ryzach ów reaktywny gaz tylko w określonych granicach i przez określony czas. W końcu tlen dopad­nie nas wszystkich, gdyż powoli zżera białka, enzymy i DNA naszych komórek, aż stają się tak słabe, że się rozpadają, dochodząc do końca, który nazywamy śmiercią ze starości.

Istnieje grupa związków chemicznych przeciwdziałających utlenianiu (reakcji chemicznej widocznej w postaci rdzewienia stali lub spalania), zwanych antyoksydantami. Tlen sieje spustoszenie, kradnąc elektrony innym atomom. Porywa z zewnętrznej orbity elektrony krążące wokół jądra komórkowego bardziej stabilnej cząsteczki. Po utracie tych elektro­nów pozbawiona równowagi i naładowana elektrycznie cząsteczka zderza się z innymi, wchodząc w niszczące reakcje chemiczne, które prowadzą do redystrybucji elektronów i przywrócenia pewnej równowagi wśród cząsteczek. W wyniku tej reakcji stan równowagi elektronów może zo­stać przywrócony, ale pierwotna cząsteczka (białka, enzymu lub DNA) ulega zużyciu i komórka ponosi pewne straty. Ta korozja komórkowa kumuluje się w czasie. Antyoksydanty są hojne. Mają zapasowe elektrony i chętnie je rozdają, by złagodzić skutki tlenowych rabunków elektronów. Antyoksydanty oddają siebie reaktywnemu tlenowi, by oszczędzić inne cząsteczki niezbędne dla życia komórki.

Są to chemiczne podstawy idei zdrowej żywności. Zajmujący się zdrowiem eksperci zalecają spożywanie antyoksydantów - takich jak witaminy C, E i A, zielona herbata oraz borówka amerykańska - które mają nas chronić przed rakiem i starzeniem. Te naturalne antyoksydanty schładzają płonący ogień utleniania do bezpiecznego poziomu. W naszym organizmie znajduje się jednak wiele innych potężnych antyoksydantów, których nie znajdziemy na półkach sklepów ze zdrową żywnością. Jednym z najsilniej działających przeciwutleniaczy naszego ustroju jest glutation, a duże ilości tego ratującego życie związku che­micznego zawarte są w komórkach glejowych, zwłaszcza w astrocytach. Dzięki temu astrocyty bez trudu radzą sobie z toksynami i patologicznymi warunkami, w których powstaje tlen w stężeniu wystarczającym do natychmiastowego zabicia neuronów.

W eksperymencie przeprowadzonym w warunkach in vitro (w naczy­niu laboratoryjnym) neurony po dodaniu nadtlenku wodoru lub innych utleniaczy szybko obumierają. Gdy jednak hoduje się je na warstwie astrocytów, kwitną. Astrocyty, którym brakuje glutationu, nie mogą jednak uchronić neuronów przed śmiercią przez utlenianie. Jednym z powodów, dla których w komórkach glejowych znajdują się w tak wysokich stężeniach antyoksydanty, jest ich rola obrońców mózgu, wymagająca wykorzystywania reaktywnego tlenu jako broni. Komórki glejowe uwalniają czynniki utleniające, mające atakować nacierające bak­terie i chore komórki, a antyoksydanty chronią komórki glejowe przed skutkami tej toksycznej bitwy. Astrocyty, zawsze wrażliwe na lokalne warunki środowiska i potrzeby neuronów, wydzielają antyoksydanty, tworząc nad nimi w obliczu zagrożenia utlenianiem płaszcz ochron­ny. Podobnie jak substancje opóźniające spalanie uwalniane z gaśnicy, antyoksydanty wydzielane przez astrocyty chronią życie neuronów w niebezpieczeństwie.

Uwalnianie przeciwutleniaczy przez astrocyty jest jednym z pod­stawowych mechanizmów obrony ustroju przed chorobami neurodegeneracyjnymi, nowotworami i starzeniem. Jedz świeże warzywa i pij zieloną herbatę, pamiętaj jednak równocześnie o zaciekłej bitwie, jaką toczą w twym mózgu astrocyty. Ich czujność i bezinteresowne oddanie pomagają ci dożyć późnej starości na tej wrogiej planecie.