R. Douglas Fields
DRUGI MÓZG

Rozdział 8

Choroby neurodegeneracyjne

Astrocyty pełnią znaczącą funkcję cichych wspólników w chorobach psychicznych. Trzymają one nadzór nad źródłami energii dla neuronów, usuwają i uwalniają neuroprzekaźniki w synapsach i reagują na stres neuronów, uwalniając czynniki wzrostu i stymulując wzrost nowych neuronów. Poprzez same te funkcje astrocyty zyskują wpływ na życie lub śmierć neuronów w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona i inne, oraz możliwość wspo­magania regeneracji mózgu po urazie.

ALS (choroba Lou Gehriga): w pułapce

Jak w biblijnym cudzie - ten, który nie może chodzić, będzie latał - Stephen Hawking, światowej sławy astrofizyk, 26 kwietnia 2007 roku unosił się w stanie nieważkości w brzuchu boeinga 727 spadającego swobodnie w kierunku Atlantyku. Jego charakterystyczna szeroko uśmiechnięta twarz, wykrzywiona paraliżem, rozpromieniła się w za­chwycie. Hawking, przykuty do wózka od wczesnej młodości z powodu postępującej choroby neuronu ruchowego, jest szanowany jako błyskotliwy naukowiec i autor książki Krótka historia czasu. Rzucając wyzwanie swej chorobie, wystukał słowo po słowie tekst, posługując się programem komputerowym reagującym na delikatne drgnienia jego głowy. Wybierał każde słowo z listy, popychał je, jakby było elementem układanki, budując w ten sposób zdanie po zdaniu, aż napisał swoją książkę. Jest to książka, której nie mógłby napisać nikt inny, niezależnie od tego, jak sprawne byłoby jego ciało. Hawking, ojciec trojga dzieci, jest przede wszystkim natchnieniem.

„Krótko potem jak wyszedłem ze szpitala, śniło mi się, że mam zostać stracony. Nagle uświadomiłem sobie, że jest mnóstwo wartych zachodu rzeczy, które mógłbym zrobić, gdybym został ułaskawiony”, napisał. To ułaskawienie wzbogaca nas wszystkich.

Choroba, która nękała Hawkinga, stwardnienie zanikowe boczne (ALS), znana jest również pod nazwą choroby Lou Gehriga od na­zwiska sportowca, którego powaliła u szczytu sławy, w pełni zdrowia i sprawności. Wszyscy pamiętamy wdzięk, z jakim Gehrig przyjął los, który obrabował go ze wszystkiego, łącznie z życiem.

„Kochani, od dwóch tygodni czytacie o fatalnym wypadku, jaki mnie spo­tkał. Ale dzisiaj uważam się za najszczęśliwszego człowieka na ziemi.
Od siedemnastu lat jestem na stadionach i z waszej strony, ko­chani moi fani, nie zaznałem niczego poza dobrem i zachętą.
Spójrzcie na tych wielkich ludzi. Kto z was nie uznałby za szczyt swych sportowych marzeń choćby jednego dnia wspólnej gry z nimi? Oczywiście, jestem szczęściarzem... może spotkał mnie ciężki cios, ale naprawdę mam po co żyć”.
                     - Mowa pożegnalna Lou Gehriga, 4 lipca 1939,
                       Stadion Jankesów w Nowym Jorku

W dwa lata po wygłoszeniu pożegnalnej mowy Gehrig już nie żył. ALS powoduje paraliż, zabijając neurony ruchowe, czyli komórki ner­wowe w rdzeniu kręgowym wydające komendy mięśniom. Choroba ta, zanim uderzy, nie daje żadnych ostrzeżeń i przypuszcza swój atak nagle w wieku dorosłym. Naukowcy mogą dokładnie zobaczyć spustoszenie pozostawione po okaleczającym ataku: neurony ruchowe osób dotknię­tych ALS umierają. Obecnie lek na ALS nie istnieje.

Rzeczą dziwną jest, że ALS zabija wyłącznie neurony ruchowe z im­ponującą precyzją. Wszystkie inne rodzaje neuronów w rdzeniu kręgo­wym i mózgu pozostają całkowicie zdrowe. To, w jaki sposób choroba dokonuje tak precyzyjnie chirurgicznego zamachu na ten szczególny typ neuronów, pozostaje tajemnicą.

W roku 1993 poznano genetyczne podłoże ALS, obserwując podobieństwo genów kilku osób cierpiących na tę chorobę. Biolog Da­niel Rosen i jego współpracownicy z Massachusetts General Hospital; odkryli niewielką mutację genu na 21 chromosomie. Wiadomo było, że gen ten odpowiada za syntezę enzymu antyoksydacyjnego zwanego dysmutazą nadtlenkową l (SODl). Zespół badaczy znalazł u trzynastu rodzin z chorobą jedenaście różnych mutacji genetycznych, a w każdym przypadku mutacja dotyczyła genu kodującego SOD1.

Nie każda osoba cierpiąca na ALS odziedziczyła chorobę. Obserwa­cje genetyczne wskazujące na związek enzymu SODl z ALS pozwalają wysnuć oczywisty wniosek, że każdy czynnik, który może doprowadzić do uszkodzenia cząsteczki enzymu, może wywołać ALS. Co ten dziwny enzym, zawierający w swym rdzeniu białkowym atomy cynku i miedzi, robi?

SODl jest enzymem występującym w cytoplazmie komórek, gdzie wyszukuje toksyczne formy cząsteczek tlenu zwane wolnymi rodnikami. Jak wyjaśniłem w rozdziale 5, wolne rodniki są atomami tlenu, które ukradły elektrony innym atomom. Nadmiar nagromadzonych naładowanych ujemnie elektronów nadaje wolnym rodnikom tlenowym wybitną reaktywność chemiczną i czyni je żrącymi dla białek i tkanek ustroju. SODl odbiera wolnym rodnikom tlenowym dodatkowe elektrony i łączy je z cząsteczkami wody. W tej reakcji zobojętnienia nadmiaru elektronów powstaje nadtlenek wodoru i stabilny tlen. Bez tego antyoksydacyjnego białka patrolującego cytoplazmę naszych komórek gromadziłyby się tam wolne rodniki, osiągając niebezpieczny poziomi i niszcząc białka, z których zbudowana jest komórka. Brak prawidłowo działającego SODl w neuronach ruchowych może z łatwością doprowadzić do ich śmierci. Taką powolną korozją poprzez utlenianie obserwowaną w dysfunkcji SODl można tłumaczyć początek ALS w wieku dorosłym. Wraz z wie­kiem kumulują się powoli uszkodzenia komórek prowadzące w końcu do nagłego załamania i śmierci neuronów.

Dowody prawdziwości tej teorii uzyskano w badaniach na myszach z genem powodującym ALS. Gdy badacze zablokowali ekspresję zmutowanego genu SODl w neuronach ruchowych myszy, zwierzęta zdro­wiały: nie rozwijały się u nich objawy choroby neuronu ruchowego ALS. Kolejnego dowodu dostarczyły badania, w których zmutowany gen SODl wprowadzono do zdrowego neuronu ruchowego myszy. Takie neurony ruchowe obumierały, dowodząc, że obecność uszkodzonego genu SOD1 w neuronach ruchowych powoduje ALS.

Ale doświadczenia kontrolne w tym badaniu, jak to często bywa w przypadku doświadczeń kontrolnych, przyniosły zaskakujące wyniki. W eksperymencie kontrolnym przeprowadzonym na myszach z ge­nem powodującym ALS badacze zablokowali mutację w komórkach otaczających neurony ruchowe, pozostawiając neurony naszpikowane niezdrowymi genami SOD1. Spodziewali się naturalnie, że neurony ruchowe nieposiadające czynnego genu SODl umrą, a myszy zachorują na ALS. Tak się nie stało, zwierzęta pozostały zdrowe. Naukowcy doszli do wniosku, że komórki z otoczenia neuronów jakimś sposobem zapo­biegły rozwojowi choroby neurodegeneracyjnej poprzez mechanizm związany z SOD1. W roku 2007 dwa zespoły niezależnie odkryły, że owymi ratującymi życie komórkami są astrocyty.

Badacze hodowali neurony ruchowe razem z normalnymi astrocytami lub też w jednej hodowli komórkowej z astrocytami o zmuto­wanym genie kodującym SODl. Neurony obumierały, gdy hodowano je z astrocytami z uszkodzonym genem SOD1. Wyniki eksperymentu sugerują, że to astrocyty są zabójcami neuronów ruchowych.

Badacze stwierdzili też, że astrocyty mają zakonspirowanego wspólnika. Ze śmiercią neuronów związana również była aktywność SODl komórek mikrogleju. Nie wydaje się, by ta grupa komórek glejowych mogła wyzwolić ALS, ale defekt SODl komórek mikro­gleju przyczynia się do szybszego postępu choroby w jej późniejszych stadiach.

Badacze stwierdzili, że nawet podłoże, w którym hodowano zmutowane astrocyty, zabija neurony, co sugeruje, że astrocyty te muszą uwalniać coś, co jest toksyczne dla neuronów. Relacja między neuronami ruchowymi a astrocytami ma szczególny charakter, gdyż uszkodzenie genu kodującego SODl w innych typach komórek hodowanych razem z neuronami ruchowymi nie powodowało takiego efektu. Szczególne więzy łączące astrocyty i neurony ruchowe tłumaczą też wybiórczą śmierć neuronów ruchowych w ALS.

Astrocyty o zmutowanym genie SODl stają się reaktywne (gliotyczne). Glioza astrocytów jest znaną od dawna cechą wyróżniającą ALS. Ale jaką substancję toksyczną uwalniają te astrocyty z mutacją genu SODl? Ciągle poszukujemy odpowiedzi na to pytanie, a wyniki najnowszych badań sugerują z dużym prawdopodobieństwem, że upośledzona zdolność astrocytów do usuwania z okolicy synaps uwalnianego tam kwasu gluta­minowego może prowadzić do wzrostu stężenia tego neuroprzekaźnika do poziomu toksycznego. Teoretycznie wszelkie konsekwencje defektu SODl w astrocytach mogłyby powodować uwalnianie przez nie różnych czynników toksycznych zdolnych do zabicia ich sąsiadów, neuronów ruchowych. Przebadano kilka związków o takich możliwościach, lecz dotąd nie zidentyfikowano śmiercionośnej toksyny uwalnianej przez astrocyty i obezwładniającej chorych na ALS. Niemniej jednak wiemy, skąd się owa toksyna bierze.

Odkrycia dokonano poprzez proste poszerzenie zakresu poszuki­wań poza wszechświat neuronów i uwzględnienie dotąd pomijanych komórek drugiego mózgu. Jak to z wdziękiem przyznał Hawking, gdy w roku 2004 obalono jedną z jego teorii naukowych, informacja może czasami wyciec z czarnej dziury.

Stwardnienie rozsiane: przypadkowe straty w wojnie komórek glejowych

Sięgasz po filiżankę, ale ta wyślizguje się z twojej dłoni, a gorąca kawa wylewa się na stół. Podnosisz ją, ale uszko znów wymyka ci się z ręki i filiżanka rozbija się o stół. Odruchowo łapiesz ją po raz trzeci w przypływie złości i ściskając mocno i zdecydowanie, unosisz wysoko nad blat. Co się dzieje dziś rano z twoimi rękami? Po prostu jesteś niewyspany. Od kilku tygodni czujesz się zupełnie wyczerpany, nigdy nie dość ci snu, by naładować akumulatory. Może cierpisz na zespół przewlekłego zmęczenia. Może twój lekarz powinien wykonać odpowiednie badanie krwi.

Po kilku tygodniach nie śpisz, ale gdy otwierasz oczy, w polu widzenia pojawia się dziura, której nie może usunąć nie wiadomo jak długotrwałe przecieranie oczu. Gdziekolwiek spojrzysz, wydaje ci się, że patrzysz przez obiektyw, na którym widnieje nieusuwalna plama - beznadziejna dziura w twoim widzeniu. Nawet poza tą skazą żywe kolory, jakimi niegdyś kusił cię świat, wydają się sprane jak wypłowiałe szmaty.

W ten sposób często daje o sobie znać po raz pierwszy stwardnienie rozsiane (SM). Problem polega na tym, że przewody w twoim mózgu się skracają. Impulsy z narządów zmysłów nie mogą dotrzeć do mó­zgu, a polecenia z mózgu nie potrafią pokonać przeszkody w postaci przerwanej izolacji na aksonach biegnących do mięśni. Podobnie jak w przypadku krótkiego spięcia w dowolnym urządzeniu elektronicz­nym, zakres uszkodzeń w stwardnieniu rozsianym jest bardzo szeroki. Może dojść do upośledzenia wzroku lub zmysłu równowagi, a także do zaburzeń oddawania moczu, stolca czy funkcji seksualnych. Stward­nienie rozsiane może powodować zaburzenia koordynacji ruchowej, drżenia mięśni, osłabienie, męczliwość, drętwienia i bóle. Trudności mogą sprawiać czynności, które dawniej uważałeś za oczywiste, takie jak czytanie, prowadzenie samochodu, mówienie czy chodzenie. Mowa staje się często zamazana, sprawiając wrażenie, jakbyś był ciągle pijany. U jednej trzeciej chorych na stwardnienie rozsiane dochodzi do zaburzeń w sferze intelektualnej i psychicznej. Zawodzić może pamięć, osłabio­na bywa zdolność perspektywicznego myślenia i planowania. Czasem występują zmiany osobowości i niestabilność emocjonalna. Wszystko zależy od tego, które obwody w mózgu zostaną uszkodzone.

Stwardnienie rozsiane rzadko kończy się zgonem, najbardziej jed­nak okrutną cechą tej postępującej choroby jest jej przebieg z licznymi remisjami. Na jakiś czas następuje poprawa, a choroba wydaje się wtedy złym snem. Znika plama z siatkówki, a świat znowu nabiera kolorów. Jest ci trochę głupio, że tak się nad sobą użalałeś i że tak się bałeś, gdy niesprawność wystawiła cię na próbę. Nagle jednak następuje kolejny atak, który zżera kolejny kawałek twojego mózgu, ciała, sprawności i łączności ze światem.

Jest to atak na układ nerwowy, jego celem nie są jednak wyłącznie neurony. SM celuje w oligodendrocyty. Komórki glejowe nigdy się nie poddają w walce z tym śmiercionośnym najeźdźcą. Wygrywają bitwę na jednym froncie, odzyskując utracone terytorium i funkcję, ostatecznie jednak, w obliczu nieustających ataków ze wszystkich stron, przegrywają wojnę. Z biegiem lat tracisz łączność ze światem i rzeczami, które nie­gdyś kochałeś. Nauka nie zna dotąd żadnego sposobu, żeby tę chorobę zatrzymać. Jesteś w doborowym towarzystwie, jedna na siedemset osób choruje na stwardnienie rozsiane. Nasilenie objawów waha się od mini­malnych i przemijających do ciężkich postaci postępujących.

Według obowiązujących obecnie poglądów SM jest wynikiem sa­mobójczego ataku naszego własnego układu odpornościowego. Jak już pisałem w rozdziale 2, układ nerwowy ma swój własny układ od­pornościowy - komórki mikrogleju pełniące funkcję wartowników chroniących przed chorobą. Krwinki białe, chroniące resztę ustroju, w warunkach prawidłowych nie rezydują w mózgu, mogą jednak tam wejść, gdy w wyniku choroby lub urazu dojdzie do przerwania bariery krew-mózg. Gdy tak się stanie, powstaje poważny problem. Przez barierę krew-mózg przeciskają się aktywowane przez czynnik zakaźny limfo­cyty T. W takiej sytuacji patrolują każdy zakątek ciała w poszukiwaniu najeźdźcy i po przeprowadzeniu szybkiego zwiadu opuszczają zwykle ośrodkowy układ nerwowy. W stwardnieniu rozsianym część aktywo­wanych limfocytów T pozostaje w mózgu, gdzie nie jest ich miejsce. I tu zaczynają się kłopoty. Komórki mikrogleju wykrywają limfocyty T i atakują je, wywołując w tkance mózgowej reakcję zapalną. Walka ta wymyka się spod kontroli i prowadzi ostatecznie do zniszczenia mieliny. Jeżeli choroba trwa, zabite zostają komórki produkujące mielinę - oligodendrocyty. Miejsca zniszczenia przybierają postać płytek demielinizacyjnych, tzw. plaques. Jest to pozbawione mieliny pobojowisko pokryte szczątkami komórek - martwe oligodendrocyty, armie komórek mikrogleju i trochę naciekających krwinek białych, które przeszły przez uszkodzoną barierę krew-mózg.

Chociaż stwardnienie rozsiane atakuje wyłącznie wytwarzające mie­linę komórki glejowe, bardzo bliska wzajemna zależność łącząca akson i komórki glejowe czyni uszkodzenie jeszcze poważniejszym. Z powo­dów, których dokładnie nie rozumiemy, u chorych z przewlekłym SM aksony zaczynają się kurczyć i obumierać. W zaawansowanych stadiach choroby dochodzi do utraty neuronów w zajętych obszarach mózgu, co sugeruje, że wytwarzające mielinę komórki glejowe robią dla aksonu coś więcej niż tylko zapewnienie mu izolacji elektrycznej.

Całą sytuację pogarszają najeżdżające mózg limfocyty T, a zwa­żywszy istotną rolę, jaką odgrywają astrocyty wyścielające naczynia krwionośne i stanowiące element bariery krew-mózg, wielu badaczy jest zdania, że to astrocyty są uczestnikami, a może nawet inicjatorami wkroczenia limfocytów. Gdy bitwa raz wymknie się spod kontroli, nie można się dziwić, że pociąga za sobą zniszczenia i ofiary śmiertelne. Uwalniane przez komórki mikrogleju cytokiny wpływają na wzajem­ną adhezję komórek, również tych tworzących barierę krew-mózg, a chemokiny, małe białka sygnałowe, aktywują leukocyty i kierują je do miejsca zapalenia. Te same substancje wydzielają również aktywo­wane astrocyty. Gdy tylko leukocyty wejdą na teren mózgu, zaczynają uwalniać swe własne czynniki zapalne, podobnie jak robiłyby to, walcząc z atakującym organizm obcym drobnoustrojem we krwi, a czynniki te prowokują astrocyty i komórki mikrogleju do walki na śmierć i życie, w której komórki mikrogleju uwalniają substancje toksyczne zatruwające komórki lub wybijają dziury w ich błonach komórkowych za pomocą białkowych lanc zwanych dopełniaczami.

Obrońcy okazują się jednak pomocni również przy naprawie uszko­dzeń i stymulacji nowych oligodendrocytów do podziałów, by mogły zastąpić te zabite w bitwie. Świeżo utworzone oligodendrocyty dojrzewają do komórek, które pokryją akson mieliną i naprawią uszkodzoną izola­cję. To jest powód, dla którego stan chorych na stwardnienie rozsiane na pewien czas się poprawia.

Jest nadzieja na wyleczenie SM, ponieważ naukowcy sądzą, że wie­dzą, gdzie się ta choroba zaczyna. Jest to problem wymykającej się spod kontroli obrony immunologicznej w mózgu. Dalsze badania pozwolą być może uzyskać leki działające na wspomniane trzy typy komórek (astrocyty, oligodendrocyty i komórki mikrogleju) skuteczne w leczeniu SM. Gdy zrozumiemy lepiej, w jaki sposób rozwijają się oligodendrocyty i jak decydują, czy pokryć akson mieliną, może też znajdziemy metody stymulacji naprawy uszkodzonej mieliny. Badania na zwierzętach, którym do uszkodzonych obszarów ośrodkowego układu nerwowego przeszcze­piono komórki Schwanna, wykazały, że te wytwarzające mielinę komórki nerwów obwodowych z łatwością pokrywają mieliną aksony oun. Jest to dowód, że w stwardnieniu rozsianym problem nie leży w aksonach, lecz w oligodendrocytach, i że przeszczepiając komórki Schwanna z nerwów obwodowych do uszkodzonych obszarów mózgu chorego na stwardnienie rozsiane, można zastąpić utracone oligodendrocyty i uzyskać remielinizację aksonów mózgu. W końcu wydaje się możliwe, że naukowcy będą niedługo dysponowali wiedzą umożliwiającą transformację komórek pnia w komórki wytwarzające mielinę (patrz rozdział 11), które będzie można dostarczać chorym, by zastąpić utracone oligodendrocyty. Takie techniki substytucyjne stosowano już z powodzeniem w badaniach eksperymentalnych na szczurach. Komórki pnia uzyskiwano w tych badaniach z różnych źródeł, między innymi ze szpiku kostnego i wyso­ce plastycznych, podobnych do komórek Schwanna komórek okolicy węchowej (okolicy mózgu związanej ze zmysłem węchu), co pozwala uniknąć dylematów etycznych i trudności praktycznych wynikających z uzyskiwania komórek pnia z ludzkich tkanek płodowych. Zanim jednak tego typu leczenie transplantacyjne będzie można zastosować u ludzi, trzeba będzie wykonać wiele pracy. Lekarze muszą mieć pewność, że owe zastępcze komórki mielinizujące same nie wpadną w amok i nie spowodują większych problemów. Nie są to obawy błahe, zwłaszcza gdy dotyczą komórek pnia, które z definicji łatwo się dzielą i różnicują do bardzo rożnych typów komórek. Mogą one z łatwością wytworzyć w mózgu guz. Odpowiedzi na te pytania i możliwości skutecznego leczenia stwardnienia rozsianego umożliwi lepsze poznanie komórek mikrogleju i wytwarzających mielinę komórek glejowych.

Czy stwardnienie rozsiane, w którym tak wyraźnie widać zależność aksonu od jego mielinizujących komórek glejowych, może dać nam podpowiedz do pytania, dlaczego komórki Schwanna i oligodendrocyty wyczuwają aktywność elektryczną aksonu? Zależność aksonu od okry­wających go mieliną komórek glejowych nasuwa pytanie, czy komórki glejowe muszą monitorować aktywność elektryczną aksonu, by móc odpowiednio na nią reagować. Uzasadnione wydaje się przypuszczenie, że dla tak ważnego procesu wytwarzania izolacji mielinowej umożli­wiającego skuteczne przekazywanie impulsów między neuronami ko­rzystna byłaby jego zależność od impulsów nerwowych. Fizykoterapia u chorych na stwardnienie rozsiane jest bez wątpienia skuteczna. Istnieje wiele powodów, dla których fizykoterapia ma działanie korzystne, ale stymulacja wytwarzania mieliny poprzez aktywność impulsową aksonów wydaje się jednym z mechanizmów, w których przynosi ona poprawy cierpiącym na to schorzenie.

Zawał serca i udar mózgu - awaria hydrauliki

Cudownie elegancka maszyna, jaką jest ciało człowieka, pada nie­rzadko ofiarą najbardziej przyziemnej z porażek - awarii hydraulicznej. Układ krążenia doprowadza krew do wszystkich komórek organizmu, dostarczając im tlenu i produktów odżywczych i usuwając produkty przemiany materii. Złożoność tego układu, który potrafi doprowadzić rurkę do każdej komórki ustroju, trudno sobie wyobrazić. W przypadku hydrauliki jednak złożoność nie jest niczym dobrym.

Układ sercowo-naczyniowy człowieka jest obiektem wszelkiego rodzaju katastrof, jakie mogą dotknąć jakikolwiek skomplikowany układ hydrauliczny: nagłych przecieków i pęknięć, zatkań czy awarii pomp. Tak jak w starym domu, stare rury ludzkiego ciała psują się często nagle i z katastrofalną kaskadą konsekwencji. Senator Tim Johnson z Południowej Dakoty został zaskoczony w połowie zdania podczas rozmowy przez telefon z reporterami w 2006 roku. Ciche i bezbolesne pęknięcie naczynia krwionośnego doprowadziło do głodowej śmierci neuronów w obszarze mózgu odpowiedzialnym za mowę. Pozbawione swych życiodajnych płynów neurony umarły jeszcze w trakcie trwania rozmowy, pozostawiając senatora w pełni świadomym nieszczęścia, jakie go spotkało. Czuł on, co się dzieje, ale nie mógł znaleźć słów, by wezwać pomoc. Ten typ awarii, czyli pęknięcie naczynia krwionośnego, jest jednym z dwóch rodzajów udaru mózgu.

Pół miliona Amerykanów zapada każdego roku na zawał serca, a zawał jest drugą co do częstości przyczyną zgonów w Stanach Zjed­noczonych. Czasami występują wcześniejsze objawy niedomogi serca, głównej pompy naszego organizmu, w wielu przypadkach jednak zatrzymuje się ono nagle bez żadnych sygnałów ostrzegawczych. Mózg jest narządem najbardziej wrażliwym na niekorzystne konsekwencje zawału serca. Jeżeli nie da się odpowiednio szybko przywrócić akcji serca, komórki mózgowe umierają. Masz tylko kilka minut na to, by ktoś w pobliżu ciebie zorientował się, że twoje serce przestało pracować i przywrócił jego akcję.

W układzie sercowo-naczyniowym osoby starszej, tak jak w starych rurach, częstym źródłem problemu są zatkania. Wyjście z sytuacji jest też podobne: wprowadzić do rury spiralę i oczyścić ją, co w terminolo­gii medycznej nosi nazwę angioplastyki. Zatkanie tętnic wieńcowych prowadzi do głodowej śmierci zaopatrywanego przez nie mięśnia, który nagle ze zgrzytem przerywa swe nieustające dotąd bicie. Zatkanie tętnic mózgowych powoduje głodową śmierć komórek mózgowych, a obszar mózgu zaopatrywany przez chorą tętnicę umiera, co wiąże się z utratą kontrolowanej przez ów obszar funkcji. Reszta mózgu zachowuje peł­ną świadomość i przygląda się bezsilnie tragedii, jaką jest dla pewnej jego części udar. Podobnie jak w przypadku zatkanej rury układ działa dobrze do momentu, gdy całkowicie straci ona drożność, a wtedy udar wytrąca nagle twe życie z jego utartych torów i kieruje na nowy, którego nie jesteś w stanie zmienić. Udar mózgu jest, według danych Amery­kańskiego Towarzystwa Chorób Serca i CDC, trzecią co do częstości przyczyną zgonów w Stanach Zjednoczonych. Co czterdzieści pięć sekund jedna osoba w USA doznaje udaru, z jego powodu umiera co roku 275 000 osób, a tysiące innych żyją dalej z upośledzeniem funk­cji mózgu. W takiej sytuacji jest w chwili obecnej sześć i pół miliona Amerykanów.

Wyniki najnowszych badań wykazują, że częstotliwość i natężenie płynących przez astrocyty fal wapniowych po udarze znacznie wzra­sta. Jak już widzieliśmy, podobny wzrost fal wapniowych obserwuje się w padaczce. Ponieważ wzrost stężenia wapnia może stymulować astrocyty do uwalniania neuroprzekaźnika kwasu glutaminowego (który w wysokich stężeniach jest neurotoksyczny), takie pobudzenie komórek glejowych po udarze mogłoby powodować śmierć kolejnych neuronów, które to zjawisko zachodzące przez dłuższy czas po udarze obserwuje się od dawna. Obecnie prowadzone są badania przydatności leków tłumiących owe fale wapniowe w astrocytach, a pierwsze wy­niki doświadczeń na zwierzętach, u których udało się w ten sposób powstrzymać drugą falę śmierci neuronów po udarze, przedstawiają się obiecująco.

Patrząc na układ sercowo-naczyniowy od strony mózgu, widzimy magiczny, wysoce wyspecjalizowany układ wzajemnej wymiany między krążącą krwią i komórkami mózgowymi. Ów interfejs nosi nazwę jednostki naczyniowo-nerwowej mózgu, a w porównaniu z zaopatrującym go układem rurek o prostej budowie ta mikroskopijna maszyna jest cudownym cackiem. Wszelka wymiana cząsteczek między krwią i mózgiem ma miejsce w tym naczyniowo-nerwowym interfejsie. Jak każda wymiana o kluczowym znaczeniu proces ten musi podlegać precyzyjnej regulacji i dynamicznie reagować na zmienne zapotrze­bowanie komórek. Ilość dostarczanego do komórek mózgowych tlenu musi być dostosowana do zmieniającego się z minuty na mi­nutę zapotrzebowania konkretnej populacji komórek mózgowych wykonujących w danej chwili swoją pracę. Wytwarzane w mózgu produkty przemiany materii muszą być szybko usuwane, niezależnie od tego, jak szybko w warunkach intensywnej pracy się gromadzą. Przez granicę dzielącą krew i mózg w odpowiednich okolicznościach muszą przedostawać się składniki odżywcze, leki i hormony, ale ten jedyny w swoim rodzaju płyn opływający komórki mózgowe musi być utrzymywany w nienaruszonym składzie i oddzieleniu od pozostałych płynów ustrojowych.

Taki układ zdolny do monitorowania, regulacji i dostosowania transferu składników odżywczych, produktów metabolicznych i tlenu między krwią i mózgiem wymaga wielu skomplikowanych czujników połączonych z procesorami i wymiennikami, znacznie przekraczających największe aspiracje ludzkiej myśli technicznej. Cały ten układ mieści się w idealnie ze sobą współpracujących mikroskopijnych komórkach ścian naczyń mózgowych i komórkach, które nieustannie monitorują zmieniające się potrzeby neuronów i reagują na nie. Komórki te nazwano astrocytami okołonaczyniowymi.

Wielki mur: bariera krew-mózg

Mózg działa na ostrzu noża. Szklanka piwa, filiżanka kawy, jedna minuta bez tlenu potrafią zburzyć równowagę naszego umysłu. Dla zachowania absolutnie stałego środowiska mózg potrzebuje wysoce uprzywilejowanego schronienia odseparowanego prawie całkowicie od reszty ustroju. Tkanka mózgowa jest szczelnie otoczona czymś, co nazywamy barierą krew-mózg.

Mimo że mózg podziurawiony jest jak sito tętnicami, żyłami i naczy­niami włosowatymi, ich ściany oddziela od tkanki mózgowej ta specjalna bariera, która przepuszcza tylko określoną ilość produktów. Bariera ta jak wszystkie inne ma swoje wady. Większość leków wnikających do układu krążenia nie przechodzi przez tę barierę, wielu leków, które mogłyby być przydatne w leczeniu różnego rodzaju zaburzeń mózgowych, nie można w związku z tym dostarczyć do mózgu wraz z krwią. Niezależnie od tego, czy medykament zostanie podany doustnie, czy wstrzyknięty, tkanka mózgowa nigdy się z nim nie spotka, jeżeli jego cząsteczka nie będzie specjalnie przystosowana do penetracji bariery krew-mózg. Bez tej bariery jednak mózg ulegałby ciągłej destabilizacji pod wpływem stale przepływających między krwią i płynem mózgowo-rdzeniowym jonów, wody, składników pokarmowych, przeciwciał i wszelkich innych substancji. Co tworzy ową barierę między krwią i mózgiem?

Naczynia włosowate mózgu zbudowane są z jedynych w swoim rodzaju komórek ściśle przylegających do siebie nawzajem. Otaczające naczynia włosowate komórki glejowe wzmacniają barierę krew-mózg i regulują jej czynność. Są to szczególnego rodzaju, wyspecjalizowane do tej roli astrocyty. Regulują one przepuszczalność bariery krew-mózg w warun­kach zdrowia, a zwłaszcza choroby i prowadzą wymianę składników pokarmowych i jonów między mózgiem a krwią. Neurony mimo swego znacznego zapotrzebowania na tlen i glukozę nie pozostają w bezpośrednim fizycznym kontakcie z mózgowymi naczyniami włosowatymi, polegają w tym względzie na astrocytach, które utrzymują je przy życiu.

Słynny neurochirurg Wilder Penfield przykładał elektrody do mózgów swoich pacjentów, próbując odnaleźć miejsce, gdzie składowane są myśli, i poznać drogi przepływu informacji w mózgu. W roku 1933 zanotował, że zdiagnozował zaczynający się u swego leżącego na stole operacyjnym pacjenta napad padaczkowy. Początek napadu rozpoznał Penfield po szybko zmieniającym się kolorze kory mózgowej, którą odsłonił po otwarciu czaszki. W obszarze kory, w którym rozpoczął się napad padaczkowy, nagłej zmianie uległ przepływ krwi, a tkanka mózgowa, zwykle o barwie tofu, rozkwitła żywą czerwienią.

Komórki mózgowe potrafią, w jakiś sposób, bardzo precyzyjnie kontrolować przepływ krwi, dzięki czemu odżywiane są te neurony, które mają akurat zwiększone zapotrzebowanie na tlen i składniki odżywcze. Mózg i krew komunikują się jakoś miedzy sobą. Obecnie wiemy, że porozumiewają się, wykorzystując astrocyty jako tłumaczy.

Penfield nie mógł sobie jednak wyobrazić tego, że lekarze i naukow­cy wykorzystają kiedyś tę interakcje miedzy krwią i mózgiem, by przy użyciu skomplikowanych urządzeń bezkrwawo wnikać w głąb czasz­ki i monitorować minimalne zmiany przepływu krwi. W ten sposób można w dosłownym tego słowa znaczeniu zobaczyć płynące przez mózg myśli.

Czym jest myśl?

Co zobaczyłbyś, gdyby twój wzrok miał moc promieni Roentgena i obserwował przez czaszkę mózg wyczarowujący ze zgiełku przepły­wających przezeń impulsów elektrycznych myśl? Jak by to było, gdyby można było zobaczyć myśl wyłaniającą się jak obraz z głośnych trzasków na ekranie telewizora?

Leżąc płasko na wznak z głową u wejścia do tunelu dużego, białego urządzenia przypominającego przemysłową suszarkę do bielizny, poczu­łem nagle, jak ktoś szorstkim ruchem chwyta mnie za klamerkę paska i szarpiąc, popycha do wyjścia. Zaskoczony, spojrzałem w dół i nie zoba­czyłem nikogo. To niewidzialna ręka niewiarygodnie silnego magnesu pociągnęła mnie za klamerkę paska do wnętrza maszyny. Miałem mieć wykonane badanie techniką czynnościowego rezonansu magnetycznego (MRI), polegającą na wykrywaniu miejscowych zmian przepływu krwi w mózgu towarzyszących wzmożonej aktywności komórek mózgowych. Ta nowoczesna technika umożliwia oglądanie funkcji mózgu, dzięki czemu można uzyskać informacje, w jaki sposób przetwarzane są my­śli (zarówno świadome, jak i nieświadome), jest to również niezwykle wartościowe narzędzie do badań naukowych.

Technika czynnościowego rezonansu magnetycznego wykorzystuje zjawisko lokalnego wzrostu przepływu krwi w obszarach mózgu wyka­zujących zwiększoną aktywność neuronów. Hemoglobina jest bogatym w żelazo białkiem nadającym krwinkom czerwonym ich kolor. To dzięki hemoglobinie erytrocyty wychwytują tlen i dostarczają go do innych komórek. Wykrywany przez urządzenia rezonansu magnetycznego sygnał w mózgu pochodzi od hemoglobiny, oddającej tlen wybiórczo pojedynczym komórkom lub grupom neuronów, które go potrzebują. Hemoglobina pozbawiona tlenu (dezoksyhemoglobina) ma właściwości magnetyczne. Jej pole magnetyczne zmienia sygnał magnetyczny wchodzący w rezonans w odpowiedzi na silne pole magnetyczne.

W typowym protokole badania w ciągu półtorej minuty uzyskuje się około trzydziestu skanów mózgu w czasie wytężonej aktywności umysłowej osoby badanej. Jako kontrolę wykorzystuje się wytwarzane przez komputer skany mózgu przed rozpoczęciem i po zakończeniu aktywności umysłowej. Sygnały ich odejmowane są od obrazu mózgu uzyskiwanego podczas wykonywania zadania umysłowego. To, co po­zostaje, odzwierciedla okolice mózgu, w których aktywność neuronów uległa zmianie w trakcie aktywności umysłowej.

Osoba badana może, na przykład, w trakcie skanów od dziesiątego do dwudziestego słuchać fugi Bacha. Skany te następnie uśrednia się i odejmuje od skanów uzyskanych w okresach kontrolnych przed słu­chaniem fugi Bacha i po jej zakończeniu. W rezultacie powstaje skan ukazujący obszary mózgu wykazujące różnicę przepływu krwi podczas słuchania Bacha. Naukowcy mogą teraz zobaczyć obszary mózgu za­angażowane w proces słuchania muzyki. Można też o wiele bardziej twórczo wykorzystywać technikę czynnościowego MRI i przyglądać się pracy mózgu naszego świadomego i nieświadomego umysłu. Możliwa jest na przykład obserwacja przepływu informacji w mózgu dyslektyka podczas czytania i porównanie go z przepływem informacji w mózgu osoby czytającej sprawnie.

To okno na czynność mózgu ukazało nam neurofizjologiczne pod­łoże procesów postrzegania i poznawczych oraz bólu. Można dzięki niemu znaleźć położenie ukrytych guzów mózgu, a także punkt wyjścia różnego rodzaju zaburzeń czynności mózgu. Do niedawna nie zdawa­liśmy sobie sprawy, że to, co uwidaczniają techniki czynnościowego obrazowania mózgu, nie jest bezpośrednio zwiększoną aktywnością elektryczną neuronów, lecz raczej wzmożoną aktywnością komórek glejowych reagujących na zwiększone zapotrzebowanie neuronów na tlen. Koniec końców, co zawiaduje miejscowym dopływem krwi do komórek mózgowych? Odpowiedź znów brzmi: astrocyty.

W ostatnich kilku latach stwierdzono, że astrocyty wykrywają ak­tywność znajdujących się w ich pobliżu neuronów, a następnie uwalniają cząsteczki, pod wpływem których drobne naczynia krwionośne rozszerzają się lub obkurczają. Naukowcom udało się niedawno zobaczyć i zbadać interakcję neuron-astrocyt-naczynie krwionośne u myszy i szczurów in vivo. Po wypełnieniu astrocytów mózgu szczura barwnikiem wiążącym wapń zwierzę znieczulano i kładziono na stoliku skanującego laserowego mikroskopu konfokalnego dużej mocy. Przez niewielki obszar w czaszce można było obserwować fale wapniowe przepływające przez astrocyty w mózgu żywego szczura. Gdy wzrastała aktywność poszczególnych grup neuronów mózgu szczura, otaczające te neurony astrocyty rozbłyski­wały pod wpływem wzrastającego w ich cytoplazmie poziomu wapnia, a światło to przenosiło się następnie na populacje innych astrocytów w mózgu szczura. Następnie drobne naczynia krwionośne w tej okolicy mózgu rozszerzają się lub kurczą, regulując dopływ krwi i niesionego z nią do głodnych neuronów tlenu.

Gdy śpiącego na stoliku mikroskopu szczura połaskotano w wąsy, astrocyty w obszarze kory analizującym ruchy wąsów rozbłysły świa­tłem. Naczynia tej okolicy kory pozostające pod kontrolą astrocytów rozszerzyły się w odpowiedzi na ich pobudzenie. W rezonansie magnetycznym widoczna byłaby w tym miejscu zwiększona aktywność neuronów wyrażająca się obniżeniem poziomu utlenowanej hemoglo­biny, będącym wynikiem oddziaływania astrocytów na przepływ krwi dostarczającej tlen do tych aktywnych neuronów. Po podaniu leków blokujących poszczególne mediatory lub hamujących wzrost poziomu wapnia w astrocytach można prześledzić, w jaki sposób astrocyty wy­krywają zwiększoną aktywność neuronów i jakie mediatory powodu­jące rozszerzenie lub obkurczenie miejscowych krwionośnych naczyń włosowatych uwalniają.

Informacje te mają ogromne znaczenie nie tylko teoretyczne; interak­cje komórek glejowych i neuronów są też niezwykle istotne z klinicznego punktu widzenia. W przebiegu udaru, jak również różnych schorzeń neurodegeneracyjnych obserwuje się miejscowe zmiany przepływu krwi w mózgu, a naukowcy wiedzą obecnie, że komórkami regulującymi ten proces są astrocyty. Maiken Nedergaard i jego współpracownicy stwierdzili w toku badań przeprowadzonych ostatnio na myszach cier­piących na jedną z form choroby Alzheimera, że astrocyty tych zwierząt wolniej reagują na stymulację wąsów i gorzej regulują lokalny dopływ krwi do neuronów.

Migrena

Jednostka naczyniowo-nerwowa, jak nazywamy obecnie ów zespół tworzony przez neuron, naczynie włosowate i astrocyt, jest również podstawowym elementem patogenezy innego zespołu chorobowego, w którym ból przykuwa okresowo do łóżka miliony osób. Migrena, bo o niej tu mowa, jest naczyniopochodnym bólem głowy biorącym swój początek w mózgu. Szerzące się na inne obszary mózgu impulsy elektryczne powodują zmiany aktywności komórek nerwowych, co w połączeniu z lokalnymi zaburzeniami przepływu krwi wywołuje obja­wy w postaci zaburzeń widzenia, drętwień, mrowień i zawrotów głowy. Podobną szerzącą się depresję omawialiśmy już poprzednio w kontek­ście padaczki. Takie samo zjawisko zachodzi w migrenie i tu również kluczową rolę odgrywają astrocyty.

Przyczyną tych naczyniowych bólów głowy jest nadmierne rozszerze­nie naczyń mózgowych wywołujące ból i związana z nim reakcja zapalna przyległych obszarów mózgu. Proces zapalny wyzwala wyładowania nerwu trójdzielnego, co powoduje silny pulsujący ból głowy zaczynający się w oponach mózgowych, czyli błonach otaczających mózg. Pojawia się nadwrażliwość na bodźce, tak że nieszkodliwe w innych okolicznościach dźwięki i światło wywołują nieznośny ból. Napadom migreny mogą towarzyszyć nudności, wymioty, brak apetytu oraz zmiany nastroju. Chorzy odczuwają też często aurę, mają mroczki w polu widzenia i oma­my wzrokowe spowodowane nieprawidłową funkcją komórek nerwo­wych w niedokrwionych okolicach kory mózgowej odpowiedzialnych za przetwarzanie informacji związanych z widzeniem.

Napady migreny pojawiają się okresowo i zdecydowanie częściej występują u kobiet. Z tego powodu przypuszcza się, że choroba mo­że mieć podłoże hormonalne, pewne znaczenie mają tu też na pewno czynniki genetyczne. Obecnie, gdy wiadomo już więcej o mechani­zmach molekularnych, za których pośrednictwem astrocyty monitorują aktywność neuronów i kontrolują fale mózgowe oraz przepływ krwi w mózgu, będzie można znaleźć leki działające na źródło problemu, zamiast jak dotąd próbować przytępić jego bolesne następstwa dopiero wtedy, gdy wzajemne interakcje neuronów, komórek glejowych i naczyń krwionośnych przybierają opaczny przebieg.

Choroba Parkinsona - obrócony w kamień

Gdyby tylko nie stał się niecierpliwy, ale cierpliwość i uzależnienie od narkotyków rzadko idą w parze. Nie mógł czekać i dlatego komórki glejowe w jego mózgu nieustannie go paraliżowały. Manuel (jego imię zostało zmienione) leżał w szpitalnym łóżku w Centrum Medycznym hrabstwa Santa Clara, śliniąc się, niezdolny wypowiedzieć słowa ani postawić kroku. Lekarze byli bezsilni.

Tydzień później do tego samego szpitala przyjęto młodą kobietę, sparaliżowaną i sztywną jak manekin. Gdy lekarz dowiedział się, że Isabel (jej imię zostało zmienione) jest dziewczyną Manuela, przeraził się. Czyżby to był wirus? Dr William Lonston wystosował natomiast odpowiednie ostrzeżenia, a wkrótce u pięciu kolejnych osób stwierdzono podobne objawy: sztywność, drżenie i niemożność mówienia.

Lekarze znali te objawy, była to choroba Parkinsona. Schorzenie to jednak dotyka zwykle ludzi starszych i jest to postępująca choroba neurodegeneracyjna. Manuel i Isabel zostali obróceni w kamień w ciągu jednej nocy. Dobrze znana jest przyczyna choroby Parkinsona: w okolicy mózgu zwanej substantia nigra (istota czarna) obumierają ciemno zabarwione neurony. Ruchy zamierzone pozostają pod kontrolą okolicy mózgu noszącej nazwę jąder podstawy. To tutaj znajdują się dwa typy neuronów regulujące bardzo precyzyjnie pracę mięśni - jeden typ odgrywa w obwodzie ruchowym rolę hamulca, drugi pedału gazu. Neurony o funkcji pedału gazu stymulują ruch, wykorzystując jako przekaźnik acetylocholinę, a neurony o funkcji hamulca hamują ruch za pośred­nictwem dopaminy jako neuroprzekaźnika. W chorobie Parkinsona równowaga ta ulega zaburzeniu i zbyt mato jest hamowania ze strony neuronów substantia nigra. Neurony „gazu” stają się nadmiernie aktywne, sprawiając, że całe ciało sztywno zaciska się jakby w pięść. Ruchy stają się powolne lub ulegają nagłemu przerwaniu, jak to się dzieje z samochodem o manualnej skrzyni biegów prowadzonym przez kogoś, kto nie potrafi płynnie skoordynować pracy sprzęgła, hamulca i gazu. Na chorobę Parkinsona cierpieli prokurator generalny USA Janet Reno, papież Jan Paweł II, bokser Muhammad Ali oraz aktor Michael J. Fox.

Po podaniu L-dopy chorzy ulegają dramatycznej wręcz transformacji, przechodząc od stanu zamrożenia do pełnej płynności. Jest to dla nich cudowny lek. Zwiększa on zawartość dopaminy w mózgu i w ten sposób szybko przywraca równowagę pobudzenia i hamowania w obwodach kontrolujących ruch, siła jego działania słabnie jednak stopniowo. L-dopa jest surowcem wykorzystywanym przez neurony do produkcji neuro­przekaźnika inhibicyjnego dopaminy. Dostarczenie choremu większej ilości L-dopy powoduje zwiększenie zawartości dopaminy w mózgu. Związek ten można z powodzeniem stosować jako lek, gdyż bez trudu przechodzi przez barierę krew-mózg i następnie ulega przekształceniu do neuroprzekaźnika we wnętrzu neuronów, które go potrzebują.

Kierowany przeczuciem lekarz od razu zastosował L-dopę u Ma­nuela i innych chorych. Ich stan nagle się poprawił: ich zamrożone ciała odtajały i wróciły do życia. Poprawa ta potwierdziła podejrzenie, że u wszystkich chorych doszło do utraty funkcji, a prawdopodobnie również śmierci neuronów substantia nigra. Ale w jaki sposób?

Wywiady ujawniły wkrótce jeden wspólny element. Wszyscy ci chorzy byli narkomanami. Historia się powtórzyła. Kilka lat wcześniej, w roku 1976, dwudziestotrzyletni absolwent wyższej uczelni, który od dziewięciu lat eksperymentował z narkotykami, dokonał syntezy swego własnego odpowiednika narkotyku MPPP, otrzymując tym samym syntetyczny opiat. Gotując swą porcję narkotyku, postanowił przyspieszyć proces, zwiększając temperaturę. W wyniku tego przyspie­szenia doszło do zmiany reakcji chemicznej i powstał produkt uboczny zanieczyszczający narkotyk.

Po zażyciu działki zanieczyszczonej syntetycznej heroiny mężczyzna zaczął sztywnieć. Ogarnęło go drżenie, wkrótce nie mógł nawet mówić. Został przyjęty do szpitala, gdzie rozpoznano schizofrenię katatoniczną. Gdy jednak zauważono, że stan jego ulega poprawie po zastosowaniu L-dopy, zweryfikowano diagnozę. Uznano, że cierpiał na chorobę Parkinsona. Zanieczyszczona, nielegalna substancja musiała zaatakować neurony jego substantia nigra.

Dwa lata później chory popełnił samobójstwo poprzez przedaw­kowanie kokainy, umożliwiając tym samym badanie autopsyjne swego mózgu. Sekcja potwierdziła przypuszczenia lekarzy: doszło do zniszczenia neuronów substantia nigra. Ten tragiczny wypadek z zanieczyszczonym narkotykiem domowego wyrobu przyczynił się jednak do postępu nauki, dostarczając metody indukcji choroby Parkinsona u małp, wykorzysty­wanej w badaniach naukowych.

Historia przybrała nagle niespodziewany obrót. Po wyizolowaniu z syntetycznej heroiny MPTP, związku stanowiącego jej zanieczysz­czenie, i wstrzyknięciu do substantia nigra zwierząt doświadczalnych, dochodziło do zniszczenia neuronów, związek ten jednak, dodany do hodowli komórkowej neuronów dopaminergicznych, okazywał się absolutnie pozbawiony toksycznych własności. Całkowicie zbiło to z tropu naukowców. Zagadka została rozwiązana, gdy poznano dodat­kowy niezbędny składnik hodowli - astrocyty. Gdy neurony hodowano razem z astrocytami, narkotyk je zabijał. Co więcej, gdy w substantia nigra zwierząt doświadczalnych najpierw zabito astrocyty, a dopiero potem wstrzykiwano do niej MPTP, neurony wychodziły bez szwanku. Astrocyty i zanieczyszczenie narkotyku stanowiły śmiertelną dla neu­ronów substantia nigra kombinację. Naukowcy stwierdzili ostatecznie, że astrocyty wychwytują związek i przekształcają go w odmienną sub­stancję zwaną MPP+. Toksyna ta gromadzi się następnie w substantia nigra i zabija neurony dopaminergiczne.

Znaczenie tego odkrycia przekracza zakres samych uzależnień od nar­kotyków, nasuwają się tu jednak jeszcze inne pytania. Czy astrocyty odgrywają jakąś rolę w patogenezie choroby Parkinsona? Czy może być tak, że astrocyty przez całe nasze życie wytwarzają neurotoksyny jako uboczny produkt rozkładu związków chemicznych drugiego mózgu i że toksyny te w końcu niszczą neurony o kluczowym znaczeniu? Możliwe jest też oddziaływanie na astrocyty innych czynników środowisko­wych przyczyniających się w podobny sposób do rozwoju choroby Parkinsona. Utrzymujące się przez całe życie narażenie na szkodliwe związki chemiczne może przyspieszyć proces produkcji neurotoksyn przez astrocyty. Neurotoksyny te zabijają komórki, a ich śmierć z ko­lei powoduje ujawnienie się choroby Parkinsona w starszym wieku. Mechanizm ów tłumaczy wzrost zapadalności na tę chorobę wraz z wiekiem.

Astrocyty leczące chorobę Parkinsona

Byłoby znacznie lepiej, gdybyśmy mogli, zamiast leczyć objawy choroby Parkinsona, stosując L-dopę dla skompensowania efektu obumierania neuronów dopaminergicznych, zwalczać jej przyczynę. Astrocyty, niedostrzegane zwykle przez neurologów, mają prawdopo­dobnie swój udział w patogenezie choroby Parkinsona, a co więcej, mogą stanowić podstawę nowych metod jej leczenia. Neurony substantia nigra obumierają w chorobie Parkinsona w wyniku nagromadzenia się nieprawidłowych białek, które powinny były zostać zniszczone w naturalnym procesie oczyszczania neuronu. Podobną akumulację białek śmieci obserwujemy w wielu innych chorobach neurodegeneracyjnych, między innymi w chorobach Alzheimera, Lou Gehriga czy w demencji z ciałami Lewy'ego. Do niedawna naukowcy byli tak pochłonięci badaniem wtrętów białkowych w neuronach swych pacjentów, że kompletnie nie zauważali znajdujących się w pobliżu nich astrocytów wypełnionych takimi samymi plamami nieprawidłowych białek. Astrocyty są ważnym elementem obrazu anatomicznego schorzeń neurodegeneracyjnych, w świetle najnowszych poglądów na interakcje neuronów i komórek glejowych rozsądne jest więc przypuszczenie, że owe nieprawidłowe astrocyty mogą stanowić źródło tych chorób.

Prowadzone są też badania nad wykorzystaniem naturalnego neuroproktekcyjnego działania astrocytów wleczeniu choroby Parkinsona. Jak już wspominałem w rozdziale poświęconym uszkodzeniom rdzenia kręgowego, komórki te wydzielają czynniki neurotroficzne ważne dla przeżycia neuronów. W pracy opublikowanej w roku 1993 Francis Collins wraz ze swymi współpracownikami donosi, że otrzymał oczyszczony czynnik neurotroficzny zwiększający przeżycie neuronów dopaminergicz­nych, których śmierć leży u podłoża choroby Parkinsona. Czynnik ten, dodany do hodowli neuronów dopaminergicznych, zwiększał przeżycie neuronów, stymulował ich rozwój i aktywność biologiczną wyrażoną wychwytem dopaminy z podłoża hodowlanego. Działanie to było swo­iste dla neuronów dopaminergicznych: nowy czynnik neurotroficzny nie wywierał wpływu na żaden z siedmiu innych testowanych typów neuronów. Naukowcy nazwali ten nowy czynnik neurotroficzny glejowopochodnym czynnikiem neurotroficznym (GDNF), dla podkreślenia jego związku z astrocytami.

Obecnie w bazie danych PubMed, zawierającej prace naukowe z dziedziny medycyny, znaleźć można około dwóch tysięcy prac po­święconych GDNF. Wyniki opisanych tam badań wskazują, że glejowopochodne czynniki neurotroficzne utrzymują przy życiu neurony ośrodkowego układu nerwowego oraz niektóre neurony obwodowego układu nerwowego w przebiegu różnego rodzaju schorzeń. Stwierdzo­no, że czynniki te skutecznie chronią neurony przed degeneracją, są przydatne w leczeniu bólu, stymulują regenerację układu nerwowego po urazie, stymulują komórki pnia do transformacji w neurony, są sku­teczne w leczeniu alkoholizmu, modulują efekt działania morfiny, są przydatne w leczeniu zaburzeń nastroju oraz stwardnienia rozsiane­go, pobudzają komórki Schwanna do mielinizacji oraz chronią przed działaniem toksycznym MPTP i hipoksji. Setki prac poświęcono roli GDNF w chorobie Parkinsona. Steven Gili i jego współpracownicy z Uniwersytetu w Bristolu w Anglii z dobrym skutkiem leczyli chorobę Parkinsona, podając GDNF bezpośrednio w okolicę prążkowia mózgu przez cewnik. Prowadzone na większą skalę przez Amgen Corporation badania zostały, niestety, wstrzymane ze względów bezpieczeństwa. Pierwsze słowo nazwy GDNF mówi wszystko: neurony potrzebują komórek glejowych, by przeżyć. Jeżeli uda się poznać i przezwycię­żyć działania niepożądane GDNF, powstaną, być może, nowe leki skuteczne w chorobie Parkinsona. Badania nad czynnikami wzrostu dostarczanymi neuronom przez astrocyty otwierają jedną z najbardziej obiecujących dróg ku nowym metodom leczenia choroby Parkinsona i innych schorzeń neurodegeneracyjnych. Może badania te pozwolą znaleźć przyczyny obumierania neuronów dopaminergicznych i innych chorób neurodegeneracyjnych.

Uznanie zyskała również inna eksperymentalna metoda leczenia choroby Parkinsona, polegająca na implantacji komórek uwalniających dopaminę w okolice mózgu pozbawione neuronów dopaminergicznych. Metoda ta była już stosowana z dobrym skutkiem, jej rozpowszechnienie uniemożliwiają jednak wątpliwości natury etycznej i politycznej, zwią­zane z wykorzystaniem do implantacji komórek pnia pozyskiwanych z płodów ludzkich. Pomyślnie implantowano też inne komórki uwal­niające dopaminę, na przykład komórki nabłonka siatkówki. Można również przekształcić astrocyty tak, by produkowały dopaminę, a gdy lepiej poznamy relacje łączące komórki pnia i astrocyty, można będzie w hodowli komórkowej indukować transformację tych labilnych komó­rek glejowych w neurony dopaminergiczne i przeszczepiać je do mózgu pacjentów z chorobą Parkinsona bez konieczności uciekania się do ko­mórek pnia pochodzenia płodowego.

Kolejną nową, zaskakującą metodą leczenia choroby Parkinsona jest głęboka stymulacja mózgu. W połowie lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku chirurdzy po raz pierwszy wszczepili cienkie druty platynowe do jąder podstawy, skąd wywodzi się zaburzenie ruchowe w chorobie Parkinsona. Impulsy elektryczne bardzo skutecznie zmniejszają drżenia i sztywność w chorobie Parkinsona, dzięki czemu pacjenci wkrótce po przeprowadzeniu stymulacji tej okolicy mózgu zaczynają płynnie chodzić. Korzystne efekty sztucznej stymulacji mózgu utrzymują się znacznie dłużej niż w leczeniu farmakologicznym, w którego przypad­ku po pewnym czasie rozwija się tolerancja na leki i leczenie staje się nieskuteczne.

Nie wiadomo, w jaki sposób głęboka stymulacja łagodzi ograniczające sprawność chorego objawy choroby Parkinsona. Wielu badaczy przy­puszcza, że leczenie to stymuluje drugi mózg. Niektórzy z nich, mając na uwadze ważną funkcję, jaką pełnią przepływające przez astrocyty fale wapniowe w koordynacji fal neuronalnych oraz regulacji pobudliwości obwodów mózgowych w okresie aktywności mózgu, napadu padacz­kowego oraz snów, zaczęli badać hipotezę zakładającą, że astrocytowe fale wapniowe mogłyby pomagać w koordynacji aktywności nerwowej obwodów mózgowych, które wyszły z użycia w wyniku choroby neurodegeneracyjnej. Głęboka stymulacja mózgu może wpływać na tę ważną interakcję między neuronami i komórkami glejowymi poprzez oddzia­ływanie na astrocytowe fale wapniowe, które koordynują aktywność dużej populacji neuronów kontrolujących ruch.

Wszystkim chorobom neurodegeneracyjnym niezmiennie towarzyszy odczyn glejowy, ale przeważający wśród naukowców pogląd przypisujący komórkom glejowym rolę służących czyni ich ślepymi na możliwość, że napływ komórek glejowych mógłby być przyczyną śmierci neuronów, a nie reakcją na nią. Tymczasem wyniki najnowszych badań nad chorobą Parkinsona i ALS wskazują, że choroby neurodegeneracyjne bywają czę­sto bezpośrednim wynikiem dysfunkcji komórek glejowych. Owa ścisła intelektualna segregacja neuronów i komórek glejowych nie pozwala większości naukowców wziąć pod uwagę możliwości odwrotnej - że w wyniku znanych chorób „glejowych”, takich jak stwardnienie rozsiane, może dochodzić do śmierci neuronów. Niedawne odkrycie tego faktu nie było rezultatem pojawienia się rewelacji o kluczowym znaczeniu: wszyscy od dawna o tym wiedzieli, ale pełne przesądów myślenie promowało ignorancję. Alternatywne poglądy uznawano za kontrowersyjne, gdyż były przeciwne ogólnie przyjętemu tokowi rozumowania.

Ciągle jednak trudno uwierzyć, że od dawna znana i powszech­nie akceptowana rola komórek glejowych jako tych, które pierwsze reagują na uszkodzenie neuronów, nie stała się fundamentem bardziej energicznych poszukiwań metod wykorzystania komórek glejowych w badaniach i leczeniu urazów i schorzeń układu nerwowego. Zarówno sami naukowcy, jak i cały naukowy establishment (agencje finansujące badania, redaktorzy czasopism naukowych, a nawet firmy farmaceutyczne) bardzo leniwie wkraczali na tę obiecującą ścieżkę. Tylko niewielu spośród zachwycających się cudownymi metodami obrazowania czynnościowego ludzkiego mózgu zdaje sobie sprawę, że widzi komórki glejowe przy pracy w całej ich sile, gdyż to one w zdrowiu i chorobie umożliwiają przetwarzanie informacji i utrzymują neurony przy życiu.

Obecnie dziedzina nauki zajmująca się układem nerwowym zna­lazła się na zakręcie. W wyniku przyjęcia owego nowego kierunku poszukiwań zaczynamy na nowo, przez pryzmat światłego spojrzenia na komórki glejowe, poznawać patogenezę prawie wszystkich schorzeń neurodegeneracyjnych, zaczynając od choroby Alzheimera, a na udarze mózgu kończąc. Owocem tych badań są nie tylko nowe obiecujące metody leczenia, ale również pewne zaskakujące odkrycia. W następ­nym rozdziale dowiemy się na przykład, że do niedawna nikt nawet nie przypuszczał, iż komórki glejowe mogą odgrywać jakąś rolę w zjawisku bólu. Prześledzono dokładnie obwody przewodzenia bólu w ustroju i nie znaleziono tam ani jednej komórki glejowej. Teraz wiadomo, że czegoś tam brakowało.