Исследование показывает, как высокое кровяное давление может способствовать развитию болезни Альцгеймера

В новом исследовании нейробиологи Рочестерского университета и инженеры-механики сообщают, что система мозга по удалению отходов в первую очередь управляется пульсацией прилегающих артерий. Они также показывают, что изменения пульсации, вызванные высоким кровяным давлением, замедляют удаление отходов, снижая его эффективность.

Это может объяснить связь между высоким кровяным давлением и болезнью Альцгеймера, говорят исследователи. Болезнь Альцгеймера, наиболее частая причина деменции среди пожилых людей, характеризуется аномальными скоплениями и спутанными пучками волокон в головном мозге.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, основано на новаторских открытиях Майкена Недергаарда, содиректора Центра трансляционной нейромедицины при университете, о системе удаления отходов из мозга. Недергаард и ее коллеги первыми описали, как спинномозговая жидкость перекачивается в ткани мозга и смывает отходы. Последующее исследование, проведенное ее командой, показало, что эта система удаления глимфатических отходов более активна, когда мы спим, и может быть повреждена в результате инсульта и травм.

Это последнее исследование показывает "с гораздо большей глубиной и большей точностью, чем раньше" как функционирует глимфатическая система в периваскулярных пространствах, окружающих артерии в наружной мембране мозга, – говорит Дуглас Келли, доцент кафедры машиностроения и эксперт по гидродинамике. Его лаборатория сотрудничает с командой Недергаарда в рамках проекта стоимостью 3 доллара США.2 миллиона грантов Национального института по проблемам старения.

Для этого исследования Умберто Местре, доктор философии.D. студент лаборатории Недергаарда вводил мельчайшие частицы в спинномозговую жидкость мышей, а затем использовал двухфотонную микроскопию для создания видеороликов, показывающих движение частиц через периваскулярное пространство.

Джефф Титхоф, научный сотрудник, работавший с Келли, затем использовал автоматизированный код отслеживания частиц, разработанный лабораторией Келли, который может следовать за точкой от кадра к кадру видео, и через несколько кадров оценить ее скорость и ускорение. Из типичного видеопотока "десятки минут," код может отслеживать более 20000 отдельных частиц и производить около миллиона общих измерений для количественной оценки их перемещений, которые отображаются как "кометные хвосты" за каждой из отслеживаемых точек на видео.

Анализируя видео экспериментов с участием нескольких мышей, "мы смогли собрать действительно обширный набор данных о том, что на самом деле происходит с этим потоком," Келли говорит.

Исследователи обнаружили, что:

Поток спинномозговой жидкости синхронизируется с сердцебиением, как показано на анимации ниже. "Один из основных моментов этой статьи заключается в том, что этот поток в основном – и, возможно, чисто – управляется изгибом стенки артерии," Келли говорит.

Когда у мышей индуцировалось высокое кровяное давление, кровоток замедлялся и становился не таким эффективным. Стенки артерий мускулистые; они должны изгибаться сильнее, чтобы сохранять ту же форму, когда внутри больше давления, и они становятся жестче," Келли говорит. "И это меняет форму волны изгиба стенки артерии."

"Это очень интересно, потому что известно, что раннее начало высокого кровяного давления является фактором риска развития болезни Альцгеймера у людей," Келли говорит. "Между тем, что мы сделали, и хроническим повышенным давлением еще несколько шагов. Но может случиться так, что высокое кровяное давление – за счет уменьшения перекачивания спинномозговой жидкости, так что отходы также не выводятся – является механизмом, который приводит к болезни Альцгеймера."

Полученные данные должны разрешить дебаты среди исследователей о том, идет ли поток спинномозговой жидкости в глимфатической системе в том же направлении, что и артериальный кровоток, как показано в этой статье, противоположным или является случайной молекулярной диффузией, говорит Келли. "Это успокоит многие споры."