Upchatie, prípadne ruptúra ciev v mozgu patrí nielen k najčastejším zdravotným príhodám, ale aj k tým najštudovanejším. Vzhľadom na nespočet publikácií a haldu hrubých kníh by si na nejaký prekvapivý objav v tejto oblasti stavil len málokto. Medzinárodnému tímu vedenému Sergejom Kirovom sa ale najskôr niečo také teraz pošťastilo.
V úzko špecializovanom odbornom neurologickom časopise Glia vyšiel článok, v ktorom autori šermujú s termínmi ako napríklad „AGQS“. Aby sme pochopili, na čo prišli, bude dobré si zopakovať, ako to v našom mozgu vlastne chodí. Alebo presnejšie – ako sme si mysleli, že to v ňom chodí.
Mozog nie sú len neuróny, tie sú tam v úplnej menšine. 90 % mozgového tkaniva tvoria bunky, ktorým sa hovorí gliové. Spočiatku sa im prisudzovala rola len akéhosi podporného lešenia. Aj keď majú glie viacero typov, nás dnes budú zaujímať len tie najväčšie z nich – astrocyty. Meno im dali anatómovia, lebo im v mikroskope svojimi dlhými výbežkami trčiacimi do strán pripomínali hviezdičky. Keď mikrobiológovia zistili, že náplňou ich práce je vyživovať neuróny, prekrstili si ich na „dojčenské“.
Pri poruche funkcie hematoencefalickej bariéry dochádza k prestupu amino-kyselín z krvi do mozgovomiechového moku v nežiaducej miere.
Ani neurológovia nelenili. Tí pre zmenu odhalili, že astrocyty fungujú ako izolant brániaci tomu, čomu sa – ako pri telefónoch – hovorí „presluchy“. Je to zásluha astrocytov, že sa vzruch medzi neurónmi nešíri tam, kam nemá, ale dodržiava smer vytýčený synapsami.
Až teraz sa dostávame k tomu, čo začína súvisieť s dnešnou témou. Ide o ďalšiu prospešnosť astrocytov. Vlastne nie celých, ale iba ich dlhých výbežkov. V prepletencoch obaľujú krvné cievy a spolu s bunkami endotelu vytvárajú hustú sieťovinu pôsobiacu ako membrána. Hovorí sa jej hematoencefalická bariéra (haema = krv a encephalos = mozog). Ako latinčina naznačuje, jej účelom je chrániť vonkajšie hranice mozgu, aby do neho neprúdili neprispôsobiví migranti. Mozog si rozmaznávame ako výsostné územie striktne oddelené od okolitého krvného obehu s mnohými škodlivinami z látkovej výmeny a tu a tam aj s vírusmi a baktériami.
Mozog ale nemôže žiť len zo vzduchu, musia doň vstupovať vyživujúce látky. Z toho dôvodu je dovolené prechádzať demarkačnou líniou hematoencefalickej bariéry nielen plynom, ale aj látkam rozpustným v tukoch. Dlho sa usudzovalo, že voľný pohyb majú aj aminokyseliny. Bola to rozumná predstava. Jednak preto, že aminokyseliny sa v hojnej miere vyskytujú na oboch stranách barikády (v krvnom riečisku aj v mozgovomiechovom moku). Okrem toho sa mozog bez nich nezaobíde a bolo by nelogické, keby prísunu aminokyselín niečo prekážalo.
Dôveruj, ale preveruj
Potom ale vedci prišli na to, že glukóza, ktorá je pre úspešný chod mozgu tiež potrebná, smie dovnútra len na povolenie. Jej transport nie je pasívny (daný koncentračným spádom), ale ide o aktívnu záležitosť, ktorej sa zúčastňujú „prevádzači“ účtujúci si za službu istú dávku energie. Nasledovalo zistenie, že podobne sú na tom aj aminokyseliny a predstava, že si hranicu prechádzajú, ako sa im zachce, padla. V ich prípade to pripomína skôr šikanovanie na colnici. Má to svoj dôvod. Aj keď ich k správnej funkcii mozgu treba, dokážu sa tiež na mozgu nepekne a nezvratne vyšantiť.
Odhaliť, že na začiatku neblahého sledu udalostí stojí zvýšenie koncentrácie 4 aminokyselín, sa podarilo až s pomocou fotónových laserových mikroskopov.
Aminokyseliny v role škodcov
Ak dôjde k poruche funkcie hematoencefalickej bariéry, čo je pri poranení hlavy otrasom, úderom či mozgovou mŕtvicou takmer pravidlom, dochádza k prestupu aminokyselín z krvi do mozgovomiechového moku v miere, ktorá nie je žiaduca. Vtedy sa z dobrých sluhov stávajú zloduchovia. Netýka sa to všetkých aminokyselín, ale len štvorice z nich – tzv. neexitačných aminokyselín (tie vedci vo svojej práci označujú oným vyššie menovaným termínom AGQS). Ich pričinením astrocyty napučiavajú a spúšťajú kaskádu dejov vedúcich k odumieraniu nervových buniek, často aj s fatálnym koncom. Až 90 % pacientov s poraneným mozgom postihne za niekoľko hodín (niekedy aj dní) od udalosti dodatočné poškodenie mozgového tkaniva priľahlé k miestu poranenia.
Začarovaný kruh
Problém je v tom, že aminokyseliny sú prítomné v krvi v hojnejšej miere než v mozgovomiechovom moku. Akonáhle prestane hematoencefalická bariéra z nejakého dôvodu „tesniť“, L-alanín, glycín, L-glutamín a L-serín zaplavia okolie astrocytov. Tie sa v snahe ochrániť neuróny doslova prepchajú. Astrocytom narastie obsah vnútrobunkového sodíka, čo sa odrazí v ich smäde a nadmernom vstrebávaní vody.
Ako astrocyty napučiavajú, stanú sa (vyvíjaným tlakom) pre svoje okolie nebezpečnými. Vzájomné utláčanie zhorší prísun kyslíka a hypoxia je tým, na čo sú neuróny veľmi citlivé. Zatiaľ sa popísaný problém týkal len najbližšieho okolia postihnutia. Žiaľ, situácia sa ďalej zhoršuje. Astrocyty nemôžu zostať nafúknuté natrvalo. Po čase začnú „vypúšťať paru“ – otvárajú svoje membránové kanály, aby sa aspoň čiastočne zbavili nadbytku vody. Spolu s vodou vyplavia do prostredia aj glutamát. Ten, ako je známe, zastáva v mozgu funkciu prenášača vzruchov (neurotransmiteru). Viaže sa neurónom na NMDA receptor a privedie ich k excitácii.
Samotná väzba glutamátu na receptory neurónov nie je nič zlé. Pokiaľ sa deje s mierou, je to proces podporujúci učenie a pamäť. Keď sa to ale preženie, čo je náš prípad, enormná excitácia sa na neurónoch podpíše hromadením sodíka. Podobne ako u astrocytov, aj u neurónov sa to prejaví nasávaním vody a napučaním. Hromadná extáza spôsobí, že toho napučania začne byť v mozgu až príliš a vnútrolebečný tlak ďalej rastie. Teraz už aj pričinením samotných neurónov. Odhaliť spúšťací mechanizmus, že na samom začiatku neblahého sledu udalostí stojí zvýšenie koncentrácie štyroch aminokyselín, sa vedcom podarilo až s pomocou fotónových laserových mikroskopov umožňujúcich v reálnom čase nazerať do živého tkaniva.
Vyzerá to tak, že aj na úrovni buniek sa stáva, že v ťažkej chvíli niekedy zradia tí najbližší. Aj keď sú aminokyseliny a astrocyty pre regeneráciu a úspešný chod mozgu nenahraditeľnými parťákmi, v prípade problému mozgový edém zhoršujú. Aj keď sa dnes opuch mozgu lieči celým radom techník, stále ide o veľmi vážnu komplikáciu znižujúcu pacientom šance, že sa z toho v zdraví dostanú. S novým poznatkom sa liečba mŕtvice či otrasu mozgu zrejme dočká zmien. Jednak v zmysle eliminácie aminokyselín. Ponúka sa možnosť robiť z prenášačov aminokyselín invalidov, ktorí by v kritických situáciách neboli schopní prepravovať hematoencefalickou bariérou do mozgu obvyklé množstvo. Druhú sľubnú cestu ukázali už vykonané pokusy s farmakologickým utlmením NMDA receptorov. V tomto prípade ide o to zhatiť neurónom ich chúťky privádzať sa glutamátom do extázy. Oba smery sa vzájomne nevylučujú a podľa objaviteľov by sa ich uplatňovanie malo zúročiť poklesom počtu ochrnutých, dementných i úbytkom rozosielaných oznámení začínajúcich slovami: „So smútkom si Vám dovoľujeme oznámiť…“
Literatúra
- Iris Álvarez-Merz, et al.: Novel mechanism of hypoxic neuronal injury mediated by non-excitatory amino acids and astroglial swelling, Glia (2022).
