Исследования на мышах показывают, как старение кровеносных сосудов мозга может влиять на здоровье мозга

Как стареющие кровеносные сосуды влияют на здоровье мозга?

Деменция, болезнь Паркинсона и другие нейродегенеративные заболевания по-прежнему очень трудно поддаются лечению, и для них нет лекарств. Многие вопросы об их происхождении остаются неясными.

Один из факторов, который их объединяет, заключается в том, что все они вызваны смертью нейронов или клеток мозга. По этой причине большая часть существующих исследований фокусируется на том, как и почему происходит эта смерть клеток.

Однако основной причиной гибели нейронов может быть сосудистая система мозга.

Как отмечают авторы нового исследования, заболевания, поражающие кровеносные сосуды, такие как инсульт, атеросклероз и диабет 2 типа, увеличивают риск развития сосудистой деменции.

Нарушение транспорта крови в мозге может означать, что клетки не получают необходимую им энергию, а отходы метаболизма не могут быть выведены. Это также может привести к гибели клеток мозга.

«Все больше осознается, что нарушение сосудистой сети мозга может предшествовать повреждению нейронов, связанному с нейродегенеративными заболеваниями и другими типами деменции», — пишут авторы.

Поскольку основным фактором риска нейродегенеративных заболеваний является возраст, понимание того, как кровеносные сосуды изменяются по мере старения, может дать важные подсказки о том, как начинаются эти заболевания.

Что происходит по мере старения кровеносных сосудов мозга?

Предыдущие исследования в этом ключе в основном фокусировались на крупных сосудах мозга в определенных областях мозга. В отличие от этого, последнее исследование также изучает микрососуды и изучает весь мозг.

Благодаря последним достижениям в области технологий ученые теперь могут просматривать всю сосудистую сеть мозга мыши в 3D. Ученые обнаружили ряд отчетливых изменений в сосудистой системе мозга во время старения.

Например, наблюдалось значительное снижение плотности длины сосудов. Это мера длины кровеносных сосудов по сравнению с площадью, в которой они находятся.

Таким образом, уменьшение плотности сосудистой длины означает, что, вероятно, есть участки ткани, которые не очень хорошо обслуживаются кровеносными сосудами. Аналогично, было меньше разветвлений кровеносных сосудов, что имело бы тот же эффект.

Почему с возрастом кровеносные сосуды мозга становятся более извилистыми?

Ученые также отметили изменения в артериолах, которые являются небольшими кровеносными сосудами, ответвляющимися от более крупных артерий. Некоторые артериолы снабжают кровью наружный слой мозга, они называются поверхность артериолы.

От этих поверхностных артериол ответвляются так называемые проникающие артериолы, которые направляются в самые глубокие слои мозга. Ученые обнаружили, что с возрастом они становятся все более извилистыми и извилистыми. Они объясняют, что это ухудшает кровоток «из-за увеличения сопротивления потоку».

Медицинские новости сегодня поговорил с Хосе Моралесом, доктором медицины, сосудистым неврологом и нейроинтервенционным хирургом в Pacific Neuroscience Institute в Санта-Монике, Калифорния. Мы спросили Моралеса, который не принимал участия в исследовании, почему кровеносные сосуды могут стать более болезненными со временем.

Он говорил нам:

«Я предполагаю, что уменьшение разветвленности может способствовать этому явлению за счет увеличения сопротивления в контуре кровотока, но сдвиговое напряжение в артерии с течением времени также может быть способствующим фактором».

Мы также связались с Mustali Dohadwala, MD, единственным практикующим врачом Heartsafe LLC в Северном Андовере, штат Массачусетс. Он сказал нам, что «нарушение целостности эндотелиальной оболочки» также может быть причиной, что может быть вызвано воспалением среди других причин.

По словам Дохадвалы, не принимавшего участия в исследовании, это также может быть связано с тем, что кровеносные сосуды имеют сниженную способность к сокращению и расслаблению.

Поскольку проникающие артериолы были затронуты сильнее, чем поверхностные, это означает, что более глубокие отделы мозга могут с большей вероятностью испытывать снижение снабжения кислородом и питательными веществами.

Ученые отметили и другие изменения: радиус этих кровеносных сосудов — насколько они широки — значительно увеличился, особенно в микрососудах. Они также стали более «протекающими».

Вышеуказанные изменения были наиболее выражены в глубине мозга, особенно в самом глубоком слое коры, известном как слой 6. Этот слой важен для регуляции сна. Авторы предполагают, что это может помочь объяснить, почему сон часто становится нерегулируемым с возрастом.

Еще один фактор гибели клеток при болезни Альцгеймера?

Поскольку ученые изучали весь мозг животных, они смогли сосредоточиться на тех областях, где изменения были наиболее выраженными.

Одной из таких областей является базальный передний мозг, который широко посылает нейронные проекции по всему мозгу. В этой области мозга плотность сосудов была особенно снижена. Также было отмечено значительное снижение клеток, называемых перициты.

Перициты — это многоцелевые поддерживающие клетки, присутствующие в интервалах по всей длине кровеносных сосудов. Среди прочих функций они способствуют формированию новых кровеносных сосудов, помогают поддерживать гематоэнцефалический барьер и контролируют кровоток.

Некоторые нейроны в этой области особенно чувствительны, и при болезни Альцгеймера их дегенерация приводит к потере памяти.

Авторы предполагают, что сосудистые изменения в базальных отделах переднего мозга могут помочь объяснить гибель клеток, связанную с болезнью Альцгеймера.

Другая область мозга, которая значительно страдает от старения, — это энторинальная кора. В этой области они обнаружили значительное сокращение длины сосудов и, опять же, меньшее количество перицитов.

Энторинальная кора также играет роль в развитии болезни Альцгеймера.

Изменения в доставке кислорода также могут играть роль в старении мозга.

Наконец, исследователи исследовали доставку кислорода в мозг. Они обнаружили, что способность эритроцитов переносить кислород снижается с возрастом.

В то же время из-за уменьшения длины и разветвленности кровеносных сосудов мозговая ткань с большей вероятностью получала недостаточное количество кислорода.

Проблема усугубляется тем, что стареющие клетки мозга «гипервозбудимы» и требуют больше энергии, чем клетки мозга у молодых животных.

Подводя итог, можно сказать, что красные кровяные клетки хуже переносят кислород, кровеносных сосудов меньше, а старым клеткам мозга требуется больше кислорода. Все эти изменения работают вместе, делая мозг гораздо более восприимчивым к гипоксии — нехватке кислорода.

Кроме того, в молодом мозге гипоксия обычно запускает формирование новых кровеносных сосудов. В стареющем мозге эта реакция нарушена.

В целом авторы приходят к выводу, что негативные сосудистые эффекты старения наиболее выражены в самых глубоких слоях мозга. И что эти изменения могут вызывать компенсаторные реакции, такие как увеличение количества перицитов в слоях мозга, расположенных ближе к поверхности.

Это, в свою очередь, может привести к перераспределению кровотока в сторону поверхностных слоев. Поскольку в пожилом возрасте доставка кислорода менее эффективна, эти изменения делают глубокие корковые слои особенно уязвимыми для гибели клеток.

Применимы ли эти результаты, полученные на мышах, к людям?

Поскольку в этом исследовании используются мыши, мы должны быть осторожны, экстраполируя результаты на людей. «Старение у мышей может неточно отражать старение у людей, учитывая нашу разную продолжительность жизни и различную физиологию», — сказал Моралес. МНТ.

Однако он также пояснил, что «хотя, безусловно, будут различия между видами, многие из наших клеток имеют очень схожее генетическое программирование и физиологическое функционирование».

«У нас есть доказательства, подтверждающие это», — продолжил он, — «и мы можем сделать вывод, что многие из тех же молекулярных механизмов, которые сигнализируют об изменениях, связанных с возрастом, сохранились в ходе эволюции».

Это исследование приближает нас на один маленький шаг к пониманию того, как могут начинаться нейродегенеративные состояния. Поскольку методы лечения в настоящее время далеки от совершенства, понимание изменений, которые приводят к этим заболеваниям, может стать ключом к их обращению вспять до появления симптомов.

Моралес надеется, что в будущем они проведут аналогичные исследования на людях: «Существует ряд новых методов визуализации с очень высоким разрешением, таких как иерархическая фазово-контрастная томография и новые методы маркировки клеток с помощью 7-Т МРТ, которые потенциально могут быть использованы в лонгитюдных исследованиях на людях для подтверждения ключевых элементов этих результатов, полученных на животных моделях».