Oamenii de știință au descoperit că transportoarele de înaltă eficiență care funcționează ca un sistem de navetă pentru a muta în mod constant ioni în și din neuroni par să se întoarcă înapoi după un accident vascular cerebral sau alte leziuni și încep să livreze în schimb prea multă apă.

aflarea

Se numește depolarizare răspândită, un val de deces care poate urma un accident vascular cerebral sau traumatism cerebral traumatic, deoarece neuronii și extensiile acestora, numite dendrite, devin balonate, disfuncționale și vulnerabile, a spus Dr. Serghei Kirov, neurolog în cadrul Departamentului de Neurochirurgie și director al Laboratorului de creier uman la Colegiul Medical din Georgia de la Universitatea Georgia Regents.

În timp ce umflarea este în mod clar un rezultat al traumei creierului, felul în care apa pătrunde în neuroni a fost în mare parte un mister.

Într-un studiu publicat în Jurnalul de Neuroștiințe, Kirov și colegii săi raportează că o mână dintre acești transportatori de ioni - cunoscuți că transportă o combinație de sodiu, potasiu și clorură - par a fi o verigă lipsă în modul în care apa în exces pătrunde în interior.

"Aceștia acționează ca pompe moleculare de apă. Acesta este un nou mod de gândire", a spus Kirov. El și Dr. Nanna MacAulay, profesor asociat în cadrul Departamentului de Medicină Celulară și Moleculară de la Universitatea din Copenhaga, sunt autori corespondenți ai studiului, care este evidențiat în revistă. Acești transportatori oferă, de asemenea, noi ținte de droguri pentru tratarea edemului mortal.

Neuronii au nevoie în mod obișnuit de apă pentru a îndeplini funcțiile metabolice de bază, dar în ciuda a ceea ce spun unele manuale medicale, neuronii nu sunt permeabili în mod liber apei, a spus Kirov. „Ai nevoie de un mecanism molecular pentru ca apa să intre sau să iasă”, a spus el. Transportorii, despre care se știe că smulg apă și ioni din afara neuronului, au apărut o opțiune plauzibilă pentru Kirov.

În repaus, neuronii au mult potasiu în interior și mult sodiu în exterior. Această distribuție diferențială a ionilor polarizează neuronul, creând în interior o sarcină electrică negativă. Cantitatea inegală de sodiu și potasiu din interior și din exterior este menținută activ prin funcționarea pompelor de sodiu-potasiu.

Distribuția diferențială a sodiului și a potasiului este, de asemenea, esențială pentru ca neuronii să genereze semnale electrice, numite potențiale de acțiune și să comunice cu alți neuroni sau celule, astfel încât oamenii și animalele să poată gândi sau să se miște sau să funcționeze în alt mod.

Când se generează potențial de acțiune, un neuron trece printr-un proces numit depolarizare, care își modifică sarcina electrică, astfel încât să devină pozitiv în interior. Canalele de sodiu se deschid și cantități mici de sodiu se mișcă în interior și canalele se închid rapid. Întregul lucru se întâmplă mega-rapid.

În timpul repolarizării care urmează, se întâmplă opusul: canalele de potasiu se deschid și cantități mici de potasiu se deplasează în afara neuronului și canalele respective se închid. Încă o dată, pompele de sodiu-potasiu împing ionii înapoi în locația lor corectă. Este un proces continuu și eficient în creierul sănătos.

Dar o leziune cerebrală traumatică, accident vascular cerebral, sângerare cerebrală sau chiar o migrenă poate avea ca rezultat o despolarizare neîncetată, răspândită patologic, în care cantități mari de sodiu se mișcă în interior și cantități mari de potasiu ies din neuroni. Pompele de sodiu-potasiu se copleșesc rapid încercând să îndrepte lucrurile și neuronii și extensiile lor, numite dendrite, se află rapid în probleme.

În timp ce o gleznă umflată poate fi inconfortabilă, un creier umflat poate deveni rapid mortal în limitele închise ale craniului. „Echilibrul normal de potasiu și sodiu în timpul răspândirii depolarizării este aproape complet oprit, astfel încât funcția normală a celulei este dezactivată și prezintă un risc crescut de moarte”, a spus Kirov.

Echipa lui Kirov a folosit o microscopie puternică cu scanare laser cu doi fotoni pentru a studia funcția transportorilor în felii de creier de șoarece și la șoareci. Au urmărit răspândirea depolarizării și umflarea rezultată și au documentat cum edemul a fost dramatic diminuat de droguri care au blocat acțiunea transportatorilor.

El observă că medicamentele pe care le-a folosit în laborator nu pot fi utilizate la oameni, dar, la fel ca transportatorii, ele oferă direcție. „Trebuie să dezvoltăm agenți mai buni care să fie siguri la pacienții umani, pe care să îi putem oferi pentru o perioadă scurtă de timp și să reducem umflăturile”, a spus Kirov despre următorii pași ai cercetării. Astăzi, în cazurile severe de umflare a creierului, neurochirurgii vor îndepărta o bucată de craniu pentru a oferi creierului mai mult spațiu și, în mod ideal, pentru a reduce daunele permanente.

Kirov remarcă faptul că astrocitele, un alt tip de celule ale creierului care susțin neuronii, au canale naturale de apă, numite acvaporine, astfel încât apa se poate mișca ușor în interior și în exterior, dar neuronii nu au aceste canale bine definite. "Acesta a fost puzzle-ul", a spus Kirov.