1. Lääkärilehti
  2. Ajassa
  3. Glymfaattisen järjestelmän häiriöt – avain moniin aivosairauksiin?
Tiede­pääkirjoitus 41/2021 vsk 76 s. 2281

Glymfaattisen järjestelmän häiriöt – avain moniin aivosairauksiin?

Kuvituskuva 1

Vesa Kiviniemi

Kuvituskuva 2

Timo Tuovinen

   

Aivojen tukisolujen eli glian merkitystä aivosairauksien taustalla on alettu viime vuosina ymmärtää. Gliasoluihin kuuluvat astrosyytit muodostavat jalkalisäkkeidensä avulla aivovaltimoiden seinämän viereen perivaskulaarisen tilan. Glymfaattien mekanismi on aivojen puhdistusjärjestelmä, jossa gliasolujen suodattama aivo-selkäydinneste virtaa perivaskulaaritilassa huuhdellen mukaansa liukoisia kuona-aineita (11 Nedergaard M. Garbage truck of the brain. Science 2013;340:1529–30.). Solunulkoisen nesteen kanssa sekoittunut huuhtelutuote suuntaa kohti laskimoiden perivaskulaarista tilaa poistuen lopulta aivokalvojen lymfasuonten kautta keskushermoston ulkopuolelle imusolmukkeisiin (22 Aspelund A, Antila S, Proulx ST ym. A dural lymphatic vascular system that drains brain interstitial fluid and macromolecules. J Exp Med 2015;212:991–9.).

Mutta mikä saa nesteen virtaamaan? Hiiren aivokuorella merkittävin nestevirtausta ajava voima tulee pääosin aivovaltimoiden sykkeestä ja pieneltä osin hengityksen pulsaatiosta (33 Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders. Lancet Neurol 2018;17:1016–24.). Ihmisellä on lisäksi koko aivojen tasolla havaittu, että eritoten hengityksen laskimopulsaatioiden ja valtimoiden seinämien vasomotoristen aaltojen dominoivan laajalti kudoksessa ja aivo-selkäydinnesteessä (44 Kiviniemi V, Wang X, Korhonen V ym. Ultra-fast magnetic resonance encephalography of physiological brain activity – glymphatic pulsation mechanisms? J Cereb Blood Flow Metab 2016;36:1033–45.,55 Raitamaa L, Huotari N, Korhonen V ym. Spectral analysis of physiological brain pulsations affecting the BOLD signal. Human Brain Mapping 2021. https://doi.org/10.1002/hbm.25547).

Vaikuttaa siltä, että olemme ­paradigman muutoksen juurella.

Glymfaattisen järjestelmän toiminta kiihtyy luonnollisen syvän perusunen (NREM) aikana. Kiihtyneen solunulkoisen huuhtelun ajatellaan hidastavan neuraalista toimintaa aiheuttaen unen (66 Ding F, O’Donnell J, Xu Q ym. Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle. Science 2016;352:550–5.). Vaikuttaakin siltä, että unen määrän ja laadun merkitys terveyden kannalta on vielä tärkeämpi kuin on aiemmin ajateltu. Esimerkiksi bentsodiatsepiinien syvän unen määrää vähentävä vaikutus saattaa heikentää glymfaattisen järjestelmän toimintaa, ja tämä selittää osan haittavaikutuksista.

Puutteellisesti toimiva glymfaattinen järjestelmä saattaa olla selittävä tekijä monille aivosairauksille, joihin liittyy keskeisesti erilaisten aineenvaihdunnan tuotteiden kertymien aivokudokseen. Eläintutkimusten perusteella glymfaattisen toiminnan häiriöllä on osoitettu olevan yhteys mm. Alzheimerin tautiin ja ylipäätään proteinopatioihin, aivoverenvuotoihin ja traumaattiseen aivovammaan sekä aivoiskemiaan (33 Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders. Lancet Neurol 2018;17:1016–24.).

Lue myös

Olemme kuvanneet yksityiskohtaisesti, miten aivojen puhdistusjärjestelmää ylläpitävä aivovaltimoiden sykintä on Alzheimerin tautia sairastavilla selvästi poikkeavaa (77 Tuovinen T, Kananen J, Rajna Z ym. The variability of functional MRI brain signal increases in Alzheimer’s disease at cardiorespiratory frequencies. Sci Rep 2020;10:21559. doi: 10.1038/s41598-020-77984-1.,88 Rajna Z, Mattila H, Huotari N ym. Cardiovascular brain impulses in Alzheimer’s disease. Brain 2021;144:2214–26.). Alzheimer-potilailla sekä pulssiaaltojen etenemisnopeus että niiden suunta ovat erilaiset kuin terveillä verrokeilla. Joissakin aivojen osissa, muun muassa hippokampuksen ja päälakilohkon alueella, pulssiaallot kulkivat vastakkaiseen suuntaan kuin terveillä aiheuttaen kuormitusta verisuonten seinämiin. Löydöksillä on merkitystä niin diagnostiikan kuin tautipatologiankin ymmärtämisessä.

Lääkeresistentissä epilepsiassa puolestaan hallitsemattoman neuraalisen toiminnan taustalla on alettu epäillä olevan elektrolyyttejä kuljettavan glymfaattisen huuhtelun häiriö, aiemmin oletetun elektrolyyttikanavien toimintahäiriön sijaan. Sekä kajoamattomilla kuvantamistutkimuksilla että kallonsisäisillä neulaelektrodeilla on havaittu hengityksen aiheuttamien aivopulsaatioiden olevan poikkeavan voimakkaita lääkeresistenttiä epilepsiaa sairastavilla potilailla (99 Kananen J ym. Respiratory-related brain pulsations are increased in epilepsy—a two-centre functional MRI study. Brain Commun 2020;2:fcaa076. doi: 10.1093/braincomms/fcaa076,1010 Zelano C, Jiang H, Zhou G ym. Nasal respiration entrains human limbic oscillations and modulates cognitive function. J Neurosci 2016;36:12448–67.).

Vaikuttaa siltä, että olemme paradigman muutoksen juurella, jossa tukisolut ovatkin aiempaa keskeisemmässä roolissa. Lähitulevaisuudessa glymfaattisen järjestelmän translationaalinen ja kliininen tutkimus voi mullistaa useiden aivosairauksien diagnostiikkaa, hoitoa ja ehkäisyä.

Kirjoittajat
Timo Tuovinen
LL, tohtorikoulutettava, yliopisto-opettaja, neurokirurgian erikoistuva lääkäri
Oulun yliopisto ja Oys
Vesa Kiviniemi
LT, funktionaalisen neurokuvantamisen professori, neuroradiologi
Oulun yliopisto ja Oys
Sidonnaisuudet

Timo Tuovinen: Luentopalkkiot (Amgen Ab, GPF ry, Orion Oyj, ­
Suomen gynekologiyhdistys)

Vesa Kiviniemi: Rahoitus laitokselle (Suomen Akatemia, Jane & Aatos Erkko-säätiö, Aivosäätiö).

Kirjallisuutta
1
Nedergaard M. Garbage truck of the brain. Science 2013;340:1529–30.
2
Aspelund A, Antila S, Proulx ST ym. A dural lymphatic vascular system that drains brain interstitial fluid and macromolecules. J Exp Med 2015;212:991–9.
3
Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders. Lancet Neurol 2018;17:1016–24.
4
Kiviniemi V, Wang X, Korhonen V ym. Ultra-fast magnetic resonance encephalography of physiological brain activity – glymphatic pulsation mechanisms? J Cereb Blood Flow Metab 2016;36:1033–45.
5
Raitamaa L, Huotari N, Korhonen V ym. Spectral analysis of physiological brain pulsations affecting the BOLD signal. Human Brain Mapping 2021. https://doi.org/10.1002/hbm.25547
6
Ding F, O’Donnell J, Xu Q ym. Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle. Science 2016;352:550–5.
7
Tuovinen T, Kananen J, Rajna Z ym. The variability of functional MRI brain signal increases in Alzheimer’s disease at cardiorespiratory frequencies. Sci Rep 2020;10:21559. doi: 10.1038/s41598-020-77984-1.
8
Rajna Z, Mattila H, Huotari N ym. Cardiovascular brain impulses in Alzheimer’s disease. Brain 2021;144:2214–26.
9
Kananen J ym. Respiratory-related brain pulsations are increased in epilepsy—a two-centre functional MRI study. Brain Commun 2020;2:fcaa076. doi: 10.1093/braincomms/fcaa076
10
Zelano C, Jiang H, Zhou G ym. Nasal respiration entrains human limbic oscillations and modulates cognitive function. J Neurosci 2016;36:12448–67.

Etusivulla juuri nyt

Ajassa
Olli Vapalahti: Uudessa virusvariantissa on huolestuttavia piirteitä

Vielä ei voi päätellä, miten hyvin eteläisessä Afrikassa havaittu variantti leviää erilaisissa olosuhteissa.

Tiedepääkirjoitus
Eteisvärinää löytyy, jos sitä haetaan – mutta mikä on terveyshyöty?

Eteisvärinän seulonnan terveyshyödyt ovat vielä osoittamatta, kirjoittavat Mika Lehto ja Juhani Airaksinen.

Kolumni
Tunnustan

Taide selviää kaikesta, jopa somesta, vaikka fiktion voisi jo julistaa kuolleeksi, kirjoittaa Roope Sarvilinna.

Ajassa
THL kehottaa välttämään matkustamista eteläiseen Afrikkaan

Kyseessä on varotoimi uuden koronavirusvariantin varalta.

Tieteessä
Lupaavia lääke-ehdokkaita suolen mikrobiston suojaksi antibiooteilta

Tarkempi analyysi anti­bioottien tehosta suolistobakteereihin on tähän asti puuttunut.

Tieteessä
Hyödyttääkö geenimuutosten seulonta oireettomassa neutropeniassa?

Geenitutkimuksella yritettiin selvittää, onko tila oikeasti harmiton.