Po udarze mózg rozpoczyna długotrwały proces regeneracji. Proces ten obejmuje nie tylko odbudowę uszkodzonych komórek nerwowych czy tworzenie nowych połączeń; konieczne jest również usunięcie produktów ubocznych metabolizmu oraz cząsteczek sygnałowych związanych ze stanem zapalnym z dotkniętej chorobą tkanki. Nowe badanie przeprowadzone na Uniwersytecie w Rochester sugeruje, że zegar biologiczny organizmu może odgrywać ważną rolę w tym procesie. W eksperymentach na myszach naukowcom udało się w sposób ukierunkowany wzmocnić naturalne rytmy dobowe. Doprowadziło to do poprawy kilku wskaźników regeneracji po udarze.

Między innymi u leczonych zwierząt zaobserwowano lepszą regenerację funkcji motorycznych. Jednocześnie odnotowano zwiększony przepływ płynów w tak zwanym układzie glimfatycznym, a stężenie różnych cząsteczek sygnałowych zapalenia w mózgu uległo zmniejszeniu. Wyniki te są interesujące, ponieważ leczenie nie rozpoczęto natychmiast po udarze. Odpowiednie działania podjęto dopiero trzy dni po zdarzeniu — znacznie później niż w przypadku konwencjonalnych metod leczenia ostrego, które opierają się na jak najszybszej interwencji.

Mózg posiada własny system oczyszczania

Mózg posiada układ płynów, który pomaga w usuwaniu produktów ubocznych metabolizmu: tak zwany układ glimfatyczny. W systemie tym płyn mózgowo-rdzeniowy przepływa wzdłuż określonych struktur w mózgu i wspomaga transport produktów przemiany materii z tkanki nerwowej. System ten jest szczególnie aktywny podczas niektórych faz snu i dlatego od lat stanowi przedmiot intensywnych badań związanych ze snem i zdrowiem mózgu.

Wcześniejsze badania przeprowadzone przez Maiken Nedergaard i jej współpracowników wniosły znaczący wkład w opisanie tego systemu. Późniejsze badania wykazały, że jego aktywność nie zależy wyłącznie od snu. Wewnętrzny zegar biologiczny organizmu również wpływa na to, kiedy i w jakim stopniu odbywa się transport płynów w mózgu. Tworzy to interesujący związek między snem, rytmami dobowymi a oczyszczaniem mózgu.

W przeglądzie systematycznym z 2022 roku autorstwa Chonga i współpracowników oceniono dostępne badania dotyczące związku między snem a funkcją limfatyczną. Wyniki sugerują, że sen jest ściśle powiązany ze zmianami w wymianie płynów w mózgu, chociaż dokładne mechanizmy i ich znaczenie dla ludzi nie zostały jeszcze w pełni wyjaśnione.

Jakie zmiany powoduje udar mózgu?

Udar mózgu może znacząco zakłócić delikatną równowagę w mózgu. Uszkodzenie prowadzi między innymi do reakcji zapalnych i zmian metabolicznych. Po udarze mózgu układ limfatyczny również przestaje funkcjonować normalnie. Może to utrudniać mózgowi usuwanie niektórych produktów ubocznych metabolizmu oraz cząsteczek sygnałowych związanych ze stanem zapalnym.

Właśnie w tym miejscu pojawiają się nowe badania. Naukowcy zaczęli od zadania pytania, czy kluczowe znaczenie ma nie tylko bezpośrednie leczenie uszkodzeń mózgu, ale także wspieranie naturalnych rytmów organizmu, które kierują procesami naprawy i oczyszczania mózgu.

Kiedy zegar wewnętrzny traci synchronizację

Zegar biologiczny kontroluje znacznie więcej niż tylko cykl snu i czuwania. Prawie wszystkie narządy i wiele komórek w organizmie podlegają rytmowi trwającemu około 24 godzin. Obejmuje to na przykład metabolizm, równowagę hormonalną, temperaturę ciała, ciśnienie krwi oraz liczne procesy zachodzące w mózgu.

Istnieją również dowody na związek między udarem a porą dnia. Zarówno częstotliwość występowania, jak i nasilenie udarów mogą się zmieniać w ciągu dnia. Jednocześnie u wielu osób po udarze dochodzi do zaburzeń cyklu snu i czuwania.

Zmiany te nie są bez znaczenia. Zaburzony rytm dobowy może utrudniać regenerację organizmu i wiąże się między innymi z gorszą jakością życia po udarze. Naukowcy postawili zatem interesujące pytanie: czy ustabilizowanie wewnętrznego zegara organizmu mogłoby pomóc mózgowi w skuteczniejszej regeneracji po uszkodzeniu?

Kilka sposobów na wzmocnienie zegara biologicznego

Aby zbadać tę kwestię, zespół badawczy przetestował różne sposoby oddziaływania na rytm dobowy. Obejmowały one zsynchronizowane czasowo bodźce świetlne, melatoninę, substancję czynną KL001 oraz żywienie w ograniczonym przedziale czasowym.

Naukowcy najpierw przeprowadzili badania na zdrowych myszach. Ich wyniki wykazały, że różne zastosowane środki mogą zwiększyć aktywność układu glimfatycznego. Następnie skupili się na dwóch szczególnie obiecujących podejściach: KL001 oraz ograniczonym czasowo odżywianiu w fazie aktywności zwierząt. Te dwie strategie zostały następnie przetestowane na mysich modelach udaru mózgu.

Ciekawostka: Leczenie rozpoczęto dopiero kilka dni później

Szczególnie godnym uwagi aspektem badania był moment jego przeprowadzenia. Interwencje nie rozpoczęto natychmiast po udarze, ale dopiero trzy dni później. Oznaczało to, że leczenie rozpoczęto poza wąskim oknem czasowym, w którym należy podawać określone, uznane metody leczenia ostrego udaru.

Pomimo tego opóźnienia myszy poddane leczeniu wykazały lepszą regenerację funkcji motorycznych. Ponadto zmiany chorobowe w mózgu były mniejsze, przepływ płynu glimfatycznego był silniejszy, a stężenia różnych cytokin zapalnych były niższe.

Nie oznacza to, że takie leczenie można już stosować u ludzi. Wskazuje to jednak, że modulowanie rytmów dobowych w modelu zwierzęcym może przynosić wymierne efekty nawet po wystąpieniu uszkodzenia mózgu.

Dlaczego stan zapalny może odgrywać ważną rolę

Po udarze reakcja zapalna stanowi początkowo normalną część reakcji organizmu na uszkodzenie. Układ odpornościowy pomaga usunąć uszkodzoną tkankę i zainicjować procesy naprawcze. Problemy mogą jednak pojawić się, jeśli sygnały zapalne utrzymują się przez dłuższy czas.

Nowe badanie dostarcza dowodów na to, że poprawa funkcji limfatycznego układu oczyszczającego mogłaby pomóc w skuteczniejszym usuwaniu takich sygnałów z mózgu. Interesujące było to, że zmiany nie ograniczały się do jednego markera zapalnego; kilka z badanych cytokin wykazywało tendencje w tym samym kierunku.

Może to sugerować, że badane środki nie ograniczają się jedynie do blokowania jednej ścieżki zapalnej. Zamiast tego poprawiony przepływ płynów mógłby przyczynić się do skuteczniejszego usuwania różnych cząsteczek sygnałowych zapalenia z tkanki mózgowej.

Odżywianie w ograniczonym przedziale czasowym jako potencjalne podejście

Szczególnie interesującym kierunkiem dalszych badań jest tzw. dieta z ograniczeniem czasowym. Niekoniecznie wiąże się to z ograniczeniem ilości spożywanego pokarmu. Kluczowe znaczenie ma raczej ograniczenie spożycia pokarmu do określonego przedziału czasowego w ciągu dnia. Pozwala to organizmowi na dłuższe okresy bez spożywania pokarmu i umożliwia lepsze dostosowanie niektórych procesów metabolicznych do jego wewnętrznego zegara.

W obecnym badaniu zasadę tę zastosowano u myszy i powiązano z lepszym powrotem do zdrowia po udarze. Sprawia to, że podejście to jest interesujące z naukowego punktu widzenia, ponieważ zasadniczo stanowi interwencję behawioralną i niekoniecznie opiera się na lekach.

Nie można jednak na tej podstawie sformułować żadnych zaleceń dla osób po udarze. Dieta i post mogą wiązać się z określonymi zagrożeniami i wymaganiami po udarze. Wyniki należy zatem najpierw zweryfikować w dalszych badaniach przedklinicznych, a w razie potrzeby – w kolejnych badaniach klinicznych.

Wewnętrzny zegar organizmu wpływa nie tylko na sen

Odkrycia te podkreślają trend w chronobiologii: zegar biologiczny najwyraźniej ma znaczenie nie tylko dla określania, kiedy śpimy. Rytmy wewnętrzne koordynują liczne procesy zachodzące w organizmie. Należą do nich procesy metaboliczne, gospodarka hormonalna, funkcje naczyniowe oraz niektóre procesy zachodzące w mózgu.

Wydaje się, że również układ glimfatyczny jest zintegrowany z tą organizacją czasową. Grupa badawcza Lauren Hablitz bada zatem, w jaki sposób zmiany rytmów dobowych mogą wpływać na funkcjonowanie tego systemu oczyszczającego. Ujawnia to szerszą sieć biologiczną: zegar wewnętrzny → sen i metabolizm → przepływ płynów w mózgu → usuwanie produktów ubocznych metabolizmu i sygnałów zapalnych. Po udarze mózgu kilka z tych procesów może jednocześnie stracić równowagę.

Zegar biologiczny jako nowe spojrzenie na rehabilitację po udarze

Nowe odkrycia otwierają interesujący kierunek badań, ale nadal są dalekie od zastosowania u ludzi. Obecne badanie przeprowadzono na myszach. Nie jest zatem jasne, czy zaobserwowane zmiany w układzie glimfatycznym i procesie powrotu do zdrowia po udarze można odnieść do ludzi.

Nie udowodniono również jednoznacznie, że zwiększona aktywność układu limfatycznego jest faktycznie przyczyną lepszego powrotu do zdrowia. Możliwe jest na przykład, że stabilizacja rytmów dobowych korzystnie wpływa jednocześnie na wiele procesów. Dalsze badania muszą zatem wyjaśnić odpowiednie role odgrywane przez zegar biologiczny, transport płynów w układzie limfatycznym oraz reakcje zapalne.

Badanie ujawnia interesujący związek między trzema obszarami, które od dawna rozpatrywano oddzielnie: chronobiologią, oczyszczaniem mózgu oraz rehabilitacją po udarze. Jeśli wyniki te zostaną potwierdzone w kolejnych badaniach, ukierunkowana stabilizacja rytmu dobowego mogłaby pewnego dnia stanowić dodatkowy sposób wspomagania regeneracji mózgu po urazie. Do tego czasu najważniejsze odkrycie pozostaje przede wszystkim naukowe: zegar wewnętrzny organizmu może odgrywać znacznie większą rolę w procesach naprawy i oczyszczania mózgu, niż wcześniej zakładano.