Что происходит с мозгом при болезни Альцгеймера?

Здоровый человеческий мозг содержит десятки миллиардов нейронов – особых клеток, обрабатывающих и передающих информацию с помощью электрических и химических сигналов. Они посылают сообщения между различными частями мозга, а от него – к мышцам и органам тела. Болезнь Альцгеймера нарушает эту связь, что приводит к потере функций и гибели клеток.

Основные биологические процессы в головном мозге

Большинство нейронов состоит из трёх частей: тела клетки, множества дендритов и аксона.

• Тело клетки содержит ядро, в котором находится генетический план, направляющий и регулирующий её деятельность.
• Дендриты – это ветвеобразные структуры, которые отходят от первой части и собирают информацию от других нейронов.
• Аксон представляет собой кабельоподобную структуру на конце тела клетки напротив второй части и передаёт сообщения далее.

Функционирование и выживание нейронов зависит от нескольких ключевых биологических процессов:

• Коммуникация. Нейроны постоянно находятся в контакте с соседними клетками. Когда они получают сигналы друг от друга, то генерирует электрический заряд, который распространяется по длине аксона и высвобождает химические вещества-нейромедиаторы через крошечную щель, называемую синапсом. Подобно ключу, вставляемому в замок, каждая молекула затем связывается с определёнными рецепторными участками на дендрите соседнего нейрона. Этот процесс запускает химические или электрические сигналы, либо стимулирующие, либо подавляющие активность в месте принимающем сигнал. Коммуникация часто происходит через сети клеток мозга. На самом деле, по оценкам учёных, в сети мозга для общения каждый нейрон может иметь до 7000 синаптических связей.
• Метаболизм. Расщепление химических и питательных веществ внутри клетки имеет решающее значение для их здорового функционирования и выживания. Для выполнения этой миссии ей требуется энергия в виде кислорода и глюкозы, которые поступают с кровью, циркулирующей по мозгу. Этот орган в теле является одним из тех, что лучше всего снабжается кровью. Он потребляет до 20% энергии, используемой человеческим организмом, больше, чем любой другой орган.
• Восстановление, перестройка и регенерация. В отличие от многих клеток в организме, которые относительно недолговечны, нейроны эволюционировали, чтобы жить долго – более 100 лет. В результате они должны постоянно поддерживать и восстанавливать сами себя. Они также непрерывно регулируют, или «перестраивают», свои синаптические связи в зависимости от того, сколько стимуляции получают от других. Например, они могут усиливать или ослаблять синаптические связи или даже их разрушать с одной группой клеток мозга и создавать новые с другой. Мозг взрослого человека может даже генерировать новые нейроны. Этот процесс называется нейрогенезом. Реконструкция синаптических связей и нейрогенез важны для обучения, памяти и, возможно, восстановления мозга.

Нейроны играют важную роль в центральной нервной системе, но другие типы клеток также необходимы для здорового функционирования органа. На самом деле глиальные клетки, безусловно, являются самыми многочисленными в головном мозге, превосходя числом нейроны примерно в соотношении 10 к 1. Они бывают различных форм (микроглия, астроциты и олигодендроциты), окружают и поддерживают их функцию и здоровье. Например, микроглия защищает нейроны от физических и химических повреждений и отвечает за выведение инородных веществ и клеточного мусора из мозга. Для выполнения своего предназначения глиальные клетки часто взаимодействуют с кровеносными сосудами. Вместе они регулируют хрупкий баланс внутри мозга, обеспечивая его наилучшую работу.

Как болезнь Альцгеймера влияет на мозг?

Обычно при здоровом старении мозг в некоторой степени усыхает, но, что удивительно, не теряет большое количество нейронов. Однако при болезни Альцгеймера происходят повреждения этих клеток, они перестают функционировать, теряют связи и умирают. Заболевание нарушает процессы, жизненно важные для их сетей, включая коммуникацию, метаболизм и восстановление.

Обычно недуг сначала разрушает их соединения в различных частях, отвечающих за память, включая энторинальную кору и гиппокамп. Позже он начинает влиять на области коры головного мозга, ответственные за речь, мышление и социальное поведение. В конечном счёте, повреждаются многие другие его области. Со временем человек, страдающий болезнью Альцгеймера, постепенно теряет способность жить и действовать самостоятельно. В итоге заболевание приводит к летальному исходу.

Основные характеристики мозга при данном заболевании

В мозге человека с данным недугом происходят многие молекулярные и клеточные изменения. Их можно наблюдать в его ткани под микроскопом после смерти. Ведутся исследования, чтобы определить, какие именно перемены вызывают болезнь Альцгеймера, а какие являются её результатом.

Амилоидные бляшки

Бета-амилоидный белок, участвующий в развитии заболевания, представлен в нескольких различных молекулярных формах, накапливающихся между нейронами. Он образуется в результате распада более крупного элемента, называемого белком-предшественником амилоида. Считается, что одна из форм, бета-амилоид 42, особенно токсична. В мозге при данном недуге аномальные уровни этого природного элемента скапливаются вместе, образуя бляшки, которые собираются между нейронами и нарушают функцию клеток. Продолжаются исследования, направленные на то, чтобы лучше понять, как и на какой стадии заболевания различные формы бета-амилоида влияют на его течение.

Нейрофибриллярные клубки

Нейрофибриллярные клубки – это аномальные скопления тау-белка внутри нейронов. Здоровые электрически возбудимые клетки мозга, в частности, поддерживаются изнутри структурами, называемыми микротрубочками. Они помогают направлять питательные вещества и молекулы из тела клетки к аксонам и дендритам. В здоровых нейронах тау-белок обычно связывается и стабилизирует их. Однако при болезни Альцгеймера аномальные химические изменения заставляют эти элементы отделяться от них и прилипать к другим подобным молекулам, образуя нити, которые в конечном итоге соединяются, образуя клубки. Они блокируют транспортную систему нейрона, что наносит ущерб синаптической связи между клетками мозга.

Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что изменения в голове, связанные с болезнью Альцгеймера, могут быть результатом сложного взаимодействия аномальных тау- и бета-амилоидных белков и ряда других факторов. Похоже, что аномальные элементы накапливается в определённых областях мозга, связанных с памятью. Бета-амилоид собирается в бляшки между нейронами. Когда их уровень достигает критической точки, происходит быстрое распространение тау-белков по всему органу.

Хроническое воспаление

Изучение недуга доказывает, что хроническое воспаление может быть вызвано накоплением глиальных клеток, обычно помогающих очищать мозг от мусора. Один тип — микроглия, поглощает и разрушает отходы жизнедеятельности и токсины в здоровом органе. При болезни Альцгеймера она не в состоянии удалять отходы жизнедеятельности, обломки и скопления белка, включая бета-амилоидные бляшки. Эксперты пытаются выяснить, почему она не может выполнять эту жизненно важную функцию при указанном недуге.

Одно из направлений работ сосредоточено на гене под названием TREM2. В норме данный показатель приказывает клеткам микроглии очищать головной мозг от бета-амилоидных бляшек и помогает бороться с воспалением в нём. Когда этот ген не функционирует нормально, накапливаются бляшки. Астроциты – другой тип глиальных клеток – получают сигнал о том, чтобы они помогли избавиться от клеточного мусора. Оба вида глиальных клеток скапливаются вокруг нейронов, но не выполняют свою функцию по очистке. Кроме того, они выделяют химические вещества, вызывающие хроническое воспаление и ещё больше повреждают части организма, которые они призваны защищать.

Сосуды

У людей с деменцией редко наблюдаются изменения в мозге, связанные только с болезнью Альцгеймера. Также может быть задействовано любое количество сосудистых проблем – отложения бета-амилоида в артериях головного мозга, атеросклероз (затвердение артерий) и мини-инсульты.

Плохое функционирование сосудов может привести к снижению притока крови и кислорода к мозгу, а также к разрушению гематоэнцефалического барьера, обычно защищающего орган от вредных агентов, одновременно допуская поступление глюкозы и других необходимых веществ. У человека с подобным заболеванием дефектный гематоэнцефалический барьер препятствует попаданию сахара в мозг и выведению токсичных бета-амилоидных и тау-белков. Это приводит к воспалению, которое усугубляет состояние сосудов в голове. Поскольку, по-видимому, недуг является одновременно причиной и следствием нарушений работы в головном мозге, исследователи ищут способы разорвать этот сложный и разрушительный цикл.

Потеря нейронных связей и гибель клеток

При болезни Альцгеймера, когда нейроны повреждаются и отмирают по всему мозгу, связи между их сетями часто нарушаются, и многие области органа начинают сокращаться. На заключительных стадиях заболевания этот процесс, называемый атрофией мозга, становится широко распространённым, вызывая значительную потерю объёма органа.