Что нам известно о работе иммунной системы в мозге?
Как и другие ткани и органы, мозг состоит из клеток. Нейроны – это нервные клетки с одним длинным отростком (аксоном) и множеством коротких отростков (дендриты). Нейроны генерируют и распространяют электрические сигналы.
Приблизительно половина клеток мозга представлена клетками глии. Они не передают нервные импульсы, а обеспечивают нейроны всем необходимым для функциональной активности – так, например, астроциты удерживают нейроны в определенном положении и снабжают нейроны питательными веществами. Астроциты, к слову, называют «клетками-няньками». Олигодендроциты обеспечивают изоляцию нервных волокон для того, чтобы увеличивать скорость проведения электрических сигналов. Эти клетки заворачивают волокна в миелин – специальное изолирующее вещество. Без миелина нервный импульс идет по аксону в разы медленнее. Уже упомянутая микроглия происходит из стволовых клеток крови, которые попадают в мозг на ранних этапах развития. Клеткимикроглии – это изолированные макрофаги мозга, которые участвуют в удалении ненужных, лишних нейронов и нервных окончаний. Эти процессы очень важны при созревании мозга. Кроме того, клетки микроглии защищают ткани органа от инфекционных агентов. При фагоцитозе («поедании») инфекционного агента микроглия вырабатывает сигналы, вызывающие воспаления в отдельных участках головного мозга.
Клетки мозга
Раньше считалось, что присутствие иммунной системы в мозге было ограничено клетками микроглии. Но сегодня наука располагает данными о том, что эта точка зрения была ошибочной.
В 2015 году группа ученых из Вирджинского университета во главе с Джонатаном Кипнисом обнаружила в оболочках мозга мыши «лимфатический дренаж» – систему, которая представлена каналами, собирающими лимфу и спинномозговую жидкость от мозговых оболочек. Исследователи предположили, что подобный механизм может функционировать в мозге человека. Доказательства этой гипотезы появились в 2017 году. Доктор Дэниэл Рэйх провел вместе со своей научной группой серию экспериментов с использованием магнитно-резонансной томографии и выявил лимфатические сосуды в мозговых оболочках обезьян и людей. Другое исследование показало, что иммунные клетки в мозге могут улучшать течение нейродегенеративных заболеваний, в том числе и болезни Альцгеймера. Ученые обнаружили, что у страдающих Альцгеймером макрофаги и T-хелперы сокращают число амилоидных бляшек – скоплений неправильно сформированного пептида бета-амилоида. Амилоидные скопления – основной патогенный фактор при развитии заболевания Альцгеймера. Они мешают передаче нервных импульсов, что в конечном итоге приводит к гибели нейронов и нейродегенерации.
Помимо клеток иммунитета, важную роль в нормальном функционировании мозга играют и молекулы иммунитета. Так, например, цитокин IFN-γ – сигнальная молекула, которая осуществляет защиту от вирусов – участвует в регуляции социального поведения. Ученые из Вирджинского и Массачусетского Университетов выявили взаимосвязь дефицита цитокина с социальными расстройствами и нарушениями нейрональных связей, которые также наблюдались у животных с иммунодефицитом. Это возможно было устранить при введении интерферона в спинномозговую жидкость.
Еще одна сигнальная молекула, которая обладает провоспалительной активностью – IL-1. Она синтезируется в мозге и обладает как локальным, так и системным действием – запускает лихорадку, медленно-волновой сон, вызывает подавление аппетита и нейроэндокринный ответ. IL-1 играет важную роль в развитии нейровоспаления. Эта сигнальная молекула запускает воспаление, которое способствует гибели нейронов при нейродегенеративных заболеваниях – рассеянном склерозе, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, а также при черепно-мозговых травмах и инсультах.
Молекула, составляющая основу комплекса C1 системы комплемента – C1q, участвует в «мечении» ненужных гибнущих нейронов и нервных окончаний, после чего микроглия находит эти структуры и их удаляет. Молекула MHC, с помощью которой происходит распознавание антигена, также участвует в образовании новых связей между нейронами.
Гематоэнцефалический барьер
Если компоненты и врожденного, и приобретенного иммунитета находятся в мозге, почему иммунный ответ в этом органе ослаблен? Дело в том, что иммунитет в головном мозге работает локально и менее интенсивно, чем во многих других органа из-за его частичной обособленности. Например, здесь дендритные клетки могут захватывать инфекционные агенты, но при этом они не способны передавать информацию о потенциальных вредителях лимфоцитам. Привлечь другие иммунные клетки кроме тех, что уже есть в головном мозге, невозможно из-за препятствий в виде гематоэнцефалического барьера.
Миф седьмой: хорошего сна, питания и отсутствия стресса недостаточно для эффективной работы иммунитета
Иммунная система тесно связана с нервной. Изучением механизмов взаимодействия двух систем организма занимается отдельное направление науки – нейроиммунология. Различные негативные влияния на нервную систему могут привести к нарушениям в работе иммунной системы. В том числе и стресс.
Само понятие «стресс» было впервые предложено Уолтером Кенноном. Он использовал его в своих работах по изучению универсального ответа организма на угрозу «бей или беги». Спустя 40 лет, в 1955 году, этот термин употребил Ганс Селье. Он определял стресс как общий адаптационный синдром – состояние организма в ответ на действия факторов, которые угрожают поддержанию постоянства его состава и характеризуются мобилизацией неспецифических приспособительных механизмов. Сегодня в научном сообществе нет консенсуса относительно определения термина «стресс».
Уолтер Кеннон
Ганс Селье
В этой главе мы будем говорить о стрессе как о состоянии организма, вызванного стресс-фактором. Среди стресс-факторов мы обозначим физиологические и психологические. К физиологическим стресс-факторам относятся те, которые вызывают нарушение постоянства состава внутренней среды организма – голод, жажда, боль, отсутствие сна, воздействие чрезмерно низких или высоких температур, химических веществ и другие. К психологическим стресс-факторам – факторы, способные вывести из равновесия психическое здоровье человека, такие как депрессии, эмоциональные потрясения и прочие.
Важно понимать, что не всякий стресс может вызывать негативные последствия. Ученые выделяют эустресс, мобилизующий организм, и дистресс, провоцирующий негативные последствия и оказывающий вредное воздействие. Второй тип реакций и провоцирует возникновения нарушений в функционировании иммунной системы.
Реакция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы на стресс
Симпатическая нервная система регулирует работу некоторых иммунных органов – костного мозга, где образуются иммунные клетки, и селезенки. Нейроны симпатической нервной системы освобождают сигнальные молекулы (нейромедиаторы) и запускают стресс-реакции. Согласно теории Селье, при стрессе происходит активация гипоталамо-гипофизарно надпочечниковой системы. Результатом является выброс в кровь гормонов стресса – адреналина, норадреналина и кортизола.
Группа ученых показала, что адреналин и норадреналин способны действовать непосредственно на иммунные клетки. Кортизола, который также выбрасывается при стрессе, подавляет активность иммунной системы.
Ученые провели некоторые любопытные наблюдения по поводу связи иммунитета и разных типов стресса – недостаток сна, отсутствие в рационе важных компонентов пищи, переохлаждение.
Ученые и философы столетиями пытаются понять, почему люди спят и как этот процесс влияет на мозг. В наши дни стало очевидно, что сон важен для формирования памяти, он связан с различными физиологическими явлениями, которые способствуют восстановлению многих функций организма. К ним можно отнести снижение уровня метаболизма, артериального давления, активности симпатической нервной системы и другими. Недостаток сна ведет к ухудшению внимания, способности мыслить и другим последствиям. Почему так происходит? Наука не знает до сих пор. Известно, что во время сна происходит «очищение» мозга от ненужных и токсичных веществ из центральной нервной системы. Доктор Майкен Недергард с коллегами из Медицинского центра Университета в Рочестере (США) обнаружили «дренажную систему» в мозге, которая в том числе выводит продукты обмена веществ и токсины из организма. Этот процесс осуществляется благодаря току спинномозговой жидкости. Она движется по системе каналов, которые окружают кровеносные сосуды. Возможно, выведение ненужных и токсичных веществ из центральной нервной системы играет существенную роль в предотвращении возникновения разного рода заболеваний.
Ученые также установили, что хороший сон важен для работы иммунной системы, и рекомендуют спать не менее семи часов в сутки. Группа исследователей из Калифорнийского университета во главе с Ариком Пратером выяснила, что люди, спящие по ночам менее пяти часов, на 28 % чаще заболевают простудными заболеваниями и на 80 % – пневмонией, гриппом и отитами, по сравнению с теми, кто спит больше восьми часов. В ходе опроса все они сообщили о том, сколько в среднем продолжается их ночной сон, страдают ли они какими-либо нарушениями сна и болели ли они простудными заболеваниями хотя бы один раз за последний месяц. Выяснилось, что проблемы со здоровьем чаще возникали у тех, кто спал меньше семи часов. Ученым еще предстоит выяснить, почему состояние человека зависит от количества сна. Авторы работы предполагают, что недосып каким-то образом влияет на количество иммунных клеток Т-лимфоцитов.
Со времен Гиппократа было известно, что плохо питающиеся люди чаще болеют инфекционными заболеваниями. Тесную связь между голодом и возникновением масштабных эпидемий начали замечать несколько веков назад. Дефицит питания ослабляет иммунную систему и подавляет защитные механизмы, препятствующие развитию бактериальных и вирусных инфекций. Последствия этого негативного влияния выражаются в увеличении частоты появления инфекционных заболеваний и тяжести их протекания. Например, некоторые вирусы вызывают легкое недомогание у детей, которые хорошо питаются, но могут привести к гибели голодающих. С 1960-х годов прошлого века ученые обнаружили связь между дефицитом питания и недостаточно активным функционированием иммунной системы не только у голодающих детей в развивающихся странах, но и у людей всех возрастов вне зависимости от того, где они живут. Особенно характерно это оказалось для пожилых людей, недоношенных детей, алкоголиков и пациентов с тяжелыми хроническими заболеваниями, а также для людей с нарушениями пищеварения. Серьезный недостаток питания прежде всего сокращает количество T-лимфоцитов и ухудшает эффективность их работы, а в особо тяжелых случаях может привести к атрофии лимфоидных органов. Воз