Určite ste často počuli výrok: „Nervové bunky sa nezotavujú.“Túto jednu z populárnych mylných predstáv však vedci nedávno vyvrátili.
15. októbra 1999 publikoval časopis Science štúdiu Elizabeth Gouldovej a Charlesa Grossa, zamestnancov katedry psychológie na Princetonskej univerzite. Ukázalo sa, že mozog ľudoopov produkuje niekoľko tisíc nových neurónov denne počas celého života. Tento proces sa nazýval neurogenéza. V tom istom roku sa zistilo, že neurogenéza sa uskutočňuje aj v ľudskom mozgu. Samotný proces bol však objavený ešte skôr.
V roku 1965 ho vedec Džokhev Altman objavil v hipokampe (časti mozgu) potkana a o 15 rokov neskôr ho objavil zamestnanec Rockefellerovej univerzity Fernando Notteb na kanárikoch. Podľa objavu Notteby spevavce tvoria nervové bunky v „hlasovom centre“mozgu.
Napriek tomu, že sa obnovujú nervové bunky, nie je nadbytočné starať sa o neuróny, pretože, ako viete, často zomierajú v podmienkach silného stresu, pri úrazoch, otravách atď. Funkciu mŕtvych nervových buniek však preberajú živé bunky … Jedna zdravá nervová bunka teda môže nahradiť až deväť mŕtvych.
Populárny výraz „Nervové bunky sa nezotavujú“všetci od detstva vnímajú ako nemennú pravdu. Táto axióma však nie je nič iné ako mýtus a nové vedecké údaje ju vyvracajú.
Príroda kladie vývojovému mozgu veľmi vysokú mieru bezpečnosti: počas embryogenézy sa vytvára veľký prebytok neurónov. Takmer 70% z nich zomiera pred narodením dieťaťa. Ľudský mozog naďalej stráca neuróny po narodení, počas celého života. Táto bunková smrť je geneticky naprogramovaná. Samozrejme, že neumierajú iba neuróny, ale aj ďalšie bunky tela. Iba všetky ostatné tkanivá majú vysokú regeneračnú kapacitu, to znamená, že ich bunky sa delia a nahrádzajú mŕtve. Proces regenerácie je najaktívnejší v bunkách epitelu a krvotvorných orgánoch (červená kostná dreň). Existujú ale bunky, v ktorých sú blokované gény zodpovedné za reprodukciu delením. Okrem neurónov zahŕňajú tieto bunky aj bunky srdcového svalu. Ako sa ľuďom darí udržiavať inteligenciu až do vysokého veku,ak nervové bunky odumierajú a neobnovujú sa?
Propagačné video:
Jedno z možných vysvetlení: nie všetky neuróny „pracujú“súčasne v nervovom systéme, ale iba 10% neurónov. Táto skutočnosť je často uvedená v populárnej a dokonca aj vedeckej literatúre. Toto vyhlásenie som musel opakovane prediskutovať so svojimi domácimi i zahraničnými kolegami. A nikto z nich nechápe, odkiaľ sa tento údaj vzal. Akákoľvek bunka žije a „funguje“súčasne. V každom neuróne neustále prebiehajú metabolické procesy, syntetizujú sa proteíny, vytvárajú sa a prenášajú nervové impulzy. Preto ponechajme hypotézu „pokojových“neurónov, obráťme sa na jednu z vlastností nervového systému, a to na jeho výnimočnú plasticitu.
Zmyslom plasticity je, že funkcie mŕtvych nervových buniek preberajú ich prežívajúci „kolegovia“, ktorí sa zväčšujú a vytvárajú nové spojenia, ktoré kompenzujú stratené funkcie. Vysokú, ale nie neobmedzenú účinnosť takejto kompenzácie možno ilustrovať na príklade Parkinsonovej choroby, pri ktorej dochádza k postupnému odumieraniu neurónov. Ukazuje sa, že kým nezomrie asi 90% neurónov v mozgu, klinické príznaky choroby (triaška končatín, obmedzenie pohyblivosti, nestabilná chôdza, demencia) sa neobjavujú, to znamená, že človek vyzerá prakticky zdravo. To znamená, že jedna živá nervová bunka môže nahradiť deväť mŕtvych.
Ale plasticita nervového systému nie je jediným mechanizmom, ktorý umožňuje uchovanie inteligencie do zrelej staroby. Príroda má tiež svoju rezervu - vznik nových nervových buniek v mozgu dospelých cicavcov alebo neurogenézu.
Prvá správa o neurogenéze sa objavila v roku 1962 v prestížnom vedeckom časopise Science. Tento článok mal názov „Tvoria sa nové neuróny v mozgu dospelých cicavcov?“Jeho autor, profesor Joseph Altman z Purdue University (USA), pomocou elektrického prúdu zničil jednu zo štruktúr mozgu potkana (laterálne geniculárne telo) a vpichol tam rádioaktívnu látku, ktorá preniká do novo sa objavujúcich buniek. O niekoľko mesiacov neskôr vedec objavil nové rádioaktívne neuróny v talame (časť predného mozgu) a mozgovej kôre. Počas nasledujúcich siedmich rokov Altman publikoval niekoľko ďalších štúdií dokazujúcich existenciu neurogenézy v mozgu dospelých cicavcov. Avšak potom v 60. rokoch spôsobila jeho práca medzi neurovedcami iba skepsu, ich vývoj nenasledoval.
A až o dvadsať rokov neskôr bola „znovuobjavená“neurogenéza, ale už v mozgu vtákov. Mnoho vedcov spevavcov si všimlo, že počas každého párenia mužský kanárik Serinus canaria spieva pieseň s novými „kolenami“. Navyše od svojich bratov neprijíma nové trilky, pretože piesne boli aktualizované izolovane. Vedci začali podrobne študovať hlavné hlasové centrum vtákov, ktoré sa nachádza v špeciálnej časti mozgu, a zistili, že na konci obdobia párenia (u kanárikov k nemu dochádza v auguste a januári) zomrela významná časť neurónov hlasového centra, pravdepodobne v dôsledku nadmerného funkčného zaťaženia … V polovici 80. rokov sa podarilo ukázať profesorovi Fernandovi Notteboomovi z Rockefellerovej univerzity (USA)že u dospelých mužských kanárikov dochádza k procesu neurogenézy vo vokálnom centre neustále, ale počet vytvorených neurónov podlieha sezónnym výkyvom. Vrchol neurogenézy u kanárikov nastáva v októbri a marci, teda dva mesiace po párení. Preto sa „hudobná knižnica“piesní mužského kanára pravidelne aktualizuje.
Koncom 80. rokov bola neurogenéza objavená aj u dospelých obojživelníkov v laboratóriu leningradského vedca profesora A. L. Polenova.
Odkiaľ prichádzajú nové neuróny, ak sa nervové bunky nedelia? Ukázalo sa, že zdrojom nových neurónov u vtákov aj obojživelníkov boli neurónové kmeňové bunky zo steny mozgových komôr. Počas vývoja embrya sa z týchto buniek tvoria bunky nervového systému: neuróny a gliové bunky. Ale nie všetky kmeňové bunky sa zmenia na bunky nervového systému - niektoré sa „schovajú“a čakajú na krídlach.
Ukázalo sa, že nové neuróny vznikajú z kmeňových buniek dospelého organizmu a nižších stavovcov. Trvalo však takmer pätnásť rokov, kým sa dokázalo, že podobný proces nastáva v nervovom systéme cicavcov.
Vývoj neurovied na začiatku 90. rokov viedol k objavu „novorodených“neurónov v mozgu dospelých potkanov a myší. Našli sa väčšinou v evolučne starodávnych častiach mozgu: čuchové žiarovky a hipokampálna kôra, ktoré sú zodpovedné hlavne za emočné správanie, stresovú reakciu a reguláciu sexuálnych funkcií cicavcov.
Rovnako ako u vtákov a nižších stavovcov, aj u cicavcov sú neurónové kmeňové bunky umiestnené v blízkosti bočných komôr mozgu. Ich premena na neuróny je veľmi intenzívna. U dospelých potkanov sa mesačne vytvorí z kmeňových buniek asi 250 000 neurónov, ktoré nahradia 3% všetkých neurónov v hipokampe. Životnosť takýchto neurónov je veľmi vysoká - až 112 dní. Neuronálne kmeňové bunky prechádzajú dlhú cestu (asi 2 cm). Sú tiež schopní migrovať do čuchovej žiarovky a zmeniť sa na neuróny.
Čuchové žiarovky mozgu cicavcov sú zodpovedné za vnímanie a primárne spracovanie rôznych pachov vrátane rozpoznávania feromónov - látok, ktoré sú vo svojom chemickom zložení blízke pohlavným hormónom. Sexuálne správanie u hlodavcov je regulované predovšetkým tvorbou feromónov. Hipokampus sa nachádza pod mozgovými hemisférami. Funkcie tejto zložitej štruktúry sú spojené s formovaním krátkodobej pamäte, realizáciou určitých emócií a účasťou na formovaní sexuálneho správania. Prítomnosť neustálej neurogenézy v čuchovej žiarovke a hipokampe u potkanov sa vysvetľuje skutočnosťou, že u hlodavcov tieto štruktúry nesú hlavné funkčné zaťaženie. Nervové bunky v nich preto často odumierajú, čo znamená, že je potrebné ich obnoviť.
Profesor Gage zo Salk University (USA) vybudoval miniatúrne mesto, aby pochopil, aké podmienky ovplyvňujú neurogenézu v hipokampe a čuchovej žiarovke. Myši sa tam hrali, venovali sa telesnej výchove, hľadali východy z labyrintov. Ukázalo sa, že u „mestských“myší vznikli nové neuróny v oveľa väčšom počte ako u ich pasívnych príbuzných, ktorí sa topili v bežnom živote vo viváriu.
Kmeňové bunky môžu byť odstránené z mozgu a transplantované do inej časti nervového systému, kde sa z nich stanú neuróny. Profesor Gage a jeho kolegovia uskutočnili niekoľko podobných experimentov, z ktorých najpôsobivejšie boli nasledujúce. Kus mozgového tkaniva obsahujúci kmeňové bunky bol transplantovaný do zničenej sietnice oka potkana. (Vnútorná stena oka citlivá na svetlo má „nervový“pôvod: pozostáva z upravených neurónov - tyčiniek a čapíkov. Keď sa vrstva citlivá na svetlo zničí, nastúpi slepota.) Transplantované mozgové kmeňové bunky sa zmenili na neuróny sietnice, ich procesy sa dostali do zrakového nervu a potkanovi sa vrátil zrak! Navyše počas transplantácie mozgových kmeňových buniek do neporušeného oka s nimi nedošlo k žiadnym transformáciám. Pravdepodobne pri poškodení sietnice sa vytvárajú niektoré látky (napríkladtakzvané rastové faktory), ktoré stimulujú neurogenézu. Presný mechanizmus tohto javu však stále nie je jasný.
Vedci stáli pred úlohou dokázať, že neurogenéza sa vyskytuje nielen u hlodavcov, ale aj u ľudí. Za týmto účelom nedávno vedci pod vedením profesora Gageho vykonali senzačnú prácu. Na jednej z amerických onkologických kliník skupina pacientov s nevyliečiteľnými malígnymi novotvarmi užívala chemoterapeutický liek bromodioxyuridín. Táto látka má dôležitú vlastnosť - schopnosť hromadiť sa v deliacich sa bunkách rôznych orgánov a tkanív. Bromodioxyuridín je zabudovaný do DNA materskej bunky a po rozdelení materských buniek je uložený v dcérskych bunkách. Patologické štúdie preukázali, že neuróny obsahujúce brómdioxyuridín sa nachádzajú takmer vo všetkých častiach mozgu vrátane mozgovej kôry. Takže tieto neuróny boli nové bunky, ktoré vznikli delením kmeňových buniek. Nález bezpodmienečne potvrdil, že proces neurogenézy sa vyskytuje aj u dospelých. Ale ak sa u hlodavcov neurogenéza vyskytuje iba v hipokampe, potom u ľudí, je pravdepodobné, že dokáže zachytiť rozsiahlejšie oblasti mozgu vrátane mozgovej kôry.
Posledné štúdie ukázali, že nové neuróny v mozgu dospelých môžu byť tvorené nielen z neurónových kmeňových buniek, ale aj z krvných kmeňových buniek. Objav tohto javu spôsobil vo vedeckom svete eufóriu. Publikácia v časopise „Nature“v októbri 2003 však nadšené mysle v mnohých ohľadoch ochladila. Ukázalo sa, že krvné kmeňové bunky skutočne prenikajú do mozgu, ale nezmenia sa na neuróny, ale splynú s nimi a vytvoria dvojjadrové bunky. Potom sa „staré“jadro neurónu zničí a nahradí ho „nové“jadro krvnej kmeňovej bunky. V tele potkana sa krvné kmeňové bunky zlúčia hlavne s obrovskými bunkami malého mozgu - Purkyňovými bunkami, aj keď sa to stáva pomerne zriedka: v celom malom mozgu sa nachádza iba niekoľko zlúčených buniek. K intenzívnejšej fúzii neurónov dochádza v pečeni a srdcovom svale. Zatiaľ nie je jasné, aký je v tomto fyziologický význam. Jednou z hypotéz je, že krvné kmeňové bunky nesú so sebou nový genetický materiál, ktorý vstupom do „starej“cerebelárnej bunky predlžuje jej životnosť.
Takže nové neuróny môžu vzniknúť z kmeňových buniek aj v mozgu dospelých. Tento jav sa už bežne používa na liečbu rôznych neurodegeneratívnych chorôb (chorôb sprevádzaných odumieraním neurónov v mozgu). Prípravky z kmeňových buniek na transplantáciu sa získavajú dvoma spôsobmi. Prvým je použitie neurónových kmeňových buniek, ktoré sú tak v embryu, ako aj v dospelosti umiestnené okolo mozgových komôr. Druhým prístupom je použitie embryonálnych kmeňových buniek. Tieto bunky sa nachádzajú vo vnútornej bunkovej hmote v počiatočnom štádiu tvorby embrya. Sú schopní transformovať sa do takmer akejkoľvek bunky v tele. Najväčšou výzvou pri práci s embryonálnymi bunkami je ich premena na neuróny. Toto umožňujú nové technológie.
Niektoré nemocnice v USA už vytvorili „knižnice“neurónových kmeňových buniek pochádzajúcich z embryonálneho tkaniva a sú transplantované pacientom. Prvé pokusy o transplantáciu prinášajú pozitívne výsledky, aj keď dnes lekári nemôžu vyriešiť hlavný problém takýchto transplantácií: nekontrolovateľné množenie kmeňových buniek v 30-40% prípadov vedie k vzniku zhubných nádorov. Doteraz sa nenašiel žiadny prístup, ktorý by zabránil týmto vedľajším účinkom. Ale napriek tomu bude transplantácia kmeňových buniek nepochybne jedným z hlavných prístupov pri liečbe takých neurodegeneratívnych chorôb, ako sú Alzheimerova a Parkinsonova choroba, ktoré sa stali pohromou rozvinutých krajín.
Nervové tkanivo sa obnovuje v každom veku, - ubezpečil slávny nemecký neurovedec profesor na univerzite v Göttingene Harold Huther. - Vo veku 20 rokov je proces intenzívny a vo veku 70 rokov - pomaly. Ale ide to.
Vedec uviedol ako príklad pozorovanie kanadských kolegov starších sestier - 100 a viac rokov. Zobrazenie magnetickou rezonanciou ukázalo: ich mozog je v poriadku - žiadne prejavy senilnej demencie.
A celá vec je podľa názoru profesora v spôsobe života a myslenia týchto žien, ktoré im doslova obnovujú mozgové štruktúry a vodivosť. A podobný zázrak sa deje vďaka tomu, že mníšky sú skromné, majú stabilné predstavy o štruktúre sveta, aktívnej životnej polohe a modlia sa v nádeji, že zmenia ľudí k lepšiemu.
Huther vysvetlil, že hlavným ničiteľom nervových buniek je stres, ktorý tiež potláča regeneračnú schopnosť mozgu. A prispieva k tomu harmónia so sebou samým. A toto radí profesor v tejto súvislosti: merať sny s realitou, vedieť si usporiadať život a neísť, ako sa hovorí, s prúdom, pochopiť zmysel života - aspoň ten svoj, mať silné sociálne väzby - dobré vzťahy s toľkými ľudia - najmä blízki.
A ďalej. Podľa Hutera nič nepomáha regenerácii nervových buniek viac ako problém, pre ktorý človek našiel riešenie. A aby problémy neboli príliš zaťažujúce, profesor odporúča niečo sa naučiť. Aj v starobe. Aby si zachovala chuť do života.
Rýchlosť regenerácie nervových buniek namerali švédski vedci z Karolinska Institute. Ukázalo sa, že môže dosiahnuť 700 nových neurónov denne.
Vedcom pomohli … pozemné jadrové testy, ktoré sa uskutočnili v 50. rokoch minulého storočia. Potom silne znečistili životné prostredie rádioaktívnym izotopom - uhlíkom-14. Jeho hladina ale klesla po tom, čo v roku 1963 bola zakázaná detonácia atómových bômb v atmosfére.
Nervové bunky ľudí, ktorí zachytili pozemné jadrové výbuchy, „nasávali“izotop vo zvýšenej koncentrácii. Je zabudovaný do reťazcov DNA. Vedci ho použili na takzvané rádiokarbónové datovanie živých tkanív. Uhlík-14 umožnil určiť vek buniek. A ukázalo sa, že oni - nervové bunky - sa objavili v rôznych dobách. To znamená, že spolu so starými, novými sa narodili.
Rovnako aj Kanaďania na Torontskej univerzite preukázali, že bunky srdcového svalu sú schopné regenerácie. Živá pumpa 25-ročného muža je schopná produkovať novorodené bunky v množstve až 1 percenta ročne z hmotnosti orgánu. Do veku 75 rokov produktivita „továrne“klesá na 0,45 percenta. Ale vôbec to nezmizne.
Prečo si ťažko pamätáme svoje detstvo?
Zdá sa, že kanadskí vedci z Neurobiologického laboratória v nemocnici pre choré deti v Toronte prišli na to, prečo si väčšina dospelých nepamätá, čo sa im stalo počas prvých troch rokov života.
„Nie je to tak, že deti si zle vytvárajú spomienky,“hovorí Katherine Akers, jedna z autoriek štúdie. Vytvarujú sa veľmi dobre. Keď mala moja dcéra 3 roky, vzal som ju do zoo. Podrobne rozprávala o všetkom, čo videla. Teraz má 5 rokov - vôbec si nepamätá, že bola v zoo.
Experimenty ukázali, že staré udalosti sú vymazané z pamäti. Vymazávajú sa pri zrode nových mozgových buniek.
Piť a byť inteligentnejší?
Tí istí švédski vedci prišli k prekvapivému záveru. Ak sa dá uveriť škandalóznym výsledkom ich nedávnych výskumov, z pravidelného pitia vyrastajú aj nové nervové bunky. Rastú nielen kdekoľvek, ale aj v hlave - zdá sa, že to je najviac zraniteľná časť tela alkoholikov.
Vedci sa však rozčuľujú, že nie všetko je také bezoblačné. Spolu s bunkami rastie aj túžba po alkohole. Vo švédskych experimentoch boli myši, konkrétne tie, ktoré boli napojené, skutočne obohatené o nervové bunky. Zároveň však začali uprednostňovať vodku pred vodou. Podľa profesora Stefana Brina, vedúceho výskumu, to vysvetľuje skutočnosť, že ľudia môžu pomerne rýchlo prejsť od mierneho požívania alkoholu k neobmedzenému alkoholu.