人体各组织器官的排毒,去除新陈代谢后产生的废物,是通过将遍布各处的淋巴系统作为下水管道来完成排污功能的。但是在中枢神经系统(大脑和脊髓),并没有发现有淋巴系统的分布.大脑的能量需求是其他组织的十倍.大量的大脑代谢产生的生物垃圾又该如何来排除呢?大脑的排污系统是如何分布和运作的呢?这些问题长时间一直没有搞清楚.
没搞清楚的难度在于,科学家需要有完整的,可以正常工作的活大脑为研究对象,直接观察到脑脊髓液的流动情况.一旦大脑失去正常功能,大脑内的流动体系也将停滞,无法用于研究.
近来,美国罗切斯特大学Nedergaard博士的团队通过运用了一种新技术,双光子荧光显微镜,来观察老鼠的大脑.由于使用了多光子吸收,背景信号可以被更有效地抑制掉,这种显微技术可以观察到活体组织的深度达到一厘米.他们先在老鼠的脑脊髓液中注入荧光标记,然后观察和跟踪标记的流动情况.其研究结果第一次明确地显示出大脑的下水道排污系统的分布和运作情况.
1.大脑排污管道的分布和走向是依附着动脉和静脉血管的走向平行而行,大脑脊髓液沿着动脉周边的间隙流动,通过大脑软组织,一路收集代谢垃圾,再经过静脉周边间隙,输送并汇入颈部淋巴系统,最终废物通过肾脏的过滤或肝脏的进一步降解后排出体外.
2.大脑脊髓液的流动力来自于流动所经过区域的脑星形胶质细胞(glial cell,astrocytes).这些细胞在增高的去甲肾上腺素(Noradrenaline)的控制下,发生缩小和膨胀的体积改变,用以驱使大脑脊髓液的流动.
3.在老鼠失去知觉的情况下,入睡或者麻醉,注入大脑脊髓液的荧光标记流动迅速.反之,在老鼠清醒时,标记几乎不移动.
4.老年痴呆症发病的一大原因是大脑排毒不畅.病患者的大脑不同程度地呈现有beta-淀粉样蛋白有毒斑块的沉积.研究人员特别针对beta-淀粉样蛋白的排出过程进行了仔细观察,得到的结果与普通荧光标记流动排出结果相类似.老鼠在入睡或者麻醉时可以迅速排出beta-淀粉样蛋白.反之,在老鼠清醒时,beta-淀粉样蛋白的排出基本停滞.另外,研究人员还发现,老鼠在失去知觉时的体位会直接影响到排毒的效率.侧躺比仰卧的排毒效率较高.
5.为什么老鼠只有在失去知觉时大脑才能够排毒呢?研究人员给出的答案是,他们观察到,在老鼠失去知觉时,大脑细胞之间的缝隙空间增大了60%,这就使得体积较大的代谢废物能够在这个时间段穿过细胞间隙,跟随大脑脊髓液的流动而排出体外.
这篇研究报告清楚地向我们显示出,睡眠对大脑排毒或者说大脑健康的重要性.同时也进一步解释了为什么这么多种的疾病,诸如失忆症,老年痴呆症,抑郁症等等,都始于或与睡眠失调密切相关.如果大脑得不到足够的时间来排毒,来吐故纳新,轻则导致大脑的某些功能减退,重则大脑细胞被排不出去的大量生物废料所围困,最后中毒身亡.老年痴呆症患者多数伴有大脑萎缩的情况,实际上就是大量的脑细胞死亡后导致的脑腔空洞.虽然诱发大脑细胞死亡有诸多原因,但这其中大脑的排毒不畅显然是一个不可忽视的重要原因.
Louveau,A., et al. (2015) Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature, 523, 337-41. DOI: 10.1038/nature14432
