Il fluido salato fluisce regolarmente attraverso il cervello per eliminare tossine e scorie, ma dopo un ictus, questo liquido inonda l'organo, affogando le sue cellule.
Il gonfiore nel cervello, noto come edema cerebrale, si verifica dopo l'ictus mentre l'acqua scorre nelle cellule cerebrali e nello spazio circostante. Per anni, gli scienziati hanno pensato che questo fluido in eccesso provenisse dal sangue, ma nuove prove suggeriscono che l'acqua proviene interamente da un'altra fonte: il fluido cerebrospinale ricco di sodio che permea il cervello. Questi risultati provengono sia da modelli di topi vivi che da tessuto umano.
I risultati, pubblicati il 30 gennaio sulla rivista Science, indicano potenziali trattamenti per attenuare il gonfiore nel cervello e migliorare il recupero dei pazienti dopo l'ictus.
Il ciclo di lavaggio è andato storto
Gli ictus si verificano quando un blocco collega un vaso sanguigno nel cervello o una nave si rompe completamente. Senza un'adeguata fornitura di energia, le cellule cerebrali non possono più controllare quali particelle passano attraverso le loro membrane. In pochi minuti, i neuroni si gonfiano come palloni da spiaggia troppo pieni e iniziano a cortocircuitare, accumulare danni e morire. Ore dopo, anche il tessuto strettamente tessuto che riveste i vasi sanguigni nel cervello, la barriera emato-encefalica, inizia a funzionare male e l'intero organo prende acqua.
"Per oltre 60 anni, la gente ha pensato che questo accumulo di liquido provenisse dal sangue" che trapelava attraverso la barriera emato-encefalica compromessa, ha affermato l'autore principale dello studio Dr. Humberto Mestre, un clinico e attuale studente di dottorato presso il Centro medico dell'Università di Rochester ( URMC) Centro di neuromedicina traslazionale. Ma l'edema cerebrale insorge molto prima che la barriera emato-encefalica si rompa, portando Mestre e i suoi colleghi a chiedersi se l'acqua provenga da qualche altra parte.
"Nessuno aveva esaminato queste fonti fluide alternative", ha detto Mestre. Il liquido cerebrospinale, che costituisce circa il 10% del fluido presente nella cavità cranica dei mammiferi, si è distinto come candidato promettente, ha aggiunto.
Nel cervello, il fluido cerebrospinale fluisce attraverso il sistema glymphatic, una rete di tubi che si snoda lungo percorsi scavati dalle vene e dalle arterie dell'organo, secondo un rapporto del 2015 sulla rivista Neurochemical Research. Il fluido scorre appena fuori dai vasi sanguigni, trattenuto da un "tunnel a forma di ciambella" di cellule. (Immagina una lunghezza di filo, che rappresenta un'arteria, appoggiata all'interno di un tubo di gomma, che si comporta come il tunnel esterno riempito di liquido.) Mentre i muscoli lungo le arterie si contraggono, il liquido cerebrospinale vicino viene spinto lungo il suo percorso e raccoglie i rifiuti metabolici la via. Oltre a eliminare la spazzatura, il sistema glymphatic può anche aiutare a distribuire grassi, zuccheri e altri composti importanti all'interno del cervello.
Sebbene cruciale in un cervello sano, all'indomani di un ictus, il sistema glyphhatic va in tilt e guida l'insorgenza di edema, Mestre e i suoi coautori hanno scoperto. "Il liquido cerebrospinale è in realtà il principale fattore di gonfiore subito dopo l'ictus", ha detto Mestre.
Rimanere il diluvio
Il ruolo del liquido cerebrospinale nell'ictus ha eluso gli scienziati per decenni, in parte, perché non esisteva alcuna tecnologia per osservare un ictus che si svolgeva in tempo reale, ha detto Mestre.
Lui e i suoi coautori hanno combinato diverse tecniche per osservare il cambiamento nel flusso di fluidi nei topi che hanno avuto un ictus. Il team ha esaminato il cervello degli animali utilizzando sia la risonanza magnetica che un microscopio a due fotoni, che utilizza sostanze chimiche luminose e fluorescenti per l'immagine dei tessuti viventi. "Possiamo fondamentalmente immaginare cosa sta facendo il liquido cerebrospinale mentre si verifica l'ictus", ha detto Mestre. Infondendo il fluido con particelle radioattive, i ricercatori hanno anche potuto determinare come la portata è cambiata nel tempo.
Usando questi metodi, il team ha stabilito che l'edema prende il cervello del topo "già 3 minuti" dopo l'ictus, molto prima che la barriera emato-encefalica iniziasse a perdere, ha detto Mestre. Come cortocircuito delle cellule cerebrali, emettono messaggeri chimici noti come neurotrasmettitori e potassio nello spazio oltre le loro membrane. Le cellule vicine reagiscono all'afflusso di sostanze chimiche e, a loro volta, a corto circuito. Mentre queste tempeste elettriche attraversano il cervello, i muscoli all'interno dei vasi sanguigni si contraggono e creano una sacca di spazio tra loro e il sistema glyphhatic circostante. Il liquido cerebrospinale salato viene aspirato nel vuoto risultante, trascinando con sé molecole d'acqua.
"Ovunque si accumuli sodio, l'acqua la seguirà", ha detto Mestre. Il team ha potuto osservare questo gioco di follow-the-leader svolgersi in determinate aree del cervello, ma non è stato in grado di monitorare contemporaneamente il flusso d'acqua nell'intero organo. Usando un modello al computer per simulare l'intera rete glicifatica, tuttavia, sono stati in grado di prevedere in che modo restringere i vasi sanguigni avrebbe guidato il flusso di acqua attraverso un intero cervello del mouse dopo l'ictus.
Per collegare i punti tra topi e umani, gli autori hanno esaminato il tessuto cerebrale dei pazienti deceduti per ictus ischemico, in cui un coagulo di sangue blocca un vaso sanguigno nel cervello. Il mouse e il cervello umano hanno accumulato fluido nelle stesse regioni, in particolare le aree attraverso le quali il sistema glyphhatic scorre e raccoglie i rifiuti. Data la forte correlazione tra animali e persone, "questi risultati potrebbero fornire una base concettuale per lo sviluppo di strategie di trattamento alternative", hanno osservato gli autori.
Il team ha testato una di queste strategie nei topi bloccando un canale idrico su astrociti, cellule del cervello che aiutano a dirigere l'acqua attraverso il sistema glymphatic. I topi che mancavano del canale erano più lenti a sviluppare edema dopo l'ictus, suggerendo che un trattamento simile potrebbe mostrare risultati promettenti nei pazienti umani. Oltre a bloccare il flusso d'acqua, i futuri trattamenti potrebbero potenzialmente prevenire l'edema rallentando la diffusione dell'attività elettrica indotta da ictus nel cervello, hanno aggiunto gli autori. Queste tempeste elettriche continuano a colpire il cervello per giorni dopo l'ictus, incitando l'edema ogni volta che si verificano.
Le onde dannose dell'attività elettrica osservate nell'ictus ischemico appaiono anche in concerto con "praticamente ogni lesione", ha detto Mestre. Il nuovo studio suggerisce che il sistema glymphatic può svolgere ruoli in condizioni in cui vi è sanguinamento dentro e intorno al cervello, trauma cranico e persino emicrania, sebbene tali connessioni rimangano "puramente speculative". Un giorno, il sistema glymphatic potrebbe offrire ai medici una strategia completamente nuova per il trattamento delle lesioni cerebrali acute, ha detto Mestre.
