معضل پزشکی در قرن حاضر؛ در بیماری آلزایمر چه بر سر مغز میآید
در بیماری آلزایمر چه بر سر مغز میآید؟
مغز انسان دارای دهها میلیارد نورون (سلول عصبی) میباشد – سلولهای ویژهای که اطلاعات را توسط سیگنالهای الکتریکی و شیمیایی پردازش و منتقل میکنند. آنها پیامها را بین بخشهای مختلف مغز و همچنین از مغز به عضلات و سایر اندامهای بدن منتقل میکنند. بیماری آلزایمر در برقراری ارتباط بین نورونها اختلال ایجاد کرده و باعث از بین رفتن عملکرد و مرگ سلولی میگردد.
فرآیندهای بیولوژیکی اصلی در مغز
اکثر نورونها سه بخش اصلی دارند: یک جسم سلولی، چندین دندریت و آکسون.
جسم سلولی دارای هسته است که الگوی ژنتیکی در آن قرار گرفته و فعالیتهای سلول را هدایت و تنظیم میکند.
دندریتها ساختارهای شاخه مانندی هستند که از جسم سلولی انشعاب یافتهاند و اطلاعات را از سایر نورونها جمع آوری میکنند.
آکسون یک ساختار کابل مانند در انتهای جسم سلولی است که در جهت مخالف دندریتها قرار گرفته و پیامها را به نورونهای دیگر منتقل میکند.
عملکرد و بقای نورونها به چند فرآیند بیولوژیکی اساسی بستگی دارد:
ارتباط: نورونها همواره با سلولهای مغزی همسایه خودشان در تماس هستند. هنگامی که یک نورون سیگنالها را از سایر نورونها دریافت میکند، بار الکتریکی تولید میشود که در طول آکسون به حرکت درآمده و مواد شیمیایی منتقل کننده پیام عصبی را در شکافهای کوچکی به نام سیناپس آزاد میکنند. درست همانند کلیدی که در یک قفل قرار میگیرد، مولکولهای منتقل کننده پیامهای عصبی نیز به گیرندههای خاصی در دندریتها متصل شده و سپس به نورون مجاور انتقال مییابند. این فرآیند باعث ارسال سیگنالهای شیمیایی یا الکتریکی میشود که متعاقباً نورونهای دریافت کننده سیگنالها را یا تحریک و یا مسدود میکند. ارتباط غالباً بین شبکههای سلولهای مغزی رخ میدهد. دانشمندان در حقیقت تخمین میزنند که یک نورون در شبکه ارتباطی مغزی، ممکن است ۷۰۰۰ ارتباط سیناپسی با نورونهای دیگر داشته باشد.
متابولیسم: متابولیسم – تجزیه مواد شیمیایی و مواد مغذی در یک سلول – برای عملکرد و بقای یک سلول سالم ضروری است. سلولهای برای این کار نیاز به انرژی در فرم اکسیژن و گلوکز دارند که گردش خون در مغز را تامین میکند. مغز یکی از غنیترین ذخایر خونی را در میان سایر اندامها دارا میباشد و تا ۲۰ درصد از انرژی موجود در بدن انسان را مصرف میکند – بیشتر از هر اندام دیگری در بدن.
ترمیم: بازسازی و بازتولید – برخلاف بسیاری از سلولهای بدن که عمر نسبتاً کوتاهی دارند، نورونها برای مدت طولانی زنده میمانند. بنابراین نورونها باید همواره خود را حفظ و ترمیم نمایند. نورونها همچنین اتصالات سیناپسی خودشان را بسته به میزان تحریکی که از سایر نورونها دریافت میکنند، تنظیم یا بازسازی میکنند. برای مثال آنها ممکن است اتصالات سیناپسی را تقویت یا تضعیف نمایند، یا حتی ارتباط با یک گروه از نورونها را از بین ببرند و ارتباطات جدیدی را با یک گروه دیگر ایجاد کنند. مغزهای بالغ حتی ممکن است نورونهای جدیدی را نیز تولید کنند – فرآیند به نام نوروژنسیس (neurogenesis). بازسازی اتصالات سیناپسی و نوروژنسیس برای یادگیری، حافظه و شاید ترمیم مغز بسیار مهم است.
نورونها بازیگران اصلی سیستم عصبی مرکزی میباشند، اما برخی سلولهای دیگر نیز در عملکرد یک مغز سالم نقش ایفا میکنند. در حقیقت سلولهای گلیال (glial cells) بالاترین تعداد را در مغز دارند و تعدادشان با نسبت ۱۰ به ۱ از نورونها بیشتر است. این سلولها که در فرمهای مختلفی مانند میکروگلیا (microglia)، آستروسیت (astrocytes) و الیگودندروسیت (oligodendrocytes) وجود دارند، عملکرد و سلامتی مغز را بر عهده داشته و از آن پشتیبانی میکنند. به عنوان مثال میکروگلیا از نورونها در برابر آسیبهای فیزیکی و شیمیایی محافظت میکند و وظیفه پاکسازی مواد خارجی و باقی ماندههای سلولی از مغز را نیز دارد. برای انجام این کارها، سلولهای گلیال اغلب با رگهای خونی موجود در مغز همکاری میکنند. سلولهای گلیال و رگهای خونی باعث ایجاد تعادل در داخل مغز میشوند تا از عملکرد مغز در بهترین حالت اطمینان حاصل کنند.
بیماری آلزایمر چگونه بر مغز اثر میگذارد؟
مغز معمولاً در فرآیند پیری سالم تا حدودی کوچک میشود، اما به طور شگفت آوری تعداد زیادی از نورونها از بین نمیروند. با این حال در بیماری آلزایمر این آسیب گستردهتر میباشد، چرا که بسیاری از نورونها دیگر کار نمیکنند، ارتباط خودشان را با سایر نورونها از دست میدهند و در نهایت دچار مرگ میشوند. آلزایمر فرآیندهای حیاتی برای نورونها و شبکههای آنها را از جمله برقراری ارتباط، متابولیسم و ترمیم دچار اختلال میکند.
بیماری آلزایمر در وهله اول، نورونها و اتصالات بین آنها را در بخشهایی از مغز که مربوط به حافظه میشود مانند قشر انتورینال و هیپوکامپ از بین میبرند. سپس بر روی نواحی از قشر مغز که مسئول زبان، استدلال و رفتارهای اجتماعی میباشد اثر میگذارند. در نهایت بسیاری از نواحی دیگر مغز نیز دچار آسیب میشوند. فرد مبتلا به آلزایمر به تدریج با گذشت زمان، توانایی زندگی و عملکرد مستقل خود را از دست میدهد. در نهایت میتواند گفت این بیماری کشنده است. تصاویر گرافیکی از مغز که توسط کامپیوتر ساخته شدهاند به نواحی قشر مغزی، قشر آنتورینال و هیپوکامپ اشاره میکنند.
ویژگیهای اصلی مغز دچار آلزایمر کدامند؟
تغییرات مولکولی و سلولی بسیاری در مغز افراد مبتلا به آلزایمر رخ میدهد. زیر میکروسکوپ میتوان این تغییرات را بعد از مرگ در بافت مغزی مشاهده کرد. تحقیقات بر روی این که کدام تغییرات میتواند باعث بروز آلزایمر بشود و کدام یک منجر به بیماری نشود همواره در حال انجام هستند.
پلاکهای آمیلوئید
پروتئین بتا آمیلوئید که در بروز آلزایمر نقش دارد در چندین شکل مولکولی مختلف وجود دارد و بین نورونها تجمع پیدا میکند. این پروتئین از تجزیه یک پروتئین بزرگتر به نام پروتئین پیش ساز آمیلوئید حاصل میشود. تصور میگردد که یکی از آنها بتا – آمیلوئید ۴۲ باشد که بسیار سمی میباشد. در یک مغز دچار آلزایمر سطوح غیر طبیعی از این پروتئین به هم پیوسته و پلاکهایی را تشکیل میدهند که در میان نورونها اجتماع یافته و در عملکرد سلول ایجاد اختلال مینمایند. تحقیقات بر روی درک بهتر از نحوه بروز این اتفاق و این که اشکال مختلف بتا آمیلوئید در چه مرحلهای از بیماری آلزایمر تشکیل میشوند، همواره ادامه دارد.
تودههای نوروفیبریلاری
تودههای نوروفیبریلاری اجتماع غیر طبیعی پروتئینی به نام تاو هستند که درون نورونها اجتماعی مییابند. نورونهای سالم تا حدی توسط ساختارهایی به نام میکروتوبولها پشتیبانی میگردند که به هدایت مواد مغذی و مولکولهایی که از جسم سلولی به آکسون و دندریتها انتقال مییابد کمک میکنند. در نورونهای سالم، پروتئین تاو معمولاً به میکروتوبولها متصل شده و آنها را تثبیت مینماید. اما در بیماری آلزایمر، تغییرات شیمیایی غیر عادی باعث جدا شدن تاو از میکروتوبولها چسبیدن به مولکولهای تاو دیگر شده و سپس رشتههایی را تشکیل میدهد که به هم پیوسته و در داخل نورونها ایجاد توده میکنند. این تودهها سیستم انتقال پیام عصبی از نورونها را دچار اختلال کرده و از طرفی نیز به ارتباط سیناپسی بین نورونها آسیب میزنند.
شواهد در حال ظهور نشان میدهند که تغییرات مغزی مرتبط با آلزایمر ممکن است ناشی از یک تعامل پیچیده بین پروتئینهای غیر طبیعی تاو و بتا آمیلوئید در کنار برخی عوامل دیگر باشد. به نظر میرسد که تاو غیر طبیعی در مناطق خاصی از مغز که مسئولیت حافظه را برعهده دارد اجتماع مییابند. بتا آمیلوئید نیز به پلاکهایی در میان نورونها تبدیل میگردد. با رسیدن سطح بتا – آمیلوئید به نقطه اوج خود، تاو در سراسر مغز به سرعت انتشار مییابد.
التهاب مزمن
تحقیقات نشان میدهند که التهاب مزمن ممکن است به دلیل تجمع سلولهای گلیال به وجود بیاید که معمولاً برای کمک به مغز برای پاکسازی باقی مانده ضایعات سلولی اجتماع مییابند. یکی از انواع سلولهای گلیال، میکروگلیا میباشد که مواد زائد و سموم را از مغز سالم پاکسازی کرده و از بین میرود. در بیماری آلزایمر، میکروگلیا نمیتواند ضایعات، مواد زائد و پروتئینهایی نظیر پلاکهای بتا – آمیلوئید را از مغز پاکسازی کند. محققان در تلاش هستند تا دریابند چرا میکروگلیا در هنگام بیماری آلزایمر عملکرد حیاتی خودش را از دست میدهد.
یکی از محورهای مطالعه ما ژنی به نام TREM2 میباشد. TREM2 به طور معمول به سلولهای میکروگلیا گفته میشود که پلاک های بتا آمیلوئید را از مغز پاک کرده و به مغز برای مبارزه با التهاب کمک میکند. در مغز افرادی که این ژن به طور طبیعی عمل نمیکند، پلاکهایی بین نورونها ایجاد میشود. آستروسیتها (نوع دیگری از سلولهای گلیال) برای کمک به پاکسازی این پلاکها و سایر بقایای سلولی به جا مانده، سیگنالهایی را دریافت میکنند. این میکروگلیاها و آستروسیتها در اطراف نورونها جمع میشوند، اما نمیتوانند عملکرد پاکسازی ضایعات را به خوبی انجام دهند. علاوه بر این آنها مواد شیمیایی آزاد میکنند که منجر به التهاب مزمن گشته و به نورونهایی که باید از آنها محافظت کنند آسیب بیشتری وارد میکنند.
نقش عروق در بیماری آلزایمر
افراد مبتلا به زوال عقل به ندرت فقط تغییرات مرتبط با آلزایمر را در مغز خودشان دارند. آنها احتمالاً انواع مختلفی از مشکلات عروقی را نیز دارا میباشند – مشکلاتی که بر روی رگهای خونی تاثیر میگذارد، مانند رسوبات بتا – آمیلوئید در شریانهای مغزی، تصلب شرایین (سخت شدن شریانها) و سکتههای کوچک.
مشکلات عروقی ممکن است منجر به کاهش جریان خون و رسیدن اکسیژن به مغز شده و همچنین باعث شوند تا سد خونی مغزی که مغز را در مقابل عوامل مضر محافظت میکند و اجازه ورود گلوکز و سایر مواد ضروری مانند گلوکز را به مغز میدهد شکسته شده و آسیب ببیند. در یک فرد مبتلا به آلزایمر، سد خونی مغزی آسیب دیده از رسیدن گلوکز به مغز جلوگیری کرده و همچنین از پاکسازی پروتئینهای سمی بتا – آمیلوئید و تاو جلوگیری میکند. این امر منجر به بروز التهاب شده و مشکلات عروقی در مغز را افزایش میدهد. از آن جا که به نظر میرسد آلزایمر هم علت مشکلات عروقی و هم عارضه آن باشد، محققان به دنبال مداخلاتی برای برهم زدن این چرخه پیچیده و مخرب میباشند.
از بین رفتن اتصالات عصبی و مرگ سلولی
در بیماری آلزایمر، هنگامی که نورونها در سرتاسر مغز آسیب دیده و دچار مرگ میشوند، اتصالات بین شبکههای عصبی نیز ممکن است از بین رفته و بسیاری از مناطق مغزی شروع به کوچکتر شدن بکنند. این فرآیند در مراحل پایانی آلزایمر (که آتروفی مغزی نامیده میشود) گستردهتر بوده و باعث کاهش قابل توجه حجم مغز میگردد.