Celulele gliale și rolul lor în creier
Creierul este format în mare parte din neuroni, nu-i așa? Nu. Conține de nouă ori mai multe celule gliale comparativ cu numărul de neuroni. Timp de cincizeci de ani, neurologii au considerat că celulele gliale au un rol de susținere în raport cu neuronii: ele contracarează atacul agenților patogeni, mențin echilibrul ionic din jurul neuronilor și îi izolează de orice interferență electrică.
Cele mai recente studii arată însă că celulele gliale sunt foarte implicate în toate aspectele care au de-a face cu procesul asimilării informațiilor desfășurat la nivelul creierului. Și nu ne referim aici doar la faptul că celulele gliale „vorbesc” cu neuronii, ci și la comunicarea dintre ele însele, susținând și declanșând astfel procesele de reacție, de învățare și de rememorare în plan cerebral.
Înțelegerea sistemului de funcționare aferent celulelor gliale poate modifica substanțial reprezentarea noastră cu privire la activitatea creierului și a minții.
Comunicarea permanentă
Celulele gliale sunt de trei tipuri. Celulele microgliale din creier funcționează ca celule ale sistemului imunitar, protejând neuronii de contactul cu orice fel de intruși. Oligodendrocitele formează teci izolante de mielină în jurul axonilor care transportă semnalele de la un neuron la altul.
Astrocitele înconjoară neuronii, mai ales golurile, adică fantele sinaptice, în care moleculele semnal traversează spațiile vide infime dintre capătul axonului unui neuron și dendrita neuronului următor. Cercetările de ultimă oră demonstrează că astrocitele, cele mai numeroase dintre celulele gliale, îndeplinesc mai multe funcții distincte.
Și totuși, neuronii și celulele gliale diferă semnificativ în privința modalității de transmitere a informației. Neuronii transmit impulsuri electrice rapide, reprezentând așa-numitul potențial de acțiune. Astrocitele folosesc mesaje chimice, care sunt controlate de concentrațiile mai ridicate sau mai scăzute ale ionilor de calciu.
Densitatea sporită a acestora se răspândește de-a lungul celulei asemenea unui val de oameni care se revarsă spre tribune la un meci de baschet, iar destul de frecvent se propagă înspre astrocitele învecinate prin intermediul canalelor dintre celule. Deși sunt destul de diferite, cele două categorii de celule folosesc adesea aceleași tipuri de molecule pe post de mesageri.
Astrocitele afectează modul de semnalizare folosit de neuronii situați de-a lungul unui lanț și, folosind propria lor conexiune, ele influențează și modalitatea în care neuronii sunt activați în diferitele regiuni ale creierului. Cercetătorii consideră acum că astrocitele coordonează activitatea celulelor nervoase în diferitele regiuni ale creierului, în același timp, prin propagarea valurilor de ioni de calciu.
Indicii oferite de epilepsie
O modalitate de a analiza modul de comunicare caracteristic celulelor gliale constă în analizarea proceselor care au loc în timpul crizelor de epilepsie. Această stare se manifestă prin perturbări ocazionale bruște ale conștiinței sau prin convulsii și spasme incontrolabile.
În cadrul acestor episoade, neuronii dintr-o regiune a creierului se activează spontan, printr-o sincronizare completă. În unele cazuri, se activează doar unele celule. În altele însă, activarea neuronală se răspândește în regiuni ample ale cortexului cerebral. Procesul de activare poate fi foarte intens. Aceste adevărate furtuni de electricitate aduc temporar regiunile afectate ale creierului într-un punct mort. Dar cum se întâmplă asta?
Pentru a găsi un răspuns la întrebarea de mai sus, s-au analizat țesuturile provenind din hipocampusul pacienților epileptici. Hipocampusul este puternic implicat în instalarea și răspândirea crizelor, iar în cazul pacienților care suferă de epilepsie el poate fi îndepărtat chirurgical ca o formă radicală de tratament.
Efectuând experimente asupra acestei secțiuni subțiri detașate de hipocampus, cercetătorii au putut detecta fluxurile ionice care curg prin membranele astrocitelor individuale și au măsurat astfel activitatea canalelor de ioni individuali și a receptivității.
La nivelul unui creier sănătos, există în mod normal două tipuri distincte de astrocite: celulele de tip gluT și cele de tip gluR. Dar s-a descoperit că, într-o formă răspândită a epilepsiei ce afectează lobul temporal, numită scleroza hipocampusului, celulele de tip gluT lipsesc complet din hipocampus.
În cazul unui creier sănătos, aceste astrocite absorb glutamatul eliberat de neuroni și inhibă, așadar, stimularea prelungită a lor. Celulele de tip gluT conțin, de asemenea, conductori de potasiu în membrana celulară, care pot înlătura ionii de potasiu din spațiul intracelular, blocând astfel neuronii pentru ca aceștia să nu o ia razna.
S-a dovedit că astrocitele de tip gluT sunt conectate împreună la rețele lungi, care conțin sute de sinapse.
Funcționând împreună ca o rețea bine dezvoltată, celulele de tip gluT pot înlătura simultan moleculele și ionii din mai mulți neuroni, prin devierea lor către vasele de sânge de unde sunt redirecționate, blocând procesul hiperactiv de transmitere dintr-o anumită regiune cerebrală.
În orice caz, pierderea de celule de tip gluT din hipocampus previne îndepărtarea rapidă a moleculelor și ionilor cu rol de transmițători. În schimb, substanțele sunt colectate în jurul neuronilor, stimulându-i la maximum prea mult timp și amplificând astfel probabilitatea activării excesive.
O consecință ulterioară a pierderii de celule de tip gluT constă în faptul că neuronii ajung să fie privați de energie. La nivelul unui țesut sănătos, astrocitele absorb glucoza din sânge și o transformă în acid lactic, pe care îl folosesc neuronii pentru a genera energie. Lipsa de astrocite de tip gluT la pacienții care suferă de scleroza hipocampusului pare să diminueze în modul cel mai serios furnizarea unor substanțe nutritive către neuronii din acea regiune.
Astfel, se poate întâmpla ca formațiuni vaste de neuroni să fie stimulate în exces la instalarea unei crize epileptice, pentru ca apoi să se blocheze în masă, epuizate.
În ceea ce le privește, astrocitele de tip gluR sunt dotate cu receptori specializați, inclusiv pentru glutamat. Funcția exactă a acestor celule rămâne încă necunoscută. Deși acestea, asemenea astrocitelor de tip gluT, conțin canale de potasiu la nivelul membranelor, ele nu sunt conectate într-o rețea, astfel că nu pot înlătura ionii respectivi.
Pacienții care suferă de o formă de scleroză a hipocampusului au celule de tip gluR, dar densitatea canalelor de potasiu la nivelul membranelor celulare este semnificativ mai mică decât în creierul sănătos. În plus, receptorii de glutamat din aceste celule au un ritm de acțiune mult mai lent. Acest lucru le poate permite neuronilor să se activeze mai ușor, sporind ulterior riscul instalării unei crize de epilepsie.
O nouă patologie
Ceea ce nu știm încă este dacă deficiența sau modificările înregistrate la nivelul celulelor determină, de fapt, această formă de epilepsie sau sunt o consecință a ei.
Oricum ar sta lucrurile, putem trage concluzia că celulele gliale și neuronii cooperează destul de strâns.
Cercetările viitoare efectuate asupra problemelor de patologie la nivelul creierului vor trebui să ia în considerare nu numai activitatea neuronală, așa cum s-a procedat până acum, ci și activitatea specific glială.
Pentru a localiza mecanismele responsabile pentru anumite boli și disfuncționalități, cercetătorii trebuie să dezvolte o nouă înțelegere asupra modului în care celulele gliale, mai ales astrocitele, contribuie la procesarea informației. Doar atunci vor putea fi dezvoltate tratamente eficiente în direcția menționată.