Kitobni o'qish: «Мозг долгожителя. 7 шагов к ясности ума, крепкой памяти и устойчивому вниманию»
Наука молодости. Книги ученого-биолога Алексея Москалева
Во внутреннем оформлении использованы иллюстрации:
Jeniffer Fontan, HamjaIU / Shutterstock / FOTODOM Используется по лицензии от Shutterstock / FOTODOM
Внимание! Информация, содержащаяся в книге, не может служить заменой консультации врача. Необходимо проконсультироваться со специалистом перед любыми рекомендуемыми действиями.
© Москалев А. А., текст, 2024
© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2024
Отзывы
Уважаемые коллеги и любознательные читатели! С огромным удовольствием представляю вам новую книгу Алексея Москалева.
Алексей Александрович Москалев – известнейший российский ученый, работающий в области молекулярной биологии, биохимии и физиологии старения, член-корреспондент РАН. Мы не раз совместно участвовали в различных конференциях и образовательных проектах, посвященных профилактике и лечению возрастных изменений нашего организма. И я всегда был впечатлен, с одной стороны, глубиной и фундаментальностью, с другой – практической приложимостью той информации, которую он озвучивал.
Руководя масштабными научными исследованиями Алексей Александрович ухитряется значительное время посвящать просветительской деятельности в области геронтологии. И делает это очень качественно и доступно – о чем свидетельствуют сотни тысяч просмотров его выступлений и подкастов.
Но книга – это другой жанр, и здесь можно гораздо серьезнее осветить многие ключевые аспекты процессов старения; предложить читателю ту информацию и ту логику, которую в устном докладе или беседе в принципе невозможно выстроить.
Вот почему новая книга А. А. Москалева – это важное событие и весомый вклад в профилактику старения мозга. Она представляет собой синтез последних достижений нейронауки и геронтологии.
Наш мозг – невероятно сложная система, и поддержание его здоровья требует комплексного подхода. Исходя из этого, автор книги предлагает нам рассмотреть когнитивное здоровье через призму нескольких ключевых факторов. Это и наука о влиянии питания на наш организм («нутрициология»), и наука о движении («кинезиология»), и когнитивная психология. По ходу повествования рассматриваются стратегии молекулярной, клеточной и системной нейропластичности – способности мозга изменяться, адаптироваться, а в итоге становиться эффективнее, позитивнее и моложе.
Очень важно то, что книга не ограничивается теорией. В ней представлены конкретные методики оптимизации различных когнитивных функций. Регулярная стимуляция нейронных связей, противовоспалительный режим питания, стресс-менеджмент, здоровый сон – все это способствует их развитию и укреплению, в том числе, в возрастном аспекте.
Отдельно хочу отметить четкость и легкость изложения. Алексей Александрович смог преподнести сложные концепции в форме, вполне доступной самой широкой аудитории. С другой стороны, любой профессионал тоже сможет найти здесь много интересного и полезного. Меня, например, особенно увлек раздел, посвященный биомаркерам старения мозга.
Таким образом, книга, которую вы сейчас держите в руках – это не просто текст, но своего рода практическое руководство, важное в нашей повседневной жизни. Она предоставляет читателям конкретные инструменты для поддержания когнитивных функций (внимание, память, мышление, речь) на оптимальном уровне. И это чрезвычайно значимо в свете увеличения стресса и информационной нагрузки, а также роста продолжительности жизни в современном мире.
Рекомендую эту книгу всем, кто интересуется работой нервной системы, наших нейросетей и хотел бы применить знания науки XXI века для улучшения качества своей жизни.
Помните: мозг человека пластичен, и мы способны (и даже обязаны) влиять на его состояние и функции в любом возрасте!
Вячеслав Дубынин, доктор биологических наук, нейрофизиолог, профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, автор блога «Дубынин о мозге»
* * *
Дорогие читатели, хочу поделиться с вами впечатлениями об этой книге.
Когда прочитал ее в первый раз, сразу понял: это то, что нужно всем в современном мире.
Представьте себе, что ваш мозг – это сад. Чтобы он цвёл и плодоносил, чтобы в нем не росли сорняки, за ним нужно ухаживать. Эта книга – словно советы мудрого садовника, который делится секретами, как сделать «мозговой сад» и вечнозелёным, и цветущим.
Автор, знаменитый не только на всю Россию, но и известный во всем мире, биогеронтолог Алексей Москалев, доктор биологических наук, показывает целую систему ухода за нашим главным органом. Здесь и про «удобрения» (правильное питание), и про «полив» (физическая активность), и про «прополку» (управление стрессом). А какие чудесные «семена» он предлагает посадить – упражнения для памяти и внимания!
Что меня особенно порадовало? Книга написана так, как будто идет неторопливая дружеская беседа. Всё разложено по полочкам – просто и понятно. Но при этом чувствуется глубина и научная основа.
Эта книга – настоящий подарок для вас. Это, как если бы мы получили ключи от машины времени, которая поможет сохранить молодость мозга. Не упустите этот шанс!
Наш мозг – это наше будущее. Удачи на пути к когнитивному здоровью!
Михаил Гаврилов, врач-психиатр, психотерапевт, кандидат медицинских наук, врач превентивной и антивозрастной медицины (PreventAge), эксперт Университета образовательной медицины, автор блога doctor_gavrilov
* * *
Дорогие друзья!
Эта книга – настоящий подарок для всех, кто хочет сохранить ясность ума и остроту мышления на долгие годы. Она одинаково полезна и новичкам в вопросах медицины, и коллегам-докторам, которым полезно повторять забытые знания. Я, как врач, могу с уверенностью сказать: здесь собраны самые передовые и эффективные методики для поддержания когнитивного здоровья.
Наш мозг – удивительный орган. Он может оставаться молодым и активным даже тогда, когда тело начинает сдавать позиции. И эта книга – ваш личный инструктор по “фитнесу для мозга”!
Автор очень доступно объясняет сложные нейробиологические процессы и предлагает простые, но действенные упражнения для тренировки памяти, внимания и мышления.
Здесь вы найдете советы по питанию, физической активности и управлению стрессом – всему тому, что напрямую влияет на работу нашего главного “процессора”. Очень доступно предподнесена анатомия мозга. Можно, не открывая анатомический атлас, представить себе строение мозга.
Особенно меня порадовало, что все рекомендации основаны на серьезных научных исследованиях. Никакой воды и пустых обещаний – только проверенные факты и методики.
Друзья, помните: наше здоровье – в наших руках. И эта книга – отличный помощник в заботе о самом главном органе нашего тела. Читайте, практикуйте и будьте здоровы!
Зухра Павлова, эндокринолог, старший научный сотрудник МНОИ МГУ им. М.В. Ломоносова, автор блога doctorpavlova, доктор медицинских наук
Введение
Мозг – это невероятно сложный, энергозатратный (но по сравнению с любой человеческой техникой поразительно энергоэффективный!) и хрупкий инструмент, который позволяет нам думать, чувствовать, творить и познавать мир. Но, как и все органы, мозг подвержен старению. С возрастом в нем происходят изменения, которые могут приводить к снижению рабочей и кратковременной памяти, внимания, скорости мышления. Однако старение мозга – это не приговор, а процесс, на который мы можем влиять. Современная наука активно изучает механизмы старения мозга и ищет способы его предотвращения или замедления.
Что же происходит в мозге с возрастом? Одним из основных механизмов является накопление повреждений в его клетках – нейронах. Эти повреждения могут быть вызваны окислительным стрессом (избыточным образованием свободных радикалов, повреждающих структуры клетки), воспалением (это «пожарная тревога», способная зародиться практически в любом месте организма и призывающая иммунные клетки на борьбу с инфекцией или повреждением тканей), нарушением работы митохондрий – энергетических станций клетки. Со временем в мозге также накапливаются токсичные белки, такие как бета- амилоид и тау-белок, которые могут приводить к гибели нейронов. Кроме того, снижается эффективность работы нейромедиаторных систем, отвечающих за передачу сигналов между нейронами. Изнашивается и становится жестким каркас нервной ткани – внеклеточный матрикс.
Но не стоит отчаиваться – мозг обладает удивительной способностью к адаптации и восстановлению. У пожилых людей функции поврежденных структур мозга нередко подхватывают другие его участки. Современные исследования показывают, что мы можем помочь стареющему мозгу. Одним из наиболее перспективных направлений является изучение того, какую роль в поддержании здоровья мозга играет образ жизни. Оказывается, то, как мы живем, питаемся, двигаемся, думаем и общаемся, может оказывать значительное влияние на процессы старения мозга.
Так, регулярная физическая активность способствует улучшению кровоснабжения мозга, стимулирует образование новых нейронов и укрепляет связи между ними. Правильное питание, богатое полифенолами, Омега‑3 жирными кислотами и витаминами группы В, может защищать мозг от стресса и воспаления. Интеллектуальная активность и обучение на протяжении всей жизни помогают поддерживать когнитивный резерв мозга и компенсировать возрастные изменения. Управление стрессом и поддержание социальных связей также важны для эмоционального и когнитивного благополучия.
Но образ жизни – это только часть стратегии. Ученые также активно исследуют потенциал различных терапевтических подходов для профилактики и лечения возрастных изменений мозга. Некоторые из наиболее многообещающих направлений включают:
– нейропротекторные препараты, защищающие нейроны от повреждений и стимулирующие их рост и восстановление;
– иммунотерапию, направленную на удаление из мозга токсичных белков, таких как бета-амилоид и тау-белок. Это могут быть вакцины или антитела, специфически связывающие и нейтрализующие эти белки;
– генную терапию, позволяющую доставлять в мозг гены, кодирующие факторы роста, нейропротекторные белки или ферменты, улучшающие работу митохондрий, активирующие аутофагию (самоочищение клетки от накопившегося мусора);
– стволовые клетки, способные превращаться в новые нейроны (и поддерживающие их глиальные клетки), заменяя погибшие клетки и восстанавливая функции мозга. Исследуются как стволовые клетки пациента, так и эмбриональные, а также индуцированные плюрипотентные стволовые клетки;
– нейромодуляцию, использующую электрическую или магнитную стимуляцию для изменения активности определенных зон мозга и улучшения когнитивных функций. Примерами являются транскраниальная магнитная стимуляция и транскраниальная стимуляция постоянным током.
Конечно, все эти подходы находятся на разных стадиях исследований – от доклинических моделей до клинических испытаний на людях. И не все из них могут оказаться эффективными и безопасными в долгосрочной перспективе. Но сам факт такого интенсивного научного поиска вселяет надежду, что в будущем мы сможем более эффективно противостоять старению мозга и сохранять ясность ума до глубокой старости.
Однако не стоит ждать волшебной таблетки. Уже сегодня можно начать заботиться о здоровье мозга, формируя полезные привычки и поддерживая интеллектуальную активность на протяжении всей жизни. Ведь мозг – самый ценный ресурс человека, и инвестиции в его здоровое долголетие – это инвестиции в будущее. Немногие согласятся на долголетие, если оно будет омрачено нейродегенеративными изменениями личности.
Старение мозга – сложный и многофакторный процесс, который мы только начинаем понимать. Но с каждым годом наука открывает все новые возможности для профилактики и терапии возрастных изменений мозга. И хотя до победы над старением еще далеко, у нас есть все основания смотреть в будущее с оптимизмом и надеждой. Ведь мозг – это не просто орган, а воплощение личности, творческого потенциала и человечности. Правильное функционирование мозга обеспечивает адаптивные возможности и успех в любой деятельности, поэтому профилактика возрастных изменений головного мозга определяет долголетие и качество жизни. И сохранить его здоровье и ясность – пожалуй, одна из самых важных задач медицины XXI века. Как говорил классик, «если что-то и стоит делать, так только то, что принято считать невозможным».
Надо признать, что мы еще многого не знаем о функциональном устройстве мозга. Мозг – это не просто биологический аналог компьютера. Хотя между ними есть определенные сходства в плане обработки и хранения информации, выполнения программ, мозг обладает рядом уникальных свойств, которые выходят за рамки простой вычислительной машины.
Действительно, даже мозг простейших животных способен не только реагировать на стимулы, но и формировать цели, мотивации, модели поведения. Это свидетельствует о том, что эволюция наделила мозг способностью к самоорганизации и самопрограммированию, выходящей за рамки простых рефлексов и инстинктов.
В отличие от компьютера, где аппаратная часть (процессор, память) отделена от программной (софт), в мозге эти компоненты неразрывно связаны. Нейронные сети одновременно являются и «железом», и «программами». Они способны перестраивать свою структуру и менять принципы работы в зависимости от опыта и обучения. Можно сказать, что мозг постоянно программирует сам себя.
Более того, разные отделы мозга функционируют не изолированно, а в тесном взаимодействии, обмениваясь информацией и влияя друг на друга. Слаженная работа примерно 86 миллиардов нейронов, каждый из которых может формировать тысячи и даже десятки тысяч контактов с другими, рождает такие свойства психики, как сознание, эмоции, воображение, интуиция, инсайты – то, что пока недоступно даже самым продвинутым нейросетям и ИИ.
Кстати, придание машинам способности к автономному целеполаганию, самообучению и саморазвитию сделает их поведение непредсказуемым и, возможно, неподконтрольным человеку. Это ставит серьезные этические и экзистенциальные вопросы о будущем взаимодействии естественного и искусственного интеллекта.
Но пока даже самые совершенные творения инженерной мысли лишь отдаленно воспроизводят отдельные функции мозга. Чем больше мы узнаем о работе этого удивительного органа, тем больше поражаемся его сложности, пластичности и потенциалу к развитию. Постижение принципов организации мозга – одна из главных научных задач. И каждое новое открытие в этой области приближает нас к пониманию природы человеческого разума и сознания.
В этой книге мы рассмотрим, как устроена память, сознание, эмоции и каким образом на них сказывается возраст. Как задержать старение мозга или обратить его вспять? Как научиться контролировать себя, в том числе управлять состоянием стресса? Как побороть бессонницу, депрессивное расстройство, головную боль, повысить продуктивность мозга и качество жизни, отсрочить или отменить деменцию? Как преодолеть неуверенность и лень на пути к практическому применению знаний о здоровье мозга?
Не сомневаюсь, что эта книга позволит прочитавшим ее сформировать эффективную личную стратегию здорового долголетия мозга и овладеть методами, которые помогут претворению этих знаний в жизнь.
Моя задача не просто поделиться знаниями, но и мотивировать вас на заботу о своем мозге прямо сейчас. Ведь чем раньше вы начнете, тем больше шансов сохранить ясность ума в зрелом возрасте. Так что не откладывайте на завтра то, что можно сделать сегодня – читайте эту книгу и применяйте полученные знания на практике. Мозг скажет вам спасибо!
Глава 1
Устройство и функции мозга
Функциональное устройство мозга человека
Головной мозг – это настоящий шедевр природы, кто-то даже считает, что это самый сложно устроенный объект во всей известной Вселенной. И мы не до конца понимаем, как он работает настолько эффективно и продуктивно! Это управляющий центр всего человеческого организма. Не просто анатомическая структура, но и загадочный орган, не вполне понятным образом отвечающий за наши мысли, чувства, воспоминания, а также за то, как мы воспринимаем мир вокруг себя. Давайте погрузимся в удивительный мир строения и функционирования головного мозга, чтобы понять, как его ключевые отделы влияют на поведение человека и как они взаимодействуют друг с другом.
Строение клеток и ткани мозга
Многие профилактические меры, о которых будет рассказано далее, связаны с процессами на клеточном уровне, поэтому уделим немного внимания тому, как устроена клетка и ее жизненный цикл.
Представьте себе клетку как маленький город, где каждая часть играет свою роль. Она окружена стеной – клеточной мембраной, которая защищает ее и контролирует, что может войти и выйти. Внутри клетки находится цитоплазма – это как улицы города, по которым передвигаются различные строительные материалы и «рабочие».
Мозг – самый сложный орган в человеческом теле.
Одни из главных «рабочих» в клетке – митохондрии. Это электростанции, которые производят энергию для всех процессов в клетке. Они перерабатывают питательные вещества в своего рода энергетическую валюту – молекулы АТФ и НАД+, которые клетка использует для своей жизнедеятельности.
Но кто решает, какие «рабочие» нужны клетке в данный момент? За это отвечает экспрессия генов – процесс, при котором информация, закодированная в ДНК, переводится в белки. Это как инструкции для клетки, какие «специалисты» ей требуются.
Главные «менеджеры» экспрессии генов – факторы транскрипции. Это особые белки, которые находят нужные гены в ДНК и включают их, чтобы началось производство белков. Они как начальники, которые решают, какие цеха на заводе должны работать.
Но факторы транскрипции не всегда активны, а только в нужный момент. Их работа регулируется киназами – «надзирателями». Они, чтобы поменять статус факторов транскрипции, прикрепляют к ним «включатели» и «выключатели» – фосфатные группы. Так клетка может быстро реагировать на сигналы извне и изнутри, подстраивая работу генов под текущие нужды.
Интересно, что митохондрии имеют собственную ДНК, отличную от ДНК в ядре клетки. Ученые считают, что когда-то давно митохондрии были самостоятельными бактериями, которые «поселились» внутри других клеток. Со временем они стали жизненно необходимы друг для друга и теперь не могут существовать отдельно.
Митохондрии способны делиться, сливаться и распадаться на части. Это помогает клетке регулировать их количество и распределение. Когда клетке нужно больше энергии, митохондрии делятся и становятся многочисленнее. А если какие-то митохондрии повреждены, они сливаются с другими и обмениваются «запчастями для ремонта».
Сама клетка тоже может делиться – это как строительство новых городов. Перед делением клетка удваивает свою ДНК и органеллы, а затем распределяет их между двумя новыми клетками. Так организм растет и обновляется. Кстати говоря, взрослые нейроны делиться не могут, они появляются из особых стволовых клеток, количество которых закладывается еще на эмбриональной стадии развития. По мере взросления и старения организма запасы нейрональных стволовых клеток необратимо расходуются.
Но иногда клетки должны самоликвидироваться для блага организма. Это называется апоптоз – запрограммированная клеточная смерть. Во время апоптоза клетка аккуратно разбирает себя изнутри и посылает сигналы иммунным клеткам, чтобы те ее утилизировали. Так организм избавляется от старых, поврежденных или ненужных клеток, предотвращая воспаления и развитие рака. В отличие от деления, нейроны способны к апоптозу, который, по-видимому, играет важную роль в старении мозга, и не всегда желательную.
Получается, клетка – это целый микромир со своими жителями, архитектурой и правилами. Мембрана, цитоплазма, митохондрии и другие части клетки слаженно работают, чтобы поддерживать ее жизнь и функции. А процессы экспрессии генов, деления и апоптоза позволяют клетке адаптироваться, расти, размножаться и обновляться, и жертвовать собой на благо нашего тела.
Мозг представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из множества различных типов клеток, которые тесно взаимодействуют друг с другом, обеспечивая выполнение разнообразных функций мозга.
Основными клетками мозга являются нейроны и глиальные клетки.
Нейроны – это функциональные единицы нервной системы, которые генерируют и передают электрические и химические сигналы. Именно благодаря работе нейронов возможны такие сложные процессы как мышление, память, обучение, управление движениями.
Нейрон состоит из тела клетки (сомы), где находится управляющий центр – ядро с генетическим материалом, а также из многочисленных отростков, отвечающих за коммуникации нейронов. Длинный отросток называется аксоном. По нему электрический импульс передается от тела нейрона к другим клеткам (не только другим нейронам, но и мышечным, и эндокринным). Более короткие и разветвленные отростки – это дендриты. Они принимают сигналы от аксонов других нейронов. Место контакта аксона одной нейрональной клетки с дендритом другой называется синапсом. В этой точке происходит химическая передача сигнала между нейронами с помощью особых веществ – нейромедиаторов.
В мозге насчитывается около 86 миллиардов нейронов. Они образуют сложные сети, по которым распространяется нервная активность, обеспечивающая функционирование мозга. Нейроны крайне разнообразны по форме, размерам, типам нейромедиаторов, которые они используют, и функциям, которые они выполняют.
Однако нейроны не могли бы полноценно работать без поддержки глиальных клеток. Глия составляет около половины объема мозга. Долгое время ее считали просто опорной тканью для нейронов (отсюда название «глия» – в переводе с греческого «клей»). Но постепенно выяснилось, что глиальные клетки играют важнейшую роль в развитии и функционировании мозга.
Существует несколько основных типов глии:
Астроциты – самый многочисленный тип, звездообразные клетки. Они выполняют опорную и трофическую функции для нейронов – снабжают их питательными веществами и регулируют их микроокружение. Астроциты участвуют в формировании гематоэнцефалического барьера (сито, разделяющее кровоток и ткань мозга), регулируют кровоток в мозге в зависимости от нервной активности (вызывая «приливы» крови к местам наибольшей активности в данный момент). Также астроциты влияют на передачу сигналов в синапсах, участвуют в обучении и памяти.
Олигодендроциты – клетки с небольшим телом и многочисленными отростками. Они образуют миелиновую оболочку вокруг аксонов в центральной нервной системе (ЦНС). Миелин служит электрическим изолятором и значительно увеличивает скорость проведения нервных импульсов по аксонам. Благодаря миелину возможна быстрая передача сигналов между отделами ЦНС. В молодости у человека происходит активное образование миелина вокруг нейронов мозга. Однако при старении организма миелин истончается и фрагментируется, отчего скорость проведения нервного импульса падает. Это связано со старением как раз олигодендроцитов. Яркий пример быстрого разрушения миелина – рассеянный склероз, при котором иммунная система по невыясненным причинам начинает атаковать собственную миелиновую оболочку, принимая ее за чужеродный агент.
Микроглия – резидентные иммунные клетки мозга. Они возникли из предшественников-макрофагов, очутившихся за гематоэнцефалическим барьером еще на заре эмбрионального развития. Они поглощают погибшие клетки, продукты их распада и другие потенциально вредные агенты, защищая мозг от повреждений. При патологических процессах микроглия активируется первой, запуская воспалительную реакцию. Помимо иммунной защиты, микроглия участвует в развитии мозга – формировании и удалении синапсов.
Эпендимные клетки выстилают желудочки мозга и центральный канал спинного мозга. Они участвуют в продукции, циркуляции и утилизации спинномозговой жидкости, которая служит гидравлической подушкой и средой для циркуляции питательных веществ и сигнальных молекул внутри мозга.
Нейроны и глия тесно взаимодействуют, образуя функциональные нейроглиальные ансамбли. Например, астроциты оплетают своими отростками синапсы и регулируют концентрацию нейромедиаторов и ионов в синаптической щели, влияя на передачу нервного импульса. Олигодендроциты обеспечивают метаболическую поддержку и электроизоляцию для аксонов. Микроглия, реагируя на патологические стимулы, высвобождает цитокины и другие сигнальные молекулы, влияющие на функцию нейронов, способствует удалению и образованию нейронных синапсов.
Все клетки мозга погружены в особую комфортную среду, внеклеточный матрикс (ВКМ). Это сеть из структурных и сигнальных молекул, которая заполняет пространство между клетками и обеспечивает их механическую поддержку, влияет на миграцию, деление и дифференцировку (взросление, специализацию) клеток в ходе развития.
ВКМ мозга включает в себя три основных компонента:
1. Гиалуроновая кислота – длинные линейные углеводные цепочки, образующие насыщенный водой гель, который служит основой матрикса.
2. Протеогликаны – особые белки с присоединенными к ним цепочками углеводов (глюкозаминогликанами). Они обеспечивают структурную целостность, удерживают воду, служат депо для факторов роста и других биоактивных молекул. Основные протеогликаны ВКМ мозга – это хондроитинсульфаты (версикан, бревикан, нейрокан, аггрекан) и гепарансульфаты (перлекан, агрин).
3. Фибриллярные (образующие длинные вытянутые нити) белки – коллаген, фибронектин, ламинин. Они образуют сложную трехмерную сеть, молекулярный каркас матрикса. Коллаген обеспечивает прочность и упругость матрикса, фибронектин участвует в прикреплении клеток к матриксу и друг к другу, ламинин играет роль в миграции и дифференцировке клеток.
Состав и структура ВКМ мозга сильно отличается от ВКМ других тканей. Например, в мозге практически отсутствует коллаген и фибронектин, зато много гиалуроновой кислоты и специализированных протеогликанов. Это связано с уникальными требованиями, которые мозг предъявляет к своему микроокружению. Благодаря этой особенности матрикса мозг имеет мягкую, студенистую консистенцию. То, что в мозге мало волокон коллагена и фибронектина, которые играют основную роль в жесткости матрикса, способствующей старению, на мой взгляд, дает ему больший потенциал для долголетия по сравнению с другими органами и тканями.
ВКМ создает специфическую среду вокруг нейронов и глиальных клеток, регулируя их форму, подвижность и функциональное состояние. Молекулы ВКМ могут связывать и предоставлять клеткам различные факторы роста, влияя на их дифференцировку и выживание.
Например, протеогликан аггрекан связывается с рецепторами на поверхности нейронов и регулирует рост аксонов и дендритов. Фрагменты протеогликана бревикана стимулируют рост отростков олигодендроцитов и образование миелина. Ламинин и коллаген IV служат подложкой для миграции нейробластов и глиобластов (клеток-предшественников нейронов и глии) в ходе развития мозга.
ВКМ служит также молекулярным барьером, ограничивающим излишнюю подвижность клеток. В зрелом мозге это стабилизирует положение нейронов и глии, препятствуя ненаправленному росту отростков. Поэтому не удивительно, что изменение состава ВКМ при нейродегенеративных заболеваниях, психических расстройствах, черепно-мозговых травмах может способствовать патогенезу.
ВКМ влияет на распространение нейромедиаторов и других сигнальных молекул в синаптических щелях и внеклеточном пространстве, определяя направленную передачу сигналов между клетками. Например, гиалуроновая кислота может связывать глутамат, ацетилхолин, ГАМК и другие медиаторы, изменяя их концентрацию в синапсах. Хондроитинсульфатные протеогликаны могут связываться с калиевыми каналами на оболочке нейронов, регулируя концентрацию К+ во внеклеточной среде и, тем самым, возбудимость нейронов.
Таким образом, ВКМ – это не просто инертный заполнитель, а активный фактор развития мозга и его функций. Он служит динамическим интерфейсом между клетками и во многом определяет то, как нейроны и глия взаимодействуют друг с другом.
Между кровью и мозгом существует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – высокоселективный фильтр, который защищает нервную ткань от потенциально вредных веществ (внешних нейромедиаторных молекул, факторов воспаления, иммунных клеток, инфекционных агентов и токсинов), циркулирующих в крови, и поддерживает постоянство внутренней среды мозга.
Анатомическую основу ГЭБ составляют эндотелиальные клетки (клетки стенок) капилляров мозга. В отличие от капилляров других органов, мозговые капилляры имеют эндотелий с рядом особенностей. Эти клетки соединены очень плотными контактами, которые препятствуют проникновению водорастворимых соединений через межклеточные промежутки, за исключением тех, для которых есть особые белки-переносчики. Также эндотелиоциты мозга имеют низкую проницаемость мембраны и цитоплазмы самих клеток, так как у них слабо развиты поры в оболочке и способность к микропиноцитозу (заглатывание отдельных молекул клеткой).
С внешней стороны капилляры оплетены отростками астроцитов, которые способствуют формированию барьерных свойств эндотелия и регулируют работу транспортных систем. Также в состав ГЭБ входит базальная мембрана из ВКМ, которая служит дополнительным фильтром.
Проницаемость ГЭБ избирательна. Низкомолекулярные, не имеющие заряда, жирорастворимые вещества (H2, О2, СО2, этанол, никотин и др.) могут проходить через липидный бислой оболочки клетки. Транспорт заряженных, водорастворимых соединений ограничен и требует специальных механизмов – избирательных белков-переносчиков и рецепторопосредованного транспорта через эндотелиальные клетки. Глюкоза, аминокислоты, нуклеозиды (кирпичики ДНК и РНК), некоторые регуляторные пептиды (инсулин, трансферрин) переносятся в мозг с помощью специализированных белков-транспортеров. Более крупные белки, такие как антитела (инактивирующие инфекционный агент) и липопротеины (несущие клеткам мозга необходимые жиры и холестерин), могут проходить через ГЭБ путем эндоцитоза – попадания в барьерные клетки внутри пузырьков, отпочковывающихся от оболочки клетки.
В то же время ГЭБ (если он не поврежден, конечно) надежно блокирует проникновение в мозг токсинов, патогенов и компонентов иммунной системы. Он также выделяет белки, которые активно выкачивают из мозга обратно в кровь многие ксенобиотики (лекарства, пестициды и др.)
Кора головного мозга считается «средоточием» интеллекта и разума у млекопитающих.
