Výskum mozgu Osudné obrovské vlny v hlave - vedomosti - Tagesspiegel Mobil
Niekedy sa mozgové bunky masívne vypúšťajú. Meranie zvonku by mohlo zachrániť životy. Neurológovia sú na stopách búrok v ich hlavách.
Bol to ťažký deň pre Jeda Hartingsa z neurochirurgickej kliniky na univerzite v Cincinnati. Začiatkom roka 2018 sprevádzal 30-ročného stavebného robotníka, ktorý spadol z osemnástich metrov do hĺbky. Diagnóza: ťažké traumatické poranenie mozgu s vnútorným krvácaním. Mozgové tkanivo nesmierne napučiava. Aby pacient nezomrel na zvyšujúci sa intrakraniálny tlak, noví chirurgovia mu otvorili lebku, aby vyrovnal tlak, čo je štandardný postup. Do jeho šedej hmoty umiestnili aj elektródu. Hartingovi by to malo pomôcť vystopovať konkrétny jav.
Katastrofa na monitore
Hartings skúma obrovské vlny výboja v mozgu. Odbornou angličtinou sa nazývajú „Spreading Depolarization“ alebo skrátene „SD“. Často sú predzvesťou poškodenia mozgu. Hartings ich pozoroval aj na mladíkovi. Každých dvadsať minút mu vlna zaplavila mozgové tkanivo a ochromila nervové bunky. To trvalo tri dni. Hartings to ťažko znášal: „Pozrel som sa na monitor a vedel som, že to bola katastrofa.“ Lekári sú bezmocní. Potom signály zhasnú. Hartings zdvihne telefón a informuje príbuzných. Cíti sa mizerne. Videl smrť prichádzajúcu ako vlna.
V tkanive nervových buniek sa môžu obrovské vlny šíriť do kruhu a rytmicky sa opakovať. Niekedy sú predzvesťou migrény, mŕtvice a predovšetkým nezvratného poškodenia mozgového tkaniva až do mozgovej smrti vrátane. „Až v posledných niekoľkých rokoch sa ukázalo, aký obrovský význam majú,“ hovorí Jens Dreier, neurológ z berlínskeho charité. „Jedného dňa budeme SD drogovať, aby sme zabránili horšiemu, a budeme ich merať tak, ako by sme merali krvný tlak dnes,“ domnieva sa.
Opuchnuté mozgové bunky
SD má zničujúce následky. S ním zmizne schopnosť zachytenej oblasti myslieť. V zdravom stave sú nervové bunky nabité a majú napäťový potenciál -70 milivoltov. Iba tak môžu vystreliť - a myslíme si. S predným výbojom sa potenciál zrúti na 10 milivoltov a zostane v tomto takmer nenabitom stave najmenej dobrú minútu. Žiadne myslenie, žiadne vnímanie.
S výbojom sa mení aj materiálová bilancia v bunkách. Ióny draslíka vytekajú z buniek. Vtláčajú sa ióny sodíka, vápnika a chloridu. Bunky sú príliš slané. Prilákajú vodu a napučiavajú o 70 percent nad pôvodný objem. Výboj sa šíri do doménových efektov do susedných buniek.
Po niekoľkých minútach sa však nervové bunky zvyčajne regenerujú. Spustia sa membránové čerpadlá, ktoré odvádzajú prebytočnú soľ, aby sa normalizovala rovnováha látok. Táto záchranná operácia stojí telo veľa energie. A nedarí sa to tak často, ako sa vám páči. „Čím častejšie sa obrovská vlna túla bunkovou oblasťou, tým je pravdepodobnejšie, že bunky budú nenávratne poškodené a zomrú,“ hovorí Dreier.
Berliner skúma vlny u pacientov, ktorí utrpeli subarachnoidálne krvácanie do mozgu počas mozgovej príhody. Nádoba praskne a krv sa naleje medzi dva mozgové obaly. Produkty rozpadu krvi často vyvolávajú ďalšie mozgové príhody asi po siedmich dňoch. Pomerne veľa pacientov zomiera. Iní prežijú, ale utrpia vážne ťažkosti.
Dreier vie z niekoľkých štúdií na niekoľkých desiatkach pacientov: Obzvlášť ohrození ďalšou mozgovou príhodou alebo dokonca smrťou sú tí, v mozgu ktorých okolo infarktu krúži veľa dlhotrvajúcich obrovských vĺn. U niektorých pacientov ich Dreier počítal cez sto. Niektoré sa šíria v smere hodinových ručičiek, iné proti smeru hodinových ručičiek. Je to obzvlášť ľahké pre výtokové čela v periférnej oblasti infarktu. Bunky sú už ovplyvnené. Zvyšuje sa koncentrácia draselných iónov, znižuje sa prísun kyslíka. Rany a vlny patria k sebe.
Vlny nie sú všetky rovnaké. SD pred migrénou sa šíri smerom von v kruhu rýchlosťou 3 milimetre za minútu vo vizuálnej kôre. Je to ako vlna, ktorá nastáva, keď kameň spadne do jazera. Každá nervová bunka sa zaznamená iba raz. Tento SD spôsobuje pred očami pacienta trblietavé, zubaté vzory, takzvanú auru.
Elektródy v hlave
Naproti tomu vlnoplochy pred druhým úderom sa vždy šíria okolo pôvodného ohniska, a tým opakovane týrajú rovnaké tkanivo. Obzvlášť vysoká, pomalá vlna sa hromadí bezprostredne pred novým úderom. Ich posun napätia je 45 namiesto obvyklých 10 milivoltov. Megavlna pretrváva na každom mieste, kam sa dostane, takže zúri v mozgu tri hodiny a dlhšie. „Je smrteľný a poškodzuje bunky natoľko, že sa vyvinie nový infarkt,“ hovorí Dreier.
Jeho pacienti často ležia desať dní na jednotke intenzívnej starostlivosti s elektródami v hlavách. Dreier to chytá vlnu za vlnou. Tieto nahrávky so sebou priniesli aj prekvapivé zistenie, ktoré neurológ zverejnil v roku 2018: Pred smrťou pacientov sa smrť ohlasovala mohutným vlnovým frontom, ktorý zahŕňal stále väčšie oblasti mozgu. „Rozširujúce sa obrovské vlny sa vyskytujú na prahu medzi životom a smrťou, ale samy o sebe nie sú smrťou, pretože tkanivo sa môže znovu zotaviť až do určitého časového okamihu, ak by sa znova začal krvný obeh, a tým aj dodávka energie.“
Výskum sa dlho nebral vážne. „Aj dnes musíte mnohým lekárom vysvetliť, že vlny nie sú exotikou, ale každodenným neurologickým javom,“ hovorí Hartings. Je „neuveriteľné, ako pomaly sa nové poznatky rozširujú“.
Objavené, zabudnuté, znovuobjavené
Brazílčan Aristides Leão už vlny objavil v roku 1944. Chcel záchvaty pochopiť u epileptikov. Zapojil nervové tkanivo králikov v anestézii stimulačnou elektródou a siedmimi olovenými elektródami. Videl, ako sa výbojová vlna šírila po stimulácii rýchlosťou tri milimetre za minútu. Čoskoro sa ukázalo, že sa nachádzajú vo všetkých nervových tkanivách, či už u myší, králikov alebo kobyliek. Ale pretože to v tom čase v ľudskom mozgu nemohol nikto zistiť, na vedomosti sa zabudlo.
Na začiatku nového tisícročia sa to zmenilo, čiastočne preto, že švajčiarsky neurológ Nouchine Hadjikhani mal netradičný nápad. V jej tíme na Harvardskej lekárskej fakulte v Bostone žije pacientka trpiaca migrénou, ktorú spoľahlivo trápia útoky po intenzívnom basketbalovom zápase. Oznamujú sa výraznou aurou. „Išli sme teda na miesto blízko ústavu a hrali sme sa, kým si nevšimol predzvesť, potom sme všetci bežali na MRI a skenovali sme ho,“ hovorí Hadjikhani. Pri skenovaní mozgu videla obrovskú vlnu, ktorá sa pomaly tlačila dopredu od zadného pólu mozgu.
Depolarizačné vlny sa merajú ako krvný tlak
Hartings a Dreier teraz pracujú na metóde na detekciu vĺn cez hornú časť lebky. Potom mohli zaznamenávať SD nielen na jednotkách intenzívnej starostlivosti, ale u každého chorého a zdravého človeka. Zatiaľ sa však na tieto signály superponovalo normálne vypaľovanie mozgových buniek, ktoré sa zvyčajne obmedzujú na malé oblasti, keď sú na pokožku hlavy pripojené elektródy. Hartings verí, že tento chaos signálov dokáže filtrovať iba počítačový program.
viac na túto tému
Vývoj a vývoj mozgu Mutácie zväčšili ľudský mozog
Nakoniec je cieľom nájsť lieky, ktoré zastavia vlnu v hlave. "Bolo by naozaj skvelé, keby som nielen zaznamenával vlny, ale aj pomocou týchto údajov robil niečo pre chorých," hovorí Hartings.