Í rannsóknastofu í Pittsburgh-háskóla í BNA liggja ketamíndeyfðar rottur meðvitundarlausar á skurðarborði.
Kviðarholið á einni þeirra hefur þegar verið opnað og vísindamennirnir setja nú átta sprautuskammta í magavegginn. Síðan er skurðurinn saumaður saman og rottan sett í einangrunarbúr.
Rottan á eftir að komast til meðvitundar en hún á ekki langt eftir ólifað. Í sprautunum var nefnilega hin banvæna veira sem veldur hundaæði og veirusýkingin nær fljótlega eftir taugabrautunum til heilans.
Það er einmitt hin einstæða hæfni þessarar veiru til að finna sér leið til heilans sem er ástæða tilraunarinnar.
Þótt það hafi lengi verið þekkt að heilinn og meltingarfærin tengist, hafa vísindamenn ekki vitað nákvæmlega hvaða heilastöðvar senda boð til magans.
En þegar dauðu rotturnar eru krufnar finna menn veirur í heilaberkinum og þar með þeim svæðum heilans sem hafa hlutverki að gegna gagnvart meltingarfærunum.
Heilinn stjórnar þörfum magans
Þú borðar með huganum. Hundaæðiveirunni er svo fyrir að þakka að vísindamenn hafa nú staðsett þær stöðvar í heilaberkinum sem stýra þörf okkar fyrir að borða – og segja okkur að hætta því. Þessu er stjórnað af harðri hendi frá tvennum heilasvæðum.
1 – Eyjan veldur okkur svengd (appelsínugult)
Boð frá eyjunni um miðbik heilans örva meltinguna með því að losa ensím og saltsýru í magasekknum um leið og samdrættir í vöðvum í magaveggnum hnoða og þæfa matinn.
Að auki gegnir þessi heilastöð hlutverki varðandi líkamleg viðbrögð í félagslegu samhengi, svo sem aukinn hjartslátt eða fiðrildatilfinningu í maganum.
2 – Heilabörkurinn (rautt) stöðvar veisluna
Boðin sem stöðva meltingu í maganum koma frá hreyfistöðvum og skynstöðvum í heilaberkinum. Þessi heilasvæði eru utan og ofan við eyjuna.
Boðin hægja á vöðvum í magaveggjum og koma í veg fyrir losun meltingarefna.
Maginn talar til heilans
Í þessari tilraun einbeittu vísindamennirnir sér að því að rannsaka sjálfa boðleiðina. Hvernig kemst hundaæðiveiran frá maganum til heilans?
Þeir vissu að meltingarfærin senda heilanum boð með því að losa hormón út í blóðið og að boð eru send gegnum svonefnda skreyju- eða flakktaug (vagus).
Hormónin í blóðinu ná til heilans á nokkrum mínútum til að láta vita að við séum södd eða svöng. Flakktaugin er hins vegar eins konar hraðbraut og um hana berast boð á millisekúndum.
Þessi hraðbraut hefur tengingu við meltingarveginn og hefur mun meiri áhrif á heilann en vísindamenn höfðu álitið. Meltingarveginn mætti næstum kalla sjálfstæðan heila með meira en 500 milljónir taugafrumna sem tengjast heilanum gegnum taugakerfið.
Flakktaugin er ein af lengstu taugum líkamans og nær út í afkima meltingarfæranna. Og þessa leið ákváðu vísindamennirnir nú að rannsaka nánar.
Melting hefst í heilanum
Flakktaugin greinist víða og nær til því nær allra innri líffæra. Hún teygir sig frá heilanum, niður um háls, brjóstkassa og kviðarhol allt niður í ristilinn.
Taugin myndar beintengingu milli magans og heilans og gegnir lykilhlutverki í því að upplýsa heilann um ástand og líðan magans, ásamt því sem hún ber maganum bein boð frá heilanum.
LESTU EINNIG
Upplýsingar streyma þannig í báðar áttir og heilinn hefur ekki síst áhrif á meltingarveginn gegnum mikinn fjölda baktería sem fá skilaboð og senda þau.
Þær trilljónir baktería sem samtals er að finna í meltingarveginum vega samtals um eitt kíló sem slagar hátt í þyngd heilans sjálfs.
Margar þessara baktería framleiða boðefni sem berast til heilans bæði um flakktaugina og ósjálfráða taugakerfið. Segja má að tveir gírar séu í kerfinu, einn hægur og annar hraður.
Hraðboðin berast um viðbragðstaugakerfið, þann hluta taugakerfisins sem bregst strax við aðstæðum með svonefndum bardaga-flóttaviðbrögðum og setur líkamann þannig í viðbragðsstöðu.
Þegar viðbragðstaugakerfið er virkt slær hjartað hraðar og líkaminn beinir blóðstreymi eftir föngum frá innri líffærum svo sem maganum og út í vöðvana til að þeir hafi sem mesta orku. Hægfara boð fara hins vegar um þann hluta taugakerfisins sem annast svonefnd hvíldar- og meltingarviðbrögð.
Þessi hluti er virkur þegar líkaminn er í hvíld og örvar þá meltinguna með því að senda honum boð gegnum flakktaugina.
Magavöðvarnir bregðast þá við með því að dragast saman og hnoða innihald magans.
Þegar vísindamennirnir skáru í rottuheilana sáust hundaæðisýktar frumur sem grænar vegna lýsandi mótefnis.
Til að komast að því frá hvaða heilastöðvum þessi mismunandi boð eru send notuðu vísindamennirnir hjá Pittsburgh-háskóla hundaæðiveiru.
Ástæðurnar voru þær að þessi veira á auðvelt með að ferðast um taugakerfið og hins vegar að veiran finnst auðveldlega.
Eftir að veirunni var sprautað í magasekkinn lifðu rotturnar í 90-115 tíma. Skömmu fyrir dauðann voru þær deyfðar og meðhöndlaðar með efnum sem vernduðu taugakerfið.
Heilinn og mænan voru því næst fjarlægð áður en vísindamennirnir hófust handa við að rannsaka taugakerfi hinna dauðu dýra.
Til að finna sýktar taugafrumur notuðu vísindamennirnir sérstakt mótefni sem bindur sig við hundaæðisýktar frumur og lýsir í smásjá.
Mótefnið sýndi að veiran hafði lagt leið sína upp eftir flakktauginni og um þær taugafrumur sem bera skipanir til vöðva magasekksins og þannig meltingarboð frá heilanum til magans.
LESTU EINNIG
Við enda flakktaugarinnar fundust veirur í taugafrumum í heilastofninum.
Sú uppgötvun er áhugaverð þar eð sérstakar taugafrumur í heilastofni tengjast því svæði í heilaberkinum sem kallast eyjan „insula“ og vinnur úr tilfinningum, tilfinningaskynjunum, minningum og streitu.
Vísindamennirnir fundu líka veirur í ennisblaðinu þar sem m.a. eru varðveittar langtímaminningar en þar eru líka heilastöðvar sem varða hæfnina til ákvarðanatöku.
Bæði þessi heilasvæði eiga sinn þátt í því að upplýsa heilann um hvenær við erum svöng, mett, þyrst eða hvort okkur er óþægilega heitt eða kalt.
Veiran fann aðra leið
Til að finna þau svæði í heilanum sem senda hraðboð til magans, klipptu vísindamennirnir flakktaugina í sundur í helmingi dýranna í þessari tilraun.
Þar með þurfti veiran að finna sér aðra leið.
Án flakktaugarinnar fór veiran í taugatróðfrumur í kviðarholi. Þessar frumur bera ýmis boð til meltingarfæranna og lifrar, gallblöðru, nýrna og milta.
Veiran komst svo áfram gegnum taugar í mænunni og upp í heilastofninn áður en hún barst áfram út í heilabörkinn.
Veirur vísa veg til heilans
Vísindamennirnir notuðu hundaæðiveirur til að finna þau heilasvæði sem stýra maganum. Þessi veira hefur sérstaka hæfni til að komast í heilann og með því að sprauta henni í magavegginn var hægt að sjá hvaða leiðir hún fór um taugakerfið.
Boðleiðin um flakktaugina
Þegar hundaæðiveirunni er sprautað í magavegginn ferðast veiran um ósjálfráða taugakerfið. Sem sagt um flakktaugina og kemst þannig í NTS-svæði (Nucleus Solitary Tract) í heilastofninum, þaðan til eyjunnar og loks til ennisblaðanna.
Plan B: Upp í gegnum mænuna
Þegar flakktaugin er sködduð finnur veiran sér aðra leið, fyrst frá maganum í taugatróðfrumur innan við bringspalirnar og þaðan gegnum taugar í mænunni, upp í heilastofninn og þaðan áfram út í heilabörkinn.
Leiðin ákvarðar endastöð
Veiran endar í mismunandi heilastöðvum, allt eftir því hvaða leið hún fer. Komist hún eftir flakktauginni í eyjuna berst hún þaðan fram í ennisblöðin. Þurfi hún að fara lengri leiðina lendir hún í skynstöðvum og hreyfistöðvum í heilaberkinum.
Veirur vísa veg til heilans
Vísindamennirnir notuðu hundaæðiveirur til að finna þau heilasvæði sem stýra maganum. Þessi veira hefur sérstaka hæfni til að komast í heilann og með því að sprauta henni í magavegginn var hægt að sjá hvaða leiðir hún fór um taugakerfið.Boðleiðin um flakktaugina
Boðleiðin um flakktaugina
Þegar hundaæðiveirunni er sprautað í magavegginn ferðast veiran um ósjálfráða taugakerfið. Sem sagt um flakktaugina og kemst þannig í NTS-svæði (Nucleus Solitary Tract) í heilastofninum, þaðan til eyjunnar og loks til ennisblaðanna.
Plan B: Upp í gegnum mænuna
Þegar flakktaugin er sködduð finnur veiran sér aðra leið, fyrst frá maganum í taugatróðfrumur innan við bringspalirnar og þaðan gegnum taugar í mænunni, upp í heilastofninn og þaðan áfram út í heilabörkinn.
Leiðin ákvarðar endastöð
Veiran endar í mismunandi heilastöðvum, allt eftir því hvaða leið hún fer. Komist hún eftir flakktauginni í eyjuna berst hún þaðan fram í ennisblöðin. Þurfi hún að fara lengri leiðina lendir hún í skynstöðvum og hreyfistöðvum í heilaberkinum.
Þar fundu vísindamennirnir veiru í hreyfistöðvum sem senda boð til vöðva og stýra hreyfingum.
Við hlið þessara heilastöðva eru aðrar sem vinna úr boðum frá húðinni, t.d. um hita og kulda, þrýsting og sársauka, ásamt skynboðum frá vöðvum, liðum og sinum.
Magasár meðhöndlað í heila
Þessi nýja þekking á heilastöðvum í heilaberkinum opnar möguleika á alveg nýjum meðferðarúrræðum við maga- og þarmasjúkdómum.
Þróun magasárs er gott dæmi um samspilið milli miðtaugakerfisins og baktería í maga, þar eð magasár tengist streitu.
Streita og sýking virðast við fyrstu sýn ekki eiga mikið skylt hvort við annað en sjúkdómurinn er fyrst og fremst af völdum bakteríunnar Helicobacter pylori. Flakktaugin hefur veruleg áhrif á lífsskilyrði bakteríunnar.
Það að heilabörkurinn skuli stýra hinum hægfara boðsendingum til magans – sem sagt boðum um hvíld og meltingu – styður það að magasár geti stafað af geðrænu ástandi.
Sem sagt að sálrænir örðugleikar geti jafnframt haft áhrif á ástand magans og þá verður um leið eðlilegt að meðhöndla sjúkdóminn gegnum heilann.
LESTU EINNIG
Vísindamennirnir að baki rannsókninni benda á TMS (Transcranial magnetic stimulation) sem upplagða aðferð.
TMS-tæknin krefst ekki áhættusamra heilaskurðaðgerða heldur eru öflugir rafseglar notaðir til að virkja eða afvirkja um stundarsakir taugafrumur í tilteknum heilastöðvum.
Rafseglinum er komið fyrir á höfði sjúklingsins og hann myndar segulsvið sem sendir vægan rafstraum gegnum heilann.
Aðferðina má nota til að virkja slævðar heilastöðvar eða gera hlé á óheppilegum heilaboðum. Aðferðin þykir lofa góðu við meðhöndlun gegn þunglyndi, streitu og svefnleysi.
Nú bendir ýmislegt til að hrjáðir magar geti kannski haft gagn af skammvinnum stöðvunum og örvunum tiltekinna heilastöðva.
