Alcheimera slimību visbiežāk saista ar progresējošu atmiņas pasliktināšanos, apjukumu un citām domāšanas grūtībām. Tomēr jauns pētījums liecina, ka ar šo slimību saistīti traucējumi var attīstīties arī ārpus smadzenēm. Pētnieki no Centrālās Floridas universitātes (UCF) atklājuši, ka ģenētiskas mutācijas var ietekmēt nervus, kas kontrolē muskuļu kustības, pat bez smadzeņu un muguras smadzeņu iesaistes.

Atklājums var palīdzēt izskaidrot, kāpēc dažiem cilvēkiem ar Alcheimera slimību jau ilgi pirms pamanāmām atmiņas problēmām mainās gaita, pasliktinās līdzsvars vai koordinācija. Tas arī rada iespēju, ka kustību grūtības nākotnē varētu kļūt par agrīnām slimības pazīmēm, savukārt ārstēšana, kas vērsta tikai uz smadzenēm, varētu neietekmēt būtiskus traucējumus citās ķermeņa daļās.

Pētījumu vadīja UCF Nanotehnoloģiju centra profesors Džeimss Hikmens un pētniecības profesore Sjūfana “Nadīna” Guo, sadarbojoties ar veselības tehnoloģiju uzņēmuma Hesperos zinātniekiem. Pētījumu finansēja ASV Nacionālo veselības institūtu Nacionālais novecošanas institūts, bet rezultāti publicēti izdevumā Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association.

“Motorikas traucējumi var būt agrīna Alcheimera slimības pazīme. Ja mēs spēsim šīs izmaiņas atklāt un iejaukties agrāk, tas varētu palīdzēt aizkavēt centrālās nervu sistēmas simptomu parādīšanos,” sacīja Guo.

Kāpēc simptomi var parādīties pirms atmiņas zuduma

Ārsti ir novērojuši, ka dažiem pacientiem līdzsvara, koordinācijas un gaitas izmaiņas sākas vairākus gadus pirms kļūst acīmredzamas kognitīvās grūtības. Līdz šim nebija skaidrs, vai šādas kustību problēmas ir tikai smadzeņu bojājuma sekas vai arī Alcheimera slimība var tieši ietekmēt nervus citur organismā.

Lai to noskaidrotu, UCF komanda pētīja ģimenes jeb pārmantoto Alcheimera slimību — retu slimības formu, kas parasti sākas agrāk, aptuveni 40–65 gadu vecumā, nekā biežāk sastopamā Alcheimera slimības forma. Eksperimenti parādīja, ka motorie neironi ar ģimenes Alcheimera slimību saistītām mutācijām var traucēt savienojumus, kas kontrolē muskuļus, pat tad, ja eksperimentālajā sistēmā vispār nebija smadzeņu un muguras smadzeņu.

Motorie neironi ir specializētas nervu šūnas, kas nogādā signālus muskuļiem un liek tiem sarauties, tādējādi nodrošinot kustības. Ja mutācijas šo procesu ietekmē tieši, kustību traucējumi var nebūt tikai smadzeņu deģenerācijas netiešas sekas.

“Šī ir pirmā reize, kad pierādīts, ka perifērās nervu sistēmas traucējumi var rasties tieši šo mutāciju dēļ,” sacīja Hikmens. “Tas nozīmē, ka zāles, kas iedarbojas uz smadzenēm, var neizlabot problēmas pārējā ķermenī.”

Perifēro nervu sistēmu veido nervi ārpus smadzenēm un muguras smadzenēm. Tie pārraida signālus starp centrālo nervu sistēmu un pārējo ķermeni, palīdzot kontrolēt kustības, jušanu un citas būtiskas funkcijas. Guo norādīja arī uz iespējamu plašāku nozīmi: fizisko spēju saglabāšana varētu nākt par labu ne tikai ķermenim, jo regulāras fiziskās aktivitātes ir saistītas ar labāku kognitīvo pašsajūtu un smadzeņu veselību.

Kā miniatūra cilvēka šūnu sistēma palīdzēja atklāt traucējumus

Pētnieki nervu un muskuļu mijiedarbību pētīja ar tā dēvēto “cilvēks uz mikroshēmas” tehnoloģiju. Hesperos, uzņēmums, kuru līdzdibinājis Hikmens, izstrādā un ražo šīs miniatūrās sistēmas, kurās kontrolētos apstākļos apvienoti dažādi cilvēka šūnu veidi.

Šādas platformas ļauj atveidot konkrētas bioloģiskas funkcijas un vērot, kā slimības tās ietekmē. Atšķirībā no tradicionāliem eksperimentiem, kuros tiek pētītas izolētas šūnas, miniatūrās sistēmas var atjaunot būtisku mijiedarbību starp dažādiem audiem. Tās piedāvā arī alternatīvu pētījumiem ar dzīvniekiem, kuru slimību procesi ne vienmēr precīzi atspoguļo cilvēka organismā notiekošo.

Šajā pētījumā komanda izveidoja neiromuskulārās sinapses modeli — savienojumu, kurā motora neirons sazinās ar muskuļa šūnu. Modelis apzināti tika veidots bez smadzenēm un muguras smadzenēm. Tas bija svarīgi, jo ļāva pārbaudīt, vai ar Alcheimera slimību saistītas izmaiņas var izraisīt kustību problēmas neatkarīgi no centrālās nervu sistēmas.

Zinātnieki apvienoja veselīgas muskuļu šūnas ar motorajiem neironiem, kas bija iegūti no cilmes šūnām ar ģimenes Alcheimera slimību saistītām ģenētiskām mutācijām. Cilmes šūnas var attīstīties par specializētiem šūnu veidiem, tādēļ tās laboratorijā ir noderīgas cilvēku slimību pētīšanai. Pēc tam pētnieki analizēja, cik efektīvi izmainītās nervu šūnas sazinās ar citādi veselajiem muskuļu audiem.

Rezultāti parādīja, ka ar Alcheimera slimību saistītās mutācijas var traucēt normālu saziņu starp nerviem un muskuļiem. Tas liecina, ka vismaz daļa ar slimību saistīto kustību grūtību var rasties tieši perifērajā nervu sistēmā, nevis tikai smadzeņu deģenerācijas dēļ.

Kāpēc bojāti nervu savienojumi ietekmē gaitu un līdzsvaru

Ikviena apzināta kustība ir atkarīga no veiksmīgas saziņas starp nervu sistēmu un muskuļiem. Neiromuskulārajā sinapsē elektrisks signāls, kas pārvietojas pa motoro neironu, izraisa ķīmisku saziņu un liek muskulim sarauties. Šis process nodrošina ikdienas darbības — staigāšanu, stājas saglabāšanu, priekšmetu celšanu un precīzas kustības.

Ja savienojums ir bojāts, muskuļi uz nervu signāliem var reaģēt mazāk efektīvi. Atkarībā no problēmas smaguma un atrašanās vietas tas var veicināt vājumu, sliktāku koordināciju un grūtības ilgstoši uzturēt fizisku slodzi.

Lai novērtētu šīs sekas, pētnieki mērīja, cik vienmērīgi nervu signāli izraisīja muskuļu kontrakcijas un cik ilgi muskuļi spēja turpināt sarauties, pirms iestājās nogurums. Šie mērījumi tieši parādīja, cik labi nervu un muskuļu šūnas darbojas kopā, un līdzinās dažiem funkcionāliem testiem, ko ārsti izmanto pacientiem ar kustību traucējumiem.

“Jūs nevarat kustēties, ja nedarbojas motorā ķēde. Kad ārsts pārbauda jūsu refleksu, uzsitot pa celi, viņš testē tieši šo savienojumu,” sacīja Hikmens.

Pierādot traucētu saziņu starp nerviem un muskuļiem sistēmā, kurā nav ne smadzeņu, ne muguras smadzeņu, pētījums sniedz pierādījumus, ka ar ģimenes Alcheimera slimību saistītas mutācijas var izraisīt ietekmi ārpus centrālās nervu sistēmas. Tomēr eksperimenti nepierāda, ka šādas izmaiņas pacientiem noteikti rodas pirms atmiņas zuduma. Lai noskaidrotu, cik cieši laboratorijas rezultāti atspoguļo slimības attīstību cilvēkiem, īpaši biežāk sastopamajās Alcheimera slimības formās, būs vajadzīgi turpmāki pētījumi.

Vai atklājums var palīdzēt agrāk diagnosticēt Alcheimera slimību?

Rezultāti mudina Alcheimera slimības pētniecībā pievērst uzmanību ne tikai atmiņai un citām kognitīvām pazīmēm, bet arī kustību funkcijai. Ja turpmākie pētījumi apstiprinās, ka dažiem pacientiem motorikas izmaiņas ir nosakāmas agrīni, staigāšanas, koordinācijas vai nervu un muskuļu darbības pārbaudes nākotnē varētu palīdzēt pamanīt ar slimību saistītas pārmaiņas vēl pirms izteiktāku neiroloģisku simptomu parādīšanās.

Atklājums rada arī jautājumus par ārstēšanu. Daudzas Alcheimera slimības terapijas ir izstrādātas, lai ietekmētu smadzenēs notiekošos procesus, taču zāles, kas iedarbojas uz centrālo nervu sistēmu, ne vienmēr var izlabot perifēro nervu un muskuļu darbības traucējumus. Izpratne par šīm atšķirīgajām slimības izpausmēm varētu palīdzēt izstrādāt terapijas, kas vienlaikus aizsargā fiziskās spējas un kognitīvo veselību.

“Cilvēks uz mikroshēmas” tehnoloģija var paplašināt slimību pētniecību

Pētnieki uzskata, ka cilvēka šūnu miniatūrās sistēmas varētu izmantot arī citu slimību izpētē un iespējamo ārstēšanas metožu novērtēšanā. Tā kā šīs platformas satur cilvēka šūnas un atveido izmērāmas bioloģiskas darbības, tās ļauj vērot ar slimībām saistītas izmaiņas apstākļos, kas dažos gadījumos vairāk līdzinās cilvēka fizioloģijai nekā tradicionālie eksperimentālie modeļi.

Šī pieeja varētu būt īpaši noderīga zāļu izstrādē. Pētniekiem jāizprot ne tikai tas, kā iespējamā terapija ietekmē atsevišķas šūnas, bet arī kā tā maina mijiedarbību starp dažādiem audiem. Šādas sistēmas var atklāt bioloģiskus efektus, kurus dzīvnieku eksperimentos būtu grūti pamanīt, tādējādi palīdzot agrāk identificēt daudzsološas terapijas un noteikt to ierobežojumus.

Hikmenam šis progress ir aptuveni trīs desmitgažu darba rezultāts, kas veltīts slimību izpratnei, izmantojot cilvēka organismam tuvākus laboratorijas modeļus.

“Šīs sistēmas ļauj pētīt slimības veidā, kas ir tuvāks tam, kas patiesībā notiek cilvēka ķermenī, un tieši tas mums vajadzīgs, lai izstrādātu labākas ārstēšanas metodes,” sacīja Hikmens.