Móżdżek jego rola w rozwoju funkcji poznawczych i procesie starzenia się*

Transkrypt

1 N e u r o k o g n i t y w i s t y k a w p a t o l o g i i i z d r o w i u, P o m o r s k i U n i w e r s y t e t M e d y c z n y w S z c z e c i n i e Marzena Dżon Móżdżek jego rola w rozwoju funkcji poznawczych i procesie starzenia się* Myślenie bez intuicji jest puste, intuicja bez myślenia jest ślepa Einstein Móżdżek (łac. cerebellum) jest częścią tyłomózgowia. Według najnowszych badań, u człowieka stanowi on zaledwie jedną dziesiątą masy mózgu i zawiera około 69 mld neuronów, czyli aż 80% wszystkich neuronów mózgu 1. Znajduje się poniżej półkul mózgu, od których oddziela go szczelina poprzeczna, oraz do tyłu od rdzenia przedłużonego. Wypełnia dół tylny czaszki. Jest kształtu elipsoidalnego, spłaszczony w kierunku od góry ku dołowi. Móżdżek jest podzielony na trzy płaty: przedni i tylny rozdzielone szczeliną pierwszą oraz płat kłaczkowo grudkowy, oddzielony od płata tylnego szczeliną tylno boczną. Każdy z płatów składa się z płacików, które inaczej są nazywane u ludzi niż u innych ssaków. Wzdłużnie w móżdżku można wyróżnić centralnie położony robak i dwie półkule boczne 2. Powierzchnię móżdżku pokrywa kora móżdżku, która jest pomarszczona w wieńcowe paski zwane listkami, jest ona wielokrotnie bardziej pofałdowana niż kora półkul mózgu. W budowie mikroskopowej kory móżdżku widoczne są trzy warstwy. Idąc od powierzchni wyróżniamy warstwę drobinowa, następnie zwojową i ziarnistą. Najbardziej charakterystyczna dla kory móżdżku jest warstwa zwojowa. Budują ją komórki gruszkowate (Purkiniego), tworząc jakby jeden pokład. Aksony komórek gruszkowatych są jedynymi włóknami nerwowymi wychodzącymi z móżdżku. Wewnątrz znajduje się istota biała, zbudowana z włókien nerwowych odmóżdżkowych i domóżdżkowych. Włókna łączą móżdżek ze wszystkimi częściami ośrodkowego układu nerwowego. W istocie białej są rozmieszczone jądra móżdżku. Największe z nich jest jądro zębate, a pozostałe to jądro czopowate, jądro wierzchu i jądro Longstaff A.: Neurobiologia. PWN, Warszawa 2011, s kulkowate. Łącznie z jądrami przedsionkowymi stanowią one układy wyjściowe z mózgu. Aferentne i eferentne połączenia móżdżku przechodzą przez trzy pary konarów: dolne, środkowe i górne. Do móżdżku informacja dochodzi z trzech głównych źródeł: 1. Z rdzenia kręgowego i pnia mózgu, przenoszące informacje zmysłowe o różnych modalnościach. 2. Z kory mózgu wysyłającej informacje czuciowe i ruchowe poprzez jądra mostu oraz bogatą drogę korowo mostowo móżdżkową. 3. Z jądra dolnego oliwki poprzez drogę oliwkowo móżdżkową. Sygnały wyjściowe z móżdżku zasadniczo są przekazywane do trzech miejsc: 1. Brzuszno podstawnego wzgórza, które daje projekcję do kory mózgu i wpływa na sygnały wychodzące drogą korowo rdzeniową do motoneuronów. 2. Jądra czerwiennego, które modyfikuje zachowanie neuronów drogi czerwienno rdzeniowej. 3. Jądra przedsionkowego i siatkowatego, które modulują sygnały wychodzące poprzez przyśrodkowy układ ruchowy 3. Pomimo podziałów funkcjonalnych, w całym móżdżku występują takie same połączenia między neuronami, możliwe więc, że wszystkie jego części przetwarzają informację w taki sam sposób. Chociaż uważa się, że rolą móżdżku jest koordynacja ruchów zapoczątkowanych przez korę mózgu, to część mózgowo móżdżkowa jest związana z inicjacją ruchów, szczególnie w odpowiedzi na bodźce wzrokowe i słuchowe, ponieważ w ruchach zapoczątkowanych w ten sposób kolejność pobudzenia jest następująca: jądro 3 Tamże, s Marzena Dżon magister filozofii * Praca pod kierunkiem prof. dr. hab. n. med. Ireneusza Kojdera

2 106 Marzena Dżon zębate kora mózgowa jądro wstawkowe mięśnie. Ponadto, główną funkcją móżdżku jest nabywanie nowych umiejętności ruchowych 4. Móżdżek wpływa na funkcjonowanie całego mózgu. Jest zaangażowany we wszystkie czynności wymagające płynnej, harmonijnej sekwencji zdarzeń, odgrywa rolę w uczeniu się złożonych zachowań ruchowych, (prowadzenie samochodu, gra na instrumencie, jazda na rowerze), dzięki czemu odciąża aktywizowanie kory mózgowej w te czynności 5. Móżdżek koordynuje ruchy zapoczątkowane w korze mózgu, ale może także sam je inicjować i uczyć się nowych zadań ruchowych. Włókna równoległe pobudzają grupy komórek Purkiniego, które sterują mięśniami obejmującymi kilka stawów. Potwierdza to hipotezę, że móżdżek pełni istotną rolę w skomplikowanych ruchach wielostawowych. Móżdżek może pracować w trybie sprzężenia zwrotnego i sprzężenia do przodu. W trybie sprzężenia zwrotnego (feed back) móżdżek porównuje ruch zamierzony z ruchem wykonywanym. Sygnał błędu powstający przy porównywaniu obu ruchów jest wykorzystywany do zmniejszenia występujących różnic. Sygnały te aktywują komórki Purkiniego poprzez włókna kiciaste. Z kolei komórki Purkiniego hamują głębokie jądra móżdżku, które następnie oddziałują na jądro czerwienne i wzgórze, i w ten sposób korygują wykonanie błędnego ruchu. W ruchach zbyt szybkich, w których nie może być wykorzystane sprzężenie zwrotne, móżdżek wysyła zaprogramowaną wcześniej sekwencję rozkazów, która ma wywołać przewidywany efekt w zachowaniu ruchowym. Sprzężenie do przodu (feed forward) jest oparte zarówno na pamięci, jak i na obserwacji ruchu u innego osobnika związanej z aktywnością lustrzaną mózgu. Sprzężenie do przodu działa zadowalająco wówczas, kiedy nic niespodziewanego się nie wydarzy w trakcie wykonywania ruchu. Większość ruchów dowolnych wykonywanych przez człowieka musi być wyuczona. W uczeniu się ruchów, w wyniku wykonywanych błędów, móżdżek przyswaja sobie program, zawierający rozkazy potrzebne do wykonania danego ruchu. Czuciowa informacja o błędach jest zamieniana przez dolne jądro oliwki na sygnały błędów ruchowych, które poprzez włókna pnące wysyłane są do móżdżku. Sygnały te powodują, że komórki Purkiniego stają się mniej wrażliwe na przychodzącą w tym samym czasie informację z włókien kiściastych. Ponowne pojawienie się tej samej informacji wejściowej powoduje w efekcie mniejsze pobudzenie komórek Purkiniego niż przed uczeniem 6. Móżdżek reguluje napięcie mięśniowe i wpływa na utrzymanie prawidłowej równowagi ciała. Jego uszkodzenie prowadzi do zaburzeń w wykonywaniu ruchów precyzyjnych i zamaszystych, niezborności ruchowej, obniżenia 4 Tamże, s Kojder I., Longstaff A., dz. cyt., s napięcia mięśni oraz trudności w utrzymywaniu prawidłowej postawy i równowagi ciała 7. Móżdżek otrzymuje informacje od: narządów ruchu, wzroku, słuchu, równowagi, skóry, ośrodków ruchowych rdzenia kręgowego, okolicy ruchowej kory mózgowej. Otrzymuje informacje takie, jak: stan narządów ruchu, zakłócenia równowagi ciała, stan pobudzenia ośrodków ruchowych, ruch, który aktualnie wykonujemy. Móżdżek zmienia też napięcie innych mięśni szkieletowych, by przywrócić równowagę 8, a współpracując z innymi częściami mózgowia reguluje napięcie mięśniowe, współdziałając z korą mózgową przy kierowaniu precyzyjnymi i złożonymi ruchami. Uszkodzenie móżdżku powoduje zaburzenia koordynacji ruchowej, natomiast całkowite jego usunięcie wywołuje zaburzenia ruchowe: 1. Astazję niemożność trzymania stabilnej postawy antygrawitacyjnej. 2. Astenię osłabienie, szybkie męczenie się mięśni przy wykonywaniu ruchów. 3. Ataksję niezdolność przystosowania siły skurczu mięśnia do aktualnej potrzeby ruchowej (nazbyt zamaszyste ruchy) 9. Na podstawie wyników badań prowadzonych na przestrzeni ostatnich dwudziestu lat wydaje się wielce prawdopodobne, że w nieprawidłowościach w funkcjonowaniu móżdżku, a co za tym idzie, funkcjonowaniu mózgu u osób z zespołem Downa i chorych na chorobę Alzheimera można znaleźć wiele podobieństw. Zespół Downa to przede wszystkim odmienność biologiczna człowieka, którego natura wyposażyła w dodatkową informację genetyczną chromosomu 21. To ona właśnie modyfikuje rozwój i kształtuje cechy wyróżniające daną osobę pośród innych ludzi. Pierwszy na odmienny wygląd niektórych dzieci z upośledzeniem umysłowym zwrócił uwagę pod koniec XIX w. (w 1866 r.) angielski lekarz John Langdon Down. Od jego nazwiska pochodzi nazwa tego zespołu. U osób z zespołem Downa charakterystyczna jest patomorfologia mózgu polegająca na tym, że mózgowie jest w całości małe, bieguny są spłaszczone, płat czołowy górny jest wąski. Pień mózgu i móżdżek wykazują istotne zmniejszenie. Mikroskopowo stwierdza się zmniejszenie liczby komórek w korze mózgu. W przypadkach z wrodzonymi wadami układu krążenia nierzadko w mózgu stwierdza się zmiany naczyniopochodne 10. Osoby z zespołem Downa mają zaburzenia integracji sensorycznej. Jest to proces, dzięki któremu mózg otrzymuje informacje od wszystkich zmysłów segregując je, 7 Por. Bochenek A., Reicher M.: Anatomia człowieka, tom IV i V, PZWL, Warszawa 2010; Anatomia człowieka, red. J. Sokołowska-Pituchowa PZWL, Warszawa 2008; Gołąb B.K., Jędrzejewski K.: Anatomia czynnościowa ośrodkowego układu nerwowego. PZWL, Warszawa Cunningham C.: Dzieci z zespołem Downa, WSiP, Warszawa 1992, s. 108 i 109; Kostrzewski J.: Z zagadnień psychologii dziecka umysłowo upośledzonego, t. I, Wydawnictwo WSPS, Warszawa 1978.

3 Móżdżek jego rola w rozwoju funkcji poznawczych i procesie starzenia się 107 rozpoznając je, interpretując, a następnie integrując ze sobą i wcześniejszymi doświadczeniami odpowiada adekwatną reakcją. Jest to taka organizacja wrażeń, aby mogły zostać użyte w celowym działaniu. Jak wynika z dostępnego piśmiennictwa, dzieci z zespołem Downa w rozwoju motoryki dużej i planowaniu czynności ruchowych oraz integracji ruchów obu stron ciała wykazują duże opóźnienia w stosunku do dzieci zdrowych. Trudności dotyczące rozwoju zdolności do wykonywania bardziej złożonych, skomplikowanych czynności, takich jak koordynacja dotykowo wzrokowo kinestetyczna, rozwój małej motoryki, zwiększona celowość czynności mogą wynikać z nieprawidłowości funkcjonowania móżdżku, który jest odpowiedzialny za ruchy wielostawowe, a zwłaszcza skomplikowane ruchy manipulacyjne. Zaburzeniem utrudniającym dzieciom z zespołem Downa wykonywanie zadań manualnych, a przez to spowalniającym ich rozwój jest upośledzona sfera ruchowa zdeterminowana przez hipotonię stan zmniejszonego napięcia mięśniowego. Na skutek hipotonii rozwój sprawnościowy długo pozostaje na poziomie prostych prapostaci: jest nieokreślony, przypadkowy i późno ukierunkowany na postawiony cel (Wunderlich). Doktor Albert Costa opublikował swoje obserwacje na temat motoryki u dzieci z zespołem Downa. Zaangażowanie doktora Alberta Costy w tej kwestii jest ogromne, gdyż sam ma córkę z tym zespołem. Pisze on w swoim raporcie opublikowanym w Experimental Brain Research, że ludzie z zespołem Downa mają ograniczoną motorykę. Później chodzą, często mają zaburzoną równowagę i bardzo niskie napięci mięśni oraz olbrzymie trudności z utrzymaniem postawy. Według niego jest to efekt tego, że w mózgu tych osób system optokinetyczny i równowagi nie funkcjonują prawidłowo. W zdrowym mózgu system westybularny reaguje na sygnały z neuroreceptorów w wewnętrznym uchu, a następne wykrywa pozycję i ruchy głowy w przestrzeni. Informacja ta jest wykorzystana do utrzymania postawy ciała i przeciwdziałania różnym siłom próbującym ją zaburzyć 11. System optokinetyczny wykorzystuje informację wizualną by odpowiednio kierować ruchem gałek ocznych. Według Alberta Costy te reakcje są w przypadku osób z zespołem Downa często zwolnione lub obniżone. Costa badał 32 uczestników w wieku lat. Używał specjalnych okularów, aby mierzyć poziom ruchu w odpowiedzi na stymulację optyczną lub westybularną. Skupił się w ten sposób na móżdżku, który jest odpowiedzialny za równowagę, postawę i kontrolę ruchu. Napisał w swoim raporcie: pomimo że wiedzieliśmy od lat o tym, że móżdżek osób z zespołem Downa jest nieproporcjonalnie skurczony, chcieliśmy dowiedzieć się jak on funkcjonuje na poziomie operacyjnym. Dowiedzieliśmy się, że ludzie z zespołem Downa mają zmniejszony i to znacznie refleks na czynniki optokinetyczne i westybularne niż osoby typowe. W konsekwencji, w momencie, kiedy jadą rowerem lub uprawiają 11 Longstaff A.: dz. cyt., s sport, rzeczy, które się pojawiają mogą być nieprecyzyjne i zniekształcone mówi Costa. Dlaczego zespół Downa i choroba Alzheimera stoją tuż obok siebie w kręgu zainteresowań naukowców? Choroba Alzheimera, która powoduje wybiórcze zaburzenia funkcji i śmierć neuronów cholinergicznych w przegrodzie i różnych regionach kory mózgu jest prawdziwym wyzwaniem dla badaczy, gdyż należy do najpoważniejszych schorzeń starszego wieku 12. Należy ona do najczęstszych przyczyn nieodwracalnego otępienia u osób starszych. Stanowi 50 75% wszystkich przypadków otępień. Jest to schorzenie neurodegeneracyjne, charakteryzujące się postępującą, nieodwracalną degradacją psychiczną. Upośledzenie procesów kognitywnych zwykle narasta stopniowo, od nieznacznie nasilonego zapominania do całkowitej niesprawności umysłowej 13. Choroba Alzheimera jest powodowana wymieraniem neuronów. Naturalne tempo wymierania neuronów nie jest wielkie i nie pociąga za sobą uszkodzeń funkcji kognitywnych. Olbrzymie możliwości adaptacyjne ludzkiego mózgu pozwalają na jego długie i sprawne funkcjonowanie, lecz w chorobie Alzheimera granicę wydolności poznawczej przekracza się w ogromnym tempie 14. Pąchalska podaje, że otępienie w chorobie Alzheimera prowadzi do całościowej mentalnej deterioracji, przede wszystkim poprzez zaburzenia pamięci, zaburzenia przestrzenno wzrokowe, apraksję, agnozję, zaburzenia orientacji allopsychicznej, trudności w ocenie sytuacji oraz w planowaniu działania. W tym momencie dochodzimy do pierwszego punktu stycznego pomiędzy zespołem Downa i chorobą Alzheimera. Zarówno nieprawidłowy rozwój móżdżku w zespole Downa, jak i zmniejszenie się masy móżdżku w chorobie Alzheimera mają wpływ na funkcje kognitywne, powodując w pierwszym przypadku ograniczenia, których pokonanie nie jest możliwe, ze względów funkcjonalnych (trudności dotyczące rozwoju zdolności do wykonywania bardziej złożonych, skomplikowanych czynności takich, jak koordynacja dotykowo wzrokowo kinestetyczna, rozwój małej motoryki, zwiększona celowość czynności), natomiast w drugim przypadku wywołując na początku zaburzenia pamięci świeżej, następnie afazję, agnozję, dysfunkcje poznawcze, a także zaburzenia nastroju. Z czasem osoba z chorobą Alzheimera zapomina treści z bardziej odległej przeszłości oraz stopniowo traci umiejętności praktyczne, czyli zautomatyzowane procedury postępowania, takie jak kierowanie samochodem czy gra na instrumencie. Istota zapominania w chorobie Alzheimera sprowadza się do defektu konsolidacji śladu pamięciowego, czyli bardziej jego przechowywania niż wydobywania. Dołączają się do tego zaburzenia językowe, orientacji oraz myślenia Leszek J.: Choroba Alzheimera: obecny stan wiedzy, perspektywy terapeutyczne. Pol Przegl Neurol. 2012, nr 3, tom Olszewski H.: Otępienie czołowo-skroniowe. Ujęcie neuropsychologiczne. Wyd. Impuls, Kraków 2008, s Zob. Vetulani, Brumback, Leech, za: Olszewski H.: dz. cyt., s Neuropsychologia medyczna, red. K. Jozio K., W. Nyka. Wyd. Arche, Sopot 2008, s. 30..

4 108 Marzena Dżon Przedstawiając w skrócie obraz neuropatologiczny choroby Alzheimera można powiedzieć, że charakteryzuje ją występowanie: blaszek amyloidowych (blaszek starczych lub płytek starczych), zwyrodnienia włókienkowego Alzheimera (NFT), dystroficznych neurytów i nitek neuropilowych, ciał Hirano oraz zwyrodnienia ziarnisto włókienkowego 16. Powstawanie blaszek starczych jest nierozerwalnie związane z procesem degeneracji neuronów. Oprócz rdzenia z białka β amyloidowego płytki zawierają otaczające go nieprawidłowe neuryty oraz zmienione komórki glejowe. Białko amyloidowe wywiera toksyczny wpływ na otaczające je aksony (neuryty) i dendryty, z czym wiążą się zmiany biochemiczne i strukturalne. Prowadzi to do zaniku synaps, co powoduje obniżenie poziomu acetylocholiny i innych transmiterów w korze mózgowej 17. W 1991 r. Braakowie zauważyli, że narastająca gęstość zmian neurowłókienkowych w chorobie Alzheimera odbywa się w sposób uporządkowany, według powielającego się za każdym razem wzorca. Wyodrębniono dzięki temu 6 stadiów rozwoju choroby. W pierwszych dwóch stadiach zmiany obejmują jedynie korę entorinalną, w kolejnych dwóch rozszerza się na układ limbiczny, aby ostatecznie objąć korę nową w ostatnich stadiach. Blaszki amyloidowe także pojawiają się w sposób uporządkowany w czasie, chociaż ich dystrybucja jest odmienna. W pierwszej fazie blaszki pojawiają się w korze nowej, w drugiej w niektórych strukturach allokortykalnych (korze entorinalnej i polu C1 hipokampa), w trzeciej fazie w jądrach międzymózgowia, prążkowiu oraz jądrze podstawnym Meynerta, w fazie czwartej także w niektórych innych jądrach pnia mózgu oraz tworze siatkowatym i w fazie piątej obejmują ostatecznie móżdżek. Przyczynę choroby Alzheimera mogą stanowić również mutacje w genach kontrolujących metabolizm APP (amyloid precursor protein APP). Choroby genetyczne, np. zespół Downa, powodują nadprodukcję APP, który jest źródłem amyloidu β, i prawie zawsze prowadzą do choroby Alzheimera. Także istotną cechą neuropatologii zespołu Downa jest tendencja do wczesnego występowania cech morfologicznych starzenia się mózgu, szczególnie blaszek starczych i neurofibryllarnych zmian Alzheimerowskich 18. Badania wykazały, że wczesne występowania choroby Alzheimera jest często spotykane u ludzi z zespołem Downa, zwłaszcza po 40. roku życia. Stwierdzono, że 45% pacjentów z zespołem Downa miało chorobę Alzheimera w wieku 45 lat w porównaniu z 5% osób upośledzonych umysłowo z innego powodu 19. W związku z faktem, że w chorobie Alzheimera podobne zjawisko także ma miejsce, jest to kolejny punkt wspólny, który łączy zespół Downa i chorobę Alzheimera. Wszystkie osoby z zespołem Downa mają symptomy choroby Alzheimera po ukończeniu 30 lat stwierdza 16 Olszewski H.: dz. cyt., s Vetulani, za: Olszewski H.: dz. cyt., s Cunningham C.: dz. cyt., s. 108 i 109; Kostrzewski J.: dz. cyt. 19 Stratford B.: Zespół Downa. PZWL, Warszawa 1993, s. 60. Costa. Dzieci z zespołem Downa od urodzenia mają biologiczne markery typowe dla choroby Alzheimera. W wieku 50 lat % osób z zespołem Downa ma pełne objawy choroby Alzheimera. Z kolei zespół dr. Huntingtona Pottera z University of South Florida zidentyfikował możliwą przyczynę licznych zaburzeń pojawiających się w neuronach objętych chorobą Alzheimera. Jak wynika z przeprowadzonych badań, β amyloid białkowe złogi powstające w przebiegu schorzenia znacząco upośledza transport wewnątrzkomórkowy. Jednym z objawów towarzyszących chorobie Alzheimera jest występowanie licznych aneuploidii, czyli zaburzeń liczby chromosomów. Są one szczególnie widoczne u osób cierpiących na rodzinną formę choroby, charakteryzującą się dziedzicznym występowaniem mutacji w genie kodującym białko prekursorowe amyloidu APP. Choć o ich istnieniu wiadomo od kilkudziesięciu lat, mechanizm odpowiedzialny za ich powstawanie wyjaśniono dopiero teraz. Odkrycia dokonano dzięki testom na myszach obarczonych mutacją w genie kodującym APP. Jak wykazały przeprowadzone eksperymenty, u zwierząt takich niezwykle często dochodzi podczas podziałów komórkowych do zaburzenia transportu chromosomów. W normalnych warunkach powinny one trafić do komórek potomnych w równej liczbie, lecz mutacja w genie kodującym APP wyraźnie zaburza ten proces. Z badań prowadzonych przez dr. Pottera wynika, że β amyloid powstający u myszy obarczonych mutacją upośledza działanie mikrotubul białkowych włókien pełniących funkcję linii przesyłowych w procesach transportu wewnątrzkomórkowego. Kiedy złogi amyloidu łączą się z mikrotubulami biorącymi udział w transporcie chromosomów do komórek potomnych, mogą one spowodować zatrzymanie zbyt wielu chromosomów w jednej z komórek i ich niedobór w drugiej. Badacz z Florydy ma jeszcze jeden powód do satysfakcji. To on jako pierwszy na świecie zaczął spekulować, że alzheimeryzm i zespół Downa (czyli trisomia choromosomu 21, będąca najpospolitszą z aneuploidii u człowieka) mogą być ze sobą ściśle powiązane. Dziś, po niemal 20 latach od zaprezentowania tego poglądu, udało mu się nareszcie znaleźć dowody w tej sprawie 20. Kolejnym punktem wspólnym potwierdzającym, że istnieją neuropatologiczne i neurochemiczne podobieństwa między chorobą Alzheimera i zespołem Downa jest opublikowany artykuł w jednym z numerów czasopisma The Lancet. Podano w nim informację, że lek donepezil, stosowany dotychczas w celu opóźnienia objawów choroby Alzheimera, może być stosowany również u osób z zespołem Downa. W obu przypadkach w podobny sposób są uszkodzone pewne obszary mózgu i w obu przypadkach istotną rolę odgrywa aktywność acetylocholiny, substancji funkcjonującej jako przekaźnik impulsów nerwowych. Autorzy publikacji twierdzą, że u czterech dorosłych pacjentów 20 Grzeszkowiak W., University of South Florida,

5 Móżdżek jego rola w rozwoju funkcji poznawczych i procesie starzenia się 109 z zespołem Downa, którym zaaplikowano donepezil, zaobserwowano pewną poprawę zdolności pacjentów do komunikowania się ze światem zewnętrznym, ich sprawności językowej oraz stabilizację ich stanów emocjonalnych. Nie zaobserwowano poważniejszych efektów ubocznych 21. Odkładanie się amyloidu w chorobie Alzheimera powodujące zaburzenie transportu substancji odżywczych w mózgu wykazali także naukowcy w czasopiśmie Neuron. Shermali Gunawardena i Lawrence Goldstein, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskigo w San Diego wykorzystali muszkę owocową (Drosophila melanogaster) jako model do badania rozwoju choroby Alzheimera. Białko APP jest prekursorem amyloidu. Nadmiar tego białka lub jego zmutowana forma zaburzają transport substancji niezbędnych dla życia komórek nerwowych, co może powodować ich obumieranie. Komórki nerwowe posiadają bardzo długie wypustki, zwane aksonami. Przewodzą one sygnały z jednej komórki do drugiej. Służą one także do transportu substancji odżywczych, które wędrują wzdłuż aksonów w kulistych pęcherzykach. U genetycznie zmodyfikowanej muszki owocowej, która produkowała zmutowaną formę białka prekursorowego amyloidu, obserwowano zaburzenie poruszania się pęcherzyków wzdłuż aksonów. Można było także zauważyć obumieranie niektórych komórek nerwowych. Wyniki badań mają ogromne znaczenie dla zrozumienia przyczyn powstania choroby Alzheimera. Białko prekursorowe amyloidu, z którego powstaje amyloid, odpowiedzialny za obumieranie neuronów, pełni także ważną funkcję w życiu komórek nerwowych. Nie można go zatem całkowicie wyeliminować z organizmu. Potencjalną terapią może być blokowanie przekształcenia się prekursora w szkodliwy amyloid, co zapobiegnie tworzeniu złogów amyloidowych w mózgu osób cierpiących na chorobę Alzheimera 22. Zmiany w pracy mitochondriów, tj. struktur, w których zachodzi produkcja energii, mogą być również wspólnym zaburzeniem w aktywności neuronów u osób z zespołem Downa i chorych na Alzheimera piszą amerykańscy badacze na łamach pisma Neuron. U osób z zespołem Downa objawy choroby Alzheimera, takie jak odkładanie się β amyloidu w mózgu, pojawiają się wcześnie, tj. w wieku lat. Normalnie choroba rozwija się zazwyczaj u osób po 65. roku życia. Na chromosomie 21., który u osób z zespołem Downa występuje w trzech kopiach, znajduje się gen na białko prekursorowe amyloidu (APP). Białko to ma udział także w rozwoju choroby Alzheimera. Gdy APP zostaje źle pocięte przez enzymy, powstaje tzw. β amyloid, który bierze udział w tworzeniu płytki amyloidalnej wadliwej struktury w mózgach osób chorych na Alzheimera. Wiadomo też, że mutacja w genie APP jest związana z ryzykiem rozwoju choroby Alzheimera we wczesnym wieku. Naukowcy pod kierunkiem Jorge a Busciglio z University of Connecticut Health Center i Bruce a Yanknera z Harvard Medical School prowadzili badania na prawidłowych neuronach wyizolowanych z mózgów zdrowych osób. Gdy hamowali funkcje mitochondriów, tj. struktur, które w komórce produkują energię, okazało się, że w neuronach zaczynają zachodzić procesy podobne do tych, jakie obserwuje się w neuronach osób z chorobą Alzheimera. Badacze zaczęli się więc zastanawiać, czy odkładanie się kompleksów β amyloidu w mózgach osób z zespołem Downa może być spowodowane zaburzeniami w mitochondriach, tj. strukturach, które biorą udział w produkcji energii w komórkach. Gdy przeprowadzono testy, okazało się, że w mózgach osób z zespołem Downa funkcjonowanie mitochondriów jest rzeczywiście zaburzone. Wnioskuje się więc, że posiadanie dodatkowej kopii genu APP, jak to ma miejsce u osób z zespołem Downa, albo mutacja w tym genie mogą być przyczyną zaburzeń funkcji mitochondriów. Z kolei zaburzenie funkcji tych struktur prowadzi do zaburzeń procesów cięcia białka APP i do odkładania się kompleksów β amyloidu w mózgu i do rozwoju choroby Alzheimera. Busciglio uważa, że wyniki te sugerują, iż w leczeniu osób z chorobą Alzheimera i z zespołem Downa można spróbować nowych metod, które polegałyby na przywracaniu prawidłowej funkcji mitochondriów 23. Doktor Alberto Costa ukończył z kolei próby kliniczne z lekiem Memantyną, wykorzystywanym w chorobie Alzheimera, w celu wzmacniania pamięci i funkcji poznawczych u osób z zespołem Downa. Antoneta Granic i jej zespół opublikowali 23 grudnia 2009 r. w Molecular Biology of the Cell raport, który dostarcza wiedzy i potwierdzenia na temat mechanizmów, które analizował dr Potter blisko 20 lat temu. Pokazuje on, że wszyscy pacjenci z chorobą Alzheimera posiadają niektóre komórki z trzema kopiami chromosomu 21, znanymi w tej postaci jako trisomia 21, zamiast typowych dwóch. Trisomia 21 jest cechą występującą we wszystkich komórkach u ludzi z pełnym zespołem Downa. Oznacza to według naukowców, że choroba Alzheimera może być uważana za początek zespołu Downa u osoby dorosłej. W wieku lat, u wszystkich ludzi z zespołem Downa rozwija się ta sama patologia mózgu, co w przypadku choroby Alzheimera, wliczając w to zabijający nerwy złóg klejącego się proteinowego amyloidu. To prowadzi do demencji i przyspieszonej utraty komórek nerwowych. W raporcie tym, pokazuje się, że towarzyszący chorobie Alzheimera amyloid APP jest winowajcą, który interferuje z wewnątrzkomórkowym systemem transportu w mikrotubulach. APP jest odpowiedzialny za rozdzielanie nowo zduplikowanych chromosomów w momencie podziału komórki. Beta amyloid pierwotnie tworzy szczeliny umożliwiające 21 Za: Żyjmy Dłużej. 1999, nr razem.org 23

6 110 Marzena Dżon przenoszenie ładunków, w tym chromosomy wewnątrz komórek mówi doktor Potter. Kiedy sieć mikrotubuli zostaje zniszczona, chromosomy są transportowane w sposób niewłaściwy w trakcie podziału komórki. Wynikiem tego błędu jest nowa komórka ze złą liczbą chromosomów i niewłaściwym zestawem genów, a w przypadku zespołu Downa, który zawiera 3 kopie genu produkującego β amyloid na 21. chromosomie prowadzi to do jeszcze większej koncentracji złego amyloidu w trakcie całego życia mówi dr Potter. Choroba Alzheimera prawdopodobnie wynika, w dużej części, ze względu na stały rozwój nowych komórek z trisomią 21, które wzmacniają proces chorobowy poprzez produkcję dodatkowego β amyloidu. Przytoczone przeze mnie publikacje uzmysławiają nam, jak niezwykle dynamicznie rozwijają się badania nad patogenezą i rozpoznawaniem choroby Alzheimera i jak wiele zespołów badawczych łączy chorobę Alzheimera z zespołem Downa. Badania te pozwalają mieć nadzieję na to, że w niedalekiej przyszłości osoby z zespołem Downa i dotknięte chorobą Alzheimera, która rozwija się podstępnie przez kilkanaście do kilkudziesięciu lat, co utrudnia jej zdiagnozowanie, będą miały do dyspozycji odpowiednie środki terapeutyczne, dzięki którym będą mogły cieszyć się długim zdrowiem. Ich funkcje kognitywne, decydujące o osobowości, predyspozycjach, talentach i osiągnięciach pozwolą im wówczas spoglądać z ciekawością zarówno na świat i w głąb siebie. Moja fascynacja neurologią, a w szczególności funkcjonowaniem móżdżku, jest zachwytem nad tym, że dzięki niewielkiemu a tak niezwykłemu organowi, jakim jest cerebellum to, co trudne i czasochłonne staje się łatwe i automatyczne. Jak pisze prof. Vetulani w porównaniu ze standardową supermałpą mamy nieco mniejszą i uboższą w neurony korę mózgową, ale za to mamy o 27% większy móżdżek, a w nim o 13% więcej neuronów. Wbrew temu, co myślano wcześniej, móżdżek służy nie tylko do kontroli równowagi i ruchów gałek ocznych, nie tylko do koordynacji i planowania ruchów, ale jego aktywność jest zaangażowana w wiele domen poznawczych, a uszkodzenia mogą skutkować wystąpieniem tzw. poznawczego defektu afektywnego. Móżdżek koordynuje werbalną pamięć roboczą, związany jest z płynnością ruchów, mowy i myśli. Niedoceniana część mózgu, dzięki której możemy grać na instrumentach, prowadzić samochód, czy posługiwać się językami obcymi, jest dla nas wartością, której niektórzy z nas nie poświęcają nawet chwili zamyślenia w swoim życiu. Profesor Vetulani pokusił się nawet o postawienie pytania, czy fakt, że w rywalizacji o miejsce na Ziemi wyeliminowaliśmy naszego kuzyna, Neandertalczyka, który miał wyraźnie większy mózg niż my, nie mógł się łączyć z tym, że nasz móżdżek był nieco sprawniejszy? Piśmiennictwo u Autora.