圖蟲創(chuàng)意
日常生活中,不小心出錯時,我們經(jīng)常會調(diào)侃自己或朋友“腦子進水了”。實際上,正因為“進水了”,腦子才能更好地運轉(zhuǎn)。
有研究表明,人腦中約有150ml的“腦脊液”,這是一種無色透明的液體,人的大腦就懸浮浸泡在這些腦脊液中,既能確保大腦不輕易受到外界有毒物質(zhì)的入侵,也限制了體外一些激素對大腦的影響。
腦脊液在人腦中進行有方向性的流動,從腦室流向中腦導水管,供大腦正常工作。它們經(jīng)室間孔流入第三腦室,再經(jīng)中腦導水管流入第四腦室。各腦室脈絡叢產(chǎn)生的腦脊液都匯至第四腦室并經(jīng)第四腦室的正中孔和外側(cè)孔流入腦和脊髓的蛛網(wǎng)膜下腔。最后經(jīng)矢狀竇旁的蛛網(wǎng)膜顆粒將腦脊液回滲到上矢狀竇,使腦脊液回流至靜脈系統(tǒng)。形象點說,腦室和中腦導水管其實可以看作是腦中的“洞”和“坑”。腦中一共有四個大“洞”,分別是第一、二、三、四腦室,這些腦室中充滿了“水”。而人腦中又有個類似下水道的“坑”,是中腦導水管,腦脊液就是通過這個“坑”流出大腦的。
腦脊液不斷產(chǎn)生又不斷被吸收回流至靜脈,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)起著淋巴液的作用,它供應腦細胞一定的營養(yǎng),運走腦組織的代謝產(chǎn)物,調(diào)節(jié)著中樞神經(jīng)系統(tǒng)的酸堿平衡;同時緩沖腦和脊髓的壓力,對腦和脊髓具有保護和支持作用;還可以通過循環(huán),調(diào)節(jié)顱內(nèi)壓力,比如當大腦供血不足時,腦脊液的減少能夠降低顱內(nèi)壓力,讓供血量增加。
既然人腦中真的有水,那么我們會被“洗腦”嗎?大腦清洗系統(tǒng)又真的會像馬路清掃車一樣,晚上換水,白天關閉么?“洗腦”是一定的,不過,關于大腦經(jīng)常在晚上“換水”的理論研究,科學界還沒有定論。
2019年發(fā)表在《Science》上的一項新研究表明,每當我們睡覺的時候,大腦中會發(fā)生一些奇妙的事情:神經(jīng)元首會先安靜下來,幾秒鐘后,血液會從大腦流出,同時腦脊液流入,并以有節(jié)奏的慢波“洗滌”著我們的大腦。神經(jīng)活動中的慢波有助于記憶鞏固,而腦脊液清除大腦中的代謝廢物。
2024年2月發(fā)表于《自然》(Nature)的研究中也提到,人在睡眠階段時,大量神經(jīng)元會一起活動,產(chǎn)生頻率約40Hz的波,促進腦脊液進入腦組織,并推動腦組織中攜帶廢棄物的間質(zhì)液排出,進而清除對大腦有害的各種廢棄物。對此我們可以簡單理解為,頭骨內(nèi)的顱內(nèi)體積是固定的,人們在活動時需要血液供應氧氣、營養(yǎng)等,會有更多的血液流入大腦,這就需要其他液體即腦脊液的流出來補償,而在睡眠時血液會流出,腦脊液就進入大腦空隙,清除日?;顒赢a(chǎn)生的廢物。
然而,在2024年5月發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學》的簡訊中,通過直接測定清醒、睡眠、麻醉狀態(tài)下小鼠大腦對代謝物的清除速率,發(fā)現(xiàn)大腦在睡眠和麻醉狀態(tài)下,對物質(zhì)的清除速率會顯著降低。這一結(jié)果和之前的研究結(jié)果截然相反,還暗示了過度睡眠會使大腦運轉(zhuǎn)失常。這對“睡眠的核心功能是清除腦中毒素”這一傳統(tǒng)觀念,提出了挑戰(zhàn)。當然,科學上的爭論常而有之,關于睡眠“換水”速率高低的問題,有待定論。但不管是晚上“換水”還是白天“換水”,它對大腦雜質(zhì)的清理工作不容忽視。
腦脊液既然被用來清除大腦中的廢棄物,我們或許會想當然的認為它只存在于大腦和脊髓中。事實上,這一名稱很具有欺騙性,這種清潔、滋養(yǎng)和保護周圍器官的清澈液體,也沐浴著身體的神經(jīng)。
2024年9月發(fā)表于《科學·進展》(Science Advances)的最新研究指出,腦脊液其實可以滲透到全身各處。大約兩年半前,研究團隊在一次外科手術的研究中發(fā)現(xiàn),當他們將鹽水注入人體的顱腔中時,手腕處的周圍神經(jīng)也會腫脹。他們在小鼠身上注射更精細的示蹤劑金納米粒子進行重復實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn),較小的納米金顆??梢噪S著腦脊液傳播到全身的周圍神經(jīng),最遠可以抵達坐骨神經(jīng),較大的粒子停留在脊髓和周圍神經(jīng)起點的邊界。這項研究表明,在腦脊液中漂浮的小信號分子、營養(yǎng)物質(zhì)甚至藥物都可以輸送到神經(jīng)。未來,我們或許可以利用這種新的腦脊液流動機制,設計更加精準的神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療策略。比如,通過腦脊液輸送系統(tǒng),將包括止疼藥在內(nèi)的特定藥物直接作用于患病的外周神經(jīng),避免了傳統(tǒng)的藥物遞送方式中復雜的血腦屏障阻礙。此外,這一發(fā)現(xiàn)也可能幫助我們更好地理解一些神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生機制,如阿爾茨海默癥、帕金森癥等。他們的發(fā)生可能不僅僅與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病變有關,外周神經(jīng)的參與也可能在其中扮演重要角色。
總之,腦脊液不僅是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的“守護神”,它還通過復雜的流動網(wǎng)絡,維護著外周神經(jīng)的健康。盡管想要了解精密復雜的人體奧秘要面對很多難題,但在科學家們孜孜不倦的研究與探索下,未來從基礎科學研究向臨床應用每邁進的一小步,都將是生命延續(xù)的一大步。
本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者:陳鼎新
審核:桂雅星 上海市第一人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 主任醫(yī)師
出品:中國科協(xié)科普部
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