Forfattere
Hjernen kontrollerer kroppens aktiviteter, herunder fordøjelse af mad, drikke, søvncyklusser, temperatur, blodtryk og meget mere. Disse funktioner er vigtige for at holde kroppen i homeostase, som er den tilstand, hvor den er stabil og afbalanceret. For at kontrollere homeostasen taler hjernen med kroppen ved hjælp af kemiske budbringere kaldet hormoner. Hormonerne bevæger sig gennem blodbanen fra hjernen til kroppen og tilbage igen. Men for at beskytte de sarte hjerneceller mod uønsket indtrængen er hjernens blodkar tæt forseglede, hvilket forhindrer de fleste molekyler i at passere. Hvordan kan hjernen så omgå denne barriere og kommunikere med kroppen? Svaret er, at blodkarrene i visse dele af hjernen indeholder særlige vindueslignende åbninger, der tillader passage af hormoner. Forskere er ved at undersøge, hvorfor og hvordan nogle blodkar åbner deres vinduer, mens andre forbliver forseglede.
Den ydre verden, vi lever i, er i konstant forandring. Indersiden af vores krop ændrer sig også, når vi spiser, drikker, motionerer eller sover. Men på trods af disse kontinuerlige forandringer er kroppen i stand til at holde sit indre miljø stabilt. Vi kalder denne evne homeostase Det er en kombination af to græske ord: „homeo‟, som betyder „lignende‟, og „stasis‟, som betyder „stabil‟. For eksempel fungerer alle celler i menneskekroppen bedst ved en temperatur på omkring 37 °C. Derfor arbejder kroppen på at opretholde denne temperatur. Når det er varmt udenfor, afkøler vi kroppen ved at svede. Når det er koldt udenfor, varmer vi op ved at ryste, hvilket producerer varme. Hvis vi ikke var i stand til at kontrollere kropstemperaturen, ville vores celler ikke fungere ordentligt. Det er derfor, alle levende organismer, fra encellede bakterier eller gær til store dyr som elefanter, skal opretholde homeostase for at holde sig i live.
Homeostase opnås ved en uendelig „samtale‟, der finder sted mellem hjernen og resten af kroppen. Hjernen, som fungerer som kroppens hovedkvarter, modtager information om tilstanden i de mange organer og væv. Derefter „beslutter‟ den, hvad der skal gøres som reaktion på disse oplysninger (figur 1). Hvis homøostasen forstyrres, sender hjernen kommandoer til de forskellige kropsdele for at bringe de kropslige forhold tilbage til det normale. Sproget i denne samtale er kemisk. Særlige molekyler kaldet hormoner fungerer som budbringere, der bærer information og instruktioner frem og tilbage mellem hjernen og kroppen samt mellem forskellige kropsdele. Kredsløbssystemet, som transporterer blodet, er den vigtigste kommunikationsvej . Dette omfattende netværk af rørlignende strukturer kaldet blodkar løber gennem hele kroppen, inklusive hjernen. Overførslen af hormoner og andre signalmolekyler mellem blodet og kroppens væv sker i meget små kar, der kaldes kapillærer.
Lad os for eksempel se på, hvad der sker, når vi har spist et måltid. Når vi har spist, øges mængden af et sukkerstof kaldet glukose i blodet. Et organ kaldet bugspytkirtlen registrerer det forhøjede glukoseniveau og sender en hormonbesked til hjernen. Du har måske hørt om dette hormon; det hedder insulin. Efter at have modtaget beskeden fra bugspytkirtlen guider hjernen leveren til at absorbere det overskydende sukker fra blodbanen. Slutresultatet er, at blodsukkerniveauet bliver normalt igen. Samtidig sender tarmen andre hormoner til hjernen for at meddele, at maven er fuld. Hjernen reagerer ved at sende et hormon, der giver et „stop med at spise‟-signal.
Indtil videre har vi beskrevet, hvordan hjernen indsamler information fra kroppen og beslutter, hvilke kommandoer den skal sende for at opretholde homøostasen. Det specifikke område i hjernen, hvor det meste af denne aktivitet finder sted, kaldes hypothalamus., som betyder „under det indre kammer‟ på græsk (figur 2). Hypothalamus styrer mange vigtige kropsfunktioner som f.eks. søvn, blodtryk, temperatur, sult, tørst og energiforbrug og -lagring. Ligesom en computermikroprocessor kører hypothalamus en algoritme, der beregner informationen ved at følge et sæt regler. Derefter træffer hypothalamus en beslutning om, hvorvidt den skal sende kommandoer til kroppen eller ej. Denne type beregninger sker i hjerneceller, der kaldes neuroner. Neuronerne i hypothalamus kan modtage feedback både inde fra kroppen og fra det ydre miljø. De kan også producere forskellige hormoner.
Et eksempel fra vores hverdag: Når vi ikke drikker nok vand på en varm dag, sender kroppen en besked til hjernen, som til gengæld frigiver et hormon, der hedder vasopressin, i blodet. Vasopressin giver nyrerne besked på at suge vand op i blodet igen. Det forhindrer os i at tisse og beskytter os mod yderligere tab af vand. Samtidig får hormoner fra hjernen os til at føle os tørstige, så vi drikker mere og genopfylder vores vandreserver.
Som nævnt fungerer blodbanen som et postbud, der indsamler og leverer kemiske beskeder til og fra hjernen. Der er dog en stor forhindring på postbuddets vej. Hjernens blodkar er tæt forseglet af en særlig beskyttelse, der kaldes blod-hjerne-barrieren (BBB). De celler, der bygger blodkarrenes vægge, er tæt forbundet med hinanden, ligesom mursten, der er limet sammen af cement, så næsten intet kan komme igennem (figur 3, nederst). Hovedformålet med denne barriere er at beskytte hjernen mod infektion. Når BBB løsnes som følge af sygdom eller skade, kan bakterier trænge ind i hjernen og forårsage alvorlig skade eller endda død.
Det er meget vigtigt at beskytte hjernen, men hvis hjernens blodkar er tæt forseglet af BBB, hvordan kommunikerer hypothalamus så med kroppen for at opretholde homeostase? Svaret er, at der er unikke hjerneområder, som mangler BBB og i stedet har særlige utætte blodkapillærer. En af disse utætte regioner er et organ kaldet hypofysen, som er placeret i bunden af hjernen [1] (figur 2). Hvis man ser på hypofysens kapillærer under et mikroskop med en ekstremt høj forstørrelse, kan man se, at de har meget små åbninger kaldet fenestrae [2], som er det latinske ord for vinduer (figur 3, øverst). Disse bittesmå vinduer er ti tusind gange mindre end spidsen af et hårstrå! Fenestrae tillader hurtig passage af molekyler, såsom hormoner, mellem hjernen og blodcirkulationen. Kommandoer, der genereres i hypothalamus, rejser således til hypofysen og møder de fenestrerede blodkar (figur 2). Der frigives kommandoerne til blodbanen for at nå ud til organerne.
Forskere har længe kendt til områder i hjernen, som indeholder blodkar med fenestrer. Det er dog stadig uklart, hvordan karrene i disse områder forbliver utætte. Hjernens blodkar står over for et dilemma: at lave fenestrae, der muliggør kommunikation med kroppen med risiko for infektion, eller at beskytte hjernen mod skadelige indtrængere ved at isolere den. Vi kalder nogle gange dette dilemma „To BBB or not to BBB?‟ efter det berømte citat fra William Shakespeares skuespil Hamlet: „At være eller ikke at være, det er spørgsmålet„ (figur 3).
Vi undersøgte for nylig de unikke fenestrerede blodkar, der ligger, hvor neuronerne i hypothalamus kommer i kontakt med hypofysen (figur 2). Vi fandt ud af, at blodkarrene i dette område modtager signaler fra naboceller kaldet pituicytes og fortæller dem, at de skal danne fenestrae [3, 4]. Pituicytter har i mange år været kendt for at hjælpe med at frigive kommandoer fra neuronerne i hypothalamus til blodbanen. Vi har identificeret to typer signalmolekyler, som produceres af pituicytterne, og som gør blodkarrene i denne del af hjernen utætte. Den ene type fortæller blodkarrene, at de skal danne fenestrae og dermed forblive utætte, mens den anden type blokerer for dannelsen af BBB. Når disse signalmolekyler blokeres, holder blodkarrene i hypofysen op med at lave fenestree og begynder i stedet at danne BBB. Det betyder, at pituicytterne sørger for, at vinduerne er åbne ved hjælp af to former for kontrol. Det svarer lidt til at have både bælte og seler på for at holde bukserne på plads. Denne dobbelte kontrol garanterer hormonernes frie passage ind i blodbanen.
Fenestrerede blodkar fungerer som vigtige indgangsporte, der tillader kommunikation mellem hjernen og blodet. Men blodkar med fenestrae findes også i andre vigtige organer som f.eks. bugspytkirtlen, leveren og nyrerne. I disse organer er det også nødvendigt at udveksle molekyler med blodcirkulationen. Alligevel ved vi stadig meget lidt om, hvordan fenestrae dannes. Det kunne være meget nyttigt at afsløre hemmelighederne bag vinduesdannelsen. For eksempel beskytter BBB’en hjernen mod infektioner, men den forhindrer også medicin i at komme ind i hjernen. Det gør det vanskeligt for lægerne at behandle hjernesygdomme. Hvis vi finder en måde at skabe fenestrae i de tæt forseglede blodkar i hjernen, kan det være muligt at levere medicin på tværs af BBB for at behandle lidelser som epilepsi, Parkinsons sygdom og autisme.
Homøostase: En proces, hvor en organisme holder sit indre miljø stabilt, mens den tilpasser sig de forhold, der er bedst for dens overlevelse.
Hormoner: Molekyler, der produceres af kirtler og hjernen, og som fungerer som kemiske budbringere. Hormoner transporteres med blodet til organer over hele kroppen for at regulere kroppens funktioner.
Kapillær: Den mindste type blodkar, som leverer næringsstoffer og ilt til alle kroppens celler.
Hypothalamus: Et område i hjernen, der styrer mange vigtige kropsfunktioner, herunder søvn, blodtryk, temperatur, sult og tørst.
Neuron: En grundlæggende enhed i nervesystemet, også kaldet en nervecelle. Neuroner kan behandle og overføre information til andre nerveceller og til andre celletyper, f.eks. muskelceller.
Blod-hjerne-barrieren: Fysisk barriere i hjernens blodkar, som forhindrer stoffer i at trænge ind i hjernen og holder hjernens miljø sikkert og stabilt.
Fenestrae: Små åbninger i kapillærvæggene, som tillader passage af molekyler til og fra blodbanen. Fenestrerede kapillærer findes i organer, hvor der er behov for hurtig udveksling af information mellem blodet og vævet (bugspytkirtlen, tarmene, nogle hjerneområder osv.).
Pituicytter: Specialiserede celler i hypofysen, som hjælper med at frigive hormoner fra neuroner til blodbanen. Pituicytter har for nylig vist sig at hjælpe med at holde hypofysens blodkar utætte.
[1] Gutnick, A., og Levkowitz, G. 2012. Neurohypofysen: fiskeri efter ny indsigt. J. Neuroendocrinol. 24:973-4. doi: 10.1111/j.1365-2826.2012.02292.x
[2] Gordon, L., Blechman, J., Shimoni, E., Gur, D., Anand-Apte, B. og Levkowitz, G. 2019. Det fenestrae-associerede protein Plvap regulerer hastigheden af blodbåren proteinpassage ind i hypofysen. Development 146:dev177790. doi: 10.1242/dev.177790
[3] Anbalagan, S., Gordon, L., Blechman, J., Matsuoka, R. L., Rajamannar, P., Wircer, E., et al. 2018. Pituicyte-signaler regulerer udviklingen af permeable neuro-vaskulære grænseflader. Dev. Cell 47:711-26.e5. doi: 10.1016/j.devcel.2018.10.017
[4] Chen, Q., Leshkowitz, D., Blechman, J. og Levkowitz, G. 2020. Single-cell molekylær og cellulær arkitektur i musens neurohypofyse. eNeuro 7:ENEURO.0345-19.2019. doi: 10.1523/ENEURO.0345-19.2019
Når du læser disse ord, er hundredvis af millioner af nerveceller elektrisk og kemisk aktive i din hjerne. Denne aktivitet gør det muligt for dig at genkende ord, fornemme verden, lære, nyde og skabe nye ting og være nysgerrig på verden omkring dig. Faktisk er vores hjerner – Homo sapiens‚ – de mest fascinerende fysiske substanser, der nogensinde er opstået på jorden for ca. 200.000 år siden. Hjernen er så nysgerrig og ambitiøs, at den stræber efter at forstå sig selv og helbrede sine skrøbelige elementer, når den bliver syg. Men på trods af de seneste vigtige fremskridt inden for hjerneforskningen ved vi stadig ikke, hvordan vi skal lægge brikkerne i hjernens puslespil. Det er på grund af dette, at der for nylig er startet flere store hjerneforskningsprojekter rundt om i verden. Vi deltager i et af dem – Human Brain Project (HBP) [1]. Hovedformålet er systematisk at katalogisere alt, hvad vi ved om hjernen, at udvikle geniale eksperimentelle og teoretiske metoder til at undersøge hjernen og at sammensætte alt, hvad vi har lært, til en computermodel af hjernen. Alt dette er muligt, da vores hjerne selv har designet kraftfulde computere, internettet og sofistikerede matematik- og softwareværktøjer, som snart vil være kraftfulde nok til at modellere noget så komplekst som den menneskelige hjerne i computeren. Dette projekt vil give en ny og dybere forståelse af vores hjerne, hjælpe os med at udvikle bedre kure mod dens sygdomme og i sidste ende også lære os, hvordan vi kan bygge smartere, lærende computere. Det vigtige er, at vores hjerne kun har brug for et par måltider om dagen (og måske lidt ekstra slik) for at klare det hele – det er meget mere energieffektivt end selv en simpel computer. Lad os så fortælle dig historien om HBP.
…
Vidste du, at læger kigger på tusindvis af menneskers hjerner hver dag? På hospitaler over hele landet kigger vi ind i patienternes hjerner for at se, om noget er gået galt, så vi kan forstå, hvordan vi kan hjælpe med at behandle den enkelte patients tilstand. Hjerneafbildningsteknologi spiller en vigtig rolle i at hjælpe læger med at diagnosticere og behandle tilstande som hjerneskader . Bag kulisserne er der særlige kameraer, som giver os mulighed for at se dybt ind i patienternes hjerner hver dag.
…
Hjernen har fascineret os i umindelige tider. Nogle af de første seriøse diskussioner om den menneskelige hjerne startede i det gamle Egypten, hvor kongen af Alexandria tillod dissektioner af forbrydere i levende live for at studere menneskets anatomi [1]. De, der udførte dissektionerne, åbnede kranieknoglen og så hjernen i levende live. Da de skar gennem hjernen, opdagede de store rum inde i den. Disse rum var forbundet med hinanden som kamre i et hus. De var også fyldt med en unik, krystalklar væske, som vi nu kender som cerebrospinalvæske eller hjernevæske. De var så begejstrede for dette fund! De troede, at menneskelige sjæl befinder sig i disse væskefyldte kamre. De forsøgte at forstå, hvordan væsken bevæger sig på tværs af disse kamre, fordi de troede, at det kunne forklare, hvordan det menneskelige sind fungerer.
…
Vidste du, at den mad, du spiser, påvirker dit helbred? Vigtigst af alt kan det, du spiser, have en negativ effekt på det mest komplekse organ i din krop: din hjerne! Utroligt nok påvirker den mad, du spiser, neuronerne, som er de vigtigste celler i hjernen. I hjernen forårsager en usund kost, der er rig på fedt og sukker, betændelse i neuroner og hæmmer dannelsen af nye neuroner. Det kan påvirke den måde, hjernen fungerer på, og bidrage til hjernesygdomme som depression. På den anden side er en kost, der indeholder sunde næringsstoffer som f.eks. omega-3-fedtsyrer, gavnlig for hjernens sundhed. En sådan kost forbedrer dannelsen af neuroner og fører til forbedret tænkning, opmærksomhed og hukommelse. Alt i alt gør en sund kost hjernen glad, så vi bør alle være opmærksomme på, hvad vi spiser.
…Få inspiration og viden om praksis og cases, evidens og forskning, kurser, netværksmøder og vores Læringsplatform – alt sammen til at styrke din faglige udvikling.
Du kan til enhver tid trække dit samtykke tilbage ved at afmelde dig nyhedsmailen.
Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.
Med venlig hilsen
MiLife
