يستهلك الدماغ وحده من 20 إلى 25% من طاقة الجسم، أي ربع طاقة الجسم الإجمالية تقريبًا! ويتعين عليه أن ينجح في التخلص من ٨ جرامات تقريبًا من المخلفات يوميًّا. وما يزيد الأمر تعقيدًا، أن هذا الدماغ لا يمتلك أوعية لمفاوية مثل بقية أعضاء الجسم، وليس لديه جهاز مخصص لتصريف النفايات؟ إذن، كيف يقوم بعملية التصريف؟
نشاط لا ينقطع ومخلفات لا تنتهي
بسبب النشاط الكهربائي الهائل لخلايا الدماغ التي لا تنام أبدًا، ينتج الدماغ قدرًا هائلاً من المخلفات الخطيرة؛ فهو مشغول بالعديد من المهام حتى عندما يكون جسمك في حالة استرخاء كامل أثناء النوم. فبينما أنت غارق في نومك، يعتني دماغك بتنظيم العمليات التلقائية، مثل التحكم في نبضات القلب، وتنفس الرئتين، ودرجة حرارة الجسم، وحركة الجهاز الهضمي، والكثير من العمليات الحيوية الداخلية الأخرى. وعلى الرغم من أن الدماغ يشكل فقط 2% من كتلة الجسم، إلا أنه يعمل كمفاعل ضخم ومعقد جدًّا، ويستهلك الكثير من الطاقة، ولا يتوقف عن إنتاج المخلفات. ولكن هذا الأمر يضع الدماغ أمام أزمتين كبيرتين:
1- ضرورة تأمين حصص من الأكسجين والعناصر الغذائية أكثر من حصة أي عضو آخر. وتتجلى قدرة الخالق في حل هذه الأزمة، من خلال توفير شبكة إمداد دموي معقدة وكثيفة، لدرجة أنها تمثل معظم حجم الكتلة الدماغية، وتتوزع فيها بغزارة وعمق، ما يضمن توصيل الغذاء والأكسجين لكل خلية في كل ثنية من تلافيف الدماغ.
2- التخلص من المخلفات الناتجة عن نشاطه الهائل، حيث يحتوي الدماغ على 100-200 مليار خلية عصبية صغيرة جدًّا، بحيث لو وضعنا 200 ألف خلية بجانب بعضها البعض، لما تجاوزت في حجمها حجم رأس الدبوس! تنتقل المعلومات بين هذه الخلايا بسرعة 250 ميلاً في الساعة، وفي الثانية الواحدة، تعبر بين فصي الدماغ الأيمن والأيسر بلايين المعلومات والإشارات العصبية، ويتم عدد من التفاعلات الكيميائية يُقدر بما بين 100 ألف إلى مليون تفاعل!
وبديهي أن تتولد من هذه التفاعلات المحمومة كميات هائلة من المخلفات البروتينية والنفايات الأيضية، التي يتعين على الدماغ التخلص من ربعها يوميًّا كي لا تتراكم بداخله، فما أن يتخلص من جزء حتى تحل محله مخلفات أخرى جديدة. وهذه هي ثاني أكبر أزمة على الدماغ تنتظر الحل.
العضو الوحيد بلا شبكة صرف
يُعدُّ التخلص من المخلفات مهمة حيوية وحساسة جدًّا بالنسبة لأي عضو داخل الجسم، ولا سيما للدماغ. تخيل، لو تُرك مطبخ بيتك دون تنظيف ليوم أو أكثر، أو لو أضربوا عمال النظافة عن العمل في مدينتك، ستتراكم -حتمًا- كمية مهولة من النفايات، ولما استطاع أحد المشي في الشوارع أو دخول الأسواق.
هذا بالضبط ما يحدث في دماغك الذي يعمل بنشاط طوال اليوم، وينتج كمية كبيرة من المخلفات التي إن بقيت داخله، فخلاياه لن تستطيع تأدية وظائفها على نحو سليم، بل يمكن أن تتلف بالكامل، ومن هنا جاء وصف تلك المخلفات بـ”السامّة”.
أخطر هذه النفايات مادة “بيتا أميلويد” (Beta-Amyloid)، التي تتكون داخل الدماغ كمنتج جانبي، ويجب أن يتم التخلص منها بشكل فوري طوال الوقت؛ لأنها لو تراكمت، فسوف تترسب على شكل صحائف أو لويحات بيتيدية لزجة، وتعمل على سد الفراغات بين الخلايا الدماغية، مما يربك وظائف الدماغ ويُبطئ العمليات الذهنية.
بالنسبة لكافة أعضاء الجسم، يقوم الجهاز اللمفاوي بمهمة رفع هذه المُخلفَّات الحيوية. وبالتالي تمتد هذه الشبكة الضخمة من الأوعية اللمفاوية جنبًا إلى جنب -وفي توافق تام- مع شبكة الأوعية الدموية، وتعملان معًا على تنظيم توازن السوائل في الجسم، والتخلص من المنتجات الثانوية ومخلفات عمليات الأيض الحيوية.
تنتشر هذه الشبكة المزدوجة على امتداد مساحة الجسم البشري، وتتفرع على نحو متوازٍ، وتسير فروع الشبكتين معًا بتنسيق ثنائي مدهش. ولكن المحيِّر، أن هذا الثنائي البارع، ينفصل فجأة عندما يصل إلى حدود الدماغ! حيث تفقد الشبكة المزدوجة توافقيتها، وفجأة تخبو السيمفونية النابضة بالحيوية، وتتقدم الشبكة الدموية وحدها لتدخل إلى الدماغ.
والجدير بالذكر أن الدماغ الذي يدير أعضاء الجسم كله، ويستهلك وحده ربع طاقة الجسم، ويفرز سنويًّا ما يُعادل وزنه كاملاً من النفايات، هو العضو الوحيد الذي لا يوجد به أوعية لمفاوية. وبالرغم من أن أكبر عمليات الاستقلاب تحدث داخل الدماغ، إلا أن خدمة التنظيف والتصريف التي يقوم بها الجهاز اللمفاوي لا تصل إليه.
أين تذهب مخلفات الدماغ؟
تم افتراض وجود أوعية لمفاوية في الدماغ لأول مرة في عام 1816م، ولكنها لم تُر بالفعل حتى عام 2015م، بعد أن تطورت تقنيات التصوير، بما سمح لمجموعة من الباحثين بالتعمق داخل الدماغ لفهم آلية تخلصه من مخلفاته، وذلك من خلال تخدير فأر تجارب، ثم حقنه بصبغة تمييز الأوعية الدموية باللون الأحمر والسائل الشوكي باللون الأخضر، وبذلك تتميز بوضوح عملية تنقل هذه السوائل من وإلى الدماغ. وما اكتشفوه كان مذهلاً لفريق البحث؛ حيث أظهر التصوير الدماغي للفأر، حركة السائل الشوكي وهو يغمر الدماغ، من خلال خواص تشريحية متخصصة، يسمح CSF بالنفاذية بشكل سريع وعميق جدًّا داخل الدماغ، حيث يتغلغل السائل من سطح الدماغ إلى العمق، وأثناء اندفاعه للأسفل وتغلغله داخل أنسجة الدماغ، لاحظ الباحثون أنه يختلط مع السوائل البينيّة/الخلالية (Interstitial Fluid)، المتجمعة في الفراغات بين الخلايا (Interstitial Spaces).
تعمل هذه المنطقة كمحطة تبادلية (Exchange) يتم فيها تبادل العناصر الغذائية للخلايا بالمخلفات. بعد ذلك، يخرج السائل المُحمّل بالمخلفات إلى مجرى الدم عبر الأوردة، ليتدفق معه إلى خارج الدماغ. وما كان مثيرًا للانتباه، أن هذا السائل المُحمّل بالمخلفات، لم يكن يتدفق بشكل عشوائي أثناء خروجه من عمق الدماغ إلى السطح، بل بدا أنه يتحرك عبر مسارات مرورية دقيقة ومحددة، وكأن هناك قنوات تنظم وتسهل تدفقه.
تم التأكد من ذلك بعد أن قام الباحثون بفحص أنسجة السحايا الدماغية للفأر، بتقنية جديدة غير معتادة؛ حيث قاموا باستخلاص خلايا السحايا كاملة دون تقطيعها لشرائح صغيرة كما جرت العادة، ومن ثم قاموا بفردها على شريحة واحدة وفحصها تحت المجهر. هنا ظهرت تلك القنوات الصغيرة على امتداد الشريحة بالكامل بوضوح، مُشكِّلةً جهازًا أنبوبيًّا يسير بمحاذاة السطح الخارجي للأوعية الدموية الدماغية. وقد تبين أنها أوعية لمفاوية سحائية بالفعل، فهي تمتلك كل الصفات الجزيئية للخلايا اللمفاوية المبطنة.
وهكذا تأكد -وللمرة الأولى- وجود أنابيب تشريحية متخصصة لتصريف نفايات الدماغ، لم يعتقد علماء التشريح بوجودها من قبل. وبذلك ثبت وجود اتصال فعلي بين الدماغ والجهاز اللمفاوي عن طريق هذه الشبكة من الأوعية، وهو الأمر الذي عدّه الباحثون في السابق مستحيلاً، وحتى وقت قريب، لم يكن هناك أي دليل على أن النظام اللمفاوي يمتد إلى الدماغ.
كانت الفرضية أن منع تواجد الأوعية اللمفاوية داخل الدماغ يأتي ضمن منظومة الحفاظ على أنسجة الدماغ فائقة الحساسية، فدخول السائل اللمفاوي المُحمّل بالمواد الكيميائية الغريبة إلى دماغك، وتدفقه بين خلاياه الدماغية بشكل عشوائي، هو أمر خطير يشبه سكب كوب من القهوة على لوحة مفاتيح جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
الجهاز اللمفاوي قبل وبعد الاكتشاف
وباستخدام صبغة مغناطيسية مع تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي عالي الدقة (MRI)، قام فريق من الباحثين في “معاهد الصحة الوطنية” الأمريكية، بمسح أدمغة خمسة متطوعين أصحاء بعد حقنهم بصبغة مغناطيسية مصممة لإظهار الأوعية، مع تعتيم إشارات الأوعية الدموية أثناء مسح الدماغ، وبذلك نجحوا حرفيًّا في رؤية أدمغة المتطوعين وهي تقذف النفايات داخل أوعية الجهاز اللمفاوي في الدماغ.
كشَفوا لأول مرة، عن وجود شبكة من الأوعية اللمفاوية (أنابيب الصرف) في أدمغة البشر. وعند تشريح الدماغ البشري، تأكد وجود هذه الأنابيب الصغيرة جدًّا، وأنها تشريحيًّا تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في الجهاز اللمفاوي الطرفي، إلا أن هذه الشبكة تمتلك بعض الصفات الفريدة. أمّا الذي يجعل الأوعية اللمفاوية الدماغية فريدة؛ أنها أقل تعقيدًا من الأوعية اللمفاوية الطرفية، وتتكون من أوعية أضيق، وهي قريبة جدًّا من الأوعية الدموية مما جعلها غير مرئية سابقًا.
ورأى فريق البحث أن التصاق هذه الشبكة بالأوعية الدموية، هو السبب وراء عدم ملاحظتها من قبل. وعلّلوا ذلك بقولهم إنها ببساطة كانت “مختبئة جيدًا” داخل طبقات الأغشية التي تغطي الدماغ (السحايا). وهكذا أُعيد اكتشاف الأوعية اللمفاوية المختبئة داخل السحايا الدماغية، وظهر للمرة الأولى أن تصوّرنا عن خلو الدماغ من أوعية لمفاوية غير صحيح بتاتًا.
الجهاز الجليمفاوي وطريقة عمله
أطلق العلماء على الجهاز الجديد المكتشف اسم “الجهاز الجليمفاوي” (The Glymphatic System) أو “الدبقي اللمفاوي”، وهو اسم مزيج بين كلمتين بالإنجليزية، هما “Glia” حيث ترمز “G” في “Glymphatic” إلى الخلايا الدبقية أو الصمغية (Glial Cells) التي تدير هذا الجهاز، و”Lymphatic” لأنه يقوم بوظيفة الجهاز اللمفاوي تمامًا، إلا أن خلية من الخلايا الدبقية الدماغية هي التي تنظم عمله، تُعرف باسم “الخلايا النجمية” (Astrocytes)، لأنها تأخذ شكل نجمة ذات أذرع وامتدادات طويلة نسبيًا.
تتمدد الخلايا النجمية لتحيط بالأوعية الدموية مكوِّنة ممرات فراغية تحيط بكل وعاء دموي، وهذه الفراغات المحيطة هي التي تجعل الوعاء الدموي يظهر في المقطع العرضي يشبه كعكة مثقوبة عند مركزها. يمكن القول إن الأوعية الدموية الدماغية عبارة عن أنابيب حول أنابيب، لأنها محاطة بمساحة من الفراغ. ويقع هذا الفراغ بين جدارين: جدار السطح الخارجي لخلايا الأوعية الدموية، وجدار آخر يتكون من امتدادات متفرعة للخلايا العصبية، وهو خاص بالدماغ والنخاع الشوكي فقط.
تحتوي الأنابيب الخارجية على مسام صغيرة تتسرب من خلالها المواد المغذية من الدم إلى قنوات مليئة بالخلايا العصبية. وهناك مسام مماثلة لخروج السائل المحمل بالنفايات من الأنبوبة، مما يجعل عمليتي تغذية وتنظيف المخ تحدثان في نفس الوقت.
نظام تنظيف حصري للدماغ
المدهش أنه لا يوجد عضو آخر في الجسم ينتهج هذا النهج بالضبط، لإزالة المخلفات من بين خلاياه. إنه حلٌّ خاص بالدماغ حصريًّا. لو تأملنا قليلاً لوجدنا تجلّيًا لأوجه العظمة والإعجاز والحكمة البالغة في خلق الجهاز الجليمفاوي الأنبوبي المكتشف حديثًا، والذي يمثل شبكة الصرف الخفية للتخلص من “القمامة الأيضية” داخل أدمغتنا:
1- الاستغلال الأمثل للمساحات الضيقة: يتواجد الدماغ داخل مساحة ضيقة ومغلقة، فهو مطوّق بجمجمة صلبة، ومكدّس بالخلايا، ومحشور بالكامل داخل الحيز المحدود الذي يشغله، وليس هناك مساحة إضافية بداخله تسمح بوجود المزيد من الأوعية، فضلاً عن شبكة مستقلة من الأوعية اللمفاوية.
لذا، فإن توظيف السطح الخارجي للأوعية الدموية بهذه الطريقة يُعدُّ حلًّا مثاليًّا؛ لأنه على الرغم من عدم وجود مساحة إضافية، أصبح بوسع الأوعية الدموية أن تمتد من سطح الدماغ إلى أعماقه، حتى تصل إلى كل خلية داخله. وبهذه الطريقة، يستطيع السائل الذي ينتقل بمحاذاة السطح الخارجي لتلك الأوعية، الوصول بسهولة إلى جميع أجزاء الدماغ، والتصاق أنابيب الجهاز الجليمفاوي بالأوعية الدموية، مكَّن هذا السائل من الوصول إلى كل تلافيف الدماغ بسهولة.
إنها بالفعل طريقة مثالية لإعادة توظيف شبكة الأوعية الدموية للقيام بمهام شبكة أوعية ثانية هي الأوعية اللمفاوية، ما يجعل الدماغ ليس بحاجة إليها. تمامًا كما نستخدم المائدة كسُفرة لتناول الطعام ومكتب للدراسة في الوقت ذاته، بسبب ضيق المساحة في المنزل.
2- عملية تنظيف سريعة ومتواصلة على مدار الوقت: يعمل الدماغ البشري مثل مفاعل نووي معقّد جدًّا، حيث يقوم بملايين التفاعلات الحيوية باستمرار، ويُنتج كميات هائلة من النفايات في كل ثانية.
يتيح الجهاز الجليمفاوي للدماغ أن ينظّف نفسه بطريقة أكثر تنظيمًا، وبشكل أسرع وعلى نطاق أوسع مما كان يُعرف من قبل. فمن خلال عملية غمر الدماغ بالسائل المنظف، يعتمد نظام تنظيف الدماغ بشكل أساسي على تدفق هذا السائل عبر أنسجته. لكن، وفقًا للنظام الأنبوبي، نجد أن الجمجمة تشبه المضخة الهيدروليكية، إذا فُتحت توقفت عن العمل. وهذا النظام بهذه الآلية، غير موجود سوى في الدماغ، كما أن نظام الضخ أسرع من نظام التدفق، حيث يعتمد التدفق بدوره على الضغط الموجود طوال الوقت. وهكذا، تستمر عملية التنظيف بإيقاع منتظم، ففي كل دقيقة يتم التخلص من كميات كبيرة من البروتينات التي يمكن أن تضرّ بالخلايا العصبية.
3- وظيفتان لجهاز واحد: إلى جانب تعزيز إزالة البروتينات والنفايات البينية المذابة من الدماغ، يسهم الجهاز الجليمفاوي في نقل العناصر الغذائية وجزيئات الإشارة إلى الخلايا العصبية، كما يؤدي دورًا هامًّا في تغذيتها والحفاظ على توازن البيئة الداخلية للدماغ، مما يجعله جهازًا أكفأ من الجهاز اللمفاوي التقليدي.
يمكننا أنْ نتخيل أنَّ الدماغ محاط بحوض سباحة كبير مملوء بسائل نظيف ونقي للغاية، وهو السائل الدماغي الشوكي (CSF) الذي يملأ جميع التجاويف داخل الدماغ ويحيط به بالكامل. وبخلاف ما لو كان يجري داخل الأوعية، فإن هذا السائل يتمتع بحرية غمر أنسجة الدماغ بالكامل، والوصول إلى كل خلية داخله، ليغذيها من ناحية، ويجمع نفاياتها المحملة بالسائل البيني من ناحية أخرى، ويخلصها منها عن طريق الترشيح عبر جدران الأوعية الدموية الدماغية. وبعد أن تجد المخلفات الذائبة طريقها من الأنسجة العميقة للدماغ إلى هذا الحوض، تقوم جدران الأوعية الدموية بالتقاطها وإلقائها في مجرى الدم.
هذه الطريقة تشبه إلى حد كبير عمل الجهاز اللمفاوي، أليس كذلك؟ ولكن هنا، تولّت الأوعية الدموية مهمة الأوعية اللمفاوية، مما جعل الدماغ في غنى عن وجودها.
(*) طبيبة متخصصة في علم الميكروبيولوجيا الطبية والمناعة / مصر.
المراجع
(1) Iliff, Jeffrey J., et al. “A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid β.” Science Translational Medicine 4.147 (2012).
(2) Lee, Hedok, et al. “The Effect of Body Posture on Brain Glymphatic Transport.” The Journal of Neuroscience 35.31 (2015): 11034-11044.
(3) Welberg, Leonie. “Sleep: not such a waste.” Nature Reviews Neuroscience 14.12 (2013): 816-817.