Aivot vaivaavat vatsaa
Raivotauti mahalaukussa ei kuulosta kivalta, mutta ruiskuttamalla rabiesviruksia rottien vatsaan on selvitetty, mitkä aivojen osat säätelevät mahaa. Tutkimuksen tavoitteena on kehittää uusia kivunhoitomenetelmiä.
Stressiä ja masennusta on jo vuoskikymmeniä hoidettu aivojen kautta. Nyt on vuorossa mahahaava.
Yhdysvaltalaisen Pittsburghin yliopiston laboratoriossa makaa leikkauspöydällä joukko tajuttomia rottia, jotka on nukutettu ketamiinilla.
Rotilta on juuri leikattu vatsa auki, ja niiden mahalaukun seinämään annetaan kahdeksan pistosta. Sitten leikkaushaava suljetaan ompelemalla ja rotat siirretään eristyshäkkiin. Rotat virkoavat ennen pitkää, muttei mene kauan, kun ne kuolevat. Ruiskeiden sisältämät tappavat rabiesvirukset kulkeutuvat nimittäin rottien mahasta hermoston kautta niiden aivoihin.
Viruksilla on ainutlaatuinen kyky hakeutua aivoihin, ja nimenomaan tästä syystä tutkimukseen on ryhdytty.
Vaikka on tiedetty jo kauan, että aivot ja ruoansulatuskanava ovat yhteydessä toisiinsa, kuva siitä, mitkä aivoalueet viestivät mahan kanssa, on ollut epäselvä. Kun rottien kallot avataan, rabiesviruksia löytyy aivokuoren niistä osista, joilla on merkitystä ruoansulatuskanavan sairauksien kehittymiselle.
Aivot säätelevät mahan tarpeita
Syöminen on aivotoiminnan tulos. Raivotaudin ansiosta tunnetaan nyt ne aivokuoren osat, jotka kehottavat syömään ja käskevät lopettamaan syömisen. Koko tapahtumasarjaa säätelee ankarasti kaksi aivoaluetta.
Nenänpuoleinen aivosaari nälättää (oranssi)
Aivojen keskiosassa sijaitsevan aivosaaren viestit vilkastuttavat ruoansulatusta kiihdyttämällä entsyymien ja suolahapon erittymistä mahalaukkuun. Samalla sen seinämien liike muokkaa ruokaa. Ruoansulatuksen lisäksi aivosaari vaikuttaa fyysisiin reaktioihin sosiaalisissa tilanteissa esimerkiksi aiheuttamalla sydämentykytystä tai perhosia vatsassa.
Aivokuori hillitsee syömishimoa (punainen)
Ruoansulatuksen mahassa pysäyttävät viestit tulevat etupäässä primaarisesta liikeaivokuoresta ja primaarisesta tuntoaivokuoresta. Nämä alueet ympäröivät nenänpuoleista aivosaarta. Viestit vähentävät mahan lihasliikkeitä ja ruokaa sulattavien aineiden eritystä.
Maha puhuu aivoille
Seuraavassa tutkimusvaiheessa selvitettiin itse reittiä. Kuinka raivotauti levisi mahasta aivoihin? Ruoansulatuskanavan on tiedetty viestivän aivoille erittämällä verenkiertoon hormoneja ja lähettämällä impulsseja kiertäjähermoa pitkin. Hormonit kulkeutuvat veren mukana aivoihin muutamassa minuutissa ja kertovat siellä nälästä tai kylläisyydestä. Kiertäjähermo puolestaan toimii tiedon valtatienä, joka välittää viestit perille millisekunneissa.
Valtatie seuraa ruoansulatuskanavaa ja vaikuttaa aivoihin paljon enemmän kuin tähän asti on luultu. Ruoansulatuskanava toimii toisina aivoina, joissa on yli 500 miljoonaa hermosolua ja jotka liittyvät hermojen kautta keskushermostoon.
Kiertäjähermo, joka on kehon pisimpiä hermoja, hermottaa ruoansulatusjärjestelmää laidasta laitaan. Seuraavaksi kartoitettiin sen yksityiskohtia.
Ruoansulatus alkaa aivoista
Kiertäjähermo vaikuttaa haarojensa kautta melkein kaikkiin sisäelimiin. Se kulkee aivoista kaulan kautta rintaan ja edelleen mahaan ja päättyy paksusuoleen.
Hermo muodostaa sillan mahan ja aivojen välille ja huolehtii siitä, että aivot ovat jatkuvasti selvillä mahassa vallitsevasta tilanteesta ja maha saa käskyjä suoraan aivoista.
Tieto kulkee kumpaankin suuntaan. Aivot vaikuttavat kuitenkin ruoansulatuskanavaan vähintään yhtä paljon niiden bakteerien välityksellä, jotka ovat valmiita toimittamaan tai vastaanottamaan viestejä. Ruoansulatuskanavassa elävät triljoonat bakteerit painavat yhteensä noin kilon eli suunnilleen saman verran kuin aivot. Monet bakteerit tuottavat viestiaineita, jotka kiertäjähermo ja autonominen hermosto välittävät aivoihin kahta eri vauhtia: joutuisasti tai verkkaisesti.
Nopeasta toiminnasta vastaa sympaattinen hermosto. Se reagoi äkillisiin taistele tai pakene -tilanteisiin, jotka saavat elimistön hälytysvalmiuteen. Kun sympaattinen hermosto aktivoituu, sydän lyö nopeammin. Verenkierto ohjautuu niin paljon kuin mahdollista sisäelimistä – mahalaukku mukaan lukien – lihaksiin niiden suorituskyvyn maksimoimiseksi.
Hitaan vaikutuksen takana on parasympaattinen hermosto, joka pitää yllä niin sanottua lepää ja sulata -tilaa. Se auttaa elimistöä palautumaan ja rauhoittumaan ja edistää ruoansulatusta kiertäjähermon mahalaukkuun välittämillä viesteillä. Mahan lihakset aktivoituvat, ja supistelu muokkaa mahan sisältöä.
Kun tutkijat leikkelivät rottien aivoja, he saivat vasta-aineiden avulla rabieksen saastuttamat hermosolut loistamaan punaisten hermosolujen joukossa.
Saadakseen selville, mistä aivojen osista sympaattinen ja parasympaattinen hermosto välittävät viestejä mahaan, Pittsburghin yliopiston tutkijat aiheuttivat raivotautitartunnan. Tausta-ajatuksena oli ensiksikin, että rabiesvirukset leviävät helposti hermostossa, ja toiseksi, että ne ovat hyvin löydettävissä.
Koska tartunta aiheutettiin pistämällä mahalaukkuun, rotat pysyivät hengissä 90–115 tuntia. Vähän ennen kuolemaa eläimet nukutettiin, jotta niitä voitiin käsitellä hermoston säilymistä parantavilla kemikaaleilla. Sitten aivot ja selkäydin poistettiin ja keskushermostoa alettiin tutkia.
Tartunnan saaneiden hermosolujen etsinnässä käytettiin tiettyä vasta-ainetta, joka sitouduttuaan rabiesviruksen saastuttamaan hermosoluun loistaa mikroskoopilla tarkasteltaessa. Vasta-aineanalyysi paljasti, että raivotauti eteni kiertäjähermossa niiden hermosolujen kautta, jotka normaalisti kuljettavat käskyjä mahalaukun lihaksille ja välittävät ruoansulatusviestejä aivoista mahaan.
Kiertäjähermon loppupäästä, aivorungosta, löydettiin rabiesviruksia sisältäviä hermosoluja. Löytö oli mielenkiintoinen, sillä osa aivorungon hermosoluista on yhteydessä aivokuoreen kuuluvaan nenänpuoleiseen aivosaareen, joka käsittelee tunteita, tuntemuksia, muistoja ja stressiä.
Analyysi paljasti tartunnan myös otsalohkojen keskialueelta, joka säätelee muun muassa kestomuistin toimintaa ja vaikuttaa päätöksentekokykyyn. Kummallakin aivojen osalla on merkitystä nälän, kylläisyyden, janon sekä kuuman ja kylmän tunteen syntymiselle.
Raivotauti lähti toiselle polulle
Tutkimuksessa katkaistiin kiertäjähermo yli puolelta laboratoriorotista, jotta päästiin paikantamaan niitä aivokuoren alueita, jotka viestivät mahalle sympaattisen hermoston kautta tyypillisesti taistele tai pakene -reaktion yhteydessä. Siksi raivotaudin piti etsiä vaihtoehtoinen leviämisreitti.
Kiertäjähermon sijasta virukset hakeutuivat mahalaukusta sympaattisen hermoston hermosolmuihin, joista käytetään myös nimitystä ganglio. Niiden hermosolut viestivät ruoansulatuskanavan, sappirakon, munuaisten ja pernan kanssa.
Raivotauti jatkoi leviämistään selkäytimeen ja edelleen aivorunkoon ja saavutti lopulta aivokuoren.
Raivotauti paljasti oikotien aivoihin
Tutkimuksessa selvitettiin rabiesvirusten avulla, mitkä aivojen osat valvovat mahaa. Sinne ruiskutetut virukset tarttuivat hermosoluihin, joten taudin eteneminen paljasti sen käyttämän hermostoreitin.
Viestinviejät valitsevat kiertäjähermon
Mahaan pistetyt rabiesvirukset hakeutuvat parasympaattiseen hermostoon. Toisin sanoen ne leviävät kiertäjähermon kautta aina aivorungossa sijaitsevaan erillistumakkeeseen ja sieltä edelleen nenänpuoleiseen aivosaareen ja otsalohkojen keskialueelle.
Kakkosreitti kulkee selkärangassa
Kun kiertäjähermo on vaurioitunut, virus etsiytyy sympaattiseen hermostoon – ensin mahasta sisuspunokseksi nimitettyyn hermosolmuun eli ganglioon. Sieltä tartunta leviää selkäytimen hermosolujen kautta ensin aivorunkoon ja sitten aivokuoreen.
Reitti määrää määränpään
Tartunnan saavat useat aivojen osat. Se, minne virukset ilmestyvät, riippuu niiden valitsemasta reitistä. Parasympaattisen hermoston kautta levitessään raivotauti iskee aivosaareen ja otsalohkojen keskialueeseen. Käyttäessään kiertotienä sympaattista hermostoa virukset päätyvät primaariseen tuntoaivokuoreen ja primaariseen liikeaivokuoreen.
Tutkimuksessa löydettiin rabiesviruksia primaarisesta liikeaivokuoresta, joka lähettää viestejä lihaksille ja säätelee muun muassa käsivarsien, sormien ja ranteiden liikkeitä.
Myös taempana vieressä oleva alue, primaarinen tuntoaivokuori, sisälsi rabiesviruksia.
Primaarinen tuntoaivokuori käsittelee tietoa ihon vastaanottamista ärsykkeistä, kuten kosketuksesta, kylmästä, kuumasta, paineesta ja kivusta sekä lihasten, nivelten ja jänteiden tilasta.
Mahahaavaa pitää hoitaa aivoista käsin
Tarkentunut kuva aivokuoren alueista avaa uusia näköaloja ruoansulatuskanavan sairauksien hoitomahdollisuuksiin.
Mahahaavan kehittyminen on hyvä esimerkki keskushermoston ja mahan bakteerien yhteispelistä, sillä haavautumiseen liittyy stressi.
Stressi ja tulehdus vaikuttavat erillisiltä syiltä, mutta mahahaava johtuu yleensä mahan limakalvolla elävästä taudinaiheuttajasta, helikobakteerista. Lajin elinolosuhteisiin vaikuttaa hyvin paljon kiertäjähermo.
Se, että aivokuori valvoo – lepää ja sulata -tilaa ylläpitävän – parasympaattisen hermoston viestintää mahalle, on vahva vihje siitä, että mahahaava voi kehittyä psykosomaattisista syistä. Toisin sanoen henkinen paine ja mielenterveyden ongelmat heijastuvat mahan tilaan, ja siksi mahahaavaa on mielekästä hoitaa pään kautta.
Tutkimuksen tekijät pitävät mahdollisena hoitomenetelmänä transkraniaalista magneettistimulaatiota (TMS).
TMS on kajoamaton hoitotoimenpide, jossa voimakkaan sähkömagneetin avulla vaikutetaan paikallisesti aivokuoren hermosolujen aktiivisuuteen ja keskinäiseen viestintään.
Sähkömagneetti asetaan hoidettavan pään päälle, ja syntyvä sähkömagneettinen kenttä saa aikaan sähköisen toiminnan muutoksia aivoissa.
Menetelmällä voidaan vilkastuttaa passiivisten aivojen osien toimintaa tai estää hermosolujen haitallista viestintää. TMS:stä on jo saatu hyviä kokemuksia muun muassa masennuksen, stressin ja unihäiriöiden hoidossa.
Monet seikat viittaavat siihen, että vatsavaivat voivat helpottua, kun aivojen pätkintää ja muuta sekoilua vähennetään.