Forskare hittar vår magkänsla
Rabiesvirus i magsäcken låter inte särskilt trevligt. Inte desto mindre har forskare injicerat viruset i magsäcken på råttor för att visa vilka områden i hjärnan som styr magen, allt för att försöka komma fram till nya sätt att behandla smärtsamma sjukdomar.
Stress och depressioner har i årtionden behandlats i hjärnan. Nu har turen kommit till magsår.
I ett laboratorium på University of Pittsburgh i USA ligger ketaminbedövade råttor medvetslösa på ett operationsbord.
Forskarna, som just har skurit upp en av råttorna, sticker åtta injektionsnålar genom magsäcken. Sedan syr de ihop öppningen och lägger råttan i en isoleringsbur. Efter ett tag kvicknar råttan till, men det dröjer inte länge förrän den dör. Sprutorna innehöll dödligt rabiesvirus, som via råttans nervbanor fördes upp från magen till hjärnan.
Just rabiesvirusets förmåga att hitta till hjärnan är anledningen till att forskarna har genomfört försöket.
Det har länge varit känt att det finns en koppling mellan hjärnan och mag-tarmsystemet, men forskarna har inte känt till exakt vilka områden i hjärnan det är som skickar signaler till magen. När forskarna skär upp råttans kranium hittar de emellertid rabiesviruset i hjärnbarken och vet därmed vilken del av hjärnan som har betydelse för mag-tarmsjukdomar.
Hjärnan styr magens behov
Du äter med tankarna. Tack vare rabiesviruset har forskarna nu hittat de delar av hjärnbarken som styr vår aptit – och säger åt oss när vi ska sluta äta. Dessa saker styrs med järnhand av två centrum i hjärnan.
Rostrala insula gör oss hungriga (orange)
Signaler från insula i hjärnans centrala del stimulerar matsmältningen genom att insöndra enzymer och saltsyra i magsäcken, medan maten bearbetas genom sammandragningar i magväggens muskler. Förutom matsmältningen bidrar insula till fysiska reaktioner i sociala sammanhang, till exempel hjärtklappning och fjärilar i magen.
Hjärnbarken motverkar frosseri (rött)
De signaler som stoppar matsmältningen i magen kommer från primära motoriska barken och primära känselbarken, områden som sitter runt rostrala insula. Signalerna sätter stopp för magens muskelsammandragningar och förhindrar insöndring av matsmältningsämnen.
Magen kommunicerar med hjärnan
Forskarna kastade sig nu över att undersöka kommunikationsvägarna. Hur tog sig rabiesviruset från magen till hjärnan? De visste att mag-tarmsystemet skickar signaler till hjärnan genom att insöndra hormoner i blodomloppet, och att signaler även sänds via vagusnerven. Via blodet når hormonerna inom loppet av några minuter fram till hjärnan för att meddela att vi är hungriga eller mätta. Vagusnerven fungerar som en motorväg som gör det möjligt att sända signaler på bara några millisekunder.
Motorvägen via matsmältningskanalen påverkar hjärnan i betydligt högre grad än forskarna hittills trott. Med över 500 miljoner nervceller fungerar matsmältningskanalen som en hjärna i sig, som via nervsystemet hör ihop med hjärnan.
Vagusnerven, en av kroppens längsta nerver, når längst ut i matsmältningssystemets avkrokar. Det bestämde sig forskarna för att undersöka närmare.
Matsmältningen börjar i hjärnan
Med sina många förgreningar påverkar vagusnerven praktiskt taget alla inre organ. Den sträcker sig från hjärnan via nacken, bröstet och magen ända ner till tjocktarmen.
Vagusnerven, som utgör en direkt bro mellan magen och hjärnan, är avgörande för att hjärnan ska uppdateras om hur det står till med magen, och magen kan även ta emot direkta order från hjärnan.
Informationen går i båda riktningarna. Hjärnan påverkar mag-tarmsystemet i minst lika hög grad med bakterier, som väntar på att avge eller ta emot signaler. De totalt triljoner bakterier som finns i mag-tarmsystemet väger omkring ett kilo, vilket ungefär motsvarar hjärnans vikt. Många av bakterierna producerar signalsubstanser som når hjärnan via vagusnerven och autonoma nervsystemet. Det kör i två växlar, en snabb och en långsam.
Den snabba växeln är sympatiska nervsystemet. Det reagerar på akuta situationer med den så kallade flykt och kamp-responsen, som försätter kroppen i larmberedskap. När sympatiska nervsystemet aktiveras börjar hjärtat slå fortare. Kroppen leder bort så mycket blod som möjligt från de inre organen, bland annat magsäcken, och för i stället ut det till musklerna, där det kan maximera prestationsförmågan.
Den långsammare växeln, parasympatiska nervsystemet, är flykt och kamp-responsens raka motsats. Den är aktiv när kroppen ägnar sig åt vila och återhämtning och stimulerar matsmältningen genom att, via vagusnerven, skicka signaler till magsäcken. Då aktiveras magens muskler, som drar ihop sig och bearbetar magsäckens innehåll.
När forskarna skar upp råttans hjärna kunde de med hjälp av en antikropp se hur rabiesinfekterade nervceller från magsäcken lyste upp mellan de röda nervcellerna.
För att ta reda på varifrån i hjärnan de sympatiska och parasympatiska signalerna skickas till magen använde forskarna vid University of Pittsburgh ett rabiesvirus, dels för att rabies lätt tar sig fram genom nervsystemet, dels för att det är lätt att spåra viruset.
Efter det att rabiesviruset injicerats i råttornas magsäck överlevde råttorna i 90–115 timmar. En kort tid före dödens inträde bedövades råttorna och behandlades med kemikalier som bevarar nervsystemet. Därefter togs hjärnan och ryggraden ut, så att forskarna kunde studera de döda råttornas nervsystem.
För att hitta sjuka nervceller använde forskarna en särskild kemisk antikropp som binder specifikt till nervceller med rabies och får dem att lysa upp under ett mikroskop. Antikroppen visade att rabiesviruset tog sig genom vagusnerven via de nervceller som normalt signalerar till muskler i magsäcken och skickar matsmältningssignaler från hjärnan till magen.
Längst ut på vagusnerven hittade forskarna rabiesvirus i nervceller i hjärnstammen. Upptäckten är intressant, eftersom särskilda nervceller i hjärnstammen är förknippade med den del av hjärnbarken som heter rostrala insula och som bearbetar känslor, beröring, minnen och stress.
Forskarna hittade även spår av viruset i mediala frontalloben, där bland annat långtidsminnet och vår förmåga att fatta beslut sitter. Båda dessa områden bidrar till att informera hjärnan om när vi är hungriga, mätta, törstiga, överhettade eller kalla.
Rabies hittade alternativ väg
För att hitta de delar av hjärnbarken som sänder sympatiska signaler, det vill säga den snabba flykt och kamp-responsen, till magen klippte forskarna av försöksråttornas vagusnerv. På så vis tvingade de rabiesviruset att hitta en annan väg.
Utan vagusnerven rörde sig viruset från magsäcken till ett knippe nervceller som kallas ganglia celiaca. Dessa nervceller skickar signaler till mag-tarmsystemet, levern, gallblåsan, njurarna och mjälten.
Därifrån fortsatte rabiesviruset genom nerver i ryggraden till hjärnstammen innan det nådde hjärnbarken.
Rabies avslöjar genväg till hjärnan
Forskarna använde rabiesviruset för att identifiera vilka områden i hjärnan som styr magen. Viruset är mästerligt på att leta sig fram, och genom att injicera det i magen kunde forskarna följa virusets väg genom nervsystemet.
Budbärare väljer vagusnerven
När rabiesvirus injiceras i magsäcken färdas de genom parasympatiska nervsystemet, det vill säga genom nervceller i vagusnerven, och når ett litet område i hjärnstammen som kallas solitärkärnan innan de når rostrala insula och mediala frontalloben.
Alternativ väg genom ryggraden
Om vagusnerven är skadad tar sig virusen i stället fram genom sympatiska nervsystemet, först från magen till ett knippe nervceller i bakre bukhåleväggen, ganglia celiaca, varifrån virusen fortsätter via nervceller i ryggraden till hjärnstammen och därefter hjärnbarken.
Vägen avgör destinationen i hjärnan
Virus hamnar i olika delar av hjärnan, beroende på vilken väg de tar. Via parasympatiska nervsystemet hamnar rabiesvirus i hjärnbarkens insula samt i mediala frontalloben. Via omvägen genom sympatiska nervsystemet är destinationen primära känselbarken och primära motoriska barken.
Forskarna hittade rabiesvirus i primära motoriska barken, som skickar signaler till muskler och styr rörelser i exempelvis händerna, fingrarna och handlederna.
Även området direkt bakom, primära känselbarken, innehöll rabiesvirus.
Primära känselbarken bearbetar sinnesintryck från huden, bland annat beröring, kyla, värme, tryck, smärta eller sinnesintryck från muskler, leder och senor.
Magsår ska behandlas i hjärnan
De nya kunskaperna om områdena i hjärnbarken öppnar för nya sätt att behandla mag-tarmsjukdomar.
Utvecklingen av magsår är ett bra exempel på samspelet mellan centrala nervsystemet och bakterier i magen, eftersom magsår är förknippade med stress.
Stress och en infektion framstår vid en första anblick som två skilda orsaker, men sjukdomen orsakas vanligen av en infektion med den sjukdomsalstrande bakterien Helicobacter pylori, vars förutsättningar för tillväxt i hög grad påverkas av vagusnerven.
Det faktum att hjärnbarken styr parasympatiska signaler, det vill säga motsatsen till flykt och kamp-responsen, gör det rimligt att magsår kan ha psykosomatiska orsaker. Mentala konflikter eller psykiska svårigheter påverkar med andra ord magens tillstånd, vilket gör det relevant att behandla sjukdomen via hjärnan.
Forskarna bakom studien lyfter fram transkraniell magnetstimulering (TMS) som en tänkbar behandling.
TMS är en teknik som inte kräver någon riskabel hjärnoperation, utan i stället använder en kraftig elektromagnet för att tillfälligt aktivera eller deaktivera nervceller i en viss del av hjärnan.
Elektromagneten placeras på patientens huvud och skapar ett elektromagnetiskt fält som sänder en ström genom hjärnan.
Metoden kan användas för att antingen aktivera områden i hjärnan som är vilande eller tillfälligt stoppa oönskade signaler. TMS har redan visat potential vid behandling av depression, stress och sömnbrist.
Nu tyder mycket på att även magbesvär kan behandlas genom tillfällig kortslutning och stimulans av hjärnan.