Hersenschudding doet zenuwcellen razendsnel opzwellen

Een harde klap tegen het hoofd kan een hersenschudding veroorzaken. Hoe zo’n dreun de zenuwcellen in de hersenen toetakelt, begrijpen Amerikaanse neurofysiologen nu een stuk beter: de cellen zwellen binnen enkele seconden op doordat het celtransport platligt.

19 juni 2017

Klappen tegen het hoofd kunnen de hersenen beschadigen, ook al is er geen hersenschudding.
Flickr.com, Zach Stern via CC BY-NC-ND 2.0

Een harde klap op je hoofd, heel vaak een bal koppen of een val van de fiets. Het zijn allemaal manier om een hersenschudding op te lopen. ‘Trauma’, noemen neurologen het. Zo’n traumatisch hoofdletsel bestaat uit twee delen: het letsel door de dreun zelf, en het letsel dat daaruit ontstaat door een overdosis aan vrijgekomen boodschappermoleculen (neurotransmitters) en ontstekingen. Afhankelijk van hoe zwaar de hersenschudding is, hebben patiënten symptomen als hoofdpijn, misselijkheid en geheugenverlies.

Wetenschappers weten al dat een hersenschudding de werking van zenuwcellen in het brein kan verstoren, maar er was weinig bekend over wat in de cel verandert. Onderzoekers van Ohio State University deden in het vakblad The Journal of Cell Biology uit de doeken hoe een hersenschudding eruitziet onder de microscoop.

Kralen aan een ketting

In hersenweefsel van ratten met traumatisch hersenletsel zagen wetenschappers eerder al dat er meerdere zwellingen opkomen rond de axonen van zenuwcellen. Axonen zijn de lange uitlopers van de cel die elektrische signalen doorgeven aan naastgelegen zenuwcellen. De signalen die over het axon lopen zijn bijvoorbeeld belangrijk voor onze zintuigen, cognitie, emotie en motorische vaardigheden. Op microscopische foto’s lijken de zwellingen net kralen aan een ketting; ze zijn klein en verschijnen over de lengte van het axon.

Het onderzoeksteam, geleid door neurofysioloog Chen Gu, observeerde het ontstaan van de zwellingen in een schaaltje met levende zenuwcellen. Ze bootsten klappen op het hoofd na door met een pipet vloeistof tegen de zenuwcellen aan te spuiten. De druk die de vloeistof op de cellen uitoefent, was ongeveer gelijk aan de kracht die zenuwcellen te verduren krijgen bij een dreun tegen het hoofd.

Al na vijf seconden verschenen de zwellingen, zoals je kan zien op het filmpje hierboven. “We denken dat de zenuwcellen van mensen die een hersenschudding hebben hoogstwaarschijnlijk binnen een paar seconde opzwellen. Veel sneller dan we verwachtten”, zegt Gu in een persbericht. De zwellingen verdwenen weer na een paar minuten, wat overeenkomt met de symptomen van patiënten; die herstellen na verloop van tijd weer.

In een tweede experiment met muizen gebeurde hetzelfde: door lichte tikken op hun schedel, ontwikkelen ze razendsnel zwellingen op hun zenuwcellen die ook weer weggaan.

Een close-up van neuronen op een donkere achtergrond. — Zenuwcellen met hun uitlopers. Door zwellingen ligt het celtransport stil.
Flickr, UCI Research via CC BY-NC 2.0

File op de snelweg

Het team kraakte ook het mogelijk achterliggende mechanisme van de zwellingen. Door de kracht van de vloeistof wordt een eiwit actief dat zich in grote getale ophoudt op de buitenkant van de axonen. Dat eiwit vormt een drukgevoelig kanaaltje, waardoor calciumionen vanuit de omgeving de cel binnenstromen. Is de hoeveelheid lange tijd verhoogd, dan breken de calciumionen bepaalde eiwitbuisjes op waarlangs de cel materialen transporteert. Die materialen hopen zich dan weer op verschillende punten in het axon op en dat lijkt de zwellingen te vormen. Door het eiwitkanaal te blokkeren bleven de zwellingen achterwege.

“Het is alsof je een snelweg hebt met lading die in twee richtingen beweegt”, legt Gu uit. “Na de hersenschudding sluit de snelweg en ontstaat er een enorme file. Als de druk op de hersenen stopt, gaat de snelweg weer open en kan de lading weer gaan bewegen.” Of het ook precies zo in mensen gaat is nog de vraag, maar de onderzoekers denken dat inzicht in het mechanisme op een dag kan helpen om de symptomen van hersenschudding te verminderen.

Biofysicus Lukas Kapitein, die aan de Universiteit Utrecht onderzoek doet naar celtransport in zenuwcellen, vindt de studie inzicht geeft in de eiwitten die betrokken zijn bij het veroorzaken en voorkomen van de zwellingen. “Ook heel mooi, is dat met de methode van Gu de zwellingen vanzelf weer verdwijnen. Dat biedt perspectief voor verder onderzoek naar hoe cellen deze defecten kunnen herstellen”, aldus Kapitein.

Gezondheid en ziekte

Patiënten met de ziekte van Alzheimer en Parkinson hebben hetzelfde soort zwellingen op de axonen van hun zenuwcellen. Bij hen is het een teken van niet meer te herstellen hersenschade. “In sommige gevallen, zoals bij de ziekte van Alzheimer, zijn er onomkeerbare veranderingen en is het axon kapot”, aldus Gu.

De zwellingen spelen overigens niet alleen een rol bij ziekte, ook bij gezondheid. In het centraal zenuwstelsel van een gezond persoon liggen niet alle axonen er mooi kaarsrecht bij. Je ziet de kralen ook tijdens de ontwikkeling van het zenuwstelsel en zelfs in de hersenen van volwassenen kom je ze tegen. Zenuwcellen reageren op de krachten die de omgeving op hen uitoefent, waardoor zwellingen ook onder normale omstandigheden ontstaan, schrijven de onderzoekers. Wanneer schade aan het axon herstelt en wanneer het onomkeerbaar is, is nog onduidelijk.

Bron:

Yuanzheng Gu e.a., Polarity of varicosity initiation in central neuron mechanosensation, The Journal of Cell Biology. Gepubliceerd op 12 juni 2017. DOI:10.1083/jcb.201606065