Maagzweren zitten in het brein
Hondsdolheid in de maag klinkt niet bijster prettig. Toch hebben wetenschappers het rabiësvirus in de maag van ratten geïnjecteerd om uit te zoeken welke hersengebieden de maag aansturen – en zo tot een nieuwe behandeling van pijnlijke ziekten te komen.
Stress en depressie worden al tientallen jaren behandeld in de hersenen. Nu is het de beurt aan obesitas.
In een laboratorium aan de universiteit van Pittsburgh in de VS liggen met ketamine verdoofde ratten op een operatietafel.
Onderzoekers hebben een sneetje gemaakt in een van de ratten en zetten nu acht injecties in de maagwand. Daarna hechten ze de snee en zetten ze de rat in een isolatiekooi. De rat komt bij, maar sterft al snel. De injecties bevatten een dodelijk rabiësvirus, dat via de zenuwbanen van de maag naar de hersenen van de rat is getrokken.
Juist vanwege het unieke vermogen van het virus om zijn weg naar de hersenen te vinden is dit experiment opgezet.
Hoewel het al lang bekend is dat hersenen en maag-darmstelsel met elkaar verbonden zijn, weten we niet precies welke hersengebieden signalen naar de maag sturen. Maar als de onderzoekers de schedel van de rat lichten, vinden ze het rabiësvirus in de hersenschors en dus in de hersengebieden die belangrijk zijn voor maag-darmkwalen.
Brein stuurt behoeften van de maag aan
Je eet met je verstand. Dankzij hondsdolheid hebben onderzoekers nu de gebieden in de hersenschors gevonden die onze behoefte om te eten – en daar weer mee te stoppen – regisseren. Twee hersencentra hebben het voor het zeggen.
Rostrale insula maakt de maag hongerig (oranje)
Signalen van de insula midden in de hersenen stimuleren de spijsvertering door enzymen en zoutzuur in de maag af te scheiden, en samentrekkingen in de spieren van de maagwand kneden het voedsel. De insula draagt ook bij aan lichamelijke reacties in sociale context, zoals hartkloppingen en vlinders in de buik.
Hersenschors remt het eetfestijn (rood)
De signalen die de spijsvertering in de maag stoppen, komen van de primaire motorische en de primaire sensorische hersenschors. Die liggen rond de rostrale insula. De signalen vertragen de samentrekkingen van de maagspieren en voorkomen dat spijsverteringsstoffen worden uitgescheiden.
Maag spreekt hersenen toe
De wetenschappers bekeken daarop de route zelf. Hoe gaat rabiës van maag naar brein? Het maag-darmstelsel bericht de hersenen door hormonen in de bloedbaan af te scheiden, en de berichten lopen via de nervus vagus, dat was al bekend. De hormonen bereiken de hersenen binnen een paar minuten via het bloed en vertellen ons dat we honger hebben of vol zitten. En de nervus vagus is als een snelweg waarmee berichten binnen milliseconden van A naar B komen.
De snelweg loopt via het spijsverteringskanaal en beïnvloedt de hersenen veel sterker dan gedacht. Het spijsverteringskanaal fungeert als een brein op zich met zeker 500 miljoen zenuwcellen, die via het zenuwstelsel met de hersenen zijn verbonden.
De nervus vagus is een van de langste zenuwen van het lichaam en loopt tot in de uithoeken van ons spijsverteringsstelsel. En daar wilden de onderzoekers meer van weten.
Spijsvertering begint in het brein
De nervus vagus beïnvloedt met al zijn vertakkingen bijna alle inwendige organen. Hij loopt van de hersenen door de nek, borst en buik helemaal tot aan de dikke darm.
De zenuw vormt een directe brug tussen de maag en hersenen en vertelt de hersenen hoe het met de maag gaat. En de maag kan rechtstreeks opdrachten van de hersenen ontvangen.
De informatie gaat twee kanten op, en de hersenen beïnvloeden het maag-darmstelsel sterk met allerlei bacteriën, die klaarstaan om berichten af te leveren of te ontvangen. De triljoenen bacteriën in het maag-darmkanaal wegen samen circa 1 kilo, ongeveer evenveel als de hersenen. Veel van die bacteriën produceren signaalstoffen, die via de nervus vagus en het autonome zenuwstelsel naar de hersenen lopen. Hij draait in twee versnellingen: een hoge en een lage.
De hoge versnelling wordt het sympathische zenuwstelsel genoemd. Het reageert op acute situaties, de zogeheten vecht- of vluchtreactie, die het lichaam alert maakt. Als dit zenuwstelsel actief is, gaat het hart sneller kloppen. Het lichaam stuurt zoveel mogelijk bloed van de inwendige organen, inclusief de maag, naar de spieren, zodat we maximaal kunnen presteren.
De lage versnelling noemen we het parasympathische zenuwstelsel: de zogeheten rest and digest-respons. Het is actief wanneer het lichaam in rust is en herstelt, en stimuleert de spijsvertering door signalen naar de maag te sturen via de nervus vagus. Zo worden de spieren van de maag geactiveerd, waardoor ze samentrekken en de inhoud kneden.
Toen de onderzoekers de hersenen van de rat opsneden, lieten ze met behulp van een antistof de met rabiës geïnfecteerde neuronen uit de maag oplichten tussen de rode neuronen.
Om te achterhalen waarvandaan in de hersenen de sympathische en parasympathische signalen naar de maag worden gestuurd, gebruikten de onderzoekers van Pittsburgh een rabiësvirus. Ten eerste omdat rabiës zich makkelijk door het zenuwstelsel verplaatst, en ten tweede omdat het virus goed op te sporen valt.
Nadat het rabiësvirus in de rattenmagen was gespoten, leefden de ratten nog 90-115 uur. Kort voor ze stierven, werden ze onder narcose gebracht en behandeld met chemicaliën die het zenuwstelsel conserveren. Daarna werden de hersenen en wervelkolom verwijderd voor onderzoek naar het zenuwstelsel.
Om zieke neuronen te vinden, gebruikten de onderzoekers een antistof die zich specifiek aan neuronen met rabiës hecht, en die oplicht onder een microscoop. Aan de antistof was te zien dat rabiës door de nervus vagus omhoogkroop via de neuronen die opdrachten geven aan de maagspieren en die spijsverteringssignalen van de hersenen naar de maag sturen.
Aan het einde van de nervus vagus vonden de onderzoekers rabiës in neuronen in de hersenstam. Dat is interessant omdat bepaalde neuronen in de hersenstam verbonden zijn met de rostrale insula, een gebied van de hersenschors dat emoties, sensaties, herinneringen en stress verwerkt.
Ook zaten er sporen van het virus in de mediale frontale kwab, waar ons langetermijngeheugen en ons vermogen om beslissingen te nemen zetelen. Beide gebieden geven de hersenen door of we honger of dorst hebben, vol zitten of het te warm of ijskoud hebben.
Rabiës vindt alternatieve route
Om de gebieden in de hersenschors te vinden die sympathische signalen naar de maag sturen – dus de hoge vecht- of vluchtversnelling – sneden de onderzoekers de nervus vagus bij de helft van de proefratten door. Nu moest het rabiësvirus een andere route zoeken.
Zonder de nervus vagus ging het virus van de maag naar de buikholteganglia, een verzameling zenuwcellen. Die sturen signalen naar het maag-darmstelsel en de lever, galblaas, nieren en milt.
Van daaruit trok rabiës verder door zenuwen in de wervelkolom omhoog naar de hersenstam en verder naar de hersenschors.
Rabiës vindt sluiproute naar de hersenen
De onderzoekers gebruikten rabiës om te bepalen welke hersengebieden de maag aansturen. Het virus weet uitstekend zijn weg te vinden, en door het in de maag te injecteren, konden onderzoekers zijn route door het zenuwstelsel volgen.
Boodschappers kiezen de nervus vagus
Als rabiës in de maag wordt gespoten, reist het virus door het parasympathische zenuwstelsel, dus door zenuwcellen in de nervus vagus. Het komt aan in een klein gebied in de hersenstam, de NTS (nucleus solitary tract), en bereikt dan de rostrale insula en de mediale frontaalkwab.
Plan B-route gaat via wervelkolom
Als de nervus vagus beschadigd is, loopt het virus via het sympathische zenuwstelsel – eerst van de maag naar de buikholteganglia, een verzameling zenuwcellen in de zonnevlecht, dan verder door neuronen in de wervelkolom naar de hersenstam en vervolgens naar de hersenschors.
Route bepaalt bestemming in het brein
Het virus belandt op verschillende plaatsen in de hersenen, afhankelijk van de gekozen route. Via het parasympathische zenuwstelsel belandt rabiës in de insula van de hersenschors en de mediale frontaalkwab, en via het sympathische zenuwstelsel komt het virus aan in de primaire sensorische en de primaire motorische hersenschors.
Hier vonden de onderzoekers rabiës in de primaire motorische hersenschors, die signalen naar spieren stuurt en bewegingen in bijvoorbeeld handen, vingers en polsen regelt.
Het gebied direct erachter, de primaire sensorische hersenschors, bevatte ook het rabiësvirus.
De primaire sensorische cortex verwerkt wat de huid voelt, zoals aanraking, kou, hitte, druk, pijn of gewaarwordingen van spieren, gewrichten en pezen.
Maagzweren: behandelen in het brein
De nieuwe kennis van de hersenschors maakt nieuwe behandelingen van maag-darmziekten mogelijk.
De ontwikkeling van een maagzweer is een goed voorbeeld van het samenspel tussen het centrale zenuwstelsel en maagbacteriën, want een maagzweer houdt verband met stress.
Afgezien van stress en een infectie is een maagzweer veelal te wijten aan een infectie met de ziekteverwekkende bacterie Helicobacter pylori. En de nervus vagus is sterk van invloed op de groei en het welzijn van de bacterie.
Dat de hersenschors parasympathische signalen – dus de trage rest and digest-respons – naar de maag reguleert, ondersteunt het idee dat een maagzweer het gevolg kan zijn van een psychosomatische toestand. Onze mentale conflicten of psychische complexen beïnvloeden de maag, dus mogelijk moet de kwaal via de hersenen behandeld worden.
De onderzoekers noemen transcraniële magnetische stimulatie (TMS) een voor de hand liggende optie.
TMS is een techniek die geen riskante hersenoperatie vereist, maar met een krachtige elektromagneet tijdelijk neuronen in een bepaald hersengebied activeert of buitenspel zet.
De elektromagneet wordt op het hoofd van de patiënt geplaatst en vormt een elektromagnetisch veld, dat een stroompje door de hersenen stuurt.
De methode kan worden gebruikt om trage hersengebieden te activeren of om ongewenste signalen uit de hersenen op pauze te zetten. TMS is veelbelovend, en kan helpen tegen depressie, stress en slaapgebrek.
Nu zijn er veel aanwijzingen dat maagklachten ook baat kunnen hebben bij tijdelijke kortsluiting en prikkeling van de hersenen.