Μορφολογική και λειτουργική πλαστικότητα του νευρικού συστήματος κατά την γήρανση και τον εκφυλισμό
Authors: Γαϊτανίδης Αλέξανδρος 
Published: August 2021

Οι περισσότεροι πολυκύτταροι οργανισμοί διέρχονται κάποια μορφή λειτουργικής γήρανσης, εντούτοις η φύση της γήρανσης ποικίλει τόσο ανάμεσα σε διαφορετικά είδη όσο και ανάμεσα στα άτομα του ίδιου είδους Η κατανόηση του αρχετυπικού σχεδίου κατασκευής και των βασικών αρχών λειτουργίας των κινητικών συστημάτων (κινητικό νευρικό και μυϊκό σύστημα) στη διάρκεια της ζωής αποτελεί θεμελιώδη στόχο στις Νευροεπιστήμες και την Ιατρική. Η γνώση των δυνατοτήτων για κινητική αυτονομία ιδιαίτερα κατά το γήρας στον άνθρωπο θα επιτρέψει την κατανόηση τόσο της αιτιολογίας κινητικών δυσλειτουργιών όπως και το σχεδιασμό θεραπευτικών προσεγγίσεων. Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκε ένα από τα πλέον δημοφιλή μοντέλα–συστήματα για τη μελέτη της μοριακής και γενετικής βάσης της γήρανσης η μύγα των φρούτων, Drosophila melanogaster. Τα πειράματα είχαν ως σκοπό τη διερεύνηση της επίδρασης της ηλικίας στην κινητική κατάσταση και συμπεριφορά της μύγας. Η μελέτη έγινε σε μεμονωμένα άτομα με ίδιο γονότυπο ώστε να εξαιρεθεί ο παράγοντας της γενετικής ποικιλομορφίας. Η προσέγγιση αποσκοπούσε στη διερεύνηση των φυσιολογικών χαρακτηριστικών της κινητικής συμπεριφοράς σε νεαρές ηλικίες που ακολουθείται από έκπτωση κατά τη γήρανση του οργανισμού. Ειδικότερα, μελετήθηκαν οι αντανακλαστικές συμπεριφορές διαφυγής που ενεργοποιούνται όταν το έντομο αντιλαμβάνεται και μεταφράζει κάποιο ερέθισμα ως απειλητικό για τη ζωή. Αυτές είναι: (1) η απομάκρυνση με αναρρίχηση, λόγω αρνητικού γεωτακτισμού, ως αντίδραση σε κάποιο μηχανικό ερέθισμα. και (2) η συμπεριφορά διαφυγής με άλμα και πτήση ως απόκριση σε οπτικό ερέθισμα. Στην δεύτερη περίπτωση μελετήθηκε ηλεκτροφυσιολογικά το Σύστημα Γιγαντιαίων Αξόνων, το νευρωνικό κύκλωμα το οποίο είναι υπεύθυνο για την αντίδραση διαφυγής. Ιδιαίτερη σημασία δόθηκε στον διαχωρισμό με ποσοτικά κριτήρια της κινητικής ικανότητας από την ενεργοποίηση και διατήρηση της αντίδρασης-συμπεριφοράς στο ερέθισμα, ανάλογα με την ηλικία. Για την μελέτη της συμπεριφοράς διαφυγής με αναρρίχηση λόγω αρνητικού γεωτακτισμού σε σχέση με την ηλικία χρησιμοποιήσαμε, επιπλέον των γνωστών μεθόδων, μια πιο γρήγορη και απλή προσέγγιση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα γηρασμένα άτομα χωρίς να δεχτούν κάποιο ερέθισμα βρίσκονται στην πλειοψηφία τους στον πυθμένα του φιαλιδίου και ακίνητα σε αντίθεση με τα νεαρά που στην πλειονότητά τους βρίσκονται στην κορυφή του φιαλιδίου και εν κινήσει. Η ικανότητα αναρρίχησης μελετήθηκε ως απάντηση σε δύο διαφορετικού τύπου ερεθίσματα. Ο μέσος όρος του χρόνου ολοκλήρωσης των δοκιμασιών σε επίπεδο πληθυσμού μετά από κάθε ερέθισμα αυξάνεται με την ηλικία. Το ίδιο παρουσίασε και ο μέσος όρος των καλύτερων χρόνων αναρρίχησης που εμφάνισε κάθε άτομο. Η παραπάνω πειραματική διαδικασία για την μελέτη της ικανότητας αναρρίχησης πραγματοποιήθηκε και σε επιμήκη μελέτη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ηλικιωμένα άτομα (50 ημερών) έχουν καλύτερες επιδόσεις όταν ο ρυθμός αύξησης του χρόνου αναρρίχησης με την ηλικία έμενε σταθερός, σε αντίθεση με άτομα τα οποία εμφάνισαν αυξανόμενο ρυθμό αναρριχητικής έκπτωσης. Η διερεύνηση για πιθανές αλλαγές στο σύστημα γιγαντιαίων αξόνων, το νευρωνικό κύκλωμα για την συμπεριφορά διαφυγής, με την ηλικία έγινε με την εξέταση τριών παραμέτρων. Της βραχύχρονης απόκρισης, της ανερέθιστης περιόδου και της επαγόμενης συχνότητας 50%. Η σύγκριση νεαρών και γηρασμένων ατόμων όσο αφορά το υποκύκλωμα ΓΝ-ΡΕΜς αποκάλυψε στατιστικά σημαντικές διαφορές για τις τρεις αυτές παραμέτρους. Με την πειραματική μελέτη των υποκυκλωμάτων ΓΝ-ΑΜ και ΡΕΜΝς-ΡΕΜς και με την εις άτοπο απαγωγή δείξαμε ότι η αύξηση της βραχύχρονης απόκρισης στο υποκύκλωμα ΓΝ-ΡΕΜς οφείλεται στην νευρομυική σύναψη ενώ η αύξηση της ανερέθιστης περιόδου και η μείωση της επαγόμενης συχνότητας 50% οφείλεται στη σύναψη ΠΣΕ- ΡΕΜνς στο ΚΝΣ. Επίσης, το υποκύκλωμα ΓΝ-ΡΕΜς στην ηλικία των 60 ημερών δεν υπόκεινται σε περαιτέρω έκπτωση της λειτουργίας του μέχρι το τέλος ζωής των ατόμων αλλά εμφανίζει μπλοκάρισμα διάδοσης του σήματος από τους γιγαντιαίους άξονες στους πτητικούς μύες. Μελέτη συμπεριφοράς γηρασμένων ατόμων κάθε 6 ώρες έδειξε ότι ένα μεγάλο ποσοστό ατόμων εμφανίζει ένα διάστημα διάρκειας 6 έως 24 ώρες με συγκεκριμένες κινητικές και συμπεριφορικές δυσλειτουργίες όπως είναι η ανικανότητα βάδισης και αναρρίχησης, ο κλονισμός στα πόδια, οι ρυθμικές κινήσεις της προβοσκίδας και η ανικανότητα για ορθή στάση του σώματος. Η συνεχής βιντεοσκόπηση γηρασμένων ατόμων μέχρι τη στιγμή του θανάτου τους αποκάλυψε ότι τελικά, όλα τα άτομα διέρχονται από μια τέτοια περίοδο με τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που η διάρκεια και η συχνότητα εμφάνισής τους ποικίλουν από άτομο σε άτομο. Κατά συνέπεια καθορίστηκςαν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του σταδίου της ζωής λίγο πριν τον φυσιολογικό (λόγω γήρανσης) θάνατο για πρώτη φορά σε ζωικό είδος.