Сънят прочиства мозъка от токсини и метаболити

Скорошно проучване, публикувано в списанието Nature Neuroscience, установи, че изчистването на мозъчната дейност е намалено по време на анестезия и сън.

Сънят е състояние на уязвима неактивност. Предвид рисковете от тази уязвимост, се предполага, че сънят може да донесе някои ползи. Предполага се, че сънят изчиства токсините и метаболитите от мозъка чрез глимфатичната система. Това предположение има важни последици; например, намаленото изчистване на токсините поради хронично лош сън може да влоши болестта на Алцхаймер.

Механизмите и анатомичните пътища, чрез които токсините и метаболитите се изчистват от мозъка, остават неясни. Според глимфатичната хипотеза, базалният флуиден поток, задвижван от хидростатични градиенти на налягането от артериалните пулсации, активно изчиства соли от мозъка по време на бавновълнов сън. Освен това, седативните дози анестетици усилват клирънса. Дали сънят усилва клирънса чрез увеличен базален поток, остава неизвестно.

В това проучване изследователите са измерили движението на течности и мозъчния клирънс при мишки. Първо, те са определили коефициента на дифузия на флуоресцеин изотиоцианат (FITC)-декстран, флуоресцентно багрило. FITC-декстран е инжектиран в опашното ядро и флуоресценцията е измерена във фронталния кортекс.

Първоначалните експерименти включваха изчакване на стационарно състояние, избелване на багрилото в малък обем тъкан и определяне на коефициента на дифузия чрез измерване на скоростта на движение на неизбеленото багрило в избелената област. Техниката беше валидирана чрез измерване на дифузията на FITC-декстран в симулиращи мозък агарозни гелове, които бяха модифицирани, за да се приближат до оптичното поглъщане и разсейване на светлината на мозъка.

Резултатите показват, че коефициентът на дифузия на FITC-декстран не се различава между анестезираното и сънното състояние. След това екипът измерва мозъчния клирънс в различни състояния на будност. Те използват малък обем от флуоресцентното багрило AF488 при мишки, на които са инжектирани физиологичен разтвор или анестетик. Това багрило се движи свободно в паренхима и може да помогне за точното количествено определяне на мозъчния клирънс. Правени са и сравнения между будното и сънното състояние.

При пикови концентрации, клирънсът е бил 70–80% при мишки, третирани с физиологичен разтвор, което показва, че нормалните механизми на клирънс не са нарушени. Клирънсът обаче е бил значително намален, когато са били използвани анестетици (пентобарбитал, дексмедетомидин и кетамин-ксилазин). Освен това, клирънсът е бил намален и при спящи мишки в сравнение с будните мишки. Коефициентът на дифузия обаче не се е различавал значително между анестезирано и спящо състояние.

A. Три или пет часа след инжектирането на AF488 в CPu, мозъците бяха замразени и нарязани на криосрези с дебелина 60 μm. Средният интензитет на флуоресценция на всеки срез беше измерен чрез флуоресцентна микроскопия; след това средните интензитети на групи от четири среза бяха осреднени.

Б. Средният интензитет на флуоресценция беше преобразуван в концентрация, използвайки калибровъчните данни, представени в Допълнителна фигура 1, и нанесен графично спрямо предно-задното разстояние от точката на инжектиране за състояния на будно (черно), заспиване (синьо) и KET-XYL анестезия (червено). Горната част са данните на 3 часа. Долната част са данните на 5 часа. Линиите представляват Гаусови апроксимации на данните, а лентите за грешки показват 95% доверителни интервали. Както на 3, така и на 5 часа, концентрациите на KET-XYL по време на анестезия (P < 10⁻⁶ на 3 часа; P < 10⁻⁶ на 5 часа) и сън (P = 0,0016 на 3 часа; P < 10⁻⁴ на 5 часа) бяха значително по-високи от тези по време на будно състояние (двуфакторен ANOVA с корекция за множествено сравнение на Bonferroni-Holm).

C. Представителни изображения на мозъчни срези на различни разстояния (антеропостериорно) от мястото на инжектиране на AF488 след 3 часа (горните три реда) и след 5 часа (долните три реда). Всеки ред представлява данни за три будни състояния (будност, сън и KET-XYL анестезия).

Проучването установи, че мозъчният клирънс е намален по време на анестезия и сън, което противоречи на предишни доклади. Клирънсът може да варира в различните анатомични области, но степента на вариация може да е малка. Инхибирането на клирънса от кетамин-ксилазин обаче е значително и независимо от мястото.

Никълъс П. Франкс, един от авторите на изследването, каза: „Изследователската област е била толкова фокусирана върху идеята за почистването като една от ключовите причини, поради които спим, че бяхме много изненадани от противоположните резултати.“

Особено важно е да се отбележи, че резултатите се отнасят до малък обем багрило, което се движи свободно в извънклетъчното пространство. По-големите молекули могат да проявяват различно поведение. Освен това, точните механизми, чрез които сънят и анестезията влияят върху изчистването на мозъка, остават неясни; тези открития обаче оспорват схващането, че основната функция на съня е да изчиства мозъка от токсини.