Spánok čistí mozog od toxínov a metabolitov

Nedávna štúdia publikovaná v časopise Nature Neuroscience zistila, že vyjasňovanie mozgových funkcií je počas anestézie a spánku znížené.

Spánok je stav zraniteľnej nečinnosti. Vzhľadom na riziká tejto zraniteľnosti sa predpokladá, že spánok môže prinášať určité výhody. Predpokladá sa, že spánok odstraňuje toxíny a metabolity z mozgu prostredníctvom glymfatického systému. Tento predpoklad má dôležité dôsledky; napríklad znížené odstraňovanie toxínov v dôsledku chronicky nedostatočného spánku môže zhoršiť Alzheimerovu chorobu.

Mechanizmy a anatomické dráhy, ktorými sa toxíny a metabolity odstraňujú z mozgu, zostávajú nejasné. Podľa glymfatickej hypotézy bazálny tok tekutiny, poháňaný hydrostatickými tlakovými gradientmi z arteriálnych pulzácií, aktívne odstraňuje soli z mozgu počas pomalovlnného spánku. Okrem toho sedatívne dávky anestetík zvyšujú odstraňovanie. Či spánok zvyšuje odstraňovanie prostredníctvom zvýšeného bazálneho prietoku, zostáva neznáme.

V tejto štúdii výskumníci merali pohyb tekutín a klírens mozgu u myší. Najprv stanovili difúzny koeficient fluoresceín izotiokyanátu (FITC)-dextránu, fluorescenčného farbiva. FITC-dextrán bol injekčne podaný do nucleus caudatus a fluorescencia bola meraná vo frontálnom kortexe.

Počiatočné experimenty zahŕňali čakanie na dosiahnutie ustáleného stavu, bielenie farbiva v malom objeme tkaniva a stanovenie difúzneho koeficientu meraním rýchlosti pohybu nebieleného farbiva do bielenej oblasti. Technika bola validovaná meraním difúzie FITC-dextránu v agarózových géloch simulujúcich mozog, ktoré boli modifikované tak, aby sa aproximovali optická absorpcia a rozptyl svetla mozgu.

Výsledky ukázali, že difúzny koeficient FITC-dextránu sa nelíšil medzi anestetizovaným stavom a stavom spánku. Tím potom meral mozgovú klírens v rôznych stavoch bdelosti. Použili malé množstvo fluorescenčného farbiva AF488 u myší, ktorým bol injekčne podaný fyziologický roztok alebo anestetikum. Toto farbivo sa voľne pohybovalo v parenchýme a mohlo pomôcť presne kvantifikovať mozgovú klírens. Porovnania sa uskutočnili aj medzi bdelým stavom a stavom spánku.

Pri maximálnych koncentráciách bol klírens u myší liečených fyziologickým roztokom 70 – 80 %, čo naznačuje, že normálne mechanizmy klírensu neboli narušené. Klírens sa však významne znížil pri použití anestetík (pentobarbital, dexmedetomidín a ketamín-xylazín). Okrem toho sa klírens znížil aj u spiacich myší v porovnaní s bdelými myšami. Difúzny koeficient sa však medzi anestetizovaným a spiacim stavom významne nelíšil.

A. Tri alebo päť hodín po injekcii AF488 do CPu boli mozgy zmrazené a narezané na kryorezy s hrúbkou 60 μm. Priemerná intenzita fluorescencie každej rezu bola meraná fluorescenčnou mikroskopiou; potom boli priemerné priemerné intenzity skupín štyroch rezov.

B. Priemerná intenzita fluorescencie bola prepočítaná na koncentráciu pomocou kalibračných údajov uvedených na doplnkovom obrázku 1 a vynesená do grafu oproti predozadnej vzdialenosti od bodu vpichu pre bdelý (čierna), spiaci (modrá) a KET-XYL anestéziu (červená). Hore sú údaje po 3 hodinách. Spodne sú údaje po 5 hodinách. Čiary predstavujú Gaussovské prispôsobenie údajov a chybové úsečky zobrazujú 95 % intervaly spoľahlivosti. Po 3 aj 5 hodinách boli koncentrácie KET-XYL počas anestézie (P < 10⁻⁶ po 3 hodinách; P < 10⁻⁶ po 5 hodinách) a spánku (P = 0,0016 po 3 hodinách; P < 10⁻⁴ po 5 hodinách) významne vyššie ako počas bdelosti (dvojcestná ANOVA s Bonferroniho-Holmovou korekciou viacnásobného porovnania).

C. Reprezentatívne snímky rezov mozgu v rôznych vzdialenostiach (anteroposteriórne) od miesta vpichu AF488 po 3 hodinách (horné tri riadky) a po 5 hodinách (dolné tri riadky). Každý riadok predstavuje údaje pre tri bdelé stavy (bdelý stav, spánok a anestézia KET-XYL).

Štúdia zistila, že mozgový klírens bol počas anestézie a spánku znížený, čo je v rozpore s predchádzajúcimi správami. Klírens sa môže líšiť v závislosti od anatomických miest, ale stupeň variácie môže byť malý. Inhibícia klírensu ketamín-xylazínom však bola významná a nezávislá od miesta.

Nicholas P. Franks, jeden z autorov štúdie, povedal: „Výskumná oblasť sa natoľko zameriavala na myšlienku upratovania ako jedného z kľúčových dôvodov, prečo spíme, že nás veľmi prekvapili opačné výsledky.“

Je obzvlášť dôležité poznamenať, že výsledky sa týkajú malého objemu farbiva, ktoré sa voľne pohybuje v extracelulárnom priestore. Väčšie molekuly môžu vykazovať odlišné správanie. Okrem toho presné mechanizmy, ktorými spánok a anestézia ovplyvňujú vyčistenie mozgu, zostávajú nejasné; tieto zistenia však spochybňujú predstavu, že primárnou funkciou spánku je vyčistiť mozog od toxínov.