Miegas išvalo smegenis nuo toksinų ir metabolitų

Neseniai žurnale „Nature Neuroscience“ paskelbtame tyrime nustatyta, kad smegenų valymas sumažėja anestezijos ir miego metu.

Miegas yra pažeidžiama neveiklumo būsena. Atsižvelgiant į šio pažeidžiamumo riziką, buvo teigiama, kad miegas gali suteikti tam tikros naudos. Teigiama, kad miegas pašalina toksinus ir metabolitus iš smegenų per glimfinę sistemą. Šis teiginys turi svarbių pasekmių; pavyzdžiui, sumažėjęs toksinų pašalinimas dėl chroniškai prasto miego gali pabloginti Alzheimerio ligą.

Mechanizmai ir anatominiai keliai, kuriais toksinai ir metabolitai pašalinami iš smegenų, lieka neaiškūs. Remiantis glimfatine hipoteze, bazinis skysčių srautas, kurį lemia hidrostatinio slėgio gradientai dėl arterijų pulsacijų, aktyviai pašalina druskas iš smegenų lėtos bangos miego metu. Be to, raminamosios anestetikų dozės pagerina klirensą. Ar miegas pagerina klirensą padidindamas bazinį srautą, lieka nežinoma.

Šiame tyrime tyrėjai išmatavo skysčių judėjimą ir smegenų klirensą pelėms. Pirmiausia jie nustatė fluoresceino izotiocianato (FITC) dekstrano, fluorescencinio dažiklio, difuzijos koeficientą. FITC dekstranas buvo sušvirkštas į uodegotąjį branduolį, o fluorescencija buvo matuojama priekinėje žievėje.

Pradiniai eksperimentai apėmė laukimą, kol nusistovės pastovi būsena, dažų balinimą nedideliame audinio tūryje ir difuzijos koeficiento nustatymą, matuojant nebalintų dažų judėjimo greitį į balintą sritį. Technika buvo patvirtinta matuojant FITC-dekstrano difuziją smegenis imituojančiuose agarozės geliuose, kurie buvo modifikuoti taip, kad apytiksliai atitiktų smegenų optinę absorbciją ir šviesos sklaidą.

Rezultatai parodė, kad FITC-dekstrano difuzijos koeficientas nesiskyrė tarp anestezijos ir miego būsenų. Tada komanda išmatavo smegenų klirensą skirtingose budrumo būsenose. Pelėms, kurioms buvo sušvirkštas fiziologinis tirpalas arba anestetikas, jie panaudojo nedidelį kiekį fluorescencinių dažų AF488. Šie dažai laisvai judėjo parenchimoje ir galėjo padėti tiksliai kiekybiškai įvertinti smegenų klirensą. Taip pat buvo palyginti budrumo ir miego būsenos.

Esant didžiausiai koncentracijai, fiziologiniu tirpalu paveiktų pelių klirensas buvo 70–80 %, o tai rodo, kad normalūs klirenso mechanizmai nebuvo sutrikę. Tačiau klirensas reikšmingai sumažėjo, kai buvo naudojami anestetikai (pentobarbitalis, deksmedetomidinas ir ketaminas-ksilazinas). Be to, miegančių pelių klirensas taip pat buvo mažesnis, palyginti su pabudusiomis pelėmis. Tačiau difuzijos koeficientas tarp anestezuotos ir miego būsenų reikšmingai nesiskyrė.

A. Praėjus trims ar penkioms valandoms po AF488 injekcijos į CPu, smegenys buvo užšaldytos ir supjaustytos į 60 μm storio kriozepjūvius. Kiekvieno pjūvio vidutinis fluorescencijos intensyvumas buvo matuojamas fluorescencine mikroskopija; tada buvo apskaičiuotas keturių pjūvių grupių vidutinių intensyvumų vidurkis.

B. Vidutinis fluorescencijos intensyvumas buvo perskaičiuotas į koncentraciją naudojant kalibravimo duomenis, pateiktus 1 papildomame paveiksle, ir nubraižytas pagal anteroposteriorinį atstumą nuo injekcijos taško budrumo (juoda), miego (mėlyna) ir KET-XYL anestezijos (raudona) būsenoms. Viršuje pateikti duomenys po 3 valandų. Apačioje pateikti duomenys po 5 valandų. Linijos rodo Gauso atitikmenis duomenims, o paklaidų juostos rodo 95 % patikimumo intervalus. Po 3 ir 5 valandų KET-XYL koncentracijos anestezijos metu (P < 10⁻⁶ po 3 val.; P < 10⁻⁶ po 5 val.) ir miego metu (P = 0,0016 po 3 val.; P < 10⁻⁴ po 5 val.) buvo žymiai didesnės nei budrumo metu (dvipusė ANOVA su Bonferroni-Holmo daugybinių palyginimų korekcija).

C. Smegenų pjūvių, esančių skirtingais atstumais (anteroposteriorinė pusė) nuo AF488 injekcijos vietos, reprezentatyvūs vaizdai po 3 valandų (viršutinės trys eilutės) ir po 5 valandų (apatinės trys eilutės). Kiekvienoje eilutėje pateikiami duomenys apie tris budrumo būsenas (pabudimas, miegas ir KET-XYL anestezija).

Tyrimo metu nustatyta, kad anestezijos ir miego metu sumažėjo smegenų klirensas, o tai prieštarauja ankstesnėms ataskaitoms. Klirensas gali skirtis skirtingose anatominėse vietose, tačiau variacijos laipsnis gali būti nedidelis. Tačiau ketamino ir ksilazino klirenso slopinimas buvo reikšmingas ir nepriklausė nuo vietos.

Vienas iš tyrimo autorių Nicholas P. Franks sakė: „Tyrimų sritis buvo taip sutelkta į valymo, kaip vienos iš pagrindinių miego priežasčių, idėją, kad mus labai nustebino priešingi rezultatai.“

Ypač svarbu atkreipti dėmesį, kad rezultatai gauti su nedideliu dažų kiekiu, kuris laisvai juda tarpląstelinėje erdvėje. Didesnės molekulės gali elgtis kitaip. Be to, tikslūs mechanizmai, kuriais miegas ir anestezija veikia smegenų valymą, lieka neaiškūs; tačiau šie duomenys meta iššūkį nuomonei, kad pagrindinė miego funkcija yra išvalyti smegenis nuo toksinų.