Somnul curăță creierul de toxine și metaboliți

Un studiu recent publicat în revista Nature Neuroscience a descoperit că limpezirea creierului este redusă în timpul anesteziei și al somnului.

Somnul este o stare de inactivitate vulnerabilă. Având în vedere riscurile acestei vulnerabilități, s-a sugerat că somnul ar putea conferi unele beneficii. S-a sugerat că somnul elimină toxinele și metaboliții din creier prin intermediul sistemului glimfatic. Această sugestie are implicații importante; de exemplu, eliminarea redusă a toxinelor din cauza somnului cronic deficitar poate agrava boala Alzheimer.

Mecanismele și căile anatomice prin care toxinele și metaboliții sunt eliminați din creier rămân neclare. Conform ipotezei glimfatice, fluxul de lichid bazal, determinat de gradienții de presiune hidrostatică din pulsațiile arteriale, elimină activ sărurile din creier în timpul somnului cu unde lente. În plus, dozele sedative de anestezice sporesc eliminarea. Rămâne necunoscut dacă somnul îmbunătățește eliminarea prin creșterea fluxului bazal.

În acest studiu, cercetătorii au măsurat mișcarea fluidelor și clearance-ul cerebral la șoareci. Mai întâi, au determinat coeficientul de difuzie al izotiocianatului de fluoresceină (FITC)-dextran, un colorant fluorescent. FITC-dextranul a fost injectat în nucleul caudat, iar fluorescența a fost măsurată în cortexul frontal.

Experimentele inițiale au implicat așteptarea stării staționare, decolorarea colorantului într-un volum mic de țesut și determinarea coeficientului de difuzie prin măsurarea ratei de mișcare a colorantului nealbit în zona decolorată. Tehnica a fost validată prin măsurarea difuziei FITC-dextranului în geluri de agaroză care simulează creierul, modificate pentru a aproxima absorbția optică și împrăștierea luminii în creier.

Rezultatele au arătat că clearance-ul cerebral al FITC-dextranului nu a diferit între starea de anestezie și cea de somn. Echipa a măsurat apoi clearance-ul cerebral în diferite stări de veghe. Au folosit un volum mic de colorant fluorescent AF488 la șoareci cărora li s-a injectat soluție salină sau anestezic. Acest colorant s-a mișcat liber în parenchim și ar putea ajuta la cuantificarea precisă a clearance-ului cerebral. De asemenea, s-au făcut comparații între starea de veghe și cea de somn.

La concentrațiile maxime, clearance-ul a fost de 70-80% la șoarecii tratați cu soluție salină, indicând faptul că mecanismele normale de clearance nu au fost afectate. Cu toate acestea, clearance-ul a fost semnificativ redus atunci când s-au utilizat anestezice (pentobarbital, dexmedetomidină și ketamină-xilazină). În plus, clearance-ul a fost, de asemenea, redus la șoarecii care dorm, comparativ cu șoarecii treji. Cu toate acestea, coeficientul de difuzie nu a fost semnificativ diferit între starea de anestezie și cea de somn.

A. La trei sau cinci ore după injectarea cu AF488 în CPu, creierele au fost congelate și secționate în criosecțiuni cu grosimea de 60 μm. Intensitatea medie a fluorescenței fiecărei secțiuni a fost măsurată prin microscopie cu fluorescență; intensitățile medii ale grupurilor de câte patru secțiuni au fost apoi mediate.

B. Intensitatea medie a fluorescenței a fost convertită în concentrație utilizând datele de calibrare prezentate în Figura suplimentară 1 și reprezentată grafic în funcție de distanța anteroposterioră față de punctul de injectare pentru stările de veghe (negru), somn (albastru) și anestezie KET-XYL (roșu). Partea de sus reprezintă datele la 3 ore. Partea de jos reprezintă datele la 5 ore. Liniile reprezintă potriviri gaussiene ale datelor, iar barele de eroare arată intervale de încredere de 95%. Atât la 3, cât și la 5 ore, concentrațiile de KET-XYL în timpul anesteziei (P < 10⁻⁶ la 3 ore; P < 10⁻⁶ la 5 ore) și somn (P = 0,0016 la 3 ore; P < 10⁻⁴ la 5 ore) au fost semnificativ mai mari decât cele din timpul veghei (ANOVA bidirecțională cu corecție pentru comparații multiple Bonferroni-Holm).

C. Imagini reprezentative ale secțiunilor cerebrale la diferite distanțe (anteroposterior) de locul injectării AF488 după 3 ore (cele trei rânduri superioare) și după 5 ore (cele trei rânduri inferioare). Fiecare rând reprezintă date pentru trei stări de veghe (trezie, somn și anestezie KET-XYL).

Studiul a constatat că clearance-ul cerebral a fost redus în timpul anesteziei și al somnului, ceea ce contrazice rapoartele anterioare. Clearance-ul poate varia în funcție de situsul anatomic, dar gradul de variație poate fi mic. Cu toate acestea, inhibarea clearance-ului de către ketamină-xilazină a fost semnificativă și independentă de situs.

Nicholas P. Franks, unul dintre autorii studiului, a declarat: „Domeniul de cercetare s-a concentrat atât de mult pe ideea de curățenie ca unul dintre motivele cheie pentru care dormim, încât am fost foarte surprinși de rezultatele opuse.”

Este deosebit de important de menționat că rezultatele se referă la un volum mic de colorant care se mișcă liber în spațiul extracelular. Moleculele mai mari pot prezenta un comportament diferit. În plus, mecanismele precise prin care somnul și anestezia afectează curățarea creierului rămân neclare; cu toate acestea, aceste descoperiri contestă ideea că funcția principală a somnului este de a curăța creierul de toxine.