Nililinis ng pagtulog ang utak ng mga toxin at metabolites

Ang isang kamakailang pag-aaral na inilathala sa journal Nature Neuroscience ay natagpuan na ang paglilinis ng utak ay nabawasan sa panahon ng kawalan ng pakiramdam at pagtulog.

Ang pagtulog ay isang estado ng mahinang kawalan ng aktibidad. Dahil sa mga panganib ng kahinaang ito, iminungkahi na ang pagtulog ay maaaring magbigay ng ilang mga benepisyo. Iminungkahi na ang pagtulog ay nag-aalis ng mga toxin at metabolites mula sa utak sa pamamagitan ng glymphatic system. Ang mungkahing ito ay may mahalagang implikasyon; halimbawa, ang pagbawas sa pag-alis ng mga lason dahil sa hindi magandang pagtulog ay maaaring lumala ang Alzheimer's disease.

Ang mga mekanismo at anatomical pathway kung saan ang mga toxin at metabolites ay nalilimas mula sa utak ay nananatiling hindi malinaw. Ayon sa glymphatic hypothesis, ang basal fluid flow, na hinimok ng hydrostatic pressure gradients mula sa arterial pulsations, ay aktibong nag-aalis ng mga salts mula sa utak sa panahon ng slow wave sleep. Bilang karagdagan, ang mga sedative na dosis ng anesthetics ay nagpapahusay ng clearance. Kung ang pagtulog ay nagpapabuti ng clearance sa pamamagitan ng pagtaas ng basal flow ay nananatiling hindi alam.

Sa pag-aaral na ito, sinukat ng mga mananaliksik ang paggalaw ng likido at clearance ng utak sa mga daga. Una, natukoy nila ang diffusion coefficient ng fluorescein isothiocyanate (FITC) -dextran, isang fluorescent dye. Ang FITC-dextran ay na-injected sa caudate nucleus, at ang fluorescence ay sinusukat sa frontal cortex.

Kasama sa mga paunang eksperimento ang paghihintay para sa steady state, pagpapaputi ng dye sa isang maliit na volume ng tissue, at pagtukoy sa diffusion coefficient sa pamamagitan ng pagsukat sa rate ng paggalaw ng hindi na-bleach na dye papunta sa bleached area. Ang pamamaraan ay napatunayan sa pamamagitan ng pagsukat ng pagsasabog ng FITC-dextran sa utak-simulating agarose gels na binago upang tantiyahin ang optical absorption at light scattering ng utak.

Ang mga resulta ay nagpakita na ang diffusion coefficient ng FITC-dextran ay hindi naiiba sa pagitan ng anesthetized at sleep states. Pagkatapos ay sinukat ng koponan ang clearance ng utak sa iba't ibang estado ng pagkagising. Gumamit sila ng maliit na volume ng fluorescent dye AF488 sa mga daga na na-injected ng saline o anesthetic. Ang dye na ito ay malayang gumagalaw sa parenchyma at maaaring makatulong sa tumpak na pagbilang ng clearance ng utak. Ginawa rin ang mga paghahambing sa pagitan ng mga estado ng gising at pagtulog.

Sa mga pinakamataas na konsentrasyon, ang clearance ay 70-80% sa mga daga na ginagamot ng asin, na nagpapahiwatig na ang mga normal na mekanismo ng clearance ay hindi napinsala. Gayunpaman, ang clearance ay makabuluhang nabawasan kapag ginamit ang anesthetics (pentobarbital, dexmedetomidine, at ketamine-xylazine). Bilang karagdagan, ang clearance ay nabawasan din sa mga natutulog na daga kumpara sa mga gising na daga. Gayunpaman, ang diffusion coefficient ay hindi gaanong naiiba sa pagitan ng anesthetized at sleeping states.

A. Tatlo o limang oras pagkatapos ng pag-iniksyon ng AF488 sa CPu, ang mga utak ay nagyelo at pinutol sa 60-μm-kapal na cryosections. Ang ibig sabihin ng fluorescence intensity ng bawat seksyon ay sinusukat ng fluorescence microscopy; ang ibig sabihin ng intensity ng mga pangkat ng apat na seksyon ay na-average.

B. Ang ibig sabihin ng intensity ng fluorescence ay na-convert sa konsentrasyon gamit ang data ng pagkakalibrate na ipinakita sa Karagdagang Larawan 1 at naka-plot laban sa anteroposterior na distansya mula sa punto ng iniksyon para sa gising (itim), tulog (asul), at KET-XYL anesthesia (pula) na estado. Nangunguna ang data sa 3 oras. Nasa ibaba ang data sa 5 oras. Ang mga linya ay kumakatawan sa Gaussian na akma sa data, at ang mga error bar ay nagpapakita ng 95% na agwat ng kumpiyansa. Sa parehong 3 at 5 h, ang mga konsentrasyon ng KET-XYL sa panahon ng kawalan ng pakiramdam (P <10⁻⁶ sa 3 h; P <10⁻⁶ sa 5 h) at pagtulog (P = 0.0016 sa 3 h; P <10⁻⁴ sa 5 h) ay makabuluhang mas mataas kaysa sa paghahambing sa maraming oras ng Bonoferroni (-tw Bonoferroni) pagwawasto).

C. Mga larawan ng kinatawan ng mga seksyon ng utak sa iba't ibang distansya (anteroposterior) mula sa lugar ng pag-iiniksyon ng AF488 pagkatapos ng 3 oras (tatlong row sa itaas) at pagkatapos ng 5 oras (sa ibaba ng tatlong row). Ang bawat row ay kumakatawan sa data para sa tatlong estado ng paggising (paggising, pagtulog, at KET-XYL anesthesia).

Natuklasan ng pag-aaral na ang clearance ng utak ay nabawasan sa panahon ng kawalan ng pakiramdam at pagtulog, na sumasalungat sa mga naunang ulat. Maaaring mag-iba ang clearance sa mga anatomical na site, ngunit maaaring maliit ang antas ng variation. Gayunpaman, ang pagsugpo sa clearance ng ketamine-xylazine ay makabuluhan at independiyente sa site.

Sinabi ni Nicholas P. Franks, isa sa mga may-akda ng pag-aaral: "Ang larangan ng pananaliksik ay nakatuon sa ideya ng paglilinis bilang isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit tayo natutulog na labis tayong nagulat sa mga kabaligtaran na resulta."

Ito ay partikular na mahalaga na tandaan na ang mga resulta ay may kinalaman sa isang maliit na dami ng tina na malayang gumagalaw sa extracellular space. Ang mga malalaking molekula ay maaaring magpakita ng iba't ibang pag-uugali. Bilang karagdagan, ang mga tumpak na mekanismo kung saan ang pagtulog at kawalan ng pakiramdam ay nakakaapekto sa clearance ng utak ay nananatiling hindi maliwanag; gayunpaman, hinahamon ng mga natuklasang ito ang paniwala na ang pangunahing tungkulin ng pagtulog ay alisin ang mga lason sa utak.