Miegs attīra smadzenes no toksīniem un metabolītiem.

Nesen žurnālā Nature Neuroscience publicēts pētījums atklāja, ka smadzeņu attīrīšanas funkcijas samazinās anestēzijas un miega laikā.

Miegs ir neaizsargāts bezdarbības stāvoklis. Ņemot vērā šīs neaizsargātības riskus, ir izteikts pieņēmums, ka miegs var sniegt zināmas priekšrocības. Ir izteikts pieņēmums, ka miegs izvada toksīnus un metabolītus no smadzenēm, izmantojot glimfātisko sistēmu. Šim pieņēmumam ir svarīgas sekas; piemēram, samazināta toksīnu klīrenss hroniski slikta miega dēļ var pasliktināt Alcheimera slimību.

Mehānismi un anatomiskie ceļi, ar kuriem toksīni un metabolīti tiek izvadīti no smadzenēm, joprojām nav skaidri. Saskaņā ar glimfātisko hipotēzi, bazālā šķidruma plūsma, ko veicina hidrostatiskā spiediena gradienti no artēriju pulsācijām, lēna miega laikā aktīvi izvada sāļus no smadzenēm. Turklāt sedatīvas anestēzijas līdzekļu devas uzlabo klīrensu. Joprojām nav zināms, vai miegs uzlabo klīrensu, palielinot bazālo plūsmu.

Šajā pētījumā pētnieki mērīja šķidruma kustību un smadzeņu klīrensu pelēm. Vispirms viņi noteica fluoresceīna izotiocianāta (FITC)-dekstrāna, fluorescējošas krāsvielas, difūzijas koeficientu. FITC-dekstrāns tika injicēts astes kodolā, un fluorescence tika mērīta frontālajā garozā.

Sākotnējie eksperimenti ietvēra nogaidīšanu līdzsvara stāvokļa sasniegšanai, krāsvielas balināšanu nelielā audu tilpumā un difūzijas koeficienta noteikšanu, mērot nebalinātās krāsvielas kustības ātrumu balinātajā zonā. Metode tika apstiprināta, mērot FITC-dekstrāna difūziju smadzenes simulējošos agarozes želejās, kas tika modificētas, lai tuvinātu smadzeņu optisko absorbciju un gaismas izkliedi.

Rezultāti parādīja, ka FITC-dekstrāna difūzijas koeficients neatšķīrās starp anestēzijas un miega stāvokli. Pēc tam komanda izmērīja smadzeņu klīrensu dažādos nomoda stāvokļos. Pelēm, kurām injicēja fizioloģisko šķīdumu vai anestēziju, viņi izmantoja nelielu daudzumu fluorescējošās krāsvielas AF488. Šī krāsviela brīvi pārvietojās parenhīmā un varēja palīdzēt precīzi noteikt smadzeņu klīrensu. Tika veikti arī salīdzinājumi starp nomoda un miega stāvokli.

Maksimālās koncentrācijas gadījumā klīrenss ar fizioloģisko šķīdumu apstrādātām pelēm bija 70–80%, kas norāda, ka normāli klīrensa mehānismi nebija traucēti. Tomēr klīrenss bija ievērojami samazināts, lietojot anestēzijas līdzekļus (pentobarbitālu, deksmedetomidīnu un ketamīna ksilazīnu). Turklāt klīrenss bija samazināts arī guļošām pelēm, salīdzinot ar nomodā esošām pelēm. Tomēr difūzijas koeficients starp anestēzijas un miega stāvokli būtiski neatšķīrās.

A. Trīs vai piecas stundas pēc AF488 injekcijas CPu smadzenes tika sasaldētas un sagrieztas 60 μm biezās kriosekcijas. Katras sekcijas vidējā fluorescences intensitāte tika mērīta ar fluorescences mikroskopiju; pēc tam tika aprēķināta četru sekciju grupu vidējās intensitātes vidējā vērtība.

B. Vidējā fluorescences intensitāte tika konvertēta koncentrācijā, izmantojot kalibrēšanas datus, kas parādīti 1. papildattēlā, un attēlota pret anteroposterior attālumu no injekcijas punkta nomoda (melns), miega (zils) un KET-XYL anestēzijas (sarkans) stāvoklī. Augšpusē ir dati pēc 3 stundām. Apakšā ir dati pēc 5 stundām. Līnijas attēlo Gausa aproksimācijas datus, un kļūdu joslas parāda 95% ticamības intervālus. Gan pēc 3, gan 5 stundām KET-XYL koncentrācijas anestēzijas laikā (P < 10⁻⁶ pēc 3 stundām; P < 10⁻⁶ pēc 5 stundām), gan miega laikā (P = 0,0016 pēc 3 stundām; P < 10⁻⁴ pēc 5 stundām) bija ievērojami augstākas nekā nomoda stāvoklī (divvirzienu ANOVA ar Bonferroni-Holma daudzkārtēju salīdzināšanas korekciju).

C. Smadzeņu griezumu reprezentatīvi attēli dažādos attālumos (anteroposterior) no AF488 injekcijas vietas pēc 3 stundām (augšējās trīs rindas) un pēc 5 stundām (apakšējās trīs rindas). Katrā rindā ir attēloti dati par trim nomoda stāvokļiem (nomoda, miega un KET-XYL anestēzijas).

Pētījumā tika atklāts, ka anestēzijas un miega laikā smadzeņu klīrenss bija samazināts, kas ir pretrunā ar iepriekšējiem ziņojumiem. Klīrenss var atšķirties dažādās anatomiskās vietās, taču variāciju pakāpe var būt neliela. Tomēr ketamīna-ksilazīna klīrensa inhibīcija bija nozīmīga un neatkarīga no vietas.

Nikolass P. Frenks, viens no pētījuma autoriem, teica: "Pētījumu joma ir bijusi tik ļoti koncentrēta uz tīrīšanas ideju kā vienu no galvenajiem iemesliem, kāpēc mēs guļam, ka mēs bijām ļoti pārsteigti par pretējiem rezultātiem."

Īpaši svarīgi atzīmēt, ka rezultāti attiecas uz nelielu krāsvielas tilpumu, kas brīvi pārvietojas ekstracelulārajā telpā. Lielākām molekulām var būt atšķirīga uzvedība. Turklāt precīzi mehānismi, ar kuriem miegs un anestēzija ietekmē smadzeņu attīrīšanos, joprojām nav skaidri; tomēr šie atklājumi apstrīd uzskatu, ka miega galvenā funkcija ir attīrīt smadzenes no toksīniem.