Uni puhdistaa aivot myrkkyistä ja aineenvaihduntatuotteista

Äskettäin Nature Neurosciencessa julkaistussa tutkimuksessa havaittiin, että aivojen puhdistuma vähenee nukutuksen ja unen aikana.

Uni on haavoittuva passiivisuuden tila. Kun otetaan huomioon tämän haavoittuvuuden riskit, unen uskotaan tarjoavan joitain etuja. On oletettu, että uni puhdistaa aivot myrkkyistä ja aineenvaihduntatuotteista glymfaattisen järjestelmän kautta. Tällä oletuksella on tärkeitä seurauksia; esimerkiksi kroonisesti huonosta unesta johtuva heikentynyt vieroitus voi pahentaa Alzheimerin tautia.

Mekanismit ja anatomiset reitit, joiden kautta myrkyt ja aineenvaihduntatuotteet poistuvat aivoista, ovat edelleen epäselviä. Glymfaattisen hypoteesin mukaan perusnestevirtaus, jota ohjaavat valtimoiden pulsaatioiden aiheuttamat hydrostaattiset painegradientit, puhdistaa aktiivisesti suoloja aivoista hitaan unen aikana. Lisäksi rauhoittavat anestesiaannokset lisäävät puhdistumaa. Ei tiedetä, lisääkö uni puhdistumaa lisääntyneen perusvirtauksen ansiosta.

Tässä tutkimuksessa tutkijat mittasivat nesteen liikettä ja aivojen puhdistumaa hiirillä. Ensin määritettiin fluoreseiini-isotiosyanaatti (FITC)-dekstraanin, fluoresoivan väriaineen, diffuusiokerroin. FITC-dekstraania injektoitiin häntäytimeen ja fluoresenssi mitattiin otsakuoresta.

Ensimmäiset kokeet sisälsivät vakaan tilan odottamisen, väriaineen valkaisun pienessä määrässä kangasta ja diffuusiokertoimen määrittämisen valkaisemattoman väriaineen liikkeen nopeudesta valkaisulle alueelle. Tekniikka validoitiin mittaamalla FITC-dekstraanin diffuusio aivoja jäljittelevissä agaroosigeeleissä, joita muokattiin aivojen optista absorptiota ja valonsirontaa varten.

Tulokset osoittivat, että FITC-dekstraanin diffuusiokerroin ei eronnut anestesian ja unitilan välillä. Tämän jälkeen tiimi mittasi aivojen tyhjenemistä eri valveillaolotiloissa. He käyttivät pientä määrää fluoresoivaa väriainetta AF488 hiirillä, joille injektoitiin suolaliuosta tai anestesiaa. Tämä väriaine liikkui vapaasti parenkyymassa ja voisi auttaa määrittämään tarkasti aivojen puhdistuman. Myös valve- ja unitilan välillä tehtiin vertailuja.

Huippupitoisuuksilla puhdistuma oli 70–80 % suolaliuoksella hoidetuista hiiristä, mikä osoittaa, että normaalit puhdistumamekanismit eivät olleet heikentyneet. Puhdistuksessa havaittiin kuitenkin merkittävää vähenemistä, kun anestesiaaineita (pentobarbitaalia, deksmedetomidiinia ja ketamiini-ksylatsiinia) käytettiin. Lisäksi puhdistuma väheni myös nukkuvilla hiirillä verrattuna hereillä oleviin hiiriin. Diffuusiokerroin ei kuitenkaan eronnut merkittävästi anestesian ja uniolosuhteiden välillä.

A. 3 tai 5 tuntia sen jälkeen, kun AF488 oli injektoitu CPu:hun, aivot jäädytettiin ja kryosektioivat 60 μm:n paksuisiksi leikkeiksi. Kunkin osan keskimääräinen fluoresenssin intensiteetti mitattiin käyttämällä fluoresenssimikroskopiaa; sitten neljän viipaleen ryhmien keskimääräiset intensiteettiarvot laskettiin keskiarvoiksi.

B. Keskimääräinen fluoresenssin intensiteetti muutettiin pitoisuudeksi käyttämällä täydentävässä kuvassa 1 esitettyjä kalibrointitietoja ja piirrettiin anteroposteriorisen etäisyyden mukaan injektiopisteestä hereillä (musta), uni (sininen) ja KET-XYL-anestesian (punainen) tilassa. Yllä - tiedot 3 tunnin kuluttua. Alla - tiedot 5 tunnin jälkeen. Viivat edustavat Gaussin sovituksia dataan ja virheverhot osoittavat 95 %:n luottamusväliä. Sekä 3- että 5-tunnin pitoisuudet KET-XYL-anestesian aikana (P

C. Edustavia kuvia aivoleikkeistä eri etäisyyksillä (antero-posterior) AF488-injektiokohdasta 3 tunnin kohdalla (kolme ylintä riviä) ja 5 tunnin kohdalla (kolme alinta riviä). Jokainen rivi edustaa tietoja kolmesta valvetilasta (valveilla, uni ja KET-XYL-anestesia).

Tutkimuksessa havaittiin, että aivojen puhdistuma väheni nukutuksen ja unen aikana, mikä on ristiriidassa aiempien raporttien kanssa. Puhdistus voi vaihdella eri anatomisten kohtien välillä, mutta vaihteluaste voi olla pieni. Ketamiini-ksylatsiinin aiheuttama puhdistuman esto oli kuitenkin merkittävää ja paikasta riippumatonta.

Yksi tutkimuksen kirjoittajista Nicholas P. Franks sanoi: "Tutkimusala on keskittynyt niin paljon ajatukseen puhdistamisesta yhtenä tärkeimmistä syistä, miksi nukumme, että olimme hyvin yllättyneitä päinvastaisista tuloksista."

On erityisen tärkeää huomata, että tulokset koskevat pientä määrää väriainetta, joka liikkuu vapaasti solunulkoisessa tilassa. Suuremmat molekyylit voivat käyttäytyä eri tavalla. Lisäksi tarkat mekanismit, joilla uni ja anestesia vaikuttavat aivojen puhdistumaan, jäävät epäselväksi; nämä havainnot haastavat kuitenkin ajatuksen, että unen ensisijainen tehtävä on puhdistaa aivot myrkkyistä.