Новое исследование показывает, как глубина сна может влиять на способность нашего мозга эффективно вымывать отходы и токсичные белки. Поскольку сон часто становится все более легким и более нарушенным с возрастом, исследование усиливает и потенциально объясняет связи между старением, недосыпанием и повышенным риском болезни Альцгеймера.
Введение
Исследование, которое опубликовано в журнале Science Advances, указывает на то, что медленная и устойчивая деятельность мозга и сердечно-легочной системы, связанная с глубоким сном, являются оптимальными для функции глифатической системы, уникального процесса удаления отходов мозгом. Результаты также могут объяснить, почему некоторые формы анестезии могут привести к когнитивным нарушениям у пожилых людей.
Актуальность проблемы
«Сон имеет решающее значение для функционирования системы удаления отходов мозга, и это исследование показывает, что чем глубже сон, тем лучше. Эти результаты также дополняют все более и более четкие доказательства того, что качество сна или недосыпание могут спрогнозировать развития болезни Альцгеймера и деменции», – говорит Майкен Недергаард (Maiken Nedergaard), сотрудник Центра трансляционной нейромедицины при Рочестерском университет (Center for Translational Neuromedicine at the University of Rochester Medical Center).
Ранее неизвестная глимфатическая система была впервые описана Нидергард (Nedergaard) с соавторами. До этого ученые не до конца понимали, как мозг, который поддерживает свою собственную замкнутую экосистему, удаляет отходы. В ходе исследования была выявлена система «сантехники», которая перемещается по кровеносным сосудам и перекачивает спинномозговую жидкость (СМЖ) через ткани головного мозга для вымывания отходов. Последующее исследование показало, что эта система в основном работает, пока мы спим.
Поскольку накопление токсичных белков, таких как бета-амилоидов в мозге, связано с болезнью Альцгеймера, исследователи предположили, что причиной развития заболевания может быть нарушение работы глимфатической системы из-за нарушения сна. Это согласуется с клиническими наблюдениями, которые показывают связь между недосыпанием и повышенным риском развития болезни Альцгеймера.
Результаты научного исследования
В текущем исследовании ученые провели эксперименты с мышами, которых анестезировали шестью различными режимами анестезии. Пока животные находились под наркозом, исследователи отслеживали электрическую активность мозга, сердечно-сосудистую активность и очищающий поток через мозг.
Результаты научного исследования
Ученые обнаружили, что комбинация препаратов кетамин и ксилазин наиболее точно повторяла медленную и устойчивую электрическую активность в мозге и медленную частоту сердечных сокращений, связанную с глубоким сном. Кроме того, электрическая активность в мозга мышей, которым вводили кетамин и ксилазин, оказалась оптимальной для функции глимфатической системы.
«Синхронизированные волны нейронной активности во время глубокого медленного сна, особенно паттерны срабатывания, которые перемещаются от передней части мозга к задней части, совпадают с тем, что мы знаем о потоке СМЖ в лимфатической системе. Похоже, что химические вещества, участвующие в возбуждении нейронов, а именно ионы, управляют процессом осмоса, который помогает вытягивать жидкость через ткани мозга», – говорит Лорен Хаблиц (Lauren Hablitz).
Исследование поднимает несколько важных клинических вопросов. Известно, что с возрастом становится все труднее последовательно достигать глубокого сна, и исследование подтверждает важность глубокого сна для правильного функционирования глимфатической системы. Исследование также демонстрирует, что глимфатической системой можно манипулировать, улучшая сон, что может указывать на потенциальные клинические подходы, такие как терапия сна или другие методы для повышения качества сна, для групп риска.
Кроме того, поскольку некоторые из соединений, использованных в исследовании, были аналогичны анестетикам, применяемым в клинических условиях, исследование также проливает свет на когнитивные трудности, с которыми пожилые пациенты часто испытывают после операции, и предлагает классы препаратов, которые можно использовать, чтобы избежать этого явления. У мышей в исследовании, которые подвергались воздействию анестетиков, которые не вызывали медленной активности мозга, наблюдалось снижение активности глимфатической системы.
Выводы
«Когнитивные нарушения после анестезии и хирургического вмешательства являются серьезной проблемой. Значительный процент пожилых пациентов, перенесших хирургическое вмешательство, переживает послеоперационный период делирия или имеет новые или ухудшеные когнитивные нарушения при выписке», – говорит соавтор исследования Туомас Лилиус (Tuomas Lilius), из Центра трансляционной нейромедицины (Center for Translational Neuromedicine) при Копенгагенском университете (University of Copenhagen).
Авторы другого исследования изучили механизмы регуляции спинномозгового кровообращения.
