การนอนหลับช่วยทำความสะอาดสมองจากสารพิษและเมตาบอไลต์

การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Neuroscienceพบว่าการเคลียร์สมองลดลงในระหว่างการดมยาสลบและการนอนหลับ

การนอนหลับเป็นภาวะที่ร่างกายขาดกิจกรรม เมื่อพิจารณาถึงความเสี่ยงของภาวะดังกล่าว จึงมีข้อเสนอแนะว่าการนอนหลับอาจมีประโยชน์บางประการ มีข้อเสนอแนะว่าการนอนหลับช่วยขับสารพิษและสารเมตาบอไลต์ออกจากสมองผ่านระบบน้ำเหลือง ข้อเสนอแนะนี้มีความหมายสำคัญ ตัวอย่างเช่น การกำจัดสารพิษที่น้อยลงเนื่องจากการนอนหลับไม่เพียงพอเรื้อรังอาจทำให้โรคอัลไซเมอร์แย่ ลง

กลไกและทางเดินกายวิภาคที่ใช้ในการกำจัดสารพิษและสารเมตาบอไลต์ออกจากสมองยังคงไม่ชัดเจน ตามสมมติฐานของระบบน้ำเหลือง การไหลของของเหลวพื้นฐานซึ่งขับเคลื่อนโดยระดับความดันไฮโดรสแตติกจากการเต้นของหลอดเลือดแดง ช่วยกำจัดเกลือออกจากสมองอย่างแข็งขันในระหว่างช่วงการนอนหลับแบบคลื่นช้า นอกจากนี้ ยาสลบในปริมาณที่สงบประสาทยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดยาสลบอีกด้วย ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าการนอนหลับช่วยเพิ่มการกำจัดยาสลบได้หรือไม่โดยการเพิ่มการไหลของของเหลวพื้นฐาน

ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้วัดการเคลื่อนไหวของของเหลวและการเคลียร์สมองในหนู ขั้นแรก พวกเขาได้กำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของฟลูออเรสซีนไอโซไทโอไซยาเนต (FITC)-เดกซ์แทรน ซึ่งเป็นสีย้อมเรืองแสง จากนั้นจึงฉีด FITC-เดกซ์แทรนเข้าไปในนิวเคลียสคอเดต และวัดการเรืองแสงในคอร์เทกซ์หน้าผาก

การทดลองเบื้องต้นเกี่ยวข้องกับการรอสถานะคงที่ การฟอกสีในเนื้อเยื่อปริมาณเล็กน้อย และการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายโดยการวัดอัตราการเคลื่อนที่ของสีที่ไม่ได้ฟอกสีไปยังบริเวณที่ฟอกสี เทคนิคนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการวัดการแพร่กระจายของ FITC-dextran ในเจลอะกาโรสจำลองสมองที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อประมาณค่าการดูดกลืนแสงและการกระเจิงแสงของสมอง

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของ FITC-dextran ไม่แตกต่างกันระหว่างสถานะที่ได้รับยาสลบและสถานะการนอนหลับ จากนั้นทีมวิจัยจึงวัดการเคลียร์สมองในสถานะการตื่นนอนที่แตกต่างกัน พวกเขาใช้สีย้อมเรืองแสง AF488 ในปริมาณเล็กน้อยในหนูที่ฉีดน้ำเกลือหรือยาสลบ สีย้อมนี้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในเนื้อสมองและสามารถช่วยวัดการเคลียร์สมองได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังมีการเปรียบเทียบระหว่างสถานะตื่นนอนและสถานะการนอนหลับอีกด้วย

ที่ความเข้มข้นสูงสุด การกวาดล้างอยู่ที่ 70–80% ในหนูที่ได้รับน้ำเกลือ ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกการกวาดล้างปกติไม่ได้ถูกรบกวน อย่างไรก็ตาม การกวาดล้างลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ยาสลบ (เพนโทบาร์บิทัล เดกซ์เมเดโทมิดีน และเคตามีน-ไซลาซีน) นอกจากนี้ การกวาดล้างยังลดลงในหนูที่นอนหลับเมื่อเทียบกับหนูที่ตื่น อย่างไรก็ตาม ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างหนูที่ได้รับยาสลบและหนูที่นอนหลับ

A. สามหรือห้าชั่วโมงหลังจากฉีด AF488 เข้าไปใน CPu สมองจะถูกแช่แข็งและตัดเป็นชิ้นเนื้อแช่แข็งที่มีความหนา 60 ไมโครเมตร วัดความเข้มของฟลูออเรสเซนต์เฉลี่ยของแต่ละส่วนด้วยกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ จากนั้นจึงหาค่าเฉลี่ยของความเข้มเฉลี่ยของกลุ่มที่มีสี่ส่วน

B. ความเข้มของฟลูออเรสเซนต์เฉลี่ยถูกแปลงเป็นความเข้มข้นโดยใช้ข้อมูลการสอบเทียบที่นำเสนอในรูปภาพเสริม 1 และวาดกราฟเทียบกับระยะห่างด้านหน้า-ด้านหลังจากจุดฉีดสำหรับสถานะตื่น (สีดำ) หลับ (สีน้ำเงิน) และสถานะการดมยาสลบด้วย KET-XYL (สีแดง) ด้านบนคือข้อมูลในเวลา 3 ชั่วโมง ด้านล่างคือข้อมูลในเวลา 5 ชั่วโมง เส้นแสดงการปรับแบบเกาส์เซียนกับข้อมูล และแถบข้อผิดพลาดแสดงช่วงความเชื่อมั่น 95% ทั้งที่เวลา 3 และ 5 ชั่วโมง ความเข้มข้นของ KET-XYL ระหว่างการดมยาสลบ (P < 10⁻⁶ ที่ 3 ชั่วโมง; P < 10⁻⁶ ที่ 5 ชั่วโมง) และหลับ (P = 0.0016 ที่ 3 ชั่วโมง; P < 10⁻⁴ ที่ 5 ชั่วโมง) สูงกว่าความเข้มข้นระหว่างตื่นอย่างมีนัยสำคัญ (ANOVA สองทางพร้อมการแก้ไขการเปรียบเทียบหลายค่าของ Bonferroni–Holm)

C. ภาพตัวแทนของส่วนต่างๆ ของสมองในระยะห่างต่างๆ (ด้านหน้า-ด้านหลัง) จากบริเวณที่ฉีด AF488 หลังจาก 3 ชั่วโมง (สามแถวบน) และหลังจาก 5 ชั่วโมง (สามแถวล่าง) แต่ละแถวแสดงข้อมูลสำหรับสถานะการตื่น 3 สถานะ (ตื่น หลับ และยาสลบ KET-XYL)

การศึกษาพบว่าการเคลียร์สมองลดลงระหว่างการดมยาสลบและการนอนหลับ ซึ่งขัดแย้งกับรายงานก่อนหน้านี้ การเคลียร์อาจแตกต่างกันไปตามตำแหน่งทางกายวิภาค แต่ระดับความแปรผันอาจเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การยับยั้งการเคลียร์โดย ketamine-xylazine มีความสำคัญและไม่ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง

Nicholas P. Franks หนึ่งในผู้เขียนผลการศึกษากล่าวว่า "สาขาการวิจัยมุ่งเน้นไปที่แนวคิดที่ว่าการทำความสะอาดเป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่ทำให้เรานอนหลับมาก จนเรารู้สึกประหลาดใจมากกับผลลัพธ์ที่ตรงกันข้าม"

สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งคือต้องสังเกตว่าผลลัพธ์เกี่ยวข้องกับปริมาณสีย้อมเพียงเล็กน้อยที่เคลื่อนที่อย่างอิสระในพื้นที่นอกเซลล์ โมเลกุลขนาดใหญ่กว่าอาจแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ กลไกที่ชัดเจนซึ่งการนอนหลับและการใช้ยาสลบส่งผลต่อการกำจัดสารพิษออกจากสมองยังคงไม่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ผลการวิจัยเหล่านี้ท้าทายแนวคิดที่ว่าหน้าที่หลักของการนอนหลับคือการกำจัดสารพิษออกจากสมอง