การนอนหลับช่วยทำความสะอาดสมองของสารพิษและสารเมตาบอไลต์

การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน Nature Neuroscience พบว่าการกวาดล้างของสมองลดลงในระหว่างการดมยาสลบและการนอนหลับ

การนอนหลับเป็นสภาวะของการไม่มีการใช้งานที่มีความเสี่ยง เมื่อพิจารณาถึงความเสี่ยงของช่องโหว่นี้ การนอนหลับอาจให้ประโยชน์บางประการ มีการตั้งสมมติฐานว่าการนอนหลับช่วยล้างสารพิษและสารเมตาบอไลต์ในสมองผ่านระบบน้ำเหลือง สมมติฐานนี้มีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น การล้างพิษที่ลดลงเนื่องจากการนอนหลับไม่ดีเรื้อรังอาจทำให้ โรคอัลไซเมอร์ แย่ลง

กลไกและวิถีทางกายวิภาคในการขับสารพิษและสารเมตาบอไลต์ออกจากสมองยังไม่ชัดเจน ตามสมมติฐานของน้ำเหลือง การไหลของของไหลพื้นฐานซึ่งขับเคลื่อนโดยความดันไฮโดรสแตติกที่ไล่ระดับจากการเต้นเป็นจังหวะของหลอดเลือดแดง จะทำการล้างเกลือออกจากสมองในระหว่างการนอนหลับแบบคลื่นช้าๆ นอกจากนี้การให้ยาชาระงับประสาทยังช่วยเพิ่มการกวาดล้าง ยังไม่ทราบว่าการนอนหลับจะเพิ่มการกวาดล้างผ่านการไหลของฐานที่เพิ่มขึ้นหรือไม่

ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์วัดการเคลื่อนไหวของของเหลวและการกวาดล้างของสมองในหนู ขั้นแรก หาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของฟลูออเรสซีน ไอโซไทโอไซยาเนต (FITC)-เดกซ์แทรน ซึ่งเป็นสีย้อมฟลูออเรสเซนต์ FITC-เด็กซ์แทรนถูกฉีดเข้าไปในนิวเคลียสหาง และวัดการเรืองแสงในเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า

การทดลองครั้งแรกเกี่ยวข้องกับการรอสภาวะคงตัว การฟอกสีย้อมผ้าในปริมาณเล็กน้อย และการหาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายจากความเร็วของการเคลื่อนที่ของสีย้อมที่ไม่ได้ฟอกลงในบริเวณที่ฟอกขาว เทคนิคนี้ได้รับการตรวจสอบโดยการวัดการแพร่กระจายของ FITC-dextran ในเจลอะกาโรสที่เลียนแบบสมอง ซึ่งได้รับการดัดแปลงให้ประมาณค่าการดูดกลืนแสงและการกระเจิงของแสงในสมอง

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของ FITC-dextran ไม่แตกต่างกันระหว่างการดมยาสลบและสภาวะการนอนหลับ จากนั้นทีมงานจึงวัดการเคลียร์สมองในภาวะตื่นตัวต่างๆ พวกเขาใช้สีย้อมเรืองแสง AF488 ในปริมาณเล็กน้อยในหนูที่ฉีดด้วยน้ำเกลือหรือยาชา สีย้อมนี้เคลื่อนที่อย่างอิสระในเนื้อเยื่อ และสามารถช่วยวัดปริมาณการกวาดล้างของสมองได้อย่างแม่นยำ มีการเปรียบเทียบระหว่างสภาวะตื่นและนอนหลับ

ที่ความเข้มข้นสูงสุด การกวาดล้างอยู่ที่ 70–80% ในหนูที่ได้รับน้ำเกลือ ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกการกวาดล้างปกติไม่ได้บกพร่อง อย่างไรก็ตาม การกวาดล้างลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ยาชา (เพนโทบาร์บิทอล เดกซ์เมเดโทมิดีน และคีตามีน-ไซลาซีน) นอกจากนี้ การกวาดล้างยังลดลงในหนูที่หลับเมื่อเปรียบเทียบกับหนูที่ตื่นตัว อย่างไรก็ตาม ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการดมยาสลบและสภาวะการนอนหลับ

ก. 3 หรือ 5 ชั่วโมงหลังการฉีด AF488 เข้าไปใน CPU สมองจะถูกแช่แข็งและถูกแช่แข็งออกเป็นส่วนหนา 60 ไมโครเมตร วัดความเข้มของฟลูออเรสเซนซ์เฉลี่ยของแต่ละส่วนโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ จากนั้นจึงหาค่าเฉลี่ยความเข้มของกลุ่มของสี่ชิ้น

ข. ความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนต์เฉลี่ยถูกแปลงเป็นความเข้มข้นโดยใช้ข้อมูลการสอบเทียบที่แสดงในรูปที่ 1 เพิ่มเติมและวางแผนเทียบกับระยะห่าง anteroposterior จากจุดฉีดสำหรับสถานะตื่น (สีดำ) การนอนหลับ (สีน้ำเงิน) และการดมยาสลบ KET-XYL (สีแดง) ด้านบน - ข้อมูลหลังจาก 3 ชั่วโมง ด้านล่าง - ข้อมูลหลังจาก 5 ชั่วโมง เส้นแสดงถึง Gaussian ที่พอดีกับข้อมูล และกรอบข้อผิดพลาดระบุช่วงความเชื่อมั่น 95% ความเข้มข้นทั้ง 3- และ 5 ชั่วโมงในระหว่างการดมยาสลบ KET-XYL (P

ค. ภาพตัวแทนของส่วนของสมองในระยะห่างที่แตกต่างกัน (ด้านหน้าไปด้านหลัง) จากบริเวณที่ฉีด AF488 ที่ 3 ชั่วโมง (สามแถวบนสุด) และ 5 ชั่วโมง (สามแถวล่าง) แต่ละแถวแสดงข้อมูลสำหรับสถานะการตื่น 3 สถานะ (ตื่น นอนหลับ และการดมยาสลบ KET-XYL)

การศึกษาพบว่าการกวาดล้างของสมองลดลงในระหว่างการดมยาสลบและการนอนหลับ ซึ่งขัดแย้งกับรายงานก่อนหน้านี้ การกวาดล้างอาจแตกต่างกันไปตามตำแหน่งทางกายวิภาคที่แตกต่างกัน แต่ระดับของการเปลี่ยนแปลงอาจมีน้อย อย่างไรก็ตาม การยับยั้งการกวาดล้างโดยคีตามีน-ไซลาซีนมีนัยสำคัญและไม่ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง

นิโคลัส พี. แฟรงค์ส หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยกล่าวว่า "สาขาการวิจัยมุ่งเน้นไปที่แนวคิดเรื่องการทำให้บริสุทธิ์มาก ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุผลสำคัญว่าทำไมเราถึงนอนหลับจนเรารู้สึกประหลาดใจมากกับผลลัพธ์ที่ตรงกันข้าม"

เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องทราบว่าผลลัพธ์เกี่ยวข้องกับสีย้อมปริมาณเล็กน้อยที่เคลื่อนที่อย่างอิสระในพื้นที่นอกเซลล์ โมเลกุลที่ใหญ่กว่าอาจมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ กลไกที่แม่นยำซึ่งการนอนหลับและการดมยาสลบส่งผลต่อการกวาดล้างของสมองยังไม่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม การค้นพบนี้ท้าทายแนวคิดที่ว่าหน้าที่หลักของการนอนหลับคือการล้างสารพิษในสมอง