Сон во вред: снотворное прекращает очистку мозга от опасных отходов

Лимфатическая система в нашем теле отводит избыточную жидкость и освобождает ткани от отходов, возвращая их обратно в кровоток. Однако сложный механизм работает не во всех органах — его нет в головном мозге.


Об этом рассказала Натали Хауглунд, нейробиолог из Оксфордского университета, которая руководила исследованием на эту тему.


— Хауглунд.

Предыдущие опыты на мышах показали, что в голове функционирует система, которая промывает ткани спинномозговой жидкостью. Выведение продуктов жизнедеятельности таким образом называется глимфатической очисткой. Важно то, что происходит это исключительно во время сна. Но было неизвестно, что именно во время сна запускает этот дренаж, отметила Хауглунд.



Исследование показало, что глифматическая очистка обусловлена гормоном норадреналином и происходит во время фазы медленного сна. Но работает этот сложный процесс лишь при естественном сне. А вот наркоз и снотворные препараты почти полностью останавливают его.

Глимфатическую систему (ГС) в мозге, которую также называют параваскулярной, открыл в 2013 году Майкен Недергаард, датский нейробиолог и соавтор статьи Хауглунд. С тех пор состоялось множество исследований, чтобы выяснить, как функционирует ГС. Но у большинства научных проектов, посвящённых этому, была одна проблема: наблюдения проводили за обездвиженными мышами.

Безусловное преимущество наркоза в том, что можно полностью контролировать процесс. Для наблюдения за происходящим в мозге необходимо, чтобы исследуемый, будь то животное или человек, был неподвижен. Но в экспериментах с мышами такая анестезия также отключает некоторые механизмы в мозге, объяснила Хауглунд.

Поэтому коллектив исследовательницы посвятил научный проект, чтобы выяснить, как работает дренаж мозга у мышей, когда те вольно бегали по своим клеткам и спали не под действием химикатов, а когда сами хотели.


— Хауглунд.

Однако заглянуть в мозг мыши, которая бегает или подёргивается во сне, было непросто. Исследователи добились этого благодаря методу проточной волоконной фотометрии. Такой способ позволяет получать изображения жидкостей, помеченных светящимися добавками, с помощью введённого в мозг зонда.

Проще говоря, мышам вживили с этой целью в мозг оптоволокно. После этого грызунам впрыснули флуоресцентные вещества в кровь, в спинномозговую жидкость и подкрасили ими гормон норадреналин.


— Хауглунд.

Таким путём специалисты смогли получить достаточное представление о подвижности мозговой жидкости, когда мыши бодрствовали и спали. И оказалось, что ГС по сути превращала ткани мозга в медленно работающий насос.

Норадреналин высвобождается из небольшой области, из так называемого головного ствола, пояснила нейробиолог. В основном это происходит при реакция на стресс. Например, в ситуациях типа «бей или беги» уровень норадреналина подскакивает. Этот гормон подстёгивает кровеносные сосуды, чтобы они сокращались.

Тем не менее, при более поздних исследованиях выяснилось, что во время сна норадреналин высвобождается медленными волнами, которые движутся через мозг примерно раз в минуту. И такое периодическое высвобождение норадреналина оказалось чрезвычайно важным для успешности ГС.

Метод проточной волоконной фотометрии показал, что медленные волны норадреналина в мозге мышей синхронны с колебаниями объёма крови. Повышаясь, уровень норадреналина приводил к сужению кровеносных сосудов в мозге, и объём крови уменьшался. В то же время сужение увеличивало объём периваскулярных пространств вокруг кровеносных сосудов, которые сразу же заполнялись спинномозговой жидкостью.

Когда уровень норадреналина снижался, процесс шёл в обратном направлении: кровеносные сосуды расширились, пропуская кровь и вытесняя спинномозговую жидкость.


— Хауглунд.

А поскольку наблюдали, напомним, за мышами в их обычных проявлениях, то удалось узнать, когда именно всё это происходило. Когда мыши бодрствовали, уровень норадреналина был намного выше, но оставался стабильным. Во время фазы быстрого сна, когда уровень норадреналина снижался, учёные видели противоположную картину. Колебательное поведение наблюдалось исключительно во время фазы медленного сна.

Затем нейробиологи решили выяснить, как будет работать ГС, если дать мышам снотворное, которое увеличивает продолжительность фазы медленного сна. Теоретически прерарат должен был усилить дренаж мозга. Но вместо этого он его... отключил!

Получив снотворное, мыши быстро отключились. При этом медленные колебания уровня норадреналина, объёма крови и спинномозговой жидкости почти полностью прекратились. Отсутствие колебаний означало, что ГС не удаляла из головного мозга отходов. Это серьёзная проблема, так как среди продуктов жизнедеятельности клеток, которые природный дренаж удаляет из мозга, — бета-амилоид. И именно это вещество находят в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.

Хауглунд предположила, что снотворное лишь вызывает состояние, похожее на сон. Но при этом лекарство подавляет важные процессы, которые происходят исключительно во сне.



Уровень норадреналина у людей можно оценить по косвенным признакам. Один из них — расширение и сужение зрачков, которые происходят синхронно с изменением уровня норадреналина. Другой признак — микропробуждения, то есть очень краткие, незаметные пробуждения, которые, по мнению Хауглунд, могут быть связаны с механизмом очистки мозга.


— Хауглунд.

Исследовательский проект нейробиолога привёл её к планам разработать более эффективные снотворные препараты. Крайне необходимы новые лекарственные средства, которые не подавляют ГС.

Между тем миллионы людей продолжают пользоваться обычными снотворными, и большинство из них не читают научных статей.