שינה מנקה את המוח מרעלים ומטבוליטים

מחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Neuroscience מצא כי ניקוי המוח מופחת במהלך הרדמה ושינה.

שינה היא מצב של חוסר פעילות פגיע. בהתחשב בסיכונים הכרוכים בפגיעות זו, הוצע כי שינה עשויה להעניק יתרונות מסוימים. הוצע כי שינה מפנה רעלים ומטבוליטים מהמוח דרך המערכת הגלימפטית. להצעה זו השלכות חשובות; לדוגמה, פינוי מופחת של רעלים עקב שינה כרונית לקויה עלול להחמיר את מחלת אלצהיימר.

המנגנונים והמסלולים האנטומיים שבאמצעותם רעלים ומטבוליטים מפונים מהמוח נותרים לא ברורים. על פי ההשערה הגלימפטית, זרימת הנוזלים הבסיסית, המונעת על ידי גרדיאנטים של לחץ הידרוסטטי כתוצאה מפעימות עורקיות, מפנה באופן פעיל מלחים מהמוח במהלך שנת גלים איטיים. בנוסף, מינונים סדטיביים של חומרי הרדמה משפרים את הפינוי. האם שינה משפרת את הפינוי באמצעות זרימה בסיסית מוגברת נותר לא ידוע.

במחקר זה, החוקרים מדדו את תנועת הנוזלים ואת פינוי המוח בעכברים. ראשית, הם קבעו את מקדם הדיפוזיה של פלואורסצין איזותיוציאנט (FITC)-דקסטרן, צבע פלואורסצנטי. FITC-דקסטרן הוזרק לגרעין הזנב, ופלואורסצנציה נמדדה בקליפת המוח הקדמית.

ניסויים ראשוניים כללו המתנה למצב יציב, הלבנת הצבע בנפח קטן של רקמה וקביעת מקדם הדיפוזיה על ידי מדידת קצב התנועה של הצבע הלא מולבן לתוך האזור המולבן. הטכניקה אומתה על ידי מדידת הדיפוזיה של FITC-דקסטרן בג'לי אגרוז המדמים מוח, אשר שונו כדי לקרב את הספיגה האופטית ופיזור האור של המוח.

התוצאות הראו כי מקדם הדיפוזיה של FITC-דקסטרן לא היה שונה בין מצב הרדמה למצב שינה. לאחר מכן, הצוות מדד את פינוי המוח במצבי ערות שונים. הם השתמשו בנפח קטן של הצבע הפלואורסצנטי AF488 בעכברים שקיבלו הזרק של תמיסת מלח או חומר הרדמה. צבע זה נע בחופשיות בפרנכימה ויכול לסייע בכימות מדויקת של פינוי המוח. כמו כן, נערכו השוואות בין מצבי ערות למצב שינה.

בריכוזי שיא, הסילוק היה 70-80% בעכברים שטופלו בתמיסת מלח, דבר המצביע על כך שמנגנוני הסילוק הרגילים לא נפגעו. עם זאת, הסילוק ירד משמעותית כאשר נעשה שימוש בחומרי הרדמה (פנטוברביטל, דקסמדטומידין וקטמין-קסילזין). בנוסף, הסילוק ירד גם בעכברים ישנים בהשוואה לעכברים ערים. עם זאת, מקדם הדיפוזיה לא היה שונה משמעותית בין מצב ההרדמה למצב השינה.

א. שלוש או חמש שעות לאחר הזרקת AF488 לתוך CPu, המוחות הוקפאו ונחתכו לקריוסקופים בעובי 60 מיקרומטר. עוצמת הפלואורסצנציה הממוצעת של כל חתך נמדדה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנציה; לאחר מכן חושבו ממוצעי העוצמות הממוצעות של קבוצות של ארבעה חתכים.

ב. עוצמת הפלואורסצנציה הממוצעת הומרה לריכוז באמצעות נתוני הכיול המוצגים באיור המשלים 1 והוצגה כנגד המרחק הקדמי-אחורי מנקודת ההזרקה עבור מצבי ערות (שחור), שינה (כחול) והרדמת KET-XYL (אדום). למעלה - נתונים לאחר 3 שעות. למטה - נתונים לאחר 5 שעות. הקווים מייצגים התאמות גאוסיאניות לנתונים, וסרגלי השגיאה מציגים רווחי סמך של 95%. לאחר 3 ו-5 שעות, ריכוזי KET-XYL במהלך הרדמה (P < 10⁻⁶ לאחר 3 שעות; P < 10⁻⁶ לאחר 5 שעות) ושינה (P = 0.0016 לאחר 3 שעות; P < 10⁻⁴ לאחר 5 שעות) היו גבוהים משמעותית מאלה במהלך ערות (ANOVA דו-כיווני עם תיקון השוואה מרובה Bonferroni-Holm).

ג. תמונות מייצגות של חתכי מוח במרחקים שונים (קדמי-אחורי) מאתר ההזרקה של AF488 לאחר 3 שעות (שלוש השורות העליונות) ולאחר 5 שעות (שלוש השורות התחתונות). כל שורה מייצגת נתונים עבור שלושה מצבי ערות (ערות, שינה והרדמת KET-XYL).

המחקר מצא כי פינוי המוח מופחת במהלך הרדמה ושינה, דבר שסותר דיווחים קודמים. הפינוי עשוי להשתנות בין אתרים אנטומיים, אך מידת השונות עשויה להיות קטנה. עם זאת, עיכוב הפינוי על ידי קטמין-קסילזין היה משמעותי ובלתי תלוי באתר.

ניקולס פ. פרנקס, אחד ממחברי המחקר, אמר: "תחום המחקר התמקד כל כך ברעיון הניקיון כאחת הסיבות המרכזיות לכך שאנו ישנים, עד שהופתענו מאוד מהתוצאות ההפוכות".

חשוב במיוחד לציין שהתוצאות מתייחסות לנפח קטן של צבע הנע בחופשיות בחלל החוץ-תאי. מולקולות גדולות יותר עשויות להפגין התנהגות שונה. בנוסף, המנגנונים המדויקים שבאמצעותם שינה והרדמה משפיעות על ניקוי המוח נותרו לא ברורים; עם זאת, ממצאים אלה מאתגרים את הרעיון שתפקידה העיקרי של השינה הוא ניקוי המוח מרעלים.