Atklājumi.lv

Miega laikā smadzenes attīrās no sārņiem

Miega nozīme cilvēka veselībā ir nepārvērtējama. Eksperimenti ar dzīvniekiem un cilvēkiem ir pierādījuši, ka miegs ir svarīgs pilnvērtīgai un netraucētai imūnsistēmas darbībai, vielmaiņas norisei, ilgtermiņa atmiņu veidošanai, spējai apgūt jaunas lietas un citām nozīmīgām, dzīvību uzturošām funkcijām. Nesen mēs rakstījām par pētījumu, kurā noskaidrojās, ka, tikai par 2 stundām samazinot miega laiku, tiek traucēta daudzu gēnu darbība (sk. Guļot mazāk par sešām stundām, izmainās simtiem gēnu darbība, atklajumi.lv, 03.04.2013.) Tagad, izmantojot laboratorijas peles, pierādīts, ka miega laikā no smadzenēm burtiski tiek izskaloti sārņi - toksiskie vielmaiņas galaprodukti, kas tajās uzkrājas nomoda stundās. Lai šī sistēma varētu darboties, smadzeņu šūnas miega laikā saraujas, tādējādi nodrošinot lielāku šķidruma caurplūdi.

Žurnālā "Science" š.g. 18. oktobrī publicētā raksta "Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain" vadošā autore, Ročesteras (ASV) universitātes neiroķirurģe Meikena Nīdergārda (Maiken Nedergaard) saka: "Miegs izmaina smadzeņu šūnu struktūru un tās pieņem pilnīgi citu stāvokli." Pētnieki uzskata, ka viņu atklājums beidzot sniedz pārliecinošu bioloģisko skaidrojumu miega atjaunojošām spējām.

Pavadot nakti bez miega, smadzenes netiek galā ar toksīnu izvadīšanu, tie uzkrājas un tas izskaidro, kāpēc miega badam ir tik spēcīgas un tūlītējas sekas - apgrūtināta uztvere, atmiņas traucējumi, kā arī palielināts migrēnas un krampju lēkmju risks. Žurkas, kurām nemaz neļāva gulēt, nomira divu nedēļu laikā.

Miega noslēpumus zinātnieki centušies izskaidrot jau vairākus gadsimtus, Nīdergārda stāsta. No vienas puses iegrimšana miegā - daļējas apziņas stāvoklī - ir evolucionāri neizdevīga - tās laikā, piemēram, nav iespējams laikus pamanīt uzbrūkošo plēsēju. No otras puses, bez miega neiztiek neviens no attīstītajiem dzīvniekiem - ne ūdenī, ne uz sauszemes. Tātad tam ir fundamentāla bioloģiska nozīme. Kādu laiku valdīja uzskats, ka miega laikā tiek ekonomēta enerģija, taču smadzenes guļot to patērē apmēram tikpat, cik nomodā.

Cits jautājums ir, kāpēc dažādiem dzīvniekiem ir tik atšķirīgs gulēšanas ilgums? Kaķis, piemēram, guļ vairāk nekā 12 stundas, kamēr zilonim pietiek ar 3. Pamatojoties uz jauno atklājumu, neirozinātniece S. Herkulano-Hūzela pieļauj, ka tas ir atkarīgs no smadzeņu izmēra. Lielākās smadzenēs arī starp šūnām, domājams, ir relatīvi lielāka brīvā telpa un līdz ar to tās spēj atbrīvoties no sārņiem daudz īsākā laikā nekā tas izdodas dzīvniekiem ar mazākām un, atbilstoši, kompaktākām smadzenēm.

Fizioloģisko smadzeņu "skalošanas" tīklu Nīdergārda ar kolēģiem atklāja 2012.g. Zinātnieki to nosauca par glimpātisko sistēmu. Tā darbojas, cerebrospinālajam šķidrumam plūstot caur smadzeņu audiem un aizskalojot tur izveidojušos sārņus, tai skaitā beta amiloīdus - proteīnus, kas veido Alcheimera slimības gadījumā novērojamos salipumus - uz asinsrites sistēmu, kas, savukārt, tos aizvada uz aknām, organisma attīrīšanas un izejvielu pārstrādes staciju.

Turpinot glimpātiskās sistēmas izpēti, Nīdergārda sāka interesēties par tās iespējamo saistību ar miega-nomoda ciklu. Lai to noskaidrotu tika izmantota par divu fotonu mikroskopiju saukta attēlatveides tehnoloģija, ar kuras palīdzību zinātnieki reālajā laikā varēja vērot ar speciālu spīdošu krāsu iekrāsotā cerebrospinālā šķidruma plūsmu dzīvas peles smadzenēs.

Kamēr pele gulēja, šķidrums smadzenēs plūda brīvi un ātri, taču, kad dzīvnieku pamodināja, plūsmas ātrums ievērojami samazinājās. Citā eksperimentā pētnieki izmērīja attālumus starp peles smadzeņu šūnām un noskaidroja, ka miega laikā starpšūnu telpa palielinās par 60%, tādējādi dodot iespēju palielināties šķidruma plūsmas intensitātei.
Ņujorkas universitātes šūnu biologs un Alcheimera slimības speciālists R. A. Niksons, kurš aplūkojamā pētījumā nepiedalījās, laikrakstam "Washington Post", komentējot atklājumu, teica, ka Alcheimera slimības pētniekiem šie rezultāti varētu būt īpaši saistoši. Viņš norādīja, ka pašreiz par vienu no domājamajiem slimības rašanās cēloņiem uzskata beta-amiloīdu pārprodukciju, taču Nīdergārdas un kolēģu pētījums liek domāt, ka lielākā problēma varētu būt saistīta ar traucējumiem to izvadē.

Arī citas neirodeģeneratīvas saslimšanas, tādas kā Parkinsona slimība vai hroniska traumatiska encefalopātija, Niksons skaidro, ir saistītas ar pārāk lielu šūnu vielmaiņas sārņu klātbūtni smadzenēs. "Attīrīšanas mehānismi var būt ļoti nozīmīgi, lai šo proteīnu daudzumu uzturētu līmenī, kas nepārsniedz saslimšanas izraisošo slieksni."

Patlaban Nīdergārda ar savu komandu turpina pētījumus un izstrādā īpašu magnētiskās rezonanses diagnostikas testu, ar kuru cilvēkiem varētu pārbaudīt glimpātiskās attīrīšanās efektivitāti. Zinātniece arī uzskata, ka būtu iespējams izstrādāt medikamentu, ar kura palīdzību, iespējams, atveidojot miega-nomoda ciklu, nepieciešamības gadījumā smadzenēs varētu ierosināt piespiedu attīrīšanos.

Augšējais attēls: Izmantojot spīdošu krāsu, pētnieki noteica cerebrospinālā šķidruma plūsmas atšķirības. Sarkanā krāsa rāda šķidruma plūsmu guļoša dzīvnieka smadzenēs, bet zaļā attēlo tās samazināšanos pēc peles pamošanās. Publicitātes foto.

Avots:

L. Xie, H. Kang, Q. Xu, M. J. Chen, Y. Liao, M. Thiyagarajan, J. O'Donnell, D. J. Christensen, C. Nicholson, J. J. Iliff, T. Takano, R. Deane, M. Nedergaard. Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science, 2013; 342 (6156): 373 DOI: 10.1126/science.1241224