Ile trzeba spać, żeby wspomóc detoksykację mózgu? Znaczenie snu w kontekście czynności układu glimfatycznego.
Wstęp: O istnieniu układu odpowiedzialnego za detoksykację mózgu dowiedzieliśmy się stosunkowo niedawno, ale wiele wskazuje na to, że ma on kluczowe znaczenie dla usprawniania funkcji poznawczych. W tej serii dwóch artykułów przyjrzymy się, jak dokładnie funkcjonuje układ glimfatyczny oraz, co najważniejsze, odkryjemy, jak możemy jeszcze skuteczniej wspierać jego działanie.
Wszystkie artykuły z tej serii:
- Ile trzeba spać, żeby wspomóc detoksykację mózgu? Znaczenie snu w kontekście czynności układu glimfatycznego.
- W jakiej pozycji spać najlepiej? Znaczenie snu w kontekście czynności układu glimfatycznego.
Sen to jedna wielka zagadka. Jest to czynność fizjologiczna łącząca wszystkie gatunki zwierząt, która z jakiegoś powodu musi mieć kluczowe znaczenie dla naszego przetrwania. W innym wypadku, jako stan całkowitej bezbronności, sen nie zdołałby się raczej oprzeć bezlitosnej presji selekcji naturalnej [1]. Makabryczne eksperymenty pokazały, że zwierzęta pozbawione snu umierają w ciągu 11-32 dni [2]. Jak się okazuje, sen to proces, którego uczestnikiem, wykonawcą i beneficjentem jest mózg [3]. W ostatnich latach dużo uwagi poświęca się funkcji regeneracyjnej snu, jako stanu, w którym z mózgu usuwane są skumulowane w ciągu dnia substancje toksyczne [4]. W nocy organizm pozbywa się tych neurotoksyn, za pośrednictwem nowo odkrytego „systemu odprowadzającego” [5].
Wraz z wynalezieniem elektroencefalografii (EEG), czyli badania fal mózgowych, środowisko naukowe szybko wyzbyło się błędnego przeświadczenia, że sen jest dla mózgu czasem odpoczynku [6]. W niektórych fazach snu rejestruje się aktywność mózgu we wszystkich jego obszarach [6]. Jaki jest jej cel? Ponad 2000 lat temu Arystoteles wysnuł teorię, że sen wspomaga oczyszczanie krwi [7]. Obecnie wiemy już, że sen może wspomagać oczyszczanie mózgu [7].
Do 2012 r. wydawało nam się, że mózg, jako jedyny z narządów wewnętrznych, jest w stanie ponownie spożytkować niemal wszystkie swoje substancje odpadowe [6]. Myśleliśmy, że nie ma innego wyjścia. Od reszty organizmu oddziela go w końcu bariera krew-mózg [6]. Bariera, która zapobiega przedostawaniu się toksyn do mózgu, zapobiega też wydostawaniu się toksyn, które w mózgu powstają [6]. Przełomem dla naszego stanu wiedzy w tym zakresie był rok 2012 i odkrycie mózgowej sieci transportu płynów, nazwanej układem glimfatycznym [8].
Obserwując pod mikroskopem rozmieszczenie barwnika wstrzykniętego do mózgu myszy, naukowcy odkryli, że naczynia krwionośne w mózgu otoczone są tunelami wypełnionymi płynem międzykomórkowym [8]. Z każdym uderzeniem serca do tętnic napływa krew, a powstała w ten sposób fala ciśnienia przesuwa płyn międzykomórkowy wzdłuż przestrzeni okołonaczyniowej, odprowadzając go ostatecznie do otaczającego mózg płynu mózgowo-rdzeniowego [6]. Co to ma wspólnego ze snem? Cały układ aktywny jest właściwie tylko podczas snu [6]. W czasie czuwania otaczające naczynia tunele są skurczone, co ogranicza przepływ glimfatyczny aż o 90% [6]. Przypuszcza się, że w przeciwnym wypadku wzmożony przepływ płynów w mózgu mógłby zakłócać działanie neuroprzekaźników, a w fazie czuwania precyzyjna komunikacja między komórkami nerwowymi jest akurat bardzo istotna [6]. Zatem biologiczna potrzeba snu może stanowić odzwierciedlenie potrzeby mózgu do przejścia w stan umożliwiający usuwanie potencjalnie neurotoksycznych produktów przemiany materii, w tym beta-amyloidu ‒ białka powiązanego z rozwojem choroby Alzheimera [9].
Być może między innymi właśnie dlatego osoby, które notorycznie przesypiają mniej niż 7 godzin na dobę, mają podwyższone ryzyko rozwoju zaburzeń poznawczych m.in. demencji [10]. W badaniu z 2017 r. [11] pod wpływem zakłóceń snu, w postaci serii dźwięków słyszanych przez słuchawki, poziom amyloidu w mózgach uczestników uległ zwiększeniu. Z drugiej strony poprawa jakości snu, na przykład wśród pacjentów z bezdechem sennym, przy zastosowaniu aparatu CPAP, wydłuża fazę snu wolnofalowego (głębokiego) i obniża poziom amyloidu [12]. W badaniach przy zastosowaniu pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) wykazano, że już jedna nieprzespana noc może w znaczącym stopniu zwiększać akumulację beta-amyloidu w kluczowych obszarach mózgu [13].
Główny problem polega na tym, że z wiekiem proces detoksykacji mózgu przebiega coraz mniej sprawnie [14]. W badaniach na myszach wykazano, że w późniejszych latach życia czynność układu glimfatycznego zostaje zachowana tylko w 10-20% [14]. Z czego to wynika? Potencjalnych przyczyn jest kilka. Po pierwsze, z wiekiem obserwuje się spadek jakości snu wolnofalowego (głębokiego), czyli fazy snu, podczas której układ glimfatyczny wydaje się najbardziej aktywny [15]. Stagnacji sprzyja również postępująca z wiekiem sztywność tętnic. Przepływ glimfatyczny wspomagany jest przecież przez pulsację naczyń krwionośnych [9]. Niewykluczone zresztą, że między innymi właśnie z tego powodu z rozwojem demencji powiązano nadciśnienie [16]. Wysokie ciśnienie krwi skutkuje pogrubieniem ścian tętnic i w efekcie zmniejsza ich elastyczności [6]. Jak możemy tym zaburzeniom przeciwdziałać? Co trzeba zrobić, żeby proces oczyszczania mózgu przebiegał sprawnie także na późniejszych etapach życia? Na te właśnie pytania postaramy się odpowiedzieć w następnym artykule.
Źródło: nutritionfacts.org
[1] Ogilvie RP, Patel SR. The epidemiology of sleep and obesity. Sleep Health. 2017;3(5):383-388.[2] Everson CA, Bergmann BM, Rechtschaffen A. Sleep deprivation in the rat: III. Total sleep deprivation. Sleep. 1989;12(1):13-21.
[3] Hobson JA. Sleep is of the brain, by the brain and for the brain. Nature. 2005;437(7063):1254-1256.
[4] Xie L, Kang H, Xu Q, et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science. 2013;342(6156):373-377.
[5] Absinta M, Ha SK, Nair G, et al. Human and nonhuman primate meninges harbor lymphatic vessels that can be visualized noninvasively by MRI. Elife. 2017;6:e29738.
[6] Nedergaard M, Goldman SA. Glymphatic failure as a final common pathway to dementia. Science. 2020;370(6512):50-56.
[7] Semyachkina-Glushkovskaya O, Postnov D, Penzel T, Kurths J. Sleep as a novel biomarker and a promising therapeutic target for cerebral small vessel disease: a review focusing on alzheimer’s disease and the blood-brain barrier. Int J Mol Sci. 2020;21(17):6293.
[8] Iliff JJ, Wang M, Liao Y, et al. A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid β. Sci Transl Med. 2012;4(147):147ra111.
[9] Jessen NA, Munk ASF, Lundgaard I, Nedergaard M. The glymphatic system: a beginner’s guide. Neurochem Res. 2015;40(12):2583-2599.
[10] Wu L, Sun D, Tan Y. A systematic review and dose-response meta-analysis of sleep duration and the occurrence of cognitive disorders. Sleep Breath. 2018;22(3):805-814.
[11] Ju YES, Ooms SJ, Sutphen C, et al. Slow wave sleep disruption increases cerebrospinal fluid amyloid-β levels. Brain. 2017;140(8):2104-2111.
[12] Ju YES, Zangrilli MA, Finn MB, Fagan AM, Holtzman DM. Obstructive sleep apnea treatment, slow wave activity, and amyloid-β. Ann Neurol. 2019;85(2):291-295.
[13] Shokri-Kojori E, Wang GJ, Wiers CE, et al. β-Amyloid accumulation in the human brain after one night of sleep deprivation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115(17):4483-4488.
[14] Kress BT, Iliff JJ, Xia M, et al. Impairment of paravascular clearance pathways in the aging brain. Ann Neurol. 2014;76(6):845-861.
[15] Landolt HP, Borbély AA. Age-dependent changes in sleep EEG topography. Clin Neurophysiol. 2001;112(2):369-377.
[16] Turana Y, Tengkawan J, Chia YC, et al. High blood pressure in dementia: How low can we go? J Clin Hypertens (Greenwich). 2020;22(3):415-422.