睡眠幫助大腦清除代謝廢物的機制被探明
大鼠研究表明,睡眠通過排除清醒時積累于大腦內的毒素而有助于恢復大腦活力。這一結論表明睡眠在疾病與健康方面的新地位。
睡眠對于大腦功能的恢復很重要。睡眠缺乏者邏輯推理、解決問題以及對細節的關注能力均下降。然而睡眠的這一重要功能其背后的機制一直困惑著科學家和哲學家——人為何一定要睡?睡眠是如何影響大腦功能的?
科學家以前就曾報道過格淋巴系統有助于排除大腦毒性蛋白——β-淀粉樣蛋白。β-淀粉樣蛋白是阿耳滋海默氏?。ɡ夏臧V呆)患者大腦中所沉積的蛋白質。一些其他的研究也表明在睡眠中,β-淀粉樣蛋白的水平較清醒狀態下要低。最近,羅徹斯特大學醫學中心的Maiken Nedergaard博士以及她的同事通過實驗研究了格淋巴系統是如何影響β-淀粉樣蛋白的清除。
研究者首先向大鼠的腦脊液中注入一種染料,然后一邊監測腦電波情況,一邊通過染料監測腦脊液的流動情況。結果發現,在大鼠清醒的狀態下,腦脊液基本保持不流動;而在大鼠不清醒的狀態下(睡眠或麻醉狀態下),腦脊液快速流動。這一結果發表在2013年10月18號的《自然》雜志上。
在大鼠清醒和不清醒的狀態下,腦脊液流動速度的變化可能因為腦脊液可流動空間的變化而造成的。為驗證這一假設,研究小組利用一種方法測量了腦細胞外的容積。結果發現,在大鼠睡眠或麻醉的狀態下,大鼠大腦皮層的細胞外容積是清醒狀態下的1.6倍。
接下來,研究者向大鼠腦內注射經過標記過的β-淀粉樣蛋白,來研究其在清醒和非清醒狀態下的清除速度。結果發現,在睡眠狀態下,β-淀粉樣蛋白的清除速度是清醒狀態下的2倍。
格淋巴系統由腦脊液、腦脊循環通道組成。其中腦脊液為大腦和脊椎的細胞外液。腦脊液循環通道為一系列沿著大腦血管分布的通道組成。大腦中的神經膠質細胞通過收縮和舒張控制格淋巴系統內腦脊液的流動。而去甲腎上腺素(一種維持動物和人清醒的激素)使神經膠質細胞舒張。實驗結果也表明,當使用阻止去甲腎上腺素的藥物后,大鼠表現出類似于睡眠狀態時的效果——腦脊液流動加速、腦細胞外容積增加。 (中心慢病科 金東輝供稿)
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