Утилизация мозговых отходов контролируется ритмами “биологических часов”, а не сна

Исследование на мышах предполагает, что «глимфатическая система», которая удаляет токсичные отходы мозга во время сна, может не работать эффективно у сменных рабочих, которые спят днем. Это может объяснить их повышенный риск заболеваний головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера.

В 2012 году исследователи из Медицинского центра Университета Рочестера (URMC), штат Нью-Йорк, обнаружили ранее неизвестную систему удаления отходов в мозге.

Они назвали это глимфатической системой, потому что нервные клетки, называемые глиальными клетками, управляют ее работой, которая выполняет ту же роль для мозга, что и лимфатическая система для остального тела.

В следующем году та же команда обнаружила, что глимфатическая система наиболее активна во время сна .

В своих последних экспериментах исследователи показали, что это циркадные ритмы организма, «главные часы», регулирующие цикл сна и бодрствования продолжительностью примерно 24 часа, которые управляют этой системой.

«Эти данные показывают, что функция глимфатической системы основана не только на сне или бодрствовании, но и на ежедневных ритмах, определяемых нашими биологическими часами», – говорит нейробиолог доктор Майкен Недергаард, со-директор Центра трансляционной нейромедицины при URMC и старший автор исследования.

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Утилизация мозговых отходов контролируется ритмами "биологических часов", а не сна

Токсичные отходы

Один из процессов, происходящих во время сна, – это выведение токсичных продуктов обмена веществ, которые накапливаются в мозгу во время бодрствования. Одним из таких отходов является белок бета-амилоид, который, если его не удалить, образует бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера.

Постоянная неспособность удалить продукты жизнедеятельности, такие как бета-амилоид, может частично объяснить, почему хроническое нарушение сна является ранним признаком нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера.

В своей ранней работе доктор Недергаард и ее коллеги показали, что глимфатическая система – это сеть каналов, прилегающих к кровеносным сосудам в мозгу.

Каналы содержат выступы или «концы» глиальных клеток, известных как астроциты. Концы лап эффективно закрывают кровеносные сосуды в полой оболочке.

Во время сна глимфатическая система перекачивает спинномозговую жидкость по головному мозгу в соответствии с пульсацией артерий. Эта жидкость вымывает растворимые отходы перед тем, как попасть в лимфатическую систему.

Но новое исследование показывает, что деятельность глимфатической системы регулируется биологическими часами организма, а не сном.

У людей циркадный ритм регулирует наш физиологический цикл между бодрствованием днем ​​и ночным сном.

«Поскольку это время также влияет на глимфатическую систему, эти результаты показывают, что люди, которые полагаются на кошачий сон в течение дня, чтобы наверстать упущенное, или работают в ночную смену, могут иметь риск развития неврологических расстройств», – говорит Лорен Хаблитц, доктор философии. .D., Доцент-исследователь лаборатории Недергаарда и первый автор статьи.

«На самом деле, клинические исследования показывают, что люди, которые полагаются на сон в дневное время, подвергаются гораздо большему риску болезни Альцгеймера и деменции, а также других проблем со здоровьем», – добавляет она.

Флуоресцентный индикатор

Исследователи сделали свое открытие на мышах, которые ведут ночной образ жизни – их цикл сна и бодрствования противоположен этой характеристике у людей.

Чтобы контролировать движение спинномозговой жидкости через мозг животных, они ввели флуоресцентный индикатор, который они могли видеть сквозь черепа животных.

Это показало, что поток жидкости в мозг был примерно на 53% выше в течение дня, когда животные спали, по сравнению с ночью, когда они были активны.

Важно отметить, что этот цикл активности в их глимфатической системе сохранялся даже тогда, когда исследователи анестезировали мышей в течение дня и ночи.

Так продолжалось и при постоянном освещении грызунов в течение 10 дней.

Это убедительно свидетельствует о том, что циркадные ритмы управляют этой системой и, следовательно, могут не работать эффективно во время дневного сна у людей.

Наконец, исследователи показывают, что циркадная регуляция спинномозговой жидкости через мозг зависит от водного канала, называемого аквапорином-4, в мембране конечностей.

У мышей, генетически сконструированных с отсутствием этого канала, обычный приливный поток жидкости днем ​​и ночью полностью отсутствовал.

Нарушенные суточные ритмы

Авторы отмечают, что, хотя необходимы большие исследования, их работа предполагает, что нарушение циркадных ритмов может помешать эффективному удалению токсичных побочных продуктов мозга.

Это может привести к хроническому воспалению, которое характеризует нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера.

Они заключают:

«Хотя глимфатическая функция еще не изучена на моделях циркадных нарушений, например, при сменной работе, было установлено, что посменные работники подвержены повышенному риску нейродегенеративных расстройств […] Понимание того, как эти ритмы, все с разными временными и биологическими функциями, взаимодействуют, чтобы повлиять на глимфатическую функцию, а лимфодренаж может помочь предотвратить заболеваемость, связанную с циркадным смещением ».