النوم ينظف الدماغ من السموم والمستقلبات

توصلت دراسة حديثة نشرت في مجلة Nature Neuroscience إلى أن تصفية الدماغ تقل أثناء التخدير والنوم.

النوم حالة من الخمول الهش. ونظرًا لمخاطر هذا الضعف، فقد أُشير إلى أن النوم قد يُقدم بعض الفوائد. فقد أُشير إلى أن النوم يُزيل السموم والنواتج الأيضية من الدماغ عبر الجهاز اللمفاوي. ولهذا الاقتراح دلالات مهمة؛ فعلى سبيل المثال، قد يُفاقم قلة النوم المزمنة مرض الزهايمر.

لا تزال الآليات والمسارات التشريحية التي تُخلّص الدماغ من السموم والمستقلبات غير واضحة. ووفقًا لفرضية اللمف، فإن تدفق السائل الأساسي، الناتج عن تدرجات الضغط الهيدروستاتيكي الناتجة عن نبضات الشرايين، يُخلّص الدماغ من الأملاح بفعالية أثناء نوم الموجة البطيئة. بالإضافة إلى ذلك، تُحسّن جرعات التخدير المُهدئة عملية التصفية. ولا يزال من غير المعروف ما إذا كان النوم يُحسّن عملية التصفية من خلال زيادة التدفق الأساسي.

في هذه الدراسة، قاس الباحثون حركة السوائل وتصفية الدماغ لدى الفئران. أولًا، حددوا معامل انتشار صبغة فلورية (FITC)-ديكستران، وهي إيزوثيوسيانات فلوريسئين. حُقنت هذه الصبغة في النواة المذنبة، وقيست الفلورسنت في القشرة الجبهية.

شملت التجارب الأولية انتظار حالة الاستقرار، وتبييض الصبغة في حجم صغير من الأنسجة، وتحديد معامل الانتشار بقياس معدل انتقال الصبغة غير المبيضة إلى المنطقة المبيضة. تم التحقق من صحة هذه التقنية بقياس انتشار FITC-dextran في هلاميات أجاروز مُحاكي للدماغ، مُعدّلة لتُقارب امتصاص الضوء وتشتته في الدماغ.

أظهرت النتائج أن معامل انتشار FITC-dextran لم يختلف بين حالتي التخدير والنوم. ثم قام الفريق بقياس تصفية الدماغ في حالات يقظة مختلفة. استخدموا كمية صغيرة من الصبغة الفلورية AF488 في فئران حُقنت بمحلول ملحي أو مخدر. تحركت هذه الصبغة بحرية في النسيج الدماغي، ويمكن أن تساعد في تحديد تصفية الدماغ بدقة. كما أُجريت مقارنات بين حالتي اليقظة والنوم.

عند ذروة التركيزات، تراوحت نسبة التصفية بين 70% و80% لدى الفئران المعالجة بالمحلول الملحي، مما يشير إلى عدم تأثر آليات التصفية الطبيعية. ومع ذلك، انخفض التصفية بشكل ملحوظ عند استخدام التخدير (بنتوباربيتال، ديكسميديتوميدين، وكيتامين-زيلازين). بالإضافة إلى ذلك، انخفض التصفية أيضًا لدى الفئران النائمة مقارنةً بالفئران المستيقظة. ومع ذلك، لم يختلف معامل الانتشار بشكل ملحوظ بين حالتي التخدير والنوم.

أ. بعد ثلاث أو خمس ساعات من حقن AF488 في وحدة المعالجة المركزية، جُمِّدت الأدمغة وقُطِّعت إلى مقاطع تجميدية بسُمك 60 ميكرومتر. قُيسَ متوسط شدة الفلورسنت لكل مقطع باستخدام المجهر الفلوري، ثم حُسِبَ متوسط شدة مجموعات المقاطع الأربعة.

ب. حُوِّل متوسط شدة الفلورسنت إلى تركيز باستخدام بيانات المعايرة الواردة في الشكل التكميلي 1، ورُسمت مقابل المسافة الأمامية الخلفية من نقطة الحقن لحالات اليقظة (الأسود)، والنوم (الأزرق)، وحالات تخدير KET-XYL (الأحمر). يمثل الشكل العلوي البيانات بعد 3 ساعات. يمثل الشكل السفلي البيانات بعد 5 ساعات. تُمثل الخطوط التوافقات الغوسية للبيانات، وتُظهر أشرطة الخطأ فواصل ثقة 95%. في كلٍّ من 3 و5 ساعات، كانت تركيزات KET-XYL أثناء التخدير (P < 10⁻⁶ بعد 3 ساعات؛ P < 10⁻⁶ بعد 5 ساعات) والنوم (P = 0.0016 بعد 3 ساعات؛ P < 10⁻⁴ بعد 5 ساعات) أعلى بكثير من تلك أثناء اليقظة (تحليل التباين ثنائي الاتجاه مع تصحيح بونفيروني-هولم للمقارنات المتعددة).

ج. صور تمثيلية لمقاطع دماغية على مسافات مختلفة (أمامية خلفية) من موقع حقن AF488 بعد 3 ساعات (الصفوف الثلاثة العلوية) وبعد 5 ساعات (الصفوف الثلاثة السفلية). يمثل كل صف بيانات لثلاث حالات يقظة (اليقظة، والنوم، وتخدير KET-XYL).

وجدت الدراسة أن تصفية الدماغ انخفضت أثناء التخدير والنوم، وهو ما يتناقض مع التقارير السابقة. قد تختلف تصفية الدماغ باختلاف المواقع التشريحية، ولكن درجة التباين قد تكون ضئيلة. ومع ذلك، كان تثبيط تصفية الدماغ بواسطة الكيتامين-زيلازين ملحوظًا ومستقلًا عن الموقع.

وقال نيكولاس ب. فرانكس، أحد مؤلفي الدراسة: "لقد ركز مجال البحث على فكرة التنظيف كأحد الأسباب الرئيسية وراء نومنا لدرجة أننا فوجئنا جدًا بالنتائج المعاكسة".

من المهم بشكل خاص ملاحظة أن النتائج تتعلق بحجم صغير من الصبغة يتحرك بحرية في الحيز خارج الخلوي. قد تُظهر الجزيئات الأكبر سلوكًا مختلفًا. إضافةً إلى ذلك، لا تزال الآليات الدقيقة التي يؤثر بها النوم والتخدير على تصفية الدماغ غير واضحة؛ ومع ذلك، تُشكك هذه النتائج في فكرة أن الوظيفة الأساسية للنوم هي تطهير الدماغ من السموم.