Новое исследование подробно описывает, как сложный набор молекулярных и гидродинамических процессов, составляющих глимфатическую систему – уникальный процесс удаления шлаков мозга – синхронизируется с главными внутренними часами, которые регулируют цикл сна и бодрствования. Эти данные свидетельствуют о том, что люди, которые полагаются на сон в дневное время, подвергаются большему риску развития неврологических расстройств.
"Эти результаты показывают, что функция глимфатической системы основана не только на сне или бодрствовании, но и на суточных ритмах, определяемых нашими биологическими часами," сказал нейробиолог Майкен Недергаард, М.D., D.M.Sc., содиректор Центра трансляционной нейромедицины при Медицинском центре Университета Рочестера (URMC) и старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications.
Полученные данные дополняют растущее понимание работы и функции глимфатической системы, автономного процесса удаления отходов мозга, который был впервые обнаружен в 2012 году исследователями из лаборатории Недергаарда. Система состоит из сети водопроводов, которые следуют по пути кровеносных сосудов и перекачивают спинномозговую жидкость (CSF) через ткани мозга, смывая отходы. Исследования, проведенные несколько лет спустя, показали, что глимфатическая система в основном функционирует во время сна.
С тех пор как эти первые открытия, лаборатория Недергаарда и другие показали роль, которую кровяное давление, частота сердечных сокращений, циркадный ритм и глубина сна играют в функции глимфатической системы и химической сигнализации, которая происходит в мозге, чтобы включать и выключать систему. Они также показали, как нарушенный сон или травма могут вызвать разрушение системы и позволить токсичным белкам накапливаться в мозгу, потенциально вызывая ряд нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Связь между циркадными ритмами и глимфатической системой является предметом новой статьи. Циркадные ритмы – 24-часовые внутренние часы, которые регулируют несколько важных функций, включая цикл сна и бодрствования, – поддерживаются в небольшой области мозга, называемой супрахиазматическим ядром.
Новое исследование, проведенное на мышах, показало, что, когда животных находили под наркозом в течение всего дня, их глимфатическая система все еще функционировала только в течение их типичного периода отдыха – мыши ведут ночной образ жизни, поэтому их цикл сна и бодрствования противоположен человеческому.
"Циркадные ритмы у человека настроены на цикл дневного бодрствования и ночного сна," сказала Лорен Хаблитц, доктор философии.D., первый автор нового исследования и доцент Центра трансляционной нейромедицины URMC. "Поскольку это время также влияет на глимфатическую систему, эти результаты показывают, что люди, которые полагаются на кошачий сон в течение дня, чтобы выспаться или работать в ночную смену, могут быть подвержены риску развития неврологических расстройств. Фактически, клинические исследования показывают, что люди, которые полагаются на сон в дневное время, подвергаются гораздо большему риску развития болезни Альцгеймера и деменции наряду с другими проблемами со здоровьем."
В исследовании выделяются клетки, называемые астроцитами, которые выполняют несколько функций в головном мозге. Считается, что астроциты в супрахиазматическом ядре помогают регулировать циркадные ритмы. Астроциты также служат привратниками, контролирующими поток спинномозговой жидкости по центральной нервной системе. Результаты исследования показывают, что связь между астроцитами в разных частях мозга может иметь общую цель – оптимизировать функцию глимфатической системы во время сна.
Исследователи также обнаружили, что во время бодрствования глимфатическая система направляет спинномозговую жидкость в лимфатические узлы на шее. Поскольку лимфатические узлы являются ключевыми путями в регуляции иммунной системы, исследования показывают, что спинномозговая жидкость может представлять собой "жидкие часы" который помогает разбудить способности организма бороться с инфекциями в течение дня.
"Установление роли связи между астроцитами и значительного влияния суточного ритма на динамику глимфатического клиренса представляет собой важный шаг в понимании фундаментального процесса регуляции выведения отходов в головном мозге," сказал Фредерик Грегори, доктор философии.D., программный менеджер Исследовательского офиса армии, который помог финансировать исследования и является элементом U.S. Лаборатория армейских исследований Командования развития боевых возможностей армии. "Эти знания имеют решающее значение для разработки будущих контрмер, которые компенсируют пагубные последствия недосыпания и удовлетворяют будущие требования к многодоменным военным операциям для солдат, чтобы поддерживать боеспособность в течение более длительных периодов времени без возможности отдыха."