Новое исследование, финансируемое армией, рассматривает последствия недосыпания, которые могут сильно повлиять на солдат на поле боя.
Исследования, проведенные в Медицинском центре Университета Рочестера и финансируемые Исследовательским офисом армии, входящим в U.S. Лаборатория армейских исследований командования по развитию боевых возможностей армии предполагает, что люди, которые полагаются на сон в дневное время, подвергаются большему риску развития неврологических расстройств.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, подробно описывается, как сложный набор молекулярной и жидкостной динамики, составляющий глимфатическую систему – уникальный процесс удаления отходов в мозге – синхронизируется с главными внутренними часами, которые регулируют цикл сна и бодрствования.
"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 доктор. Фредерик Грегори, руководитель программы инициативы ARO по нейрофизиологии познания. "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."
Глимфатическая система, впервые обнаруженная лабораторией URMC Nedergaard в 2012 году, состоит из сети, которая подключается к системе кровообращения мозга и состоит из слоев водопровода, а внутренний кровеносный сосуд заключен в “ трубку ”, по которой транспортируется спинномозговая жидкость. Система прокачивает жидкость через ткани мозга в основном во время сна, вымывая токсичные белки и другие отходы.
"Эти результаты показывают, что функция глимфатической системы основана не только на сне или бодрствовании, но и на суточных ритмах, продиктованных нашими биологическими часами," сказал нейробиолог Майкен Недергаард, М.D., D.M.Sc., содиректор Центра трансляционной нейромедицины УРМЦ и старший автор исследования.
Исследовательская группа и другие исследователи показали роль, которую кровяное давление, частота сердечных сокращений, циркадный ритм и глубина сна играют в функции глимфатической системы и в химических сигналах, возникающих в мозге для включения и выключения системы. 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.
Циркадные ритмы, 24-часовые биологические часы, поддерживаются в небольшой области мозга, называемой супрахиазматическим ядром. Эти часы регулируют несколько важных биологических функций, включая цикл сна-бодрствования.
Новое исследование, проведенное на мышах, показало, что, когда животные находились под наркозом в течение всего дня, их глимфатическая система все еще функционировала только в течение их типичного периода покоя – мыши ведут ночной образ жизни, поэтому их цикл сна-бодрствования противоположен человеческому.
"Циркадные ритмы у человека настроены на цикл дневного бодрствования и ночного сна," сказал доктор. Лорен Хаблиц, первый автор нового исследования и доцент Центра трансляционной нейромедицины при 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. Ученые считают, что астроциты в супрахиазматическом ядре помогают регулировать циркадные ритмы. Астроциты также служат в качестве привратников, контролирующих поток спинномозговой жидкости в 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 отводит спинномозговую жидкость к лимфатическим узлам на шее. Поскольку лимфатические узлы являются ключевыми путями в регуляции иммунной системы, исследования показывают, что спинномозговая жидкость может представлять собой жидкостные часы, которые помогают разбудить способности организма бороться с инфекциями в течение дня.