Приблизно третину свого життя людина проводить уві сні. Вивченню механізмів, функцій, фаз сну присвячено велику кількість наукових досліджень. Вчені століттями гадали, навіщо організм витрачає нераціонально багато часу на відпочинок. Схоже на те, що відповідь на це питання знайдено: одна із функцій сну виявилася несподіваною і надто важливою.
Наразі найпопулярніша концепція сну, яку постійно розвивали й доповнювали протягом останніх 20-30 років, передбачала, що уві сні (несвідомому стані) мозок аналізує і сортує враження, накопичені впродовж дня. Тобто під час сну відбувається консолідація пам’яті, закріплення в довготривалій пам’яті спогадів і нових навичок. Саме впродовж цього процесу між нейронами формуються нові контакти.
Проте неодноразово доведено, що всі ці завдання вирішуються лише у фазі швидкого сну. Тоді ж навіщо мозку потрібен настільки тривалий і, на перший погляд, «непрактичний» глибокий сон? Досі з цього приводу висловлювали тільки туманні припущення. Та ось нещодавно з’ясували, що одне з найважливіших завдань глибокого сну, без чого не можуть жити ані люди, ані тварини, — виведення з головного мозку токсичних метаболітів.
Прорив в неврології: відкриття глімфатичної системи
Новому розумінню сенсу сну сприяло відкриття своєрідної «лімфатичної системи». Цей прорив відбувся у 2012 році: за допомогою складної оптоволоконної техніки, поєднання кількох видів мікроскопії та імуногістохімічних методів учені виявили в головному мозку надзвичайно тонкі канали, наповнені рідиною, котрі проходили через нервову тканину. Відкриту систему назвали глімфатичною (glymphatic): нею керують гліальні клітини головного мозку, але конструкцією та функціями вона нагадує добре вивчену лімфатичну.
Уже наступного року з’ясували, що глімфатична система — високоорганізована макроскопічна система очищення відходів, яка використовує для утилізації унікальні периваскулярні тунелі, утворені астрогліальними клітинами. Це ключовий метаболічний орган центральної нервової системи. Зокрема, взаємодіючи зі спинномозковою рідиною, глімфатична система сприяє ефективному виведенню розчинених білків і надлишкових продуктів обміну речовин із центральної нервової системи. Окрім утилізації «відходів» глімфатична система також полегшує розподіл певних сполук у головному мозку: глюкози, ліпідів, амінокислот, факторів росту та нейромодуляторів тощо.
«Системні» примхи
Оскільки концепція глімфатичної системи відносно нова, відомі лише її основні структурні елементи, базові організація, регулювання та функції. Глімфатична система функціонує здебільшого під час сну і значною мірою «відключається» в стані неспання. При цьому найактивнішою вона є упродовж фази глибокого сну. Отже, біологічна потреба в тривалому сні у тварин може пояснюватися тим, що під час сну мозок повинен перейти в певний стан метаболічної активності, котрий дає змогу вивести потенційно нейротоксичні відходи, включаючи горезвісний β-амілоїд. (Відповідно до усталеної сьогодні концепції саме β-амілоїдний протеїн розглядають як основний чинник виникнення хвороби Альцгеймера.)
Нещодавні дослідження також вказують на те, що функція глімфатичної системи пригнічується при різних захворюваннях, а її порушення може обумовлювати розвиток і прогресування нейродегенеративних розладів. Також виявилося, що активність нейронів прямо пов’язана з гуморальним транспортом у мозку, а активність глімфатичної системи — із віком: з роками цей показник значно знижується.
Зв’язок сну із розвитком нейродегенеративних розладів підтверджує іще одна нещодавня робота, яка продемонструвала шкідливість безсоння: брак сну збільшував кількість накопичень амілоїдних білків у головному мозку людини.
Нові дослідження глибокого сну
Так поступово сформувалася гіпотеза, згідно з якою глибокий сон потрібен передусім для очищення мозку від «сміття», що постійно накопичується внаслідок нормального обміну речовин. Але, незважаючи на досить переконливі результати досліджень, нову концепцію спочатку зустріли досить скептично.
Проте результати дослідження американських фахівців, які пов’язали плин спинномозкової рідини з електричною активністю мозку під час сну, істотно посилили позиції «очисної гіпотези». У новому дослідженні було продемонстровано, що хвилеподібна активність нейронів під час глибокого сну синхронізується з пульсацією крові в судинах і амплітудою плину спинномозкової рідини. Крім того, вчені детально описали напрямок плину рідини в мозку і показали, що змішування спинномозкової і тканинної рідин, необхідне для відведення «сміття» від його клітин, відбувається саме під час фази глибокого сну.
Отже, цілком вірогідно, що порушення сну може призвести до розвитку захворювань, безпосередньо пов’язаних з накопиченням шкідливих метаболітів і подальшою інтоксикацією. Серед цих «відходів» добре вивчено амілоїдні білки, котрі утворюють на нейронах жорсткі «бляшки».
Більше того, оскільки деякі сполуки, які застосовували в експериментах американські автори, були подібні анестетикам, котрі використовують у сучасній клінічній практиці, результати дослідження (деякі анестетики знижували активність глімфатичної системи) також пояснюють виникнення когнітивних проблем в осіб старшого віку після операцій під загальним наркозом.
Тому медичні фахівці одразу взяли на озброєння нові дані, адже гіпотетично розлади функцій головного мозку можна коригувати шляхом позбавлення від метаболічного баласту.
Кліренс токсичних протеїнів
На початку листопада дві британські організації — Parkinson’s UK і Alzheimer’s Research UK — об’єдналися задля того, щоб перевірити, чи може бути використана нововідкрита система видалення «відходів» для лікування описаних захворювань. Заради цього вони профінансують новий проект, зосереджений на глімфатичній системі, що, як очікується, реалізовуватиметься впродовж трьох років.
Хоча між хворобами Паркінсона та Альцгеймера існує багато відмінностей, їх спільна біологічна основа дає надію вбити двох зайців одним пострілом. Загальна ідея полягає в тому, що, оскільки обидва неврологічні захворювання неодноразово пов’язували з аномальним накопиченням токсичних білків у мозку (амілоїдних та альфа-синуклеїну), активація глімфатичної системи може допомогти елімінувати їх, а це, у свою чергу, подолає симптоми захворювань.
Перші дослідження показали, що сон, фізичні навантаження та низький рівень споживання алкоголю — фактори, які допомагають посилити функцію глімфатичної системи. Новий проект ґрунтуватиметься передусім на цих висновках. Але паралельно дослідники також вивчатимуть нові варіанти активізації нововиявленої системи утилізації відходів. Можливо, саме їм вдасться змінити неврологію як науку та зупинити розвиток паркінсонізму, хвороби Альцгеймера й інших нейродегенеративних захворювань.
Любомира ПРОТАСЮК, спеціально для «ВЗ»
