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Ein Experiment an Mäusen zeigt, dass langsame Noradrenalinschwankungen während des Nicht-REM-Schlafs als Pumpe wirken, um das Gehirn von im Wachzustand angesammelten Abfallstoffen zu befreien. Diese Schwingungen würden Pulsationen in den Blutgefäßen des Gehirns verursachen und einen rhythmischen Fluss von Liquor cerebrospinalis erzeugen, um Abfallstoffe abzutransportieren. Diese Ergebnisse könnten möglicherweise zu neuen Wegen der Frühbehandlung neurodegenerativer Erkrankungen führen.
Das Gehirn verfügt über ein eingebautes Abfallentsorgungssystem, das Lymphsystem genannt wird, ein hochorganisiertes Netzwerk, das den Transport von Liquor cerebrospinalis (CSF) reguliert. Neben der Abfallbeseitigung ist das Lymphsystem auch für die Wasserhomöostase, die Antigenpräsentation und den Transport von Immunzellen zum Gehirn sowie für den Transport nützlicher Moleküle wie Glukose verantwortlich.
Da es keine Lymphgefäße gibt, nutzt das Lymphsystem den interstitiellen Raum des Gewebes oder perivaskuläre Räume für die Liquorzirkulation. Faktoren wie Gefäßsteifheit und Hirnverletzungen können daher die glymphatische Zirkulation behindern und ihre Reinigungsfunktion (lymphatische Clearance) beeinträchtigen, wodurch Menschen für neurodegenerative Erkrankungen prädisponiert werden.
Es besteht jedoch noch kein Konsens über die Mechanismen, die dieser Reinigungsfunktion zugrunde liegen. Im Jahr 2013 schlugen Forscher vor, dass die lymphatische Clearance hauptsächlich im Schlaf erfolgt. Diese Hypothese wurde durch neuere Arbeiten in Frage gestellt, die darauf hindeuten, dass die Abfallentsorgung im Gehirn im Wachzustand größer ist.
Die neue Studie, die gemeinsam mit der Universität Kopenhagen durchgeführt wurde, setzt der Debatte vielleicht ein Ende, indem sie einen Mechanismus hervorhebt, der eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Lymphsystems spielt und vor allem während des Non-REM- oder NREM-Schlafs aktiviert wird. ). Laut der Co-Hauptautorin der Studie, Maiken Nedergaard von der University of Rochester und der University of Copenhagen, „ist es so, als würde man vor dem Schlafengehen die Spülmaschine einschalten und mit einem sauberen Gehirn aufwachen.“ » „ Wir fragen uns im Wesentlichen, was diesen Prozess antreibt, und versuchen, erholsamen Schlaf auf der Grundlage der lymphatischen Clearance zu definieren
», fügt er mit Verweis auf die im Journal ausführliche Studie hinzu
Zelle.
Ein Pumpsystem, das hauptsächlich während des Nicht-REM-Schlafs aktiviert wird
Um die Gehirnaktivität und die Lymphclearance bei Mäusen zu analysieren, verwendeten die Forscher eine Technik namens „Flow Fiber Photometry“, die die Lymphaktivität und den Blutfluss sowohl im Wachzustand als auch im Schlaf verfolgte. .
Dadurch konnte eine Anästhesie vermieden werden, die die Ausschüttung von Neurotransmittern im Gehirn beeinträchtigt (und damit die Ergebnisse verfälscht) hätte. „ Hier haben wir eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, die Blut- und CSF-Dynamik während langer, ununterbrochener Wachphasen, NREM-Schlafphasen und REM-Schlafphasen aufzuzeichnen, wodurch die Notwendigkeit einer Kopffixierung entfällt und es den Mäusen ermöglicht wird, sich während der Aufzeichnungen frei in ihrem Käfig zu bewegen », Gibt das Team in seinem Dokument an. Blut- und Liquorflüsse wurden mithilfe von Fluoreszenzmarkierungstechniken überwacht.
Das Team fand heraus, dass die Hirnstämme der Mäuse während des NREM-Schlafs etwa alle 50 Sekunden Noradrenalin freisetzen. Dies führt zu einem rhythmischen Pulsieren, das abwechselnd Kontraktion und Erweiterung der Blutgefäße auslöst und das Blutvolumen in Schwingungen versetzt. Dieses Pulsationsmuster wiederum führt zu einem rhythmischen Liquorfluss, wodurch Abfallstoffe aus dem Gehirn entfernt werden. Das heißt, die langsamen Schwingungen von Noradrenalin wirken als Pumpe, die den Liquorfluss durch das Gehirn reguliert und verhindert, dass sich dort Abfallprodukte ansammeln.
-« Möglicherweise haben wir den wichtigsten Treiber des Lymphflusses im Non-REM-Schlaf identifiziert
», sagt Nedergaard in einem Artikel, der in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. Andererseits waren Noradrenalinschwankungen und Schwankungen des zerebralen Blutvolumens im NREM-Schlaf größer als im REM-Schlaf und in den Wachstunden.
Grafische Zusammenfassung der Studie. © Hauglund et al.
Eine Funktion, die durch eine übliche Schlaftablette beeinträchtigt wird
Der zweite Teil des Experiments bestand darin, die Wirkung von Zolpidiem (einem üblichen Schlafmittel) auf das noradrenerge Pumpsystem und die lymphatische Clearance zu untersuchen. Die Forscher fanden heraus, dass die Noradrenalinwellen während des Schlafs um 50 % abnahmen, während der Liquortransport bei den behandelten Mäusen um etwa 30 % abnahm.
Siehe auch
« Wir fanden heraus, dass der Noradrenalinspiegel deutlich reduziert war und langsame Gehirnwellen verschwanden, was die Wirkung des Lymphsystems verringerte », erklärt die Hauptautorin der Studie, Natalie Hauglund von der Universität Kopenhagen, in einer Pressemitteilung. „ Dies deutet darauf hin, dass der durch dieses Schlafmittel erzielte Schlaf nicht so wohltuend ist wie normaler, erholsamer Schlaf. “, sagt sie. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um festzustellen, ob dieser Effekt auf alle Schlaftabletten zutrifft.
Darüber hinaus haben frühere Studien gezeigt, dass Schlafstörungen mit einem erhöhten Risiko für Demenz verbunden sind. Tatsächlich behindert eine Beeinträchtigung des Lymphsystems die Ausscheidung von Abfallstoffen aus dem Gehirn, einschließlich toxischer Moleküle, die häufig mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, wie Tau- und Beta-Amyloid-Proteine. Diese Ergebnisse könnten dazu führen, dass Behandlungen bereits durchgeführt werden, bevor die Symptome neurodegenerativer Erkrankungen auftreten.
« Wenn wir frühzeitig feststellen könnten, dass die Pumpfunktion fehlerhaft ist und der Patient das Risiko hat, eine Erkrankung zu entwickeln, könnten wir diese behandeln, bevor der Patient krank wird », schließt Hauglund.
