Uni puhdistaa aivot myrkyistä ja aineenvaihduntatuotteista.

Nature Neuroscience -lehdessä julkaistun tuoreen tutkimuksen mukaan aivojen toiminnan teho heikkenee anestesian ja unen aikana.

Uni on haavoittuva passiivisuuden tila. Tämän haavoittuvuuden riskien vuoksi on ehdotettu, että unella voi olla joitakin hyötyjä. On ehdotettu, että uni poistaa aivojen myrkkyjä ja aineenvaihduntatuotteita glymfaattisen järjestelmän kautta. Tällä ehdotuksella on tärkeitä seurauksia; esimerkiksi kroonisesti huonon unen aiheuttama myrkkyjen vähentynyt poistuminen voi pahentaa Alzheimerin tautia.

Mekanismit ja anatomiset reitit, joiden kautta toksiinit ja metaboliitit poistuvat aivoista, ovat edelleen epäselviä. Glymfaattisen hypoteesin mukaan valtimoiden pulsaatiosta aiheutuvien hydrostaattisten painegradienttien ohjaama perusnesteen virtaus poistaa aktiivisesti suoloja aivoista hitaan aallon unen aikana. Lisäksi sedatiiviset anestesia-annokset tehostavat puhdistumaa. On edelleen tuntematonta, tehostaako uni puhdistumaa lisääntyneen perusvirtauksen kautta.

Tässä tutkimuksessa tutkijat mittasivat nesteiden liikkumista ja aivojen puhdistumaa hiirillä. Ensin he määrittivät fluoreseiini-isotiosyanaatti (FITC)-dekstraanin, fluoresoivan väriaineen, diffuusiokertoimen. FITC-dekstraania injektoitiin häntätumakkeeseen ja fluoresenssi mitattiin otsalohkon kuoressa.

Alustavissa kokeissa odotettiin vakaata tilaa, valkaistiin väriainetta pienessä kudosmäärässä ja määritettiin diffuusiokerroin mittaamalla valkaisemattoman väriaineen liikkumisnopeus valkaistulle alueelle. Tekniikka validoitiin mittaamalla FITC-dekstraanin diffuusio aivoja simuloivissa agaroosigeeleissä, joita oli modifioitu aivojen optisen absorption ja valonsironnan lähentämiseksi.

Tulokset osoittivat, että FITC-dekstraanin diffuusiokerroin ei eronnut nukutettujen ja unitilojen välillä. Tutkimusryhmä mittasi sitten aivojen puhdistumaa eri valveillaolotiloissa. He käyttivät pientä määrää fluoresoivaa väriainetta AF488 hiirillä, joille injektoitiin suolaliuosta tai anestesiaa. Tämä väriaine liikkui vapaasti parenkyymissä ja auttoi tarkasti määrittämään aivojen puhdistuman. Vertailuja tehtiin myös valveillaolo- ja unitilojen välillä.

Huippupitoisuuksilla puhdistuma oli suolaliuoksella käsitellyillä hiirillä 70–80 %, mikä osoittaa, että normaalit puhdistumamekanismit eivät olleet heikentyneet. Puhdistuma kuitenkin pieneni merkittävästi, kun käytettiin anestesia-aineita (pentobarbitaali, deksmedetomidiini ja ketamiini-ksylatsiini). Lisäksi puhdistuma oli myös pienentynyt nukkuvilla hiirillä verrattuna hereillä oleviin hiiriin. Diffuusiokerroin ei kuitenkaan eronnut merkitsevästi nukutettujen ja nukkuvien hiirien välillä.

A. Kolme tai viisi tuntia AF488-injektion jälkeen aivot jäädytettiin ja leikattiin 60 μm:n paksuisiksi kryoseoksiksi. Kunkin leikkeen keskimääräinen fluoresenssi-intensiteetti mitattiin fluoresenssimikroskopialla; neljän leikkeen ryhmien keskimääräisistä intensiteeteistä laskettiin keskiarvo.

B. Keskimääräinen fluoresenssin intensiteetti muunnettiin konsentraatioksi käyttämällä lisäkuvassa 1 esitettyjä kalibrointitietoja ja piirrettiin injektiopisteestä mitatun anteroposteriorisen etäisyyden funktiona hereilläolotilassa (musta), unessaolotilassa (sininen) ja KET-XYL-anestesiatilassa (punainen). Yläosassa on tiedot 3 tunnin kohdalla. Alaosassa on tiedot 5 tunnin kohdalla. Viivat edustavat Gaussin sovituksia tietoihin ja virhepalkit osoittavat 95 %:n luottamusvälejä. Sekä 3 että 5 tunnin kohdalla KET-XYL-pitoisuudet anestesian aikana (P < 10⁻⁶ 3 tunnin kohdalla; P < 10⁻⁶ 5 tunnin kohdalla) ja unen aikana (P = 0,0016 3 tunnin kohdalla; P < 10⁻⁴ 5 tunnin kohdalla) olivat merkittävästi korkeammat kuin valveillaolotilassa (kaksisuuntainen ANOVA Bonferroni-Holmin monivertailukorjauksella).

C. Edustavat kuvat aivoleikkeistä eri etäisyyksillä (anteroposterior) AF488-injektiokohdasta 3 tunnin kuluttua (kolme ylempää riviä) ja 5 tunnin kuluttua (kolme alempaa riviä). Jokainen rivi edustaa tietoja kolmesta valveillaolotilasta (valveillaolo, uni ja KET-XYL-anestesia).

Tutkimuksessa havaittiin, että aivojen puhdistuma väheni anestesian ja unen aikana, mikä on ristiriidassa aiempien raporttien kanssa. Puhdistuma voi vaihdella anatomisesti eri kohdissa, mutta vaihtelun aste voi olla pieni. Ketamiini-ksylatsiinin aiheuttama puhdistuman esto oli kuitenkin merkittävä ja paikasta riippumaton.

Yksi tutkimuksen tekijöistä, Nicholas P. Franks, sanoi: "Tutkimusala on keskittynyt niin paljon siivoamiseen yhtenä tärkeimmistä syistä nukkumiselle, että yllätyimme suuresti päinvastaisista tuloksista."

On erityisen tärkeää huomata, että tulokset koskevat pientä väriainemäärää, joka liikkuu vapaasti solunulkoisessa tilassa. Suuremmat molekyylit saattavat käyttäytyä eri tavalla. Lisäksi tarkat mekanismit, joilla uni ja anestesia vaikuttavat aivojen puhdistumaan, ovat edelleen epäselviä; nämä löydökset kuitenkin kyseenalaistavat käsityksen siitä, että unen ensisijainen tehtävä on puhdistaa aivoja toksiineista.