Uni puhastab aju toksiinidest ja metaboliitidest

Hiljuti ajakirjas Nature Neuroscience avaldatud uuringus leiti, et aju puhastamine väheneb anesteesia ja une ajal.

Uni on haavatav passiivsusseisund. Arvestades selle haavatavusega kaasnevaid riske, on oletatud, et unel võib olla teatud eeliseid. On oletatud, et uni eemaldab ajust toksiine ja metaboliite glümfaatilise süsteemi kaudu. Sellel oletusel on olulised tagajärjed; näiteks krooniliselt halva une tõttu vähenenud toksiinide eritumine võib süvendada Alzheimeri tõbe.

Mehhanismid ja anatoomilised rajad, mille kaudu toksiine ja metaboliite ajust eemaldatakse, jäävad ebaselgeks. Glüümaatilise hüpoteesi kohaselt eemaldab arteriaalsete pulsatsioonide hüdrostaatilise rõhu gradientide poolt juhitav basaalne vedelikuvool aeglase une ajal aktiivselt sooli ajust. Lisaks suurendavad anesteetikumide rahustavad annused kliirensit. Kas uni suurendab kliirensit suurenenud basaalse voolu kaudu, jääb teadmata.

Selles uuringus mõõtsid teadlased hiirtel vedeliku liikumist ja aju kliirensit. Esmalt määrasid nad fluorestseiinisotiotsüanaadi (FITC)-dekstraani, mis on fluorestsentsvärvaine, difusioonikoefitsiendi. FITC-dekstraan süstiti sabatuuma ja fluorestsentsi mõõdeti otsmikukoores.

Esialgsed katsed hõlmasid püsiseisundi ootamist, värvaine pleegitamist väikeses koekoguses ja difusioonikoefitsiendi määramist, mõõtes pleegitamata värvaine liikumiskiirust pleegitatud piirkonda. Tehnika valideerimiseks mõõdeti FITC-dekstraani difusiooni aju simuleerivates agaroosgeelides, mida modifitseeriti aju optilise neeldumise ja valguse hajumise lähendamiseks.

Tulemused näitasid, et FITC-dekstraani difusioonikoefitsient ei erinenud anesteesia ja uneoleku vahel. Seejärel mõõtis meeskond aju kliirensit erinevates ärkveloleku seisundites. Nad kasutasid väikest kogust fluorestsentsvärvainet AF488 hiirtel, kellele süstiti soolalahust või anesteetikumi. See värvaine liikus parenhüümis vabalt ja aitas aju kliirensit täpselt kvantifitseerida. Samuti tehti võrdlusi ärkveloleku ja uneoleku vahel.

Tippkontsentratsioonide juures oli kliirens soolalahusega töödeldud hiirtel 70–80%, mis näitab, et normaalsed kliirensimehhanismid ei olnud häiritud. Kliirens vähenes aga märkimisväärselt anesteetikumide (pentobarbitaal, deksmedetomidiin ja ketamiin-ksülasiin) kasutamisel. Lisaks oli kliirens vähenenud ka magavatel hiirtel võrreldes ärkvel olevate hiirtega. Difusioonikoefitsient ei erinenud aga anesteesia ja magava oleku vahel oluliselt.

A. Kolm või viis tundi pärast AF488 süstimist CPu-sse külmutati ajud ja lõigati 60 μm paksusteks krüosektsioonideks. Iga sektsiooni keskmine fluorestsentsi intensiivsus mõõdeti fluorestsentsmikroskoopia abil; seejärel arvutati nelja sektsiooni rühmade keskmised intensiivsused.

B. Keskmine fluorestsentsi intensiivsus teisendati kontsentratsiooniks, kasutades lisajoonisel 1 esitatud kalibreerimisandmeid, ja joonistati graafikule süstimispunktist anteroposteriorse kauguse suhtes ärkveloleku (must), une (sinine) ja KET-XYL anesteesia (punane) olekutes. Üleval on andmed 3 tunni möödudes. All on andmed 5 tunni möödudes. Jooned tähistavad Gaussi lähendusi andmetele ja vearibad näitavad 95% usaldusvahemikke. Nii 3 kui ka 5 tunni möödudes olid KET-XYL kontsentratsioonid anesteesia ajal (P < 10⁻⁶ 3 tunni möödudes; P < 10⁻⁶ 5 tunni möödudes) ja une ajal (P = 0,0016 3 tunni möödudes; P < 10⁻⁴ 5 tunni möödudes) oluliselt kõrgemad kui ärkveloleku ajal (kahesuunaline ANOVA Bonferroni-Holmi mitmekordse võrdluse korrektsiooniga).

C. Ajulõikude representatiivsed kujutised AF488 süstekohast erinevatel kaugustel (anteroposterior) 3 tunni (ülemised kolm rida) ja 5 tunni (alumised kolm rida) pärast. Iga rida esindab andmeid kolme ärkveloleku seisundi (ärkvelolek, uni ja KET-XYL anesteesia) kohta.

Uuringus leiti, et anesteesia ja une ajal vähenes ajukliirens, mis on vastuolus varasemate uuringutega. Kliirens võib anatoomilistes piirkondades erineda, kuid varieeruvuse aste võib olla väike. Ketamiini-ksülasiini kliirensi pärssimine oli aga oluline ja kohast sõltumatu.

Üks uuringu autoritest, Nicholas P. Franks, ütles: „Uurimisvaldkond on olnud nii keskendunud koristamise ideele kui ühele peamisele une põhjusele, et vastupidised tulemused üllatasid meid väga.“

Eriti oluline on märkida, et tulemused puudutavad väikest värvaine kogust, mis liigub vabalt rakuvälises ruumis. Suuremad molekulid võivad käituda erinevalt. Lisaks jäävad täpsed mehhanismid, mille abil uni ja anesteesia mõjutavad aju kliirensit, ebaselgeks; need leiud seavad aga kahtluse alla arvamuse, et une peamine ülesanne on aju toksiinidest puhastamine.