睡眠は脳から毒素を浄化し、代謝物

最近、Nature Neuroscience に掲載された研究では、麻酔中および睡眠中に脳のクリアランスが低下することがわかりました。

睡眠は、無活動状態になりやすい状態です。この脆弱性のリスクを考慮すると、睡眠には何らかの利点があると考えられます。睡眠は、グリンパティック システムを通じて脳から毒素や代謝物を除去するという仮説が立てられています。この仮定には重要な意味があります。たとえば、慢性的に睡眠不足による解毒作用の低下は、アルツハイマー病を悪化させる可能性があります。

毒素や代謝物が脳から除去されるメカニズムと解剖学的経路は、まだ明らかになっていません。グリンパティック仮説によると、動脈の脈動による静水圧勾配によって駆動される基礎液流量は、徐波睡眠中に脳から塩分を積極的に除去します。さらに、麻酔薬の鎮静用量はクリアランスを促進します。睡眠が基礎液流量の増加を通じてクリアランスを高めるかどうかは、まだわかっていません。

この研究では、科学者はマウスの体液移動と脳クリアランスを測定しました。まず、蛍光染料であるフルオレセインイソチオシアネート（FITC）デキストランの拡散係数を測定しました。 FITC-デキストランを尾状核に注入し、前頭皮質で蛍光を測定しました。

最初の実験では、定常状態になるまで待ち、少量の布地で染料を漂白し、漂白されていない染料が漂白された領域に移動する速度から拡散係数を決定しました。この手法は、脳の光吸収と光散乱を近似するように修正された脳を模倣したアガロースゲルで FITC-デキストランの拡散を測定することで検証されました。

結果は、FITC-デキストランの拡散係数が麻酔状態と睡眠状態で差がないことを示しました。次に、研究チームはさまざまな覚醒状態での脳のクリアランスを測定しました。研究チームは、生理食塩水または麻酔薬を注入したマウスに少量の蛍光染料 AF488 を使用しました。この染料は実質内を自由に移動するため、脳のクリアランスを正確に定量化するのに役立ちます。覚醒状態と睡眠状態の比較も行われました。

ピーク濃度では、生理食塩水で処理したマウスのクリアランスは 70～80% で、正常なクリアランス機構が損なわれていないことを示しています。ただし、麻酔薬 (ペントバルビタール、デクスメデトミジン、ケタミン-キシラジン) を使用した場合、クリアランスの大幅な低下が観察されました。さらに、睡眠中のマウスでは、覚醒中のマウスと比較してクリアランスが低下しました。ただし、拡散係数は、麻酔状態と睡眠状態で有意に異なりませんでした。

A. AF488 を CPu に注入してから 3 時間または 5 時間後に、脳を凍結し、厚さ 60 μm の切片に凍結切片化しました。各切片の平均蛍光強度を蛍光顕微鏡で測定し、4 つのスライスのグループの平均強度値を平均しました。

B. 平均蛍光強度は、補足図 1 に示されている較正データを使用して濃度に変換され、覚醒 (黒)、睡眠 (青)、および KET-XYL 麻酔 (赤) 状態について、注入点からの前後距離に対してプロットされました。上 - 3 時間後のデータ。下 - 5 時間後のデータ。線はデータに対するガウス近似を表し、誤差エンベロープは 95% 信頼区間を示します。 KET-XYL 麻酔中の 3 時間および 5 時間の濃度 (3 時間で P

C. AF488 注射部位から 3 時間 (上 3 列) および 5 時間 (下 3 列) のさまざまな距離 (前後) での脳切片の代表的な画像。各列は、3 つの覚醒状態 (覚醒、睡眠、KET-XYL 麻酔) のデータを表しています。

この研究では、麻酔中および睡眠中に脳クリアランスが低下することが判明しましたが、これは以前の報告とは矛盾しています。クリアランスは解剖学的部位によって異なる場合がありますが、変動の程度は小さい可能性があります。しかし、ケタミン-キシラジンによるクリアランスの阻害は顕著で、部位に依存しませんでした。

この研究の著者の一人である Nicholas P. Franks 氏は、「研究分野は、睡眠の重要な理由の 1 つとして浄化という考え方に非常に重点を置いてきたため、反対の結果には非常に驚きました」と述べています。

特に重要なのは、この結果は細胞外空間で自由に移動する少量の染料に関するものであることです。より大きな分子は異なる挙動を示す可能性があります。さらに、睡眠と麻酔が脳のクリアランスに影響を及ぼす正確なメカニズムは不明のままです。しかし、これらの研究結果は、睡眠の主な機能は脳から毒素を除去することであるという考えに疑問を投げかけています。