BỘ NÃO CON NGƯỜI CÓ ĐƯỢC LÀM SẠCH KHI NGỦ?

BỘ NÃO CON NGƯỜI CÓ ĐƯỢC LÀM SẠCH KHI NGỦ?

( Does Sleep Flush Wastes From the Brain?)

Tại sao con người cần phải ngủ và giấc ngủ có giúp cho bộ não được ngỉ và thải được “tạp chất’’? Hầu hết mọi người dành một phần ba cuộc đời của họ để ngủ. Trong phần lớn lịch sử tiến hóa của loài người, khi ngủ là khoảng thời gian dễ bị kẻ thù và động vật săn mồi tấn công hơn nhiều. Nhưng giấc thuộc về chu kỳ sinh học không thể không làm. Vì vậy, phải có một lý do chính đáng cho giấc ngủ, một lợi thế tiến hóa.

Một số lợi ích của giấc ngủ:

Một lý do để ngủ có thể là để não và cơ thể nghỉ ngơi. Tuy nhiên, hầu hết các cơ quan vẫn tiếp tục hoạt động trong khi ngủ. Đặc biệt, não bộ hoạt động mạnh trong khi ngủ. Sigmund Freud nghĩ rằng một mục đích của giấc ngủ là để vật lộn với những suy nghĩ tiêu cực bị chôn vùi trong vô thức thông qua những giấc mơ. Giấc ngủ chắc chắn giúp củng cố trí nhớ và học tập. Một số người đã suy đoán rằng trong khi ngủ, các khớp thần kinh không sử dụng sẽ được cắt tỉa, củng cố phần còn lại của các khớp thần kinh giống như cách cắt tỉa cành chết giúp tăng cường sức khỏe của một bụi hoa hồng. Cùng với nhau, tất cả những điều này dường như đủ lý do để ngủ.

Tuy nhiên, trong vòng một thập kỷ qua, những khám phá mới đã gợi ý một vai trò quan trọng khác đối với giấc ngủ: một loại “quản lý chất thải”. Tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm có tỷ lệ trao đổi chất cao và tạo ra nhiều chất thải. Chất thải bao gồm các chất độc hại bao gồm 2 phân tử (amyloid-β [Aβ] và tau) nguyên nhân chính của bệnh lý của bệnh Alzheimer (AD). Tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm dễ bị tổn thương bởi chất thải như vậy và do đó có nhu cầu lớn để loại bỏ chất thải một cách hiệu quả.

Não có nhiều cách khác nhau để loại bỏ các chất cặn bã, bao gồm phân hủy protein cục bộ, thực bào bởi các tế bào vi mô và đi qua hàng rào máu não xốp vào tuần hoàn. Tuy nhiên, nhiều thế kỷ nghiên cứu giải phẫu đã không tìm thấy hệ thống bạch huyết trong não. Điều đó thật khó hiểu vì hệ thống bạch huyết thải các chất cặn bã từ các cơ quan khác.

Do đó, não một cơ quan bao gồm các tế bào dễ bị tổn thương bởi chất độc và một cơ quan tạo ra một lượng lớn chất độc, dường như đã bị tước mất một phần quan trọng trong hệ thống quản lý chất thải của nó. Tuy nhiên, để duy trì hoạt động của một cơ quan cần có một hệ thống quản lý chất thải tốt.

Khám phá các hệ thống quản lý chất thải não

Hệ thống bạch huyết màng não

Vào năm 2015, các mạch bạch huyết đã được phát hiện trong màng não của động vật gặm nhấm, động vật linh trưởng không phải người và con người. Các mạch này mang cả chất lỏng và tế bào miễn dịch đến các hạch bạch huyết cổ sâu, và cuối cùng là vào hệ tuần hoàn.

Hệ thống Glymphatic

Một điều ngạc nhiên lớn hơn là việc phát hiện ra hệ thống glymphatic - lần đầu tiên được đề xuất vào những năm 1980 và được xác định một cách dứt khoát bởi Iliff và các đồng nghiệp vào năm 2012. Hệ thống glymphatic là một hệ thống thoát nước trộn lẫn dịch não tủy “tươi” (CSF) với dịch tiết giàu chất thải. dịch kẽ não (ISF) và đẩy chất lỏng và các chất thải ra khỏi não và vào hệ tuần hoàn.

Hệ thống Glymphatic hoạt động như thế nào để thải độc não

Dịch não tủy, được tạo ra phần lớn bởi đám rối màng mạch, di chuyển đến khoang dưới nhện. Sau đó, dịch não tủy đi vào phần quanh động mạch của hệ thống glymphatic (một ống rộng hơn động mạch, giống như một vòng cổ quanh động mạch mà dịch não tủy chảy qua). Do đó, thành ngoài của động mạch cũng là thànhtrong của mạch máu quanh động mạch.

Thành bên ngoài của tàu glymphatic là một cấu trúc thực sự mới lạ. Nó được cấu tạo bởi các chân cuối bằng phẳng của các tế bào hình sao chuyên biệt, được xếp dày đặc với các kênh nước (aquaporin). Các kênh dẫn nước giống như lỗ rỗng trong một cái rây. Dịch não tủy trong hệ thống vận chuyển quanh động mạch đi qua các kênh nước ở thành ngoài của hệ thống và ra ngoài một không gian rộng lớn (tế bào thần kinh). Tế bào thần kinh chứa đầy ISF giàu chất thải, cùng với các tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm, xếp lại với nhau dày đặc như hành khách trên một toa tàu điện ngầm vào giờ cao điểm.

Một số lực (áp lực động mạch, sự khuếch tán, áp lực tạo ra bởi quá trình hô hấp) di chuyển hỗn hợp của CSF và ISF về phía phần tĩnh mạch của hệ thống glymphatic. Khi nó đến hệ thống vận chuyển đường tĩnh mạch, chất lỏng di chuyển qua các kênh nước trên thành ngoài của hệ thống đó và vào các mạch vận chuyển đường tĩnh mạch. Chất lỏng đi xuống hệ thống bạch huyết ở cổ, và sau đó vào hệ tuần hoàn.

Nói tóm lại, dịch não tủy đi từ các đám rối màng mạch vào khoang dưới nhện, sau đó vào hệ thống vận động cơ quanh động mạch, sau đó trộn với ISF giàu sản phẩm thải bao quanh các tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm, sau đó đi vào hệ thống vận động tĩnh mạch, sau đó vào bạch huyết. hệ thống, và cuối cùng vào hệ thống tuần hoàn. Quá trình nào giúp não loaijbor chất thải.

Ít nhất là ở động vật, có bằng chứng cho thấy các con đường vận chuyển glymphatic cũng có thể liên quan đến các dây thần kinh sọ. Người ta vẫn chưa biết liệu chất lỏng và chất hòa tan đi bên ngoài hay bên trong dây thần kinh - giữa các đầu mút của nó - cũng như tầm quan trọng của các tuyến thần kinh này trong việc loại bỏ chất thải.

Mối liên hệ giữa Ngủ và Hệ thống Glymphatic

Dòng chảy Glymphatic trong khi ngủ

Dòng chảy của chất lỏng qua hệ thống glymphatic là lớn nhất trong khi ngủ, đặc biệt là giấc ngủ sóng chậm không chuyển động mắt nhanh (NREM). Điều đó đúng ngay cả khi ngủ ban ngày. Một số tác nhân gây mê (chẳng hạn như ketamine) cũng tạo ra tác dụng tương tự ở động vật.

Trong khi ngủ, những thay đổi đáng kể xảy ra để tăng lưu lượng glymphatic. Quan trọng nhất, ISF tăng 60%. Điều này xảy ra như thế nào? Trong khi ngủ, chất lỏng nội bào từ tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm chảy qua các kênh nước trong các tế bào này và vào khoảng kẽ; thể tích nội bào co lại và ISF mở rộng. Với nhiều chất lỏng hơn, có nhiều sự tuôn ra hơn. Lên đến 60% protein và chất hòa tan lớn được loại bỏ thông qua con đường glymphatic. Việc loại bỏ Aβ và tau làm giảm nhẹ sự hình thành và phát triển của các mảng giàu Aβ và ngăn chặn sự hình thành và phát tán của các sợi tau các đặc điểm chính của AD. Có lẽ quan trọng hơn, hệ thống glymphatic thải ra các dạng Aβ và tau nhỏ, hòa tan có thể gây độc cho thần kinh.

Rối loạn làm suy yếu hệ thống Glymphatic

Chức năng của hệ thống glymphatic dường như bị tổn hại do quá trình lão hóa. Một lý do khiến chức năng glymphatic bị suy giảm khi lão hóa là số lượng kênh dẫn nước giảm đi.

Chức năng của hệ thống Glymphatic cũng bị giảm ở những người bị lệch nhịp sinh học (ví dụ, làm việc theo ca) và ở những người có lối sống ít vận động. Nó cũng giảm sau chấn thương sọ não, trong các tình trạng được đặc trưng bởi áp lực nội sọ tăng cao và ở những bệnh nhân ngưng thở khi ngủ, béo phì, tăng huyết áp, tiểu đường loại 2, xơ vữa mạch máu não, xuất huyết mạch máu não, đột quỵ do thiếu máu cục bộ, AD, và gián đoạn hoặc mất ngủ.

Những hậu quả sức khỏe của tình trạng thiếu ngủ thứ phát từ rối loạn chức năng glymphatic ?

Mất ngủ mãn tính có liên quan đến nhiều loại rối loạn thần kinh, bao gồm AD, bệnh Parkinson, bệnh đa xơ cứng, đột quỵ, bệnh Huntington, động kinh, u thần kinh đệm, rối loạn phổ tự kỷ và đau thần kinh. Thiếu ngủ cũng làm giảm chức năng hệ thống glymphatic. Cái sau có thể giải thích cái trước không?

Khả năng là rõ ràng nhất với AD. Ở ruồi giấm, loài gặm nhấm và người có chức năng nhận thức bình thường, thiếu ngủ dường như làm tăng sự tích tụ Aβ. Các nghiên cứu trên động vật chỉ ra rằng nó làm như vậy bằng cách làm suy giảm chức năng của các kênh nước glymphatic. Ví dụ, những con chuột bị suy giảm các kênh nước (so với những con chuột có các kênh nước nguyên vẹn) bị giảm chức năng glymphatic, tích tụ các protein Aβ và tau trong não, viêm thần kinh, mất khớp thần kinh và giảm trí nhớ làm việc. Tương tự như vậy, khi các mạch glymphatic của chuột được đốt cháy trong thực nghiệm, các chất lắng đọng Aβ sẽ tích tụ và khi các mạch glymphatic được mở rộng bằng thực nghiệm, các kháng thể đơn dòng nhắm vào Aβ (giống như các kháng thể được sử dụng trong các thử nghiệm AD ở người) hiệu quả hơn nhiều trong việc loại bỏ Aβ. Các kết quả bất lợi từ việc suy giảm các kênh dẫn nước hoặc mạch glymphatic trở nên dễ xảy ra hơn nhiều khi những con chuột bị thiếu ngủ.

Các nghiên cứu trên người phù hợp với các nghiên cứu trên động vật. Đa hình di truyền trong các kênh nước làm giảm dòng chảy glymphatic có liên quan đến sự suy giảm nhận thức trong các nghiên cứu tiền cứu về những người bị AD. Ở người, tình trạng thiếu ngủ hoàn toàn dù chỉ trong đêm gây ra sự gia tăng gánh nặng Aβ ở vùng hải mã và đồi thị. Mô hình lan truyền của Aβ và tau trong AD (và của α-synuclein trong bệnh Parkinson) phản ánh mô hình của dòng chảy glymphatic được phát hiện qua hình ảnh cộng hưởng từ.

Kết luận

Việc phát hiện ra hệ thống glymphatic và hệ thống bạch huyết màng não mở rộng hiểu biết hiện tại về cách bộ não loại bỏ các chất thải. Mối tương quan đã được ghi nhận trước đây giữa tình trạng thiếu ngủ mãn tính và một số bệnh chính được giải thích một cách hợp lý là do sự suy giảm chức năng của hệ thống glymphatic, do mối liên hệ của nó với giấc ngủ. Cần có thêm nhiều nghiên cứu về con người, đặc biệt là ở thanh thiếu niên và trẻ em, những người thường bị gián đoạn giấc ngủ. Một trọng tâm rõ ràng của nghiên cứu nên là các liệu pháp cải thiện chức năng hệ thống glymphatic.

Tại sao mọi người ngủ? Làm thế nào để não loại bỏ các chất cặn bã? Càng ngày, có vẻ như câu trả lời cho những câu hỏi này có thể có mối liên hệ với nhau: một lý do chính của giấc ngủ có thể là để kích hoạt hệ thống glymphatic mới được phát hiện để thải các chất cặn bã ra khỏi não.

Nguồn tham khảo

BỘ NÃO CON NGƯỜI CÓ ĐƯỢC LÀM SẠCH KHI NGỦ?