Il sonno libera il cervello da tossine e metaboliti

Uno studio recente pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience ha scoperto che la capacità di liberare le cellule cerebrali diminuisce durante l'anestesia e il sonno.

Il sonno è uno stato di vulnerabile inattività. Dati i rischi di questa vulnerabilità, è stato suggerito che il sonno possa apportare alcuni benefici. È stato ipotizzato che il sonno elimini tossine e metaboliti dal cervello attraverso il sistema glinfatico. Questa ipotesi ha importanti implicazioni; ad esempio, una ridotta eliminazione delle tossine dovuta a un sonno cronicamente scarso può peggiorare la malattia di Alzheimer.

I meccanismi e le vie anatomiche attraverso cui tossine e metaboliti vengono eliminati dal cervello rimangono poco chiari. Secondo l'ipotesi glinfatica, il flusso basale del fluido, guidato dai gradienti di pressione idrostatica derivanti dalle pulsazioni arteriose, elimina attivamente i sali dal cervello durante il sonno a onde lente. Inoltre, dosi sedative di anestetici ne migliorano l'eliminazione. Resta da chiarire se il sonno migliori l'eliminazione attraverso un aumento del flusso basale.

In questo studio, i ricercatori hanno misurato il movimento dei fluidi e la clearance cerebrale nei topi. In primo luogo, hanno determinato il coefficiente di diffusione del FITC-destrano, un colorante fluorescente. Il FITC-destrano è stato iniettato nel nucleo caudato e la fluorescenza è stata misurata nella corteccia frontale.

Gli esperimenti iniziali prevedevano l'attesa del raggiungimento dello stato stazionario, lo sbiancamento del colorante in un piccolo volume di tessuto e la determinazione del coefficiente di diffusione misurando la velocità di movimento del colorante non sbiancato nell'area sbiancata. La tecnica è stata convalidata misurando la diffusione di FITC-destrano in gel di agarosio che simulavano il cervello, modificati per approssimare l'assorbimento ottico e la diffusione della luce del cervello.

I risultati hanno mostrato che il coefficiente di diffusione del FITC-destrano non differiva tra gli stati di anestesia e di sonno. Il team ha poi misurato la clearance cerebrale in diversi stati di veglia. Hanno utilizzato un piccolo volume del colorante fluorescente AF488 in topi a cui era stata iniettata soluzione salina o anestetico. Questo colorante si muoveva liberamente nel parenchima e poteva contribuire a quantificare accuratamente la clearance cerebrale. Sono stati effettuati anche confronti tra gli stati di veglia e di sonno.

Alle concentrazioni massime, la clearance era del 70-80% nei topi trattati con soluzione salina, a indicare che i normali meccanismi di clearance non erano compromessi. Tuttavia, la clearance si è ridotta significativamente in seguito all'uso di anestetici (pentobarbital, dexmedetomidina e ketamina-xilazina). Inoltre, la clearance si è ridotta anche nei topi addormentati rispetto ai topi svegli. Tuttavia, il coefficiente di diffusione non ha mostrato differenze significative tra gli stati anestetizzati e quelli addormentati.

A. Tre o cinque ore dopo l'iniezione di AF488 nella CPU, i cervelli sono stati congelati e sezionati in criosezioni di 60 μm di spessore. L'intensità media di fluorescenza di ciascuna sezione è stata misurata mediante microscopia a fluorescenza; le intensità medie di gruppi di quattro sezioni sono state quindi mediate.

B. L'intensità media della fluorescenza è stata convertita in concentrazione utilizzando i dati di calibrazione presentati nella Figura 1 supplementare e rappresentata graficamente in funzione della distanza anteroposteriore dal punto di iniezione per gli stati di veglia (nero), sonno (blu) e anestesia con KET-XYL (rosso). In alto sono riportati i dati a 3 ore. In basso sono riportati i dati a 5 ore. Le linee rappresentano gli adattamenti gaussiani ai dati e le barre di errore mostrano intervalli di confidenza del 95%. Sia a 3 che a 5 ore, le concentrazioni di KET-XYL durante l'anestesia (P < 10⁻⁶ a 3 ore; P < 10⁻⁶ a 5 ore) e il sonno (P = 0,0016 a 3 ore; P < 10⁻⁴ a 5 ore) erano significativamente più elevate rispetto a quelle durante la veglia (ANOVA a due vie con correzione per confronti multipli di Bonferroni-Holm).

C. Immagini rappresentative di sezioni cerebrali a diverse distanze (anteroposteriori) dal sito di iniezione di AF488 dopo 3 ore (tre righe superiori) e dopo 5 ore (tre righe inferiori). Ogni riga rappresenta i dati relativi a tre stati di veglia (veglia, sonno e anestesia con KET-XYL).

Lo studio ha rilevato una riduzione della clearance cerebrale durante l'anestesia e il sonno, in contraddizione con quanto riportato in precedenza. La clearance può variare a seconda della sede anatomica, ma il grado di variazione può essere minimo. Tuttavia, l'inibizione della clearance da parte di ketamina-xilazina è risultata significativa e indipendente dalla sede.

Nicholas P. Franks, uno degli autori dello studio, ha affermato: "Il mondo della ricerca si è concentrato così tanto sull'idea che la pulizia sia una delle ragioni principali per cui dormiamo che siamo rimasti molto sorpresi dai risultati opposti".

È particolarmente importante notare che i risultati riguardano un piccolo volume di colorante che si muove liberamente nello spazio extracellulare. Molecole più grandi possono mostrare un comportamento diverso. Inoltre, i meccanismi precisi con cui il sonno e l'anestesia influenzano la clearance cerebrale rimangono poco chiari; tuttavia, questi risultati mettono in discussione l'idea che la funzione primaria del sonno sia quella di liberare il cervello dalle tossine.