Il sonno purifica il cervello dalle tossine e dai metaboliti

Uno studio recente pubblicato su Nature Neuroscience ha rilevato che la clearance cerebrale viene ridotta durante l'anestesia e il sonno.

Il sonno è uno stato di inattività vulnerabile. Considerati i rischi di questa vulnerabilità, si suggerisce che il sonno possa fornire alcuni benefici. È stato ipotizzato che il sonno pulisca il cervello dalle tossine e dai metaboliti attraverso il sistema glinfatico. Questa ipotesi ha importanti implicazioni; ad esempio, una ridotta disintossicazione dovuta a un sonno cronicamente scarso può peggiorare l'morbo di Alzheimer.

I meccanismi e i percorsi anatomici attraverso i quali le tossine e i metaboliti vengono eliminati dal cervello rimangono poco chiari. Secondo l’ipotesi glinfatica, il flusso del fluido basale, guidato dai gradienti di pressione idrostatica delle pulsazioni arteriose, elimina attivamente i sali dal cervello durante il sonno a onde lente. Inoltre, dosi sedative di anestetici migliorano la clearance. Non è noto se il sonno aumenti la clearance attraverso l'aumento del flusso basale.

In questo studio, gli scienziati hanno misurato il movimento dei fluidi e la pulizia del cervello nei topi. Innanzitutto è stato determinato il coefficiente di diffusione dell'isotiocianato di fluoresceina (FITC)-destrano, un colorante fluorescente. FITC-destrano è stato iniettato nel nucleo caudato e la fluorescenza è stata misurata nella corteccia frontale.

I primi esperimenti prevedevano l'attesa di uno stato stazionario, lo sbiancamento del colorante in un piccolo volume di tessuto e la determinazione del coefficiente di diffusione in base alla 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 imitano il cervello e che sono stati 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 pulizia del cervello in diversi stati di veglia. Hanno usato un piccolo volume del colorante fluorescente AF488 nei topi a cui era stata iniettata soluzione salina o un anestetico. Questo colorante si muoveva liberamente nel parenchima e potrebbe aiutare a quantificare con precisione la clearance cerebrale. Sono stati effettuati confronti anche tra gli stati di veglia e di sonno.

Alle concentrazioni di picco, la clearance era del 70-80% nei topi trattati con soluzione salina, indicando che i normali meccanismi di clearance non erano compromessi. Tuttavia, sono state osservate riduzioni significative della clearance quando sono stati utilizzati agenti anestetici (pentobarbital, dexmedetomidina e ketamina-xilazina). Inoltre, la clearance era ridotta anche nei topi dormienti rispetto ai topi svegli. Tuttavia, il coefficiente di diffusione non era significativamente diverso tra le condizioni di anestesia e di sonno.

A. 3 o 5 ore dopo l'iniezione di AF488 nella CPU, i cervelli sono stati congelati e criosezionati in sezioni spesse 60 μm. L'intensità media della fluorescenza di ciascuna sezione è stata misurata utilizzando la microscopia a fluorescenza; quindi sono stati calcolati i valori di intensità media dei gruppi di quattro fette.

B. L'intensità media della fluorescenza è stata convertita in concentrazione utilizzando i dati di calibrazione presentati nella Figura supplementare 1 e tracciata rispetto alla distanza anteroposteriore dal punto di iniezione per gli stati di veglia (nero), sonno (blu) e anestesia KET-XYL (rosso). In alto: dati dopo 3 ore. In basso: dati dopo 5 ore. Le linee rappresentano adattamenti gaussiani ai dati e gli inviluppi di errore indicano intervalli di confidenza del 95%. Sia le concentrazioni a 3 che a 5 ore durante l'anestesia KET-XYL (P

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

Lo studio ha rilevato che la clearance cerebrale era ridotta durante l'anestesia e il sonno, contraddicendo i precedenti rapporti. La clearance può variare tra diversi siti anatomici, ma il grado di variazione può essere piccolo. Tuttavia, l'inibizione della clearance da parte di ketamina-xilazina è stata significativa e indipendente dal sito.

Nicholas P. Franks, uno degli autori dello studio, ha affermato: "Il campo di ricerca si è concentrato così tanto sull'idea della purificazione come 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. Le 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.