Śmierć z powodu braku snu związana przyczynowo z jelitami i jest możliwa do uniknięcia U Much
wideo: Rick groleau
neurolodzy Harvard Medical School (HMS) zidentyfikowali nieoczekiwany związek przyczynowy między brakiem snu a przedwczesną śmiercią. Ich badania na muszkach owocowych pozbawionych snu wykazały, że śmierć zawsze poprzedzała nagromadzenie reaktywnych gatunków oksydacyjnych (ROS) w jelitach. Kiedy muszki owocowe otrzymały związki przeciwutleniające, które neutralizowały i usuwały ROS z jelit, pozbawione snu zwierzęta pozostawały aktywne i miały normalną długość życia. Dodatkowe eksperymenty na myszach potwierdziły, że ROS gromadziła się w jelitach, gdy nie zasnęły.
odkrycia, zgłoszone w komórce, wskazują na możliwość, że zwierzęta mogą być w stanie przetrwać bez snu, w pewnych okolicznościach. Badania mogą również wskazywać na nowe kierunki badań, które pomogą nam zrozumieć pełne konsekwencje niewystarczającego snu i potencjalnie opracować nowe podejścia do przeciwdziałania niekorzystnym skutkom braku snu u ludzi.
„przyjęliśmy bezstronne podejście i przeszukaliśmy całe ciało pod kątem wskaźników uszkodzeń spowodowanych brakiem snu”, powiedziała starsza autorka badania dr Dragana Rogulja, adiunkt neurobiologii w Instytucie Blavatnik na HMS. „Byliśmy zaskoczeni, że to jelita odgrywają kluczową rolę w powodowaniu śmierci. Co bardziej zaskakujące, odkryliśmy, że można zapobiec przedwczesnej śmierci. Każdego ranka gromadziliśmy się, aby patrzeć na muchy, szczerze mówiąc z niedowierzaniem. Widzieliśmy, że za każdym razem, gdy zneutralizowaliśmy ROS w jelitach, mogliśmy uratować muchy.”Rogulja i współpracownicy zgłosili swoje wyniki w artykule zatytułowanym” utrata snu może spowodować śmierć poprzez akumulację reaktywnych form tlenu w jelitach.”
większość z nas będzie zaznajomiona ze znakami ostrzegawczymi, że nie mieliśmy wystarczająco dużo snu. Mogą one obejmować uczucie zmęczenia i ogólnego znużenia, trudności z koncentracją i drażliwość. Skutki długotrwałego braku snu mogą być poważniejsze i prowadzić do dezorientacji, paranoi i halucynacji. „Niezliczone badania kliniczne i eksperymentalne łączą niewystarczający sen z poważnymi problemami zdrowotnymi” – napisali autorzy. U ludzi przewlekły niewystarczający sen wiąże się z chorobami serca, cukrzycą typu 2, rakiem, otyłością, depresją i wieloma innymi schorzeniami. I chociaż związek między całkowitym brakiem snu a śmiercią odnotowano u ludzi tylko anegdotycznie, „… ograniczenie snu może prowadzić do przedwczesnej śmierci u organizmów modelowych, w tym psów, szczurów, karaluchów i much”, kontynuowali autorzy.
jednak pomimo dziesięcioleci badań naukowcy nadal nie odkryli, dlaczego zwierzęta umierają, gdy nie śpią. Próbując odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób brak snu kończy się śmiercią, większość badań skupiła się na mózgu, skąd pochodzi sen. „Sen jest generowany przez neurony, więc ogólnie przyjęto, że śmierć obserwowana przy braku snu wynika z upośledzenia funkcji mózgu” – zauważył zespół. „Ten pomysł jest wspierany przez znaczny spadek funkcji poznawczych zauważalny po utracie snu.”Jednak badania nie przyniosły jeszcze rozstrzygających wyników. Co ciekawe, naukowcy dodali: „oprócz upośledzenia funkcji poznawczych utrata snu prowadzi do dysfunkcji układu pokarmowego, odpornościowego, metabolicznego i krążenia.”
nie jest jasne, czy te skutki dla innych układów są wtórnymi konsekwencjami zmian w funkcjonowaniu układu nerwowego, czy też są niezależnymi i bezpośrednimi skutkami braku snu. Nie wiadomo również, czy którykolwiek z tych efektów przyczynia się do śmierci zwierząt pozbawionych snu.
kierowany przez współautorów badań dr Alexandrę Vaccaro i dr Yosefa Kaplana Dora, którzy są naukowcami w neurobiologii w HMS, zespół HMS przeprowadził serię eksperymentów na muszkach owocowych, aby szukać w całym ciele oznak uszkodzeń spowodowanych brakiem snu. Muszki owocowe dzielą z ludźmi wiele genów regulujących sen. „W naszych poszukiwaniach czynników, które bezpośrednio łączą utratę snu i śmierć, przyjęliśmy podejście agnostyczne w zakresie anatomii, badając jednocześnie wiele tkanek” – napisali badacze. „Naszym pierwszym modelem była mucha, ponieważ muchy i ssaki mają wspólne podstawowe cechy snu, a muchy wymagają snu przez normalny czas życia.”
aby monitorować sen, naukowcy wykorzystali wiązki podczerwieni do ciągłego śledzenia ruchu much umieszczonych w poszczególnych probówkach. Odkryli, że muchy mogą spać przez fizyczne wstrząsy, więc zamiast tego genetycznie manipulowali muszkami owocowymi, aby wyrazić wrażliwe na ciepło białko w określonych neuronach, których aktywność hamuje sen. Kiedy muchy były trzymane w temperaturze 29°C, białko powodowało, że neurony pozostawały stale aktywne, zapobiegając w ten sposób zasypianiu much.
naukowcy odkryli, że śmiertelność muszek owocowych wzrosła po 10 dniach braku snu wywołanego temperaturą, a wszystkie muchy zmarły około 20 dnia. Muchy kontrolne, które miały normalny sen, żyły do około 40 dni w tych samych warunkach środowiskowych. Ponieważ śmiertelność wzrosła około dnia 10, naukowcy szukali markerów uszkodzenia komórek w tym i poprzednich dniach. Odkryli, że podczas gdy większość tkanek, w tym w mózgu, była nie do odróżnienia między muchami pozbawionymi snu i nie pozbawionymi snu, był jeden godny uwagi wyjątek. Flaki pozbawionych snu much miały dramatyczne nagromadzenie ROS. Te wysoce reaktywne cząsteczki zawierające tlen mogą w dużych ilościach uszkodzić DNA i inne składniki w komórkach, prowadząc do śmierci komórki. Nagromadzenie ROS w flakach muszek owocowych osiągnęło szczyt około 10 dnia braku snu, a kiedy deprywacja została zatrzymana, poziom ROS zmniejszył się.
dodatkowe eksperymenty potwierdziły, że narastanie ROS wystąpiło tylko w jelitach tych zwierząt, które doświadczyły długotrwałej utraty snu, i że jelita wydawały się głównym źródłem pozornie śmiertelnego ROS. „Trzy niezależne metody braku snu u muchy doprowadziły do nagromadzenia ROS w jelitach, wywołując stres oksydacyjny w tym narządzie”, zauważyli naukowcy. „Kiedy deprywacja została zatrzymana ROS i markery stresu oksydacyjnego stopniowo się usuwały.”
” odkryliśmy, że pozbawione snu muchy umierają w tym samym tempie, za każdym razem, a kiedy spojrzeliśmy na markery uszkodzenia komórek i śmierci, jedyną tkanką, która naprawdę wyróżniała się, był jelit”, powiedział Vaccaro. „Pamiętam, że kiedy przeprowadzaliśmy pierwszy eksperyment, można było od razu stwierdzić pod mikroskopem, że istnieje uderzająca różnica. To prawie nigdy nie zdarza się w badaniach laboratoryjnych.”
zespół zbadał również, czy akumulacja ROS wystąpiła u innych gatunków, stosując delikatną, ciągłą mechaniczną stymulację, aby utrzymać myszy w stanie czuwania do pięciu dni. W porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi, myszy pozbawione snu miały również podwyższony poziom ROS w jelitach małych i dużych, ale nie w innych narządach. „Brak snu u myszy wywołał podobny efekt, z ROS gromadzącym się szczególnie w jelicie cienkim i grubym i wywołującym stres oksydacyjny”, donoszą autorzy.
aby dowiedzieć się, czy ROS w jelitach odgrywa rolę przyczynową w śmierci spowodowanej brakiem snu, naukowcy zbadali następnie, czy zapobieganie gromadzeniu się ROS może przedłużyć przeżycie. Przetestowali dziesiątki związków o właściwościach przeciwutleniających znanych z neutralizacji ROS i zidentyfikowali 11, które po podaniu jako suplement diety pozwalały much pozbawionych snu mieć normalną lub prawie normalną długość życia. Związki te, takie jak melatonina, kwas liponowy i NAD, były szczególnie skuteczne w usuwaniu ROS z jelit. Warto zauważyć, że suplementy nie przedłużyły żywotności much bez snu.
rola usuwania ROS w zapobieganiu śmierci została dodatkowo potwierdzona przez eksperymenty, w których muchy były genetycznie manipulowane, aby wytwarzać nadmiernie antyoksydacyjne enzymy w ich wnętrznościach. Muchy te miały normalną lub prawie normalną długość życia, gdy były pozbawione snu, podczas gdy muchy, które nadprodukowały antyoksydacyjne enzymy w swoich układach nerwowych, nie były chronione przed śmiercią związaną z brakiem snu. „W przeciwieństwie do nadekspresji ukierunkowanej na jelita, nadekspresja enzymów przeciwutleniających ukierunkowana na układ nerwowy nie miała większego efektu ratującego, chociaż długość życia została przedłużona o kilka dni”, zauważył zespół.
chociaż wyniki wykazały, że ROS gromadzi się w jelitach odgrywa kluczową rolę w powodowaniu przedwczesnej śmierci z powodu braku snu, naukowcy przyznali, że wiele pytań nadal pozostaje bez odpowiedzi. „Jak brak snu prowadzi do kumulacji ROS?”napisali. „Dlaczego dzieje się to w jelitach? Możliwe, że klirens ROS jest codzienną funkcją snu, ale możliwe jest również, że brak snu generuje unikalne niekorzystne warunki, które prowadzą do akumulacji ROS.”
Dor dodał: „nadal nie wiemy, dlaczego utrata snu powoduje kumulację ROS w jelitach i dlaczego jest to śmiertelne. Brak snu może bezpośrednio wpływać na jelita, ale wyzwalacz może również pochodzić z mózgu. Podobnie, śmierć może być spowodowana uszkodzeniem jelit lub z powodu wysokiego poziomu ROS mają działanie ogólnoustrojowe, lub niektóre z tych kombinacji.”
wiadomo, że niewystarczający sen zakłóca szlaki sygnalizacji głodu w organizmie, więc zespół zmierzył również spożycie pokarmu dla muszek owocowych, aby przeanalizować, czy istnieją potencjalne powiązania między karmieniem a śmiercią. Okazało się, że niektóre pozbawione snu muchy jadły więcej w ciągu dnia w porównaniu z niezabezpieczonymi kontrolami. Jednak ograniczenie dostępu do żywności nie miało wpływu na przeżycie, co sugeruje, że zaangażowane są czynniki wykraczające poza spożycie pokarmu.
naukowcy pracują obecnie nad identyfikacją szlaków biologicznych, które prowadzą do akumulacji ROS w jelitach i późniejszych zaburzeń fizjologicznych. Zespół ma nadzieję, że ich praca przyczyni się do rozwoju podejść lub terapii, aby zrównoważyć niektóre negatywne konsekwencje braku snu. Jeden na trzech dorosłych Amerykanów dostaje mniej niż zalecane siedem godzin snu w nocy, zgodnie z USA. CDC, A niewystarczający sen jest normalną częścią życia dla wielu na całym świecie.
badania zespołu Harvard Medical School wykazały również, że nie jest konieczne całkowite ograniczanie snu, aby Ros stało się oczywiste. „Przedstawiono tutaj poważne ograniczenie snu, ale łagodna deprywacja prowadzi również do kumulacji ROS w jelitach, choć wolniej” – skomentowali. „Oznacza to, że nasze wyniki są prawdopodobnie istotne dla przewlekłego niewystarczającego snu u ludzi i mogą pomóc wyjaśnić patologie związane z ograniczeniem snu.”
doszli do wniosku: „zdajemy sobie sprawę, że to, co zabija zwierzęta bardzo pozbawione snu, niekoniecznie odzwierciedla to, co sen robi codziennie. Niezależnie od tego, nasze odkrycia demystify obserwacji, że ekstremalne utrata snu może spowodować śmierć i pokazać, że jest to możliwe, aby zmniejszyć koszty przymusowej czuwania.”
” uważamy, że zidentyfikowaliśmy główny problem, który po wyeliminowaniu pozwala na przetrwanie bez snu, przynajmniej u muszek owocowych”, powiedział Rogulja ” tak wielu z nas jest chronicznie pozbawionych snu. Nawet jeśli wiemy, że siedzenie do późna każdej nocy jest złe, nadal to robimy. Musimy zrozumieć biologię tego, w jaki sposób brak snu niszczy ciało, abyśmy mogli znaleźć sposoby, aby temu zapobiec.”