수면은 뇌의 독소와 대사 산물을 제거합니다.

Nature Neuroscience 저널 에 최근 게재된 연구에 따르면, 마취와 수면 중에는 뇌의 정리가 감소하는 것으로 나타났습니다.

수면은 취약한 무활동 상태입니다. 이러한 취약성의 위험을 고려할 때, 수면이 몇 가지 이점을 제공할 수 있다는 주장이 제기되어 왔습니다. 수면은 글림프계를 통해 뇌에서 독소와 대사산물을 제거한다는 주장이 제기되어 왔습니다. 이러한 주장은 중요한 의미를 지닙니다. 예를 들어, 만성적인 수면 부족으로 인한 독소 제거 감소는 알츠하이머병을 악화시킬 수 있습니다.

독소와 대사산물이 뇌에서 제거되는 기전과 해부학적 경로는 아직 명확하지 않습니다. 글림프 가설에 따르면, 동맥 박동에 의한 정수압 구배에 의해 구동되는 기저액 흐름은 서파수면 동안 뇌에서 염분을 능동적으로 제거합니다. 또한, 진정 마취제의 투여는 제거율을 증가시킵니다. 수면이 기저액 흐름 증가를 통해 제거율을 증가시키는지는 아직 밝혀지지 않았습니다.

이 연구에서 연구진은 생쥐의 체액 이동과 뇌 청소율을 측정했습니다. 먼저, 형광 염료인 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)-덱스트란의 확산 계수를 측정했습니다. FITC-덱스트란을 미상핵에 주입하고 전두엽 피질에서 형광을 측정했습니다.

초기 실험은 정상 상태를 기다린 후, 소량의 조직에서 염료를 표백하고, 표백되지 않은 염료가 표백된 영역으로 이동하는 속도를 측정하여 확산 계수를 결정하는 것이었습니다. 이 기법은 뇌의 광학적 흡수 및 광산란을 근사하도록 변형된 뇌 모사 아가로스 젤에서 FITC-덱스트란의 확산을 측정하여 검증되었습니다.

결과는 FITC-덱스트란의 확산 계수가 마취 상태와 수면 상태 간에 차이가 없음을 보여주었습니다. 연구팀은 각성 상태에서 뇌 청소율을 측정했습니다. 연구팀은 식염수나 마취제를 주사한 생쥐에 소량의 형광 염료 AF488을 사용했습니다. 이 염료는 실질 내에서 자유롭게 이동하여 뇌 청소율을 정확하게 정량화하는 데 도움이 되었습니다. 또한, 각성 상태와 수면 상태 간의 비교도 수행했습니다.

최고 농도에서 식염수 처리 마우스의 청소율은 70~80%로, 정상적인 청소 기전이 손상되지 않았음을 시사합니다. 그러나 마취제(펜토바르비탈, 덱스메데토미딘, 케타민-자일라진)를 사용했을 때 청소율이 유의미하게 감소했습니다. 또한, 수면 마우스에서 각성 마우스에 비해 청소율이 감소했습니다. 그러나 확산 계수는 마취 상태와 수면 상태 간에 유의미한 차이를 보이지 않았습니다.

A. CPu에 AF488을 주입한 지 3~5시간 후, 뇌를 동결시키고 60μm 두께의 동결절편으로 절단했습니다. 각 절편의 평균 형광 강도는 형광 현미경으로 측정한 후, 4개 절편으로 이루어진 그룹의 평균 형광 강도를 평균화했습니다.

B. 평균 형광 강도는 보충 그림 1에 제시된 교정 데이터를 사용하여 농도로 변환되었고 각성(검정색), 수면(파란색), KET-XYL 마취(빨간색) 상태에 대해 주입 지점으로부터의 전후 거리에 대해 그래프로 표시되었습니다.위는 3시간째 데이터입니다.아래는 5시간째 데이터입니다.선은 데이터에 대한 가우시안 적합을 나타내고 오차 막대는 95% 신뢰 구간을 나타냅니다.3시간과 5시간 모두에서 마취 중(3시간에서 P < 10⁻⁶, 5시간에서 P < 10⁻⁶)과 수면 중(3시간에서 P = 0.0016, 5시간에서 P < 10⁻⁴) KET-XYL 농도는 각성 중 농도보다 유의하게 높았습니다(Bonferroni–Holm 다중 비교 보정을 적용한 이원 분산 분석).

C. AF488 주사 부위에서 3시간 후(위쪽 세 줄)와 5시간 후(아래쪽 세 줄)에 촬영한 뇌 단면의 다양한 거리(전후)를 나타낸 대표 영상. 각 줄은 세 가지 각성 상태(각성, 수면, KET-XYL 마취)에 대한 데이터를 나타냅니다.

이 연구에서는 마취 및 수면 중 뇌 청소율이 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 기존 보고와 상반됩니다. 청소율은 해부학적 부위에 따라 다를 수 있지만, 그 차이는 미미할 수 있습니다. 그러나 케타민-자일라진에 의한 청소율 저해는 유의미했으며 부위와 무관했습니다.

연구 저자 중 한 명인 니콜라스 P. 프랭크스는 "연구 분야는 수면의 주요 원인 중 하나로 청소를 꼽았는데, 정반대의 결과가 나와 매우 놀랐다"고 말했습니다.

특히 이 결과는 세포외 공간에서 자유롭게 움직이는 소량의 염료에 관한 것이라는 점에 유의해야 합니다. 분자의 크기가 클수록 다른 양상을 보일 수 있습니다. 또한, 수면과 마취가 뇌의 정화에 영향을 미치는 정확한 기전은 아직 명확하지 않습니다. 그러나 이러한 결과는 수면의 주요 기능이 뇌의 독소를 정화하는 것이라는 생각에 의문을 제기합니다.