Cervello elimina le tossine durante il sonno

18 October 2013

Un buon riposo notturno può letteralmente liberare la mente.

Dei ricercatori hanno dimostrato per la prima volta, sui topi, che lo spazio tra le cellule del cervello può aumentare durante il sonno, permettendo al cervello di eliminare le tossine che si accumulano durante le ore di veglia.

Questa scoperta suggerisce un nuovo ruolo del sonno nella salute e nella malattia. Lo studio è stato finanziato dal National Institute of Neurological Disorder and Stroke (NINDS), che fa parte del NIH.

"Il sonno cambia la struttura cellulare del cervello. Sembra essere uno stato completamente diverso", ha detto Maiken Nedergaard, M.D., D.M.Sc., condirettore del Center for Translational Neuromedicine del Medical Center alla University of Rochester di New York, e leader dello studio.

Per secoli scienziati e filosofi si sono chiesti perché le persone dormono e come questo influenza il cervello. Solo di recente gli scienziati hanno dimostrato che il sonno è importante per fissare i ricordi. In questo studio, il dottor Nedergaard ed i suoi colleghi, hanno inaspettatamente scoperto che il sonno può essere anche il periodo in cui il cervello si libera delle molecole tossiche.

Cervello apre i tubi durante il sonno
Gli scienziati osservano il colorante fluire nel sistema glinfatico, un sistema "idraulico" cerebrale, di un topo addormentato (a sinistra) e poi, più tardi, quand'è sveglio (a destra). Durante il sonno, nel cervello scorre più colorante. I risultati di questo studio suggeriscono che il cervello può eliminare le molecole tossiche associate a patologie neurodegenerative durante il sonno.

I risultati, pubblicati su Science, mostrano che durante il sonno, si può aprire un sistema "idraulico" chiamato sistema glinfatico, lasciando che il fluido fluisca rapidamente nel cervello. Il laboratorio del Dr. Nedergaard ha recentemente scoperto che il sistema glinfatico aiuta a controllare se il liquido cerebrospinale (CSF), un liquido trasparente che circonda il cervello e il midollo spinale, scorre attraverso il cervello.

"E' come se il dottor Nedergaard ed i suoi colleghi avessero scoperto una rete di grotte nascoste e questi risultati entusiasmanti mettono in evidenza l'importanza potenziale della rete nel funzionamento normale del cervello", ha detto Roderick Corriveau, Ph.D., direttore di programma al NINDS.

Inizialmente i ricercatori hanno studiato il sistema iniettando colorante nel liquor dei topi e l'hanno visto scorrere attraverso il loro cervello, del quale era monitorata contemporaneamente l'attività elettrica. Il colorante scorre rapidamente quando i topi sono inconsci, siano essi addormentati o anestetizzati. Al contario, il colorante scorre a malapena quando gli stessi topi sono svegli. "Siamo rimasti sorpresi da quanto poco flusso c'è nel cervello quando i topi sono svegli", ha detto il dottor Nedergaard. "Ciò suggerisce che lo spazio tra le cellule del cervello cambia notevolmente tra lo stato di coscienza e quello inconscio".

Per verificare questa idea, i ricercatori hanno inserito elettrodi nel cervello per misurare direttamente lo spazio tra le cellule cerebrali. Essi hanno scoperto che lo spazio all'interno del cervello aumenta del 60 per cento quando i topi sono addormentati o anestetizzati. "Ci sono alcuni cambiamenti drastici nello spazio extracellulare", ha detto Charles Nicholson, Ph.D., professore al Langone Medical Center della New York University ed esperto di misurazioni della dinamica del flusso del fluido cerebrale e di come esso influenza la comunicazione delle cellule nervose.

Alcune cellule cerebrali, chiamate glia, controllano il flusso attraverso il sistema glinfatico, riducendosi o gonfiandosi. La noradrenalina è un ormone eccitante noto anche perchè controlla il volume delle cellule. Trattare i topi svegli con farmaci che bloccano la noradrenalina, induce il sonno e aumenta il flusso del liquido cerebrale e lo spazio tra le cellule, supportando ulteriormente il legame tra il sistema glinfatico e il sonno.

Studi precedenti avevano suggerito che le molecole tossiche coinvolte nei disordini neurodegenerativi si accumulano nello spazio tra le cellule cerebrali. In questo studio, i ricercatori hanno testato se il sistema glinfatico controlla questa funzione, iniettando nei topi dell'amiloide-beta, (una proteina associata all'Alzheimer) radiocolorato, e hanno misurato per quanto tempo è rimasto nel loro cervello quando erano addormentati o svegli. L'amiloide-beta scompare rapidamente nel cervello dei topi, quando sono addormentati, suggerendo che il sonno di norma elimina le molecole tossiche dal cervello.

"Questi risultati possono avere vaste implicazioni per molteplici disturbi neurologici", ha detto Jim Koenig, Ph.D., direttore di programma del NINDS. "Questo significa che le cellule che regolano il sistema glinfatico possono essere nuovi obiettivi per il trattamento di una serie di disturbi".

I risultati mettono anche in risalto l'importanza del sonno. "Abbiamo bisogno di sonno, perchè pulisce il cervello", ha detto il dottor Nedergaard.

Questo lavoro è stato finanziato dal NINDS.

Fonte: NIH/National Institute of Neurological Disorders and Stroke.

Riferimenti: L. Xie, H. Kang, Q. Xu, M. J. Chen, Y. Liao, M. Thiyagarajan, J. O'Donnell, D. J. Christensen, C. Nicholson, J. J. Iliff, T. Takano, R. Deane, M. Nedergaard. Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science, 2013; 342 (6156): 373 DOI: 10.1126/science.1241224

Pubblicato in ninds.nih.gov (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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