Sen jest zjawiskiem niezwykle ważnym, ale też dość tajemniczym. Powszechnie znane są pierwsze oznaki jego braku: zmęczenie, trudności z koncentracją, drażliwość. Skutki długotrwałego pozbawienia snu są poważniejsze i mogą obejmować dezorientację, paranoję i halucynacje. Istnieją też dowody na to, że bardzo długie funkcjonowanie bez snu może skutkować śmiercią. Co prawda w przypadku ludzi są one jedynie anegdotyczne, ale w 1983 roku w Chicago przeprowadzono szeroko cytowane badanie na szczurach, którego wyniki jednoznacznie wskazują na to, że całkowity brak snu nieuchronnie prowadzi do śmierci. Wciąż jednak brakuje odpowiedzi na pytanie: dlaczego zwierzęta umierają, gdy nie mogą spać?

Naukowcy z Harvard Medical School prowadzili badania z wykorzystaniem zwierzęcych organizmów modelowych – muszek owocowych. Poszukiwali oznak uszkodzenia, które pojawiają się wskutek braku snu. Wykorzystali zwierzęta modyfikowane genetycznie i wytwarzające białko, które w odpowiednich warunkach środowiskowych indukowało aktywność neuronów i zapobiega zapadaniu zwierząt w sen. Aktywność owadów była stale monitorowana za pomocą wiązki podczerwieni. Po dziesięciu dniach deprywacji snu śmiertelność wśród much wzrosła. Do dwudziestego dnia wszystkie były martwe.

Naukowcy szukali markerów uszkodzeń komórek pojawiających się w okresie poprzedzającym wzrost śmiertelności. Większość tkanek była nie do odróżnienia między muchami pozbawionymi snu i funkcjonującymi normalnie. Wyjątek stanowiło jelito. U owadów, którym nie pozwolono spać nastąpiło tam gwałtowne nagromadzenie reaktywnych form tlenu (ROS, ang. reactive oxygen species). W dużych ilościach mogą one powodować uszkodzenia DNA i innych struktur w komórek, co prowadzi do śmierci komórkowej. Akumulacja ROS osiągnęła wartość krytyczną około dziesiątego dnia deprywacji snu. Gdy zmieniono warunki środowiskowe tak, aby muchy mogły spać, poziom ROS spadł.

“Odkryliśmy, że muchy pozbawione snu za każdym razem umierają w tym samym tempie, a kiedy przyjrzeliśmy się markerem uszkodzenia i śmierci komórek, jedyną tkanką, która naprawdę się wyróżniała, były jelita – mówi Alexandra Vaccaro, współautor badania. – Pamiętam, że kiedy przeprowadziliśmy pierwszy eksperyment, od razu było można stwierdzić pod mikroskopem, że różnica jest uderzająca. W badaniach laboratoryjnych to się prawie nigdy nie zdarza.”

Badacze musieli sprawdzić, czy akumulacja ROS w jelitach rzeczywiście jest przyczyną śmierci. W tym celu podawali owadom pozbawionym snu związki takie jak melatonina, kwas liponowy i NAD, o których wiadomo, że neutralizują te reaktywne cząstki. Działanie to pozwoliło przedłużyć życie much pozbawionych snu, ale nie wpłynęło na muchy, które normalnie spały. Podobny efekt zaobserwowano, gdy dodatkowo zmodyfikowano owady tak, aby w ich przewodzie pokarmowym uzyskać nadekspresję enzymów przeciwutleniających.

“Przyjęliśmy podejście obiektywne i przeszukaliśmy ciało pod kątem oznak uszkodzeń spowodowanych brakiem snu – mówi Dragana Rogulja, współautor badania. – Byliśmy zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że to jelito odgrywa kluczową rolę w powodowaniu śmierci. Jeszcze bardziej zaskakujące okazało się to, że można zapobiec przedwczesnej śmierci. Zauważyliśmy, że za każdym razem, gdy udało się zneutralizować ROS w jelitach, mogliśmy uratować muchy.”

Wiadomo, że zbyt mała ilość snu zakłóca szlaki sygnalizujące głód. Dlatego też naukowcy zmierzyli również spożycie pokarmu u muszek owocowych, by przeanalizować potencjalne powiązania tego czynnika ze śmiertelnością. Okazało się, że niektóre muchy pozbawione snu rzeczywiście jadły więcej niż owady z grupy kontrolnej. Ograniczenie dostępu do pożywienia nie wpłynęło jednak na przeżywalność, co wskazuje na to, że grę wchodzą inne czynniki.

“Nadal nie wiemy, dlaczego brak snu powoduje akumulację ROS w jelitach i dlaczego jest to śmiertelne – mówi Kaplan Dor, współautor badania. – Brak snu może bezpośrednio wpływać na jelita, ale czynnik wyzwalający może również pochodzić z mózgu. Śmierć może być równie dobrze spowodowana uszkodzeniem jelit, tym, że wysoki poziom ROS ma działanie ogólnoustrojowe, jak i kombinacja tych czynników.”

Badacze przypuszczają, że w pewnych okolicznościach zwierzęta mogą przeżyć bez snu. Uważają, że otrzymane przez nich wyniki otwierają nowe kierunki badań, które pomogą zrozumieć, jakie naprawdę są konsekwencje długotrwałego pozbawienia snu i będą stanowiły podstawę do opracowania metod przeciwdziałania szkodliwym skutkom takiego stanu rzeczy.

Bibliografia:
Vaccaro A., Dor Y.K., Nambara K., Pollina E.A., Lin C., Greenberg M.E., Rogulja D. Sleep Loss Can Cause Death through Accumulation of Reactive Oxygen Species in the Gut. Cell 2020

Dodaj komentarz