SiNAPSA, torek, 28. marec 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Zakaj spimo?

Barbara Gnidovec Stražišar

“Če spanje ne služi absolutno pomembni življenjski funkciji, potem je največja evolucijska napaka”, je leta 1971 zapisal pionir raziskovanja spanja Allan Rechtschaffen. Spanje je fiziološko stanje oz. vedenje, ki je prisotno tako pri sesalcih kot tudi pri različnih nižjih vrstah. Genetske analize in molekularni mehanizmi nadzora spanja pri nižje razvitem organizmu, kot je npr. vinska mušica (Drosophila melanogaster), razkrivajo izrazito ohranjenost nadzornih mehanizmov spanja skozi evolucijski proces, kar nakazuje na verjetnost skupnega prednika vseh bilateralno simetričnih organizmov pred več kot 600 milijoni let.

Navkljub več kot 100-letni zgodovini raziskovanja spanja pa še danes ni povsem jasno, kakšen je njegov pomen in zakaj pravzaprav spimo. Spanje je biološka nuja. Pomanjkanje spanja pri glodalcih in mušicah privede do smrti prej kot pomanjkanje hrane. Poskusne živali ob dolgotrajnem odvzemu spanja fizično opešajo, izgubijo sposobnost termoregulacije in slednjič umrejo. Na pomanjkanje spanja so bolj odporne nekatere morske živali, kot npr. kit ubijalec (Ornicus orca), ki v neonatalnem in postpartalnem obdboju skoraj ne spi in kasneje nima potrebe po nadoknadenju mankajočega spanja. O pomenu spanja za človeka lahko največ sklepamo iz eksperimantalnih študij z odvzemom ali omejitvijo spanja. To sprva privede do kognitivnih in čustvenih motenj, zatem pa se spanje prične vrivati v budnost v kratkih obdobjih t.i. mikro spanj. Kronično pomanjkanje spanja pri človeku vodi v moteno delovanje imunskega sistema in slabšo obrambo pred tujimi organizmi, v motnje presnove, dušikovega ravnovesja in razgradnje beljakovin. Privede lahko do psiholoških motenj, motenj učenja in spomina ter s tem do zmanjšane kvalitete življenja.

O vlogi spanja obstoji več hipotez. Najstarejša hipoteza je t.i. restorativna ali obnovitvena hipoteza, ki spanju pripisuje pomen pri obnavljanju biokemičnih in fizioloških procesov v telesu, ki se med budnostjo postopno razkrajajo. Na ta način naj bi spanje služilo normalnemu delovanju organizma podnevi. V skladu s hipotezo je na spanje vezano izločanje nekaterih hormonov, kot je npr. povečano izločanje rastnega hormona ob pričetku spanja in sproščanje anabolnih steroidov v različnih fazah spanja s hkratnim nadirjem katabolnih steriodov v prvih urah spanja. V spanju sta pospešeni tudi mitoza limfocitov in kostna rast. Hipotezo posredno potrjujeta tudi povečani količina in globina spanja, ki sledi 24-urnemu odvzemu spanja. Do takšnega odziva pa ne pride po intenzivnem katabolnem stanju, kot je npr. intenzivna telesna vadba. Ta nasprotno zakasni pričetek spanja, kar govori proti obnovitveni hipotezi. Danes vemo, da na veliko telesnih funkcij vpliva tudi endogeni cirkadiani ritem, kar ponovno zmanjšuje prejšnja posredna sklepanja v prid restorativnemu učinku spanja.

V zadnjem času hipoteza pridobiva na veljavi predvsem na podlagi novih dognanj o obnovitvenem učinku spanja na osrednje živčevje. S študijami molekularnih sprememb v možganih med ciklusom budnosti in spanja so v spanju ugotovili povečano ekspresijo genov za sintezo beljakovin, mielina, metabolizem lipidov, sinaptičnih veziklov, prenos preko membrane in stabilnost membran. Podobno pa so ob dolgotrajnem odvzemu spanja pri podgani predvsem v celicah glie zaznali povečano ekspresijo različnih genov, ki so vpleteni v številne vnetne procese in odziv na stres. Tovrstne molekularne študije tako potrjujejo mnenje, da je ključni pomen spanja v sintezi beljakovin in drugih makromolekul, ki so uravnavani s transkripcijskimi procesi.

Spanje ima obnovitveno vlogo tudi pri povečanem odstranjevanju potencialno nevrotoksičnih razgradnih produktov, ki se kopičijo v možganih, kot je npr. β-amiloid, ki ga povezujemo z nekaterimi nevrodegenerativnimi obolenji. Ta se v budnosti kopiči v intersticijskem prostoru možganov in pred kratkim so v študiji pri miših dokazali, da je njegovo odstranjevanje s pomočjo t.i. glimfatičnega sistema v možganih v spanju povečano. Ta sistem deluje podobno kot limfatični sistem drugje v telesu. Sestavljata ga možganska tekočina oz. likvor, ki vteka v intesticijski prostor in intersticijska tekočina, ki zatem v okolici možganskih ven ponovno vteka v krvni sistem in s seboj odnaša tudi različne toksične razgradne produkte. V študiji Xia in sodelavcev so pri miših v spontanem in induciranem spanju potrdili povečan vtok likvorja in tudi pomembno povečanje intersticijskega prostora možganov, ki ga posreduje predvsem zavrtje adrenergičnega sistema v spanju. Obnovitvena vloga spanja naj bi bila torej predvsem v tem, da možgane preklopi v funkcionalno stanje, ki olajša čiščenje razgradnih produktov nevronske aktivnosti v budnosti.

Literatura

  • Banks S, Dinges DF. Chronic sleep deprivation. V: Kryger MH, Roth T, Dement WC, ur. Principles and Practice of Sleep Medicine. Philadelphia: Elsevier Saunders 2011: 67–76.

  • Maski KP, Kotagal S, Kothare SV. The science of sleep: ontogeny, phylogeny, and more. V: Kothare SV, Kotagal S, ur. Sleep in Childhood Neurological Disorders. New York: Demos Medical 2011: 1–25.

  • Sheldon S. Introduction to pediatric sleep medicine. V: Sheldon S, Ferber R, Kryger MH, ur. Principles and Practice of Pediatric Sleep Medicine. Philadelphia: Elsevier Saunders 2005: 1–16.

  • Xie L, Kang H, Xu Q, Chen MJ, Liao Y, Thiyagarajan M, O’Donnell J, Christensen DJ, Nicholson C, Iliff JL, Takano T, Deane R, Nedergaar N. Sleep drives metabolic clearance from the adult brain. Science 2014; 342: 373–7.

asist.dr. Barbara Gnidovec Stražišar
Pediatrična klinika, Univerzitetni klinični center Ljubljana