Der neueste Artikel in Nature: Es ist sehr wichtig, Wasser im Gehirn zu haben! ?

In den letzten Jahren ist im Bereich der Schlafforschung eine „Hypothese zur Reinigung des glymphatischen Systems“ aufgetaucht, die in der Branche große Aufmerksamkeit erregt hat. Dies bedeutet, dass, nachdem der menschliche Körper in den Schlafzustand eintritt, Lymphflüssigkeit in das Gehirn fließt und die im Laufe des Tages angesammelten „giftigen Substanzen“ aus dem Körper entfernt, was einer vollständigen „Reinigung“ des Gehirns gleichkommt. Um den Zusammenhang zwischen Schlaf und der Reinigung toxischer Substanzen durch das glymphatische System weiter zu bestätigen, veröffentlichten Wissenschaftler kürzlich einen Artikel in Nature Neuroscience. Darin kamen sie auf der Grundlage experimenteller Analysen zu dem Schluss, dass unsere bisherigen Schlussfolgerungen über Schlaf als „Entgiftungsmechanismus“ voreingenommen waren.

Welchen Effekt hat Schlaf also auf das Gehirn? Wie „reinigen“ Menschen den „Zellmüll“ ihres Gehirns? Schauen wir es uns gemeinsam an.

Gibt es Wasser in unserem Gehirn?

Oft hört man den Satz: „Dein Gehirn ist voller Wasser!“ um jemanden zu beschreiben, der dumm ist oder falsch reagiert. In Wirklichkeit kann unser Gehirn jedoch gut funktionieren, weil es voller „Wasser“ ist. Studien haben gezeigt, dass sich im menschlichen Gehirn 150 ml „Wasser“ befinden, was dem Volumen eines kleinen Glases Bier entspricht. Warum gibt es „Wasser“ im menschlichen Gehirn? Sollte es nicht Blut sein? Tatsächlich wird das „Wasser“ im menschlichen Gehirn „Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit“ genannt, eine farblose und durchsichtige Flüssigkeit, in der das menschliche Gehirn schwebt und eingetaucht ist.

Der Grund, warum Blut nicht in direkten Kontakt mit dem Gehirn kommen kann, liegt darin, dass Blut das Gehirn nicht mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen kann. Zwischen den Blutgefäßen und dem Gehirn befindet sich eine Blut-Hirn- Schranke, die dafür sorgt, dass das menschliche Gehirn, die Zentrale des menschlichen Körpers, von der Außenwelt isoliert ist. Im menschlichen Gehirn kann nur die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit fließen. Es fließt von den Ventrikeln zum Aquaeductus cerebri, um eine normale Gehirnfunktion zu gewährleisten. Dadurch kann nicht nur verhindert werden, dass externe Giftstoffe leicht in das Gehirn eindringen, sondern es kann auch die Auswirkungen einiger externer Hormone auf das Gehirn begrenzen.

Die Ventrikel und der Aquaeductus cerebri können tatsächlich als „Löcher“ und „Gruben“ im Gehirn betrachtet werden. Es gibt vier große „Löcher“ im Gehirn, nämlich den ersten, zweiten, dritten und vierten Ventrikel, die mit „Wasser“ gefüllt sind. Es gibt eine weitere „Grube“ im menschlichen Gehirn, die einer Kanalisation ähnelt: den Aquädukt des Gehirns. Durch diese „Grube“ fließt die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit aus dem Gehirn.

Schematische Darstellung der Blut-Hirn-Schranke, der Ventrikel und des Liquorflusses im Gehirn. Bildquelle: Referenz [1]

Warum müssen wir „das Wasser wechseln“?

Die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit im menschlichen Gehirn fließt ständig und wird ersetzt. Studien haben gezeigt, dass das menschliche Gehirn innerhalb von 24 Stunden viermal täglich die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit ersetzen muss. Warum also braucht das Gehirn einen „Wasserwechsel“? Gibt es Fische im „Wasser“ des Gehirns? Ja, die „Fische“ im Gehirn sind unsere Gehirnzellen. Obwohl sie nicht wie echte Fische herumschwimmen können, scheiden sie „Abfall“ aus und schon bald ist die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit mit giftigen Substanzen gefüllt, die durch den Stoffwechsel produziert werden.

Das Gehirn hat ein Lymphsystem entwickelt, das hauptsächlich aus Gliazellen im Gehirn besteht und als glymphatisches System bezeichnet wird. Dies ist gleichbedeutend damit, einen Filter am „großen Aquarium“ des menschlichen Gehirns anzubringen und das Wasser im Gehirn ständig zu „wechseln“. Gerade weil dieses glymphatische System die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit ersetzt und reinigt, kann das menschliche Gehirn wach bleiben.

Obwohl das Gehirn nur 2 % des menschlichen Körpergewichts ausmacht, also etwa 1,3 kg, also weniger als das Gewicht einer Wassermelone, verbraucht es 20 % der Körperenergie und ist damit ein „großer Energieverbraucher“. Bei einer großen Menge an Konsumarbeit entstehen viele giftige Substanzen wie reaktiver Sauerstoff, Immunglobuline, Proteinfragmente usw. Noch beängstigender ist die Ansammlung von Beta-Amyloid, einem Protein, das mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht wird. Die Ablagerung dieser Proteine ​​steht in engem Zusammenhang mit der Entstehung der Alzheimer-Krankheit.

Aber junge Menschen bleiben oft lange auf, ohne dass ihr Gehirn dadurch geschädigt wird? Studien haben ergeben, dass sich die Gehirnvitalität junger Menschen zwar von kurzfristigem Schlafmangel schnell erholt , chronische, langfristige Schlaflosigkeit und Schlafstörungen jedoch den Stoffwechsel des Gehirns stark belasten. Dies führt zur Degeneration wichtiger Neuronen, die für Wachsamkeit und normale kortikale Funktionen verantwortlich sind, sowie zur kontinuierlichen Ansammlung von Proteinen, die mit Alterung und Neurodegeneration in Zusammenhang stehen. Dadurch werden Menschen, die lange aufbleiben, anfälliger für die Alzheimer-Krankheit.

Studien haben außerdem gezeigt, dass die Ersatzrate der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit bei älteren Menschen nur 10 % derjenigen bei jungen Menschen beträgt. Mit anderen Worten: Wenn junge Menschen oft lange aufbleiben, ist ihr Gehirn dem älterer Menschen ebenbürtig.

Moderne Bildgebungsverfahren haben gezeigt, dass die Flussrate der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit zunimmt, wenn das Gehirn schläft. Bildquelle: Referenz [2]

Wann sollte man „das Wasser wechseln“?

Der „Wasserwechsel“ im Gehirn findet häufig während des Schlafens statt, genau wie bei Straßenkehrmaschinen und Müllwagen, die normalerweise am frühen Morgen, am Abend oder sogar am frühen Morgen arbeiten. In ähnlicher Weise wird das Gehirnreinigungssystem nachts eingeschaltet und tagsüber ausgeschaltet, und der „Wasserwechsel“ wird zu einer besonderen Funktion, wenn wir schlafen.

Allerdings ist man in der Wissenschaft noch nicht zu einem abschließenden Ergebnis hinsichtlich der theoretischen Forschung gekommen, wonach das Gehirn nachts häufig „Wasser austauscht“. Schauen Sie, sie haben vor kurzem wieder angefangen zu streiten. In einer früheren Studie betäubten Forscher Mäuse und injizierten winzige fluoreszierende Tracer in die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit der Mäuse. Die Tracer gelangten schnell in das Gehirn und verließen es auf einem bestimmten, vorhersehbaren Weg. Wenn die Mäuse einschliefen, floss die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit freier und erreichte sogar tiefere Teile des Gehirns, während sie im Wachzustand nur an der Oberfläche des Gehirns entlang fließen konnte und die Flussrate nur 5 % der Flussrate im Schlafzustand betrug.

Nach der Durchführung einer Reihe von Studien an Mäusen stellte das Team fest, dass die Gehirne der Mäuse im Schlaf- oder Narkosezustand damit beschäftigt sind, den Stoffwechselmüll zu beseitigen, der sich im Wachzustand ansammelt. Studien haben gezeigt, dass das Gehirn von Mäusen im Schlaf den Stoffwechselmüll doppelt so schnell ausscheidet wie im Wachzustand. Dieses Ergebnis scheint das erste zu sein, das die Hypothese bestätigt, dass das Gehirn im Schlaf „Wasser austauscht“.

Allerdings folgten auch die „Ohrfeigen“-Ergebnisse. In einem kurzen Newsletter, der am 13. Mai 2024 in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, wurde die Clearance-Rate von Metaboliten im Gehirn von Mäusen im Wachzustand, im Schlaf und unter Narkose direkt gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass die Clearance-Rate des Gehirns für Substanzen im Schlaf- und Narkosezustand deutlich reduziert ist. Dieses Ergebnis steht im krassen Widerspruch zu früheren Forschungsergebnissen und lässt darauf schließen, dass übermäßiger Schlaf zu Fehlfunktionen des Gehirns führen kann. Dies stellt die traditionelle Vorstellung in Frage, dass die Hauptfunktion des Schlafs darin besteht, Giftstoffe aus dem Gehirn zu entfernen.

Natürlich gibt es häufig wissenschaftliche Debatten und die Frage, wie hoch oder niedrig die Wasserveränderungsrate im Schlaf ist, muss noch geklärt werden. Doch unabhängig davon, ob Sie das Wasser nachts oder tagsüber wechseln, kann die Arbeit des glymphatischen Systems, das Gehirn von Unreinheiten zu befreien, nicht ignoriert werden.

Die Gehirnparameter unterscheiden sich zwischen dem Wachzustand und dem Schlafzustand. So sinkt beispielsweise die Gehirntemperatur im Schlaf um zwei Grad und die Gehirnströme werden gleichmäßiger. Bildquelle: Referenz [3]

Es ist wichtig, gut zu schlafen

Kurz gesagt: Unabhängig davon, ob das Gehirn nachts „Wasser austauscht“, ist die Bedeutung des Schlafs offensichtlich. Beispielsweise wechseln Delfine und Wale die Schlafphasen ihrer Gehirnhälften ab, um sicherzustellen, dass sie sowohl gut schlafen als auch im Schlaf schwimmen können.

Wir verbringen mindestens ein Drittel unseres Lebens mit Schlafen. Sie können sich also vorstellen, wie wichtig Schlaf ist. Welche Funktionen hat der Schlaf? Darüber hinaus kann Schlaf dem Gehirn dabei helfen, Zellmetaboliten zu beseitigen, die Immunfunktion des Körpers zu stärken und uns bei der Verarbeitung und Speicherung von Erinnerungen zu unterstützen. Allerdings leiden viele Menschen in der modernen Gesellschaft unter „Schlafstörungen“.

Studien haben gezeigt, dass langfristiger Schlafmangel zu körperlichem Unwohlsein führen kann und auch geistige Verwirrung und sogar Halluzinationen hervorrufen kann. In schweren Fällen besteht Todesgefahr.

Da Schlaf so wichtig ist, stellt sich die Frage, wie wir ihn verbessern können. Durch ausreichende Bewegung und regelmäßige Ernährung können wir für ausreichend Schlaf sorgen. Viele Menschen haben Schlafprobleme, weil Bewegungsmangel zu einer unzureichenden Magenmotilität führt, wodurch sie nachts anfällig für Übelkeit und Sodbrennen sind und ihre Schlafqualität beeinträchtigt wird. Die Sonne geht im Osten auf und im Westen unter, die vier Jahreszeiten wechseln und auch der Schlaf ist Teil des biologischen Rhythmus. Diese regelmäßigen Veränderungen wirken sich auf Organismen aus. Es tut unserem Körper gut, wenn wir unserem biologischen Rhythmus folgen und gute Schlafgewohnheiten entwickeln.

Eine gute Nachtruhe kann Ihr Gehirn gesünder halten. Ich hoffe, dass jeder von uns einen gesunden Körper hat.

Verweise

[1]Neurochem Res. 2015 Dezember; 40(12): 2583–2599. doi:10.1007/s11064-015-1581-6.

[2]Wissenschaft. 18. Oktober 2013;342(6156):373-7. doi: 10.1126/science.1241224. PMID: 24136970; PMCID: PMC3880190.

[3]Science, 374,556-559(2021).DOI:10.1126/science.abi8372

Planung und Produktion

Produziert von Science Popularization China

Autor: Wang Fei, PhD in Neurowissenschaften

Produzent: China Science Expo

Herausgeber: Dong Nana

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin