大腦排毒被證實僅發生在晚間入睡時

人體各組織器官的排毒,去除新陳代謝後產生的廢物,是通過將遍布各處的淋巴係統作為下水管道來完成排汙功能的。但是在中樞神經係統(大腦和脊髓),並沒有發現有淋巴係統的分布.大腦的能量需求是其他組織的十倍.大量的大腦代謝產生的生物垃圾又該如何來排除呢?大腦的排汙係統是如何分布和運作的呢?這些問題長時間一直沒有搞清楚.

沒搞清楚的難度在於,科學家需要有完整的,可以正常工作的活大腦為研究對象,直接觀察到腦脊髓液的流動情況.一旦大腦失去正常功能,大腦內的流動體係也將停滯,無法用於研究.

近來,美國羅切斯特大學Nedergaard博士的團隊通過運用了一種新技術,雙光子熒光顯微鏡,來觀察老鼠的大腦.由於使用了多光子吸收,背景信號可以被更有效地抑製掉,這種顯微技術可以觀察到活體組織的深度達到一厘米.他們先在老鼠的腦脊髓液中注入熒光標記,然後觀察和跟蹤標記的流動情況.其研究結果第一次明確地顯示出大腦的下水道排汙係統的分布和運作情況.

1.大腦排汙管道的分布和走向是依附著動脈和靜脈血管的走向平行而行,大腦脊髓液沿著動脈周邊的間隙流動,通過大腦軟組織,一路收集代謝垃圾,再經過靜脈周邊間隙,輸送並匯入頸部淋巴係統,最終廢物通過腎髒的過濾或肝髒的進一步降解後排出體外.

2.大腦脊髓液的流動力來自於流動所經過區域的腦星形膠質細胞(glial cell,astrocytes).這些細胞在增高的去甲腎上腺素(Noradrenaline)的控製下,發生縮小和膨脹的體積改變,用以驅使大腦脊髓液的流動.

3.在老鼠失去知覺的情況下,入睡或者麻醉,注入大腦脊髓液的熒光標記流動迅速.反之,在老鼠清醒時,標記幾乎不移動.

4.老年癡呆症發病的一大原因是大腦排毒不暢.病患者的大腦不同程度地呈現有beta-澱粉樣蛋白有毒斑塊的沉積.研究人員特別針對beta-澱粉樣蛋白的排出過程進行了仔細觀察,得到的結果與普通熒光標記流動排出結果相類似.老鼠在入睡或者麻醉時可以迅速排出beta-澱粉樣蛋白.反之,在老鼠清醒時,beta-澱粉樣蛋白的排出基本停滯.另外,研究人員還發現,老鼠在失去知覺時的體位會直接影響到排毒的效率.側躺比仰臥的排毒效率較高.

5.為什麽老鼠隻有在失去知覺時大腦才能夠排毒呢?研究人員給出的答案是,他們觀察到,在老鼠失去知覺時,大腦細胞之間的縫隙空間增大了60%,這就使得體積較大的代謝廢物能夠在這個時間段穿過細胞間隙,跟隨大腦脊髓液的流動而排出體外.

這篇研究報告清楚地向我們顯示出,睡眠對大腦排毒或者說大腦健康的重要性.同時也進一步解釋了為什麽這麽多種的疾病,諸如失憶症,老年癡呆症,抑鬱症等等,都始於或與睡眠失調密切相關.如果大腦得不到足夠的時間來排毒,來吐故納新,輕則導致大腦的某些功能減退,重則大腦細胞被排不出去的大量生物廢料所圍困,最後中毒身亡.老年癡呆症患者多數伴有大腦萎縮的情況,實際上就是大量的腦細胞死亡後導致的腦腔空洞.雖然誘發大腦細胞死亡有諸多原因,但這其中大腦的排毒不暢顯然是一個不可忽視的重要原因.

 

Louveau,A., et al. (2015) Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature, 523, 337-41. DOI: 10.1038/nature14432