Γιατί η στέρηση ύπνου σκοτώνει

Μέσα σε μια σειρά από σωλήνες σε ένα φωτεινό, ζεστό δωμάτιο στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, εκατοντάδες μύγες φρούτων μένουν ξύπνιες μέχρι αργά. Έχουν περάσει μέρες από τότε που κανένας από αυτούς κοιμήθηκε:Οι συνεχείς δονήσεις που ταρακουνούν τα σπίτια τους αποκλείουν την ανάπαυση, όσο και να κολλάνε στα καπάκια των σωλήνων για ανάπαυλα. Όχι πολύ μακριά στους δικούς τους σωλήνες ζουν άλλες άυπνες μύγες, εμψυχωμένες με την ήρεμη επιμονή όσων παραδόθηκαν στην αιώνια μέρα. Μια γενετική προσαρμογή σε ορισμένους νευρώνες στον εγκέφαλό τους τους κρατά ξύπνιους για όσο ζουν.

Δεν ζουν πολύ. Οι κουνημένες μύγες και οι κατασκευασμένες μύγες πεθαίνουν και οι δύο γρήγορα — στην πραγματικότητα, οι μηχανικές μύγες επιβιώνουν μόνο κατά το ήμισυ από όσο χρόνο έχουν ξεκουραστεί καλά οι έλεγχοι. Μετά από μέρες αϋπνίας, ο αριθμός των μυγών πέφτει και στη συνέχεια συντρίβεται. Οι σωλήνες αδειάζουν. Τα φώτα ανάβουν.

Όλοι γνωρίζουμε ότι χρειαζόμαστε ύπνο για να είμαστε στα καλύτερά μας. Αλλά η βαθιά απώλεια ύπνου έχει πιο σοβαρές και άμεσες επιπτώσεις:Τα ζώα που στερούνται εντελώς τον ύπνο πεθαίνουν. Ωστόσο, οι επιστήμονες δυσκολεύτηκαν να πουν ακριβώς γιατί η απώλεια ύπνου είναι θανατηφόρα.

Ο ύπνος θεωρείται κυρίως νευρολογικό φαινόμενο, και όμως όταν πεθαίνουν τα στερημένα πλάσματα, έχουν ένα αινιγματικό σύνολο αποτυχιών στο σώμα έξω από το νευρικό σύστημα. Ο ανεπαρκής ύπνος σε ανθρώπους και ζώα εργαστηρίου, εάν είναι χρόνιος, δημιουργεί προβλήματα υγείας που εμφανίζονται με την πάροδο του χρόνου, όπως καρδιακές παθήσεις, υψηλή αρτηριακή πίεση, παχυσαρκία και διαβήτης. Αλλά αυτές οι συνθήκες δεν είναι που σκοτώνουν τα πλάσματα που στερούνται 100% ύπνου μέσα σε ημέρες ή εβδομάδες.

Τι κάνει ο ύπνος που τον κάνει θανατηφόρο να μένεις χωρίς; Θα μπορούσε η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση να εξηγήσει γιατί χρειαζόμαστε ύπνο εξαρχής; Κάτω από το χλωμό φως των θερμοκοιτίδων στο εργαστήριο της Dragana Rogulja στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, οι άυπνες μύγες ζουν και πεθαίνουν καθώς εκείνη αναζητά τις απαντήσεις.

Ένα κρύο πρωινό του φετινού χειμώνα, η Rogulja έσκυψε πάνω από ένα tablet στο γραφείο της, με τα κλειστά σκούρα μαλλιά της να πλαισιώνουν ένα πρόσωπο με ένταση ξωτικού, και ξεφύλλισε φιγούρες για να εξηγήσει μερικά από τα συμπεράσματά της. Η Rogulja είναι νευροεπιστήμονας και αναπτυξιακή βιολόγος με εκπαίδευση, αλλά δεν είναι πεπεισμένη ότι η πιο θεμελιώδης επίδραση της στέρησης ύπνου ξεκινά από τον εγκέφαλο. «Θα μπορούσε να έρθει από οπουδήποτε», είπε, και μπορεί να μην μοιάζει με αυτό που περιμένουν οι περισσότεροι.

Έχει ευρήματα για να υποστηρίξει αυτή τη διαίσθηση. Δημοσίευση σήμερα στο περιοδικό Cell , αυτή και οι συνεργάτες της προσφέρουν στοιχεία ότι όταν οι μύγες πεθαίνουν από αϋπνία, θανατηφόρες αλλαγές δεν συμβαίνουν στον εγκέφαλο αλλά στο έντερο. Οι λαβύρινθοι indigo των λεπτών εντέρων των μυγών φωτίζονται με φλογερό φούξια σε μικρογραφίες, προδίδοντας μια δυσοίωνη συσσώρευση μορίων που καταστρέφουν το DNA και προκαλούν κυτταρική βλάβη. Τα μόρια εμφανίζονται αμέσως μετά την έναρξη της στέρησης ύπνου, πριν από οποιαδήποτε άλλα προειδοποιητικά σημάδια. αν οι μύγες αφεθούν να κοιμηθούν ξανά, η ροδαλή άνθιση εξαφανίζεται. Είναι εντυπωσιακό ότι εάν οι μύγες τρέφονται με αντιοξειδωτικά που εξουδετερώνουν αυτά τα μόρια, δεν έχει σημασία αν δεν κοιμηθούν ποτέ ξανά. Ζουν όσο οι αναπαυμένοι αδελφοί τους.

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι μια πολύ θεμελιώδης δουλειά του ύπνου -ίσως πίσω από ένα δίκτυο άλλων επιδράσεων- είναι η ρύθμιση της αρχαίας βιοχημικής διαδικασίας οξείδωσης, μέσω της οποίας μεμονωμένα ηλεκτρόνια συλλαμβάνονται και απομακρύνονται από μόρια σε υπηρεσία σε όλα, από την αναπνοή έως τον μεταβολισμό. Ο ύπνος, υπονοούν οι ερευνητές, δεν είναι μόνο η επαρχία της νευροεπιστήμης, αλλά κάτι πιο βαθιά συνδεδεμένο με τη βιοχημεία που ενώνει το ζωικό βασίλειο.

Πιο μοιραίο από την πείνα

Οι πρώτες μελέτες για τη διερεύνηση της ολικής στέρησης ύπνου είχαν μια μανιακή ιδιότητα. Στη Ρώμη το 1894, η Maria Mikhailovna Manaseina, μια Ρωσίδα βιοχημικός, έκανε μια παρουσίαση στο Διεθνές Συνέδριο Ιατρικής σχετικά με τα πειράματά της σε 10 κουτάβια. Αυτή και οι βοηθοί της στο εργαστήριό της είχαν κρατήσει τα σκυλιά ξύπνια και σε συνεχή κίνηση 24 ώρες την ημέρα. μέσα σε περίπου πέντε ημέρες, όλα τα κουτάβια είχαν πεθάνει. Η στέρηση ύπνου φαινόταν να σκοτώνει τα κουτάβια πολύ πιο γρήγορα από την πείνα, ανέφερε:«Η πλήρης απουσία ύπνου είναι πιο θανατηφόρα για τα ζώα από την πλήρη απουσία τροφής».

Οι αυτοψίες αποκάλυψαν ότι οι ιστοί των κουταβιών ήταν σε κακή αποκατάσταση, ιδιαίτερα στον εγκέφαλο, ο οποίος ήταν γεμάτος αιμορραγίες, κατεστραμμένα αιμοφόρα αγγεία και άλλα φρικιαστικά χαρακτηριστικά. Ο ύπνος, κατέληξε η Μανάσεινα, δεν είναι άχρηστη συνήθεια. Κάνει κάτι σημαντικό για την υγεία του εγκεφάλου.

Ακολούθησαν περισσότερες ολοήμερες, ολονύχτιες βόλτες με σκύλους. Το 1898 ο Lamberto Daddi, ένας Ιταλός ερευνητής, δημοσίευσε λεπτομερή σχέδια του εγκεφάλου των σκύλων που είχαν στερηθεί ύπνου. ανέφερε εμφανή εκφυλιστική βλάβη στον εγκέφαλο, παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε σε σκύλους που είχαν αντιμετωπίσει άλλους στρεσογόνους παράγοντες. Περίπου την ίδια εποχή, ο ψυχίατρος Cesar Agostini κρατούσε σκύλους σε κλουβιά εξοπλισμένα με κουδούνια που χτυπούσαν φρικτά κάθε φορά που προσπαθούσαν να ξαπλώσουν και να κοιμηθούν, και τη δεκαετία του 1920 ερευνητές στην Ιαπωνία έκαναν κάτι παρόμοιο με κλουβιά με καρφιά.

Οι μελέτες, εκτός από τη συνεχή σκληρότητά τους, είχαν παρόμοια αδυναμία:δεν είχαν έγκυρους ελέγχους. Τα σκυλιά είχαν πεθάνει και οι ιστοί τους έμοιαζαν ανώμαλοι - αλλά ήταν αλήθεια επειδή δεν είχαν κοιμηθεί; Ή μήπως επειδή οι συνεχείς βόλτες και η διέγερση είναι εγγενώς αγχωτικές; Ο διαχωρισμός των επιπτώσεων της αϋπνίας από το να μείνεις στα πόδια σου μέχρι να σε σκοτώσει φαινόταν αδύνατο.

Το κλουβί του πικάπ

Χρειάστηκαν δεκαετίες για να επιστρέψουν οι επιστήμονες στο ζήτημα με σοβαρό τρόπο. Τη δεκαετία του 1980, ο Allan Rechtschaffen, ένας ερευνητής ύπνου στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο που γιόρτασε για την πρωτοποριακή του εργασία στη ναρκοληψία, άρχισε να σχεδιάζει πειράματα που θα μπορούσαν να διαχωρίσουν τις επιπτώσεις της υπερδιέγερσης από αυτές της αϋπνίας. Επινόησε ένα κλουβί για αρουραίους με τη μορφή ενός περιστρεφόμενου δίσκου κρεμασμένου πάνω από το νερό. Ένα διαχωριστικό έτρεχε στη μέση, ώστε τα ζώα να μπορούν να ζουν και στις δύο πλευρές, ενώ το δάπεδο του περιστρεφόμενου δίσκου από κάτω τους περιστρέφεται ελεύθερα. Στη συσκευή οι πειραματιστές έβαλαν ζεύγη αρουραίων, ένας από τους οποίους προοριζόταν να μην κοιμηθεί. Κάθε φορά που αυτός ο αρουραίος προσπαθούσε να ξεκουραστεί, οι επιστήμονες γύριζαν το τραπέζι, ωθώντας και τους δύο αρουραίους να ξυπνήσουν και μερικές φορές σπρώχνοντάς τους στο νερό.

Αυτή η ρύθμιση εξασφάλισε ότι παρόλο που και οι δύο αρουραίοι έπεφταν στο νερό εξίσου συχνά, ο αρουραίος ελέγχου μπορούσε να κλείσει το μάτι κάθε φορά που ο αρουραίος αρνιόταν τον ύπνο ήταν ενεργός. Στην πραγματικότητα, οι αρουραίοι ελέγχου κατάφεραν να κοιμηθούν περίπου το 70% όσο θα κοιμόντουσαν συνήθως, υποφέροντας μόνο από ήπια στέρηση ύπνου. Οι πιο άτυχοι πειραματικοί αρουραίοι είχαν λιγότερο από 9%, σχεδόν συνολική απώλεια ύπνου.

Και τα δύο σετ αρουραίων διαταράχθηκαν τον ίδιο αριθμό φορές. Και οι δύο υπέστησαν το άγχος να πέσουν στο νερό και να αναρριχηθούν έξω, στάζοντας. Αλλά μόνο οι αρουραίοι που είχαν σοβαρή στέρηση ύπνου άρχισαν να μειώνονται. Η γούνα τους έγινε τραχιά και ατημέλητη και από λευκό έγινε κίτρινο. Ανέπτυξαν βλάβες στο δέρμα τους. Έχασαν βάρος. Μετά από περίπου 15 ημέρες κατά μέσο όρο, πέθαναν. Ο Rechtschaffen είχε ανακαλύψει έναν τρόπο να δείξει ότι η απώλεια ύπνου από μόνη της σκότωνε πραγματικά.

Για τους μεταπτυχιακούς φοιτητές που έκαναν αυτά τα πειράματα, οι μέρες ήταν μεγάλες. «Το εργαστήριο βρισκόταν σε μια πολυκατοικία, οπότε θα είχατε ένα υπνοδωμάτιο δίπλα σε μια αίθουσα δοκιμών σε ζώα», είπε η Ρουθ Μπένκα, καθηγήτρια ψυχιατρικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ίρβιν, η οποία εργάστηκε με τον Ρέχτσαφεν για μερικά χρόνια. «Είχαν υπνοδωμάτια δίπλα στα δωμάτια όπου στερούνταν τα ζώα τους, ώστε να μπορούν να παρακολουθούν όλο το 24ωρο.»

Το έργο ήταν προκλητικό και με άλλους τρόπους. «Ήταν σκληρά, σκληρά πειράματα που έπρεπε να γίνουν, ψυχολογικά, για να βάλεις ένα ζώο σε αυτό», είπε ο Paul Shaw, ένας από τους μετέπειτα μεταπτυχιακούς φοιτητές του Rechtschaffen και τώρα καθηγητής νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις. «Τις τελευταίες επτά ημέρες του πειράματος, εργάζεστε με αυτό το σύννεφο πάνω από το κεφάλι σας». Όταν οι αρουραίοι του έμειναν μόλις μια ή δύο μέρες πριν από τον θάνατο, το πειραματικό πρωτόκολλο τον καλούσε να τους αφήσει να κοιμηθούν και να παρατηρήσει τα ηλεκτροεγκεφαλογράμματα ή τα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα τους. Ο Shaw θυμάται ότι καθώς η οθόνη εξερράγη από ζωή, ανακοινώνοντας τον πολυαναμενόμενο ύπνο των ζώων, ένιωσε ένα βάρος να πέφτει από τους ώμους του. «Μέχρι σήμερα μπορώ να το δω», είπε, μιλώντας για την ανάγνωση του EEG. "Θα μπορούσα να το βάλω σε ένα πλαίσιο στον τοίχο μου και θα μπορούσε να με κάνει χαρούμενη κάθε φορά."

Αλλά το έργο ήταν και συναρπαστικό. «Πρέπει να πιστεύεις στο αποτέλεσμα για να το κάνεις. Δεν υπάρχει άλλος τρόπος», είπε ο Shaw. Έφτασε στο εργαστήριο αφού οι μαθητές που πρωτοστάτησαν σε αυτά τα πειράματα έλαβαν τα πτυχία τους και έφυγαν, αλλά εξακολουθούσε να ακούει τις ιστορίες τους σε συναντήσεις, όπου αναπολούσαν τον ενθουσιασμό. «Κανείς δεν ήθελε να πάρει το διδακτορικό του», θυμάται, γιατί αν μπορούσαν να μείνουν, «όλοι νόμιζαν ότι αύριο θα ανακάλυπταν τη λειτουργία του ύπνου».

Συγχυμένα αίτια θανάτου

Οι πειραματικές επιτυχίες του Rechtschaffen θα έπρεπε τελικά να έχουν επιτρέψει στους επιστήμονες να δουν πώς σκοτώνει ο ανεπαρκής ύπνος, κάτι που θα μπορούσε να είχε οδηγήσει σε μεγαλύτερες γνώσεις για το τι κάνει τον ύπνο τόσο απαραίτητο. Αλλά όταν οι ερευνητές έκαναν αυτοψίες στα ζώα, αυτό που βρήκαν ως επί το πλείστον απλώς ενίσχυσε τη σύγχυση. Υπήρχαν λίγες σταθερές διαφορές μεταξύ των αρουραίων ελέγχου και εκείνων που πέθαναν από έλλειψη ύπνου, και κανένα σημάδι για το τι τους είχε σκοτώσει. Οι στερημένοι αρουραίοι ήταν λεπτοί και είχαν διευρυμένα επινεφρίδια, αλλά αυτό ήταν περίπου. «Δεν εντοπίστηκε ανατομική αιτία θανάτου», κατέληξαν οι ερευνητές.

Οι παρατηρήσεις της συμπεριφοράς των ζώων έδειξαν κάτι πιο ενδιαφέρον. «Τα ζώα [χρόνια] στέρησης ύπνου κάτω από αυτές τις προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες θα αύξαναν την πρόσληψη τροφής τους δύο και τρεις φορές τις κανονικές ποσότητες και θα έχασαν βάρος», δήλωσε η Carol Everson, καθηγήτρια ιατρικής και νευροβιολογίας στο Ιατρικό Κολλέγιο του Ουισκόνσιν. Μεταπτυχιακοί φοιτητές του Rechtschaffen. "Κάναμε όλων των ειδών τις μεταβολικές μελέτες για να προσπαθήσουμε να μάθουμε εάν υπήρχε κάποια βλάβη που μπορούσαμε να εντοπίσουμε."

Υπήρχε μια έντονη αίσθηση στο πεδίο του ύπνου, ωστόσο, ότι οι απαντήσεις σχετικά με τις πιο βασικές λειτουργίες του ύπνου θα βρίσκονταν στον εγκέφαλο. Ο John Allan Hobson, ένας εξέχων ερευνητής ύπνου της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ, είχε μόλις δημοσιεύσει μια εργασία στο Nature με τίτλο «Ο ύπνος είναι του εγκεφάλου, του εγκεφάλου και του εγκεφάλου». Όπως θυμάται ο Shaw, "Αυτό αιχμαλώτισε το ζήλο ολόκληρης της κοινότητας ύπνου."

Πράγματι, η τεράστια υπεροχή της έρευνας για τον ύπνο σήμερα εξακολουθεί να επικεντρώνεται στον εγκέφαλο και σε θέματα όπως η γνωστική εξασθένηση. Η απώλεια ύπνου μεταβάλλει τον μεταβολισμό στους ανθρώπους - υπάρχουν συνδέσεις με τον διαβήτη και το μεταβολικό σύνδρομο - αλλά οι ερευνητές δημόσιας υγείας είναι συχνά οι μόνοι που ασχολούνται με αυτό. Όσοι θέλουν να κατανοήσουν τον θεμελιώδη σκοπό του ύπνου σπάνια αναζητούν απαντήσεις στον μεταβολισμό ή σε άλλες χημικές διεργασίες.

Είδη αντιδραστικού οξυγόνου

Οι νευρώνες που εμπλέκονται στη ρύθμιση του ύπνου είναι το επίκεντρο της δουλειάς του Rogulja. Αλλά το γεγονός ότι η απώλεια ύπνου βλάπτει την κυκλοφορία, την πέψη, το ανοσοποιητικό σύστημα και τον μεταβολισμό την έκανε να περιεργαστεί αν αυτά ήταν κατάντη επιπτώσεις νευρολογικών προβλημάτων ή αν ήταν ανεξάρτητα. "Φαίνεται ότι δεν μπορεί να είναι όλα για τον εγκέφαλο", είπε.

Ήξερε για τα πειράματα του Rechtschaffen - «πραγματικά κλασικά» - και ότι υπήρξαν λίγες επακόλουθες ενέργειες. Μόλις διαπιστώθηκε ότι η ολική απώλεια ύπνου σκοτώνει, η χρήση της στέρησης για τη μελέτη του σκοπού του ύπνου είχε πέσει στο περιθώριο. Στις δεκαετίες που μεσολάβησαν, ωστόσο, οι μύγες των φρούτων είχαν γίνει ένα σημαντικό πρότυπο οργανισμό στον τομέα του ύπνου, επειδή η γενετική τους είναι ευρέως κατανοητή και εύκολο να χειριστεί και είναι φθηνή η διατήρηση τους στο εργαστήριο. Πολλές ανακαλύψεις ύπνου που έγιναν για πρώτη φορά σε μύγες έχουν επαληθευτεί στα θηλαστικά. Με την άνοδο των μυγών ως αποδεδειγμένα υποκείμενα δοκιμής, όταν ο Rogulja άρχισε να περιεργάζεται την τελική στέρηση ύπνου, φαινόταν και πάλι ως εύλογο πράγμα για μελέτη.

Όταν η μεταδιδακτορική ερευνήτρια Alexandra Vaccaro έφτασε στο εργαστήριο του Rogulja το 2016, οι δυο τους κατέληξαν σε ένα σχέδιο. Πρώτον, από άλλα εργαστήρια έλαβαν μύγες γενετικά τροποποιημένες ώστε να έχουν κανάλια ευαίσθητα στη θερμοκρασία σε ορισμένους νευρώνες. Πάνω από τους 28 βαθμούς Κελσίου, τα κανάλια άνοιξαν και έμειναν ανοιχτά, κρατώντας τους νευρώνες ενεργοποιημένους και τις μύγες ξύπνιες. Με τα κανάλια κλειστά, οι μύγες απολάμβαναν κανονική διάρκεια ζωής 110 ημερών. Με τα κανάλια ανοιχτά, άρχισαν να πεθαίνουν από ολική στέρηση ύπνου μετά από μόλις 10 ημέρες περίπου, και ήταν όλοι νεκροί μέσα σε 20 ημέρες.

Εμφανίστηκαν ενδιαφέροντα μοτίβα καθώς ο Vaccaro έκανε δοκιμές. Αν έκλεινε τα κανάλια και άφηνε τις μύγες να κοιμηθούν την 10η μέρα, ανέρρωσαν και ζούσαν όσο οι έλεγχοι. Αλλά αν τους στέρησε ξανά πέντε ή 10 ημέρες αργότερα, πέθαιναν:Όποια ζημιά είχε προκληθεί κατά την αρχική τους αϋπνία, προφανώς δεν είχε ακόμη επισκευαστεί. Χρειάστηκαν 15 ολόκληρες μέρες κανονικού ύπνου για να μπορέσουν να στερηθούν τον ύπνο ξανά χωρίς να πεθάνουν αμέσως.

Όταν ο Vaccaro διέλυσε μύγες σε διάφορα επίπεδα στέρησης, οι ιστοί τους έμοιαζαν όλοι άθικτοι, με μια πολύ αξιοσημείωτη εξαίρεση:τα έντερά τους ήταν πυκνά με αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS), μόρια με άτομο οξυγόνου που φέρει ένα εφεδρικό ηλεκτρόνιο. Ορισμένα ROS παράγονται κατά την κανονική πορεία της αναπνοής, του μεταβολισμού και της ανοσολογικής άμυνας των οργανισμών, άλλοτε για συγκεκριμένες λειτουργίες και άλλοτε ως υποπροϊόντα. Αλλά εάν τα ROS δεν παρασυρθούν από αντιοξειδωτικά ένζυμα, γίνονται εξαιρετικά επικίνδυνα, επειδή αυτό το μη ισορροπημένο οξυγόνο αφαιρεί τα ηλεκτρόνια μακριά από το DNA, τις πρωτεΐνες και τα λιπίδια. Πράγματι, μετά την εμφάνιση του ROS μια εβδομάδα μετά τη στέρηση ύπνου των μυγών, οι δείκτες οξειδωτικής βλάβης αυξήθηκαν στα ύψη - ένα σημάδι ότι τα κύτταρα βρίσκονταν σε κρίση.

Τα επίπεδα ROS κορυφώθηκαν τη 10η ημέρα στέρησης. Όταν επετράπη στις μύγες να αρχίσουν να κοιμούνται κανονικά, χρειάστηκαν περίπου 15 ημέρες για να πλησιάσουν ξανά τα επίπεδα ROS τους στη βασική γραμμή — τον ίδιο χρόνο που χρειάστηκε για να μπορέσουν οι μύγες να αντέξουν την εκ νέου στέρηση.

Ο Rogulja και ο Vaccaro δεν περίμεναν ένα τόσο σαφές αποτέλεσμα μέσα σε λίγους μήνες από την έναρξη του έργου. Ήταν τόσο εύκολο να το δούμε που τους έκανε αμέσως δύσπιστους. Όταν η Rogulja έδειξε προκαταρκτικά δεδομένα σε μια συνάντηση των Pew Biomedical Scholars, ο ενθουσιασμός τους την εκνεύρισε λίγο. «Ποτέ δεν είναι έτσι», είπε, προτιμώντας να είναι προσεκτική σχετικά με τα ευρήματα.

Ως αποτέλεσμα, τα τελευταία τρία χρόνια ο Vaccaro και ο Rogulja, μαζί με τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Yosef Kaplan Dor, εργάζονται για να ανοίξουν τρύπες σε αυτή την προφανή σχέση μεταξύ οξείδωσης και απώλειας ύπνου. Στέρησαν τον ύπνο από τις μύγες με μια πιο παραδοσιακή μέθοδο - ανακινώντας το σωληνάριο που τις περιείχε κάθε δύο δευτερόλεπτα - και έλεγξαν αν τα επίπεδα του ROS συσχετίζονται με τα επίπεδα απώλειας ύπνου. έκαναν. Η ομάδα εξέτασε τις μύγες με μεταλλάξεις που προάγουν τον ύπνο ή την εγρήγορση. οι μύγες που στερήθηκαν τον ύπνο είχαν ROS στα σπλάχνα τους. Αντίθετα, κανένα ROS δεν εμφανίστηκε στα έντερα ενός στελέχους μεταλλαγμένων μυγών που είναι γνωστό ότι ανέχονται την έλλειψη ύπνου.

Η πιο περίεργη, πιο συναρπαστική περίοδος του έργου μπορεί να ήταν όταν οι ερευνητές αποφάσισαν ότι εάν η οξείδωση από το ROS σκότωνε τις μύγες, ίσως θα έπρεπε να δώσουν στις μύγες αντιοξειδωτικά. Ακουγόταν σαν ένα τρελό πείραμα υγιεινής διατροφής, αλλά ο Vaccaro έψαξε για αντιοξειδωτικά που ήταν γνωστό ότι δρουν στις μύγες και μετά τα έδωσε στα έντομα. Προς έκπληξη των ερευνητών, οι μύγες που στερήθηκαν θανατηφόρα ύπνο έφτασαν σε κανονική διάρκεια ζωής. Το ίδιο συνέβη όταν αύξησαν τα επίπεδα των αντιοξειδωτικών ενζύμων στο έντερο (αλλά, ενδεικτικά, όχι όταν το έκαναν στο νευρικό σύστημα).

«Δεν μπορώ να φανταστώ να διασκεδάζω περισσότερο στην επιστήμη», είπε ο Rogulja εκείνο το καλοκαίρι. «Όλη η οικογένειά μου και όλο το εργαστήριο μαζευόμασταν το πρωί, μόλις αρχίζαμε να τους δίνουμε αυτά τα αντιοξειδωτικά:«Είναι ζωντανοί!» Και όχι μόνο ήταν ζωντανοί, αλλά και φαίνονταν καλά.»

Ο Vaccaro και ένας τεχνικός στο εργαστήριο, ο Keishi Nambara, μαζί με τους συνεργάτες του στο εργαστήριο του Michael Greenberg στο Χάρβαρντ, πραγματοποίησαν μια ανανεωμένη εκδοχή του πειράματος με μύγες με ποντίκια. Κράτησαν τα ποντίκια ξύπνια για έως και πέντε ημέρες σε ένα κλουβί με μια περιστρεφόμενη μπάρα που ωθούσε απαλά τα ζώα για να τα κάνει να κινηθούν. Στα έντερα των ζώων, εμφανίστηκε η ενδεικτική λάμψη του ROS.

Πρόβλημα σε επίπεδο εντέρου

Για τον Shaw, το νέο χαρτί της ομάδας είναι πολύ ενδιαφέρον. «Είναι πολύ συναρπαστικό να βλέπεις ότι έχουν εκμεταλλευτεί τη δύναμη της γενετικής», είπε. «Παρατήσαμε το όλο εγχείρημα των μυγών που στερούν τον ύπνο [μηχανικά] μέχρι να πεθάνουν επειδή είναι μεγάλα, δύσκολα πειράματα να γίνουν» και είναι δύσκολο να ελέγξουμε το άγχος. Επειδή η μελέτη χρησιμοποιεί τόσο γενετικά όσο και μηχανικά μέσα στέρησης ύπνου, παρακάμπτει αυτό το ζήτημα. «Είναι φανταστικό, φανταστικό. … Μου έκανε μεγάλη εντύπωση», είπε. "Νόμιζα ότι ήταν πολύ καλά ελεγχόμενο."

Πρέπει να διερευνηθεί ακριβώς τι σημαίνουν τα ευρήματα. Υποδηλώνουν ότι ο ύπνος είναι ζωτικής σημασίας για τη ρύθμιση της οξείδωσης του σώματος, ιδιαίτερα στο έντερο, και ότι αυτό είναι πιθανό να έχει ευρέως διαδεδομένες συνέπειες στο σώμα. Όπως γράφουν οι Rogulja και Vaccaro στη νέα τους εργασία:«Η πρόληψη του θανάτου με ένα μόνο μέσο θα υποστήριζε ότι η σταδιακή κατάρρευση σχεδόν όλων των βασικών σωματικών λειτουργιών προέρχεται από μια κοινή προέλευση». Στις μύγες που μελέτησαν, τα αντιοξειδωτικά ήταν το μοναδικό μέσο.

Τα ευρήματά τους συνδυάζονται με μια σειρά προηγούμενων αναφορών που έχουν συνδέσει την οξείδωση και τον ανεπαρκή ύπνο, ιδιαίτερα εκείνων του Έβερσον, ο οποίος άρχισε να ενδιαφέρεται για τον μεταβολισμό ενώ βρισκόταν στο εργαστήριο του Rechtschaffen. Ο Έβερσον ένιωσε από νωρίς ότι ενώ ο εγκέφαλος είναι ρυθμιστής του ύπνου, υπάρχουν περισσότερα στον ύπνο από τη νευρολογία. Σε αρουραίους που στερούνταν ύπνου, παρατήρησε σημάδια ανοσολογικών αποτυχιών και βακτήρια σε ιστούς που θα έπρεπε να ήταν στείροι. Στη συνέχεια, το 2016, εκείνη και οι συνάδελφοί της ανέφεραν ότι είχαν βρει οξείδωση στα συκώτια, τους πνεύμονες και το λεπτό έντερο αρουραίων που στερήθηκαν τον ύπνο. Οι δείκτες φλεγμονής βρίσκονται συχνά να επιπλέουν στους ιστούς μετά από στέρηση ύπνου, είπε ο Έβερσον, αλλά η πηγή τους δεν ήταν ποτέ ξεκάθαρη. Εάν η οξείδωση είναι εκτός ελέγχου κάπου στο σώμα, η προκύπτουσα κρίση κυτταρικής βλάβης θα μπορούσε να προκαλέσει αυτή την ώθηση.

Ο Έβερσον διαπίστωσε επίσης ότι τα έντερα των αρουραίων που στερούνταν ύπνου παρουσίαζαν διαρροές, απελευθερώνοντας βακτήρια στην κυκλοφορία του αίματος των ζώων. Αλλά από ό,τι έχουν δει η Rogulja και οι συνάδελφοί της, τα σπλάχνα των μυγών δεν φαίνεται να διαρρέουν. Το ROS επίσης δεν φαινόταν να αυξάνεται σε κανέναν από τους άλλους ιστούς που εξέτασαν. Και παρόλο που οι μύγες μερικές φορές έτρωγαν περισσότερο όταν στερούνταν ύπνου, το επίπεδο ROS στα έντερα τους έμοιαζε το ίδιο ανεξάρτητα.

Δεν είναι σαφές πώς όλα αυτά τα κομμάτια του παζλ σχετικά με την οξείδωση σε αρουραίους και μύγες θα μπορούσαν να ταιριάζουν μεταξύ τους και ο Giorgio Gilestro, ερευνητής ύπνου στο Imperial College του Λονδίνου, σημειώνει ότι ενώ αυτά τα πειράματα καθιστούν σαφές ότι τα ROS σκοτώνουν τις μύγες, αυτό δεν είναι απαραίτητα σημαίνει ότι το ίδιο πράγμα σκότωσε τους αρουραίους. Μια μικρή μελέτη σε ανθρώπους που έχασαν τον ύπνο τους έδειξε ότι η σύνθεση των μικροβιωμάτων του εντέρου τους, των βακτηρίων που ζουν στα έντερα, μετατοπίστηκε μετά από ανεπαρκή ύπνο, ένα ενδιαφέρον αν προκαταρκτικό εύρημα που δείχνει μια άλλη σχέση μεταξύ ύπνου και εντέρου.

Ωστόσο, ίσως το πιο πιεστικό ζήτημα είναι ότι κανείς δεν γνωρίζει από πού προέρχονται τα ROS και γιατί συσσωρεύονται στο έντερο. Ποια διαδικασία - μεταβολική ή άλλη - τα δημιουργεί; Η στέρηση ύπνου προκαλεί υπερπαραγωγή ROS; Ή μήπως παρεμβαίνει σε κάποια διαδικασία που συνήθως τα καθαρίζει; Και γιατί ούτως ή άλλως το ROS συνδέεται με τον ύπνο; Ο Rogulja σχεδιάζει πειράματα για να διερευνήσει ορισμένες πτυχές αυτών των ερωτήσεων.

Πίσω από όλα αυτά κρύβεται το εκπληκτικό, μπερδεμένο εύρος του τι κάνει ο ύπνος για το σώμα. Το γεγονός ότι η μάθηση, ο μεταβολισμός, η μνήμη και μυριάδες άλλες λειτουργίες και συστήματα επηρεάζονται κάνει μια αλλαγή τόσο βασική όσο και η παρουσία των ROS αρκετά ενδιαφέρουσα. Αλλά ακόμα κι αν το ROS βρίσκεται πίσω από τη θνησιμότητα της απώλειας ύπνου, δεν υπάρχουν ακόμη στοιχεία ότι τα γνωστικά αποτελέσματα του ύπνου, για παράδειγμα, προέρχονται από την ίδια πηγή. Και ακόμη κι αν τα αντιοξειδωτικά αποτρέπουν τον πρόωρο θάνατο στις μύγες, ενδέχεται να μην επηρεάζουν τις άλλες λειτουργίες του ύπνου ή αν επηρεάζουν, μπορεί να οφείλεται σε διαφορετικούς λόγους.

Οι μύγες που δεν κοιμούνται ποτέ και τα λαμπερά έντερά τους μας θυμίζουν ότι ο ύπνος είναι βαθιά μια εμπειρία ολόκληρου του σώματος, όχι απλώς μια λειτουργία του νου και του εγκεφάλου. Στους θανάτους τους μπορεί να κρύβονται κάποιες απαντήσεις για το γιατί η αϋπνία σκοτώνει και - ενδεχομένως, δελεαστικά - τι κάνει ο ύπνος για να συνδέει διαφορετικά συστήματα σε όλο το σώμα. Ο Shaw, για ένα, ενδιαφέρεται να δει τι θα συμβεί στη συνέχεια στο εργαστήριο του Rogulja. «Είναι μια εξαιρετικά σημαντική ερώτηση», είπε, «και έχουν βρει έναν τρόπο να το αντιμετωπίσουν.

Διορθώσεις:10 Ιουνίου 2020
Η Dragana Rogulja περιγράφηκε αρχικά ως αναπτυξιακή νευροεπιστήμονας από την εκπαίδευση. Το διδακτορικό της είναι στην αναπτυξιακή βιολογία.
Η περιγραφή του πειράματος του πικάπ στο εργαστήριο Rechtschaffen αναθεωρήθηκε για  ακρίβεια.