de första tecknen på otillräcklig sömn är allmänt kända. Det finns trötthet och trötthet, koncentrationssvårigheter, kanske irritabilitet eller till och med trötta fnittrar. Långt färre människor har upplevt effekterna av långvarig sömnbrist, inklusive desorientering, paranoia och hallucinationer.
totalt, långvarig sömnbrist kan dock vara dödlig., Även om det har rapporterats hos människor endast anekdotiskt, visade en allmänt citerad studie på råttor som genomfördes av Chicago-baserade forskare 1989 att en total brist på sömn oundvikligen leder till döden. Men trots årtionden av studier har en central fråga varit olöst: Varför dör djur när de inte sover?
nu har Harvard Medical School (HMS) neuroforskare identifierat en oväntad orsakssamband mellan sömnbrist och för tidig död.,
i en studie om sömnberövade fruktflugor, publicerad i Cell den 4 juni, fann forskare att döden alltid föregås av ackumulering av molekyler som kallas reaktiva oxidativa arter (ROS) i tarmen.
När fruktflugor gavs antioxidantföreningar som neutraliserar och rensar ROS från tarmen, förblev sömnberövade flugor aktiva och hade normala livslängd. Ytterligare experiment hos möss bekräftade att ROS ackumuleras i tarmen när sömnen är otillräcklig.
resultaten tyder på möjligheten att djur verkligen kan överleva utan sömn under vissa omständigheter., Resultaten öppnar nya vägar för studier för att förstå de fulla konsekvenserna av otillräcklig sömn och kan en dag informera utformningen av tillvägagångssätt för att motverka dess skadliga effekter hos människor, sade författarna.
”vi tog ett opartiskt tillvägagångssätt och sökte i hela kroppen efter indikatorer på skador från sömnbrist. Vi blev förvånade över att det var tarmen som spelar en nyckelroll för att orsaka döden”, säger seniorstudieförfattaren Dragana Rogulja, biträdande professor i neurobiologi i Blavatnik-institutet vid HMS.,
” ännu mer överraskande fann vi att för tidig död kunde förebyggas. Varje morgon skulle vi alla samlas för att titta på flugorna, med misstro för att vara ärlig. Vad vi såg är att varje gång vi kunde neutralisera ROS i tarmen kunde vi rädda flugorna”, sa Rogulja.
forskare har länge studerat sömn, ett fenomen som verkar vara grundläggande för livet, men en som på många sätt förblir mystisk. Nästan alla kända djur sover eller uppvisar någon form av sömnliknande beteende. Utan nog av det uppstår allvarliga konsekvenser., Hos människor är kronisk otillräcklig sömn associerad med hjärtsjukdom, typ 2-diabetes, cancer, fetma, depression och många andra tillstånd.
tidigare forskning har visat att långvarig total sömnbegränsning kan leda till för tidig död i djurmodeller. Ansträngningar för att svara på hur sömnbrist kulminerar i döden har främst fokuserat på hjärnan, där sömn härstammar, men ingen har givit avgörande resultat.,
tarmackumulering
Spearheaded av studie medförsta författare Alexandra Vaccaro och Yosef Kaplan Dor, båda forskare i neurobiologi vid HMS, genomförde laget en serie experiment i fruktflugor, som delar många sömnreglerande gener med människor, för att söka efter tecken på skador orsakade av sömnbrist i hela kroppen. För att övervaka sömn använde forskarna infraröda strålar för att ständigt spåra rörelsen av flugor inrymda i enskilda rör.
de fann att flugor kan sova genom fysisk skakning, så laget vände sig till mer sofistikerade metoder., De genetiskt manipulerade fruktflugor för att uttrycka ett värmekänsligt protein i specifika neuroner, vars aktivitet är känd för att undertrycka sömn. När flugor inhystes vid 29 grader Celsius (84 grader Fahrenheit) inducerade proteinet neuroner att förbli ständigt aktiva, vilket förhindrar flugorna från att sova.
efter 10 dagar av temperaturinducerad sömnbrist spikade dödligheten bland fruktflugorna och alla dog runt dag 20. Kontrollflugor som hade normal sömn levde upp till cirka 40 dagar under samma miljöförhållanden.,
eftersom dödligheten ökade runt dag 10 letade forskarna efter markörer för cellskador på det och föregående dagar. De flesta vävnader, inklusive i hjärnan, var oskiljbara mellan sömnberövade och icke-berövade flugor, med ett anmärkningsvärt undantag.
tarmarna av sömnberövade flugor hade en dramatisk uppbyggnad av ROS — mycket reaktiva, syreinnehållande molekyler som i stora mängder kan skada DNA och andra komponenter inom celler, vilket leder till celldöd. Ackumuleringen av ROS nådde en topp runt dag 10 av sömnbrist, och när deprivation stoppades minskade ROS-nivåerna.,
ytterligare experiment bekräftade att ROS bygger upp i tarmen hos endast de djur som upplevde långvarig sömnförlust och att tarmen verkligen är huvudkällan till detta uppenbarligen dödliga ROS.
”Vi fann att sömnberövade flugor dog i samma takt, varje gång, och när vi tittade på markörer för cellskador och död, var den enda vävnaden som verkligen stod ut tarmen”, sa Vaccaro. ”Jag kommer ihåg när vi gjorde det första experimentet, du kunde omedelbart berätta under mikroskopet att det fanns en slående skillnad. Det händer nästan aldrig i labbforskning.,”
teamet undersökte också om ROS-ackumulering uppträder hos andra arter genom att använda mild, kontinuerlig mekanisk stimulering för att hålla mössen vaken i upp till fem dagar. Jämfört med kontrolldjur hade sömnberövade möss förhöjda ROS-nivåer i små och stora tarmar men inte i andra organ, ett fynd som överensstämde med observationerna i flugor.
Death rescue
för att ta reda på om ROS i tarmen spelar en orsakssamband i sömnbrist-inducerad död, bestämde forskarna sig för att avgöra om förebyggande av ROS-ackumulering skulle kunna förlänga överlevnaden.,
de testade dussintals föreningar med antioxidantegenskaper som är kända för att neutralisera ROS och identifierade 11 som, när de gavs som kosttillskott, tillät sömnberövade flugor att ha en normal eller nära normal livslängd. Dessa föreningar, såsom melatonin, liposyra och NAD, var särskilt effektiva vid clearing ROS från tarmen. I synnerhet förlängde tillägget inte livslängden för icke-berövade flugor.
rollen som ROS-borttagning för att förhindra död bekräftades ytterligare av experiment där flugor genetiskt manipulerades för att överproducera antioxidantenzymer i sina tarmar., Dessa flugor hade normal till nästan normal livslängd när sömnberövade, vilket inte var fallet för kontrollflugor som överproducerade antioxidantenzymer i nervsystemet.