TUNNE KEHOSI: Aivosi kutistuvat nukkuessasi

Teksti:

Andreas Andersen

Julkaistu 26. 03. 20

On tarpeellisempaa nukkua kuin syödä. Ravinnotta pärjää jopa kaksi kuukautta, mutta kukaan ei ole pystynyt valvomaan 12:ta vuorokautta pitempään.

Unenpuute sotkee muistin, hyydyttää reaktiot ja romuttaa arvostelukyvyn. Kun ei saa tai voi nukkua, elimistö joutuu koville ja immuunijärjestelmä alkaa pettää.

Lopulta aivot eivät enää kykene erottamaan todellisia asioita kuvitelluista ja todellisuudentaju häviää.

Tieteilijät ovat tuhansia vuosia pohtineet sitä, miksi uni on niin tärkeää elimistölle, ja nykyään tutkijat porautuvat yhä syvemmälle elimistön salaisuuksiin löytääkseen tähän vastauksen.

He ovat työntäneet mikroskooppeja hiirten kallon läpi ja tuijottaneet vuosikausia hiirten aivojen ohuita viipaleita. Yksi vastaus kysymykseen on se, että nukumme, jotta aivomme voivat kutistua.

Aivot huuhtovat jätteet viemäriin

Yhteys ympäristöön katoaa nukahtamisen jälkeen. Tietoisuudessa tapahtuvia muutoksia voidaan seurata elektrodeilla, jotka mittaavat aivojen aaltoilevaa aktiivisuutta.

Nukahtamishetkestä eteenpäin aivot toimivat eri tavalla kuin valvetilan aikana. Aivosolujen viestintä muuttuu, ja aivoaallot näyttävät erilaisilta.

Nukkuminen jakautuu useisiin eri univaiheisiin. Kevyellä ja syvällä unella sekä REM- eli vilkeunella on omat tyypilliset aivoaaltomuotonsa.

Nainen elektrodit päässään aivoaaltojen rekisteröimiseksi. — © Burger/Getty Images

Unikäyrä paljastaa ÄO:n

Aivot puurtavat sinäkin aikana, kun nukut. Hermosolut viestivät keskenään, ja niiden aaltoilevaa aktiivisuutta voidaan seurata päähän kiinnitettävien elektrodien avulla.

Saksalaistutkijat ovat havainneet laajassa kokeessa, että tietyt aivoaaltokuviot, niin sanotut unisukkulat, voivat paljastaa ihmisen älykkyyden. Ihmiset, joilla esiintyy paljon unisukkuloita, selviävät hyvin ÄO-testeissä.

Tutkijoiden mukaan yhteys johtuu siitä, että unisukkulat heijastavat niin sanotun valkoisen aineen määrää aivoissa, ja älykkäillä ihmisillä on keskimääräistä enemmän valkoista ainetta. Tutkimuksissa on havaittu myös ero naisten ja miesten välillä.

Älykkyysosamäärän ja unisukkuloiden välinen yhteys tuli selvästi esiin naisilla. Miehillä se näkyi vain, jos he ottivat lyhyet päiväunet. Tulos antaa ymmärtää, että uni vaikuttaa naisten aivoihin eri tavalla kuin miesten.

Uinuvat aivot saavat muutkin kehonosat vaipumaan rauhalliseen olotilaan.

Lihakset eivät enää saa käskyjä ja rentoutuvat täydellisesti. Samanaikaisesti sydämen syke hidastuu yli 25 prosenttia, ruumiinlämpö laskee alle 36 asteeseen ja elimistön hapenkulutus pienenee 15 prosenttia.

Huuhtelu pitää aivot puhtaina

Kun pimeys laskeutuu, aivosi avaavat padot, jotta neste pääsee virtaamaan niiden läpi.

Aivo-selkäydinneste ympäröi aivoja ja täyttää kaikki niiden ontelot. Aivokammion suonipunos tuottaa sitä noin seitsemän desilitraa vuorokaudessa.

Nestettä poistuu joka päivä saman verran aivoista verisuonien kautta. Välttämätön aine suojaa aivoja iskuilta ja tärinältä ja auttaa aivokudosta pääsemään eroon solujen jätteistä

Ennen vuoden 2013 tutkimusta ei osattu selittää, millä tavalla aivo-selkäydinneste pääsee puhdistamaan aivokudoksen syvempiä osia soluille haitallisista jäteaineista.

Tutkimus tehtiin laboratoriohiirillä, joiden aivo-selkäydinnesteeseen oli lisätty fluoresoivia merkkiaineita. Näiden ansiosta virtausta oli mahdollista seurata kalloon tehdyn reiän kautta ujutetulla mikroskoopilla.

Seuranta paljasti, että aivo-selkäydinneste siirtyy aivojen syviin osiin verisuonien lomassa kulkevien pienten kanavien kautta.

Väylät kuuluvat niin sanottuun glymfaattiseen järjestelmään, joka on elintärkeä. Perusteellinen huuhtelu varmistaa, että aivot pääsevät eroon haittaaineista, jotka kertyessään voivat myrkyttää solut.

Eläimillä esiintyy erikoisia nukkumistapoja, jotka eivät esimerkiksi estä liikkumista

Katso kaikki

NUKKUA VOI LIIKKEELLÄKIN

1 / 3

FREGATTILINNUT UINUVAT LENTÄESSÄÄN

Viime vuonna saatiin pitävää näyttöä siitä, että linnut voivat nukkua, kun ne ovat siivillään. Päähän kiinnitetyt elektrodit osoittivat, että fregattilinnuilla aivopuoliskot nukahtavat vuorotellen. Vuorottelun ansiosta linnut voivat pysyä ilmassa jopa 10 vuorokautta yhtä kyytiä.

Kun tutkijat vertasivat glymfaattisen järjestelmän toimintaa valve- ja unitilan aikana, he päätyivät yllättävään tulokseen.

Kävi ilmi, että järjestelmä ei käytännössä toimi muulloin kuin nukuttaessa. Aivot aloittavat huuhtelun pian nukahtamisen jälkeen.

Selittäväksi tekijäksi arvellaan noradrenaliinihormonia, jolla on tärkeä osa vireyden säätelyssä. Uneen vaipumisen jälkeen aivojen noradrenaliinipitoisuus pienenee, ja ilmeisesti tämä muutos mahdollistaa glymfaattisen järjestelmän aktivoitumisen.

Toisin sanoen nukkuminen varmistaa, että aivot eivät huku omiin jätteisiinsä.

Hermoliitokset kutistuvat

Yhdysvaltalaisen Wisconsinin yliopiston tutkijaryhmä totesi aiemmin tänä vuonna, että aivosolujen väliset yhteydet surkastuvat unen aikana.

Synapseiksi kutsutut hermoliitokset ovat keskeisessä asemassa esimerkiksi muistitoiminnoissa, koska ne pystyvät tallentamaan niitä ärsykkeitä, joita valveillaoloaikana vastaanotetaan.

Yhdysvaltalaistutkijoita kiinnosti, mitä synapseille tapahtuu, kun nukutaan.

Vaikka hermoliitokset ovat yleensä vain alle mikrometrin eli millimetrin tuhannesosan kokoisia, niitä voitiin kuvata kolmiulotteisesti SBF-SEM-tekniikalla, joka on suhteellisen uusi pyyhkäisyelektronimikroskopian sovellus.

Ensin hiiren aivoista otetun pienen näytteen pinta kuvattiin. Sitten siitä leikattiin äärimmäisen terävällä timanttiveitsellä muutaman nanometrin eli millimetrin miljoonasosan paksuinen viipale, ja mikroskooppi otti siitä toisen kuvan. Toistamalla vaiheet tuhansia kertoja voitiin kuvata joka ainoa kerros.

Lopuksi tietokone yhdisti yksittäiset kuvat pienen aivojen osan kolmiulotteiseksi malliksi.

Riittävän suuren tutkimusaineiston kokoamiseen kului monta vuotta. Analysointivaiheessa määritettiin lähes 7 000 synapsin koko.

Ne olivat peräisin useilta eri hiiriltä, jotka olivat näytteenottohetkellä joko valvetai unitilassa. Vertailuryhmien välinen ero oli selvä: nukkuvien hiirien synapsit olivat keskimäärin 18 prosenttia pienempiä kuin koko päivän hereillä olleiden hiirien.

Proteiinit hävittävät muistoja

Yhdysvaltalaisen Johns Hopkinsin yliopiston tutkijat sukelsivat syvemmälle aivoihin.

He havainnoivat niitä synapsien proteiineja, joilla osoittautui olevan ratkaiseva merkitys aivojen unen aikaiselle laihdutuskuurille.

Keskeisiin proteiineihin kuuluvat niin sanotut AMPA-reseptorit, joita on hermoliitoksessa toisen solun pinnalla ja jotka sitovat välittäjäaineita toisesta solusta.

Synapsit kutistuvat

Aivoissasi on satoja biljoonia synapseja eli hermoliitoksia, jotka yhdistävät yksittäisiä hermosoluja ristiin rastiin. Jokaisessa synapsissa on sekaisin tuhansia proteiineja, mutta niin sanotut AMPA-reseptorit erottuvat joukosta.

Ne varmistavat, että pystyt muistamaan niitä aistimuksia, joita on syntynyt sinä aikana, kun olet ollut valveilla. Nukkuessasi aivot eristäytyvät ulkomaailmasta ja synapsit voivat rauhassa siirtää proteiineja.

Koska monet AMPA-reseptorit saavat lähtöpassit, muistettavat aistimukset alkavat hävitä. Aivot eivät kuitenkaan tuhoa muistikuvia summassa. Valikoinnin ansiosta tärkeät muistot säästyvät puhdistukselta.

Kun reseptorit ottavat vastaan viestin, ne huolehtivat siitä, että se välittyy eteenpäin sähköimpulssina. Jos synapsia käytetään paljon valveillaoloaikana, hermosolu siirtää synapsiin enemmän AMPA-reseptoreja.

Niinpä synapsi kasvaa. Synapsin toiminnan sujuvuus taas riippuu reseptorien määrästä. Esimerkiksi näköärsyke, joka on vahvistanut synapseja, on helpompi muistaa.

Nähdäkseen, mitä nukkuminen tekee AMPA-reseptoreille, tutkijat porasivat reiän hiiren kalloon ja havainnoivat mikroskoopin avulla synapsien proteiineja.

Kuvissa näkyi selvä muutos sen jälkeen, kun hiiri oli nukahtanut. Suuri osa AMPA-reseptoreista hävisi hiiren nukkuessa. Tämä viittasi siihen, että uni tuhosi hiiren muistoja.

Lähempi tarkastelu paljasti, että synapseissa esiintyi hiiren nukkuessa Homer1animistä proteiinia.

Nimenomaan se näytti poistavan AMPA-reseptoreja. Tutkimustulos herätti lisää kysymyksiä. Aivothan tuskin heikensivät vahingossa tiedonsiirtoyhteyksiään. Syytä alettiin selvittää kokeellisesti.

Din hjerne skrumper, mens du sover - bakterier — © Shutterstock

Valvominen päästää pöpöt valloilleen

Kun ei ole nukkunut pariin vuorokauteen, elimistö alkaa pettää. Puolustusreaktiot heikkenevät, ja psyyke häiriintyy

24 TUNNIN KULUTTUA

Sinun on vaikea oppia uutta ja muistaa asioita oikein. Ongelmat johtuvat siitä, että aivot eivät ole päässeet tyhjentämään itseään tuoreista ärsykkeistä. Siksi niiden kapasiteetti osoittaa loppumisen merkkejä.

36 TUNNIN KULUTTUA

Kehosi siirtyy hälytystilaan. Unenpuute saa aivot kiihdyttämään stressihormonien tuotantoa. Niiden vaikutuksesta syke nopeutuu ja verenpaine kohoaa. Ruoansulatus sen sijaan hidastuu tai jopa pysähtyy.

48 TUNNIN KULUTTUA

Tulet alttiiksi bakteeri- ja virustartunnoille. Valvominen haittaa tiettyjen puolustussolujen muodostumista. Ilman niitä immuunijärjestelmä ei pysty tunnistamaan eikä tuhoamaan taudinaiheuttajia.

72 TUNNIN KULUTTUA

Todellisuudentajusi hämärtyy. Mielen tuottama aistimus tuntuu todelta, koska aivojen eri osat eivät tee normaalisti yhteistyötä. Kun esim. harhanäky syntyy, näköalueet aktivoituvat ilman aitoja hermoimpulsseja.

Kokeessa käytettiin häkkiä, jossa hiirille oli mahdollista antaa vaimea sähköisku pohjan kautta. Osaan koeeläimistä pistettiin jo valveillaoloaikana ainetta, joka esti Homer1a:ta toimimasta ja siten heikentämästä synapsien toimintaa unen aikana.

Kun hiirille annettiin seuraavana päivänä sähköisku, niiden reaktiot vaihtelivat sen mukaan, olivatko niiden synapsit kutistuneet nukkumisen aikana vai eivät.

Ne hiiret, joiden synapseissa Homer1a oli saanut toimia normaalisti, säikähtivät vähemmän. Reagointitavassa ei ollut eroa silloinkaan, kun käytettiin häkkiä, jota hiiret eivät voineet kokemuksesta liittää sähköiskuun.

Tutkimustulos vihjasi vahvasti unen päätehtävästä.

Nukkuminen antaa aivoille mahdollisuuden kutistua ja samalla tyhjentää roskakorejaan. Jos aivot eivät hylkäisi muistiainesta, ne hukkuisivat ärsyketulvaan ja menettäisivät toimintakykynsä.

Laskelmat osoittivat, että noin 80 prosenttia synapseista surkastuu nukkumisen aikana. Tutkijoiden mukaan raju karsinta varmistaa muistin toimintaedellytykset.

Nukkuminen ehkäisee dementiaa

Vaikka synapsien todettiin enimmäkseen kutistuvan, osassa niistä ei todettu tapahtuvan merkittäviä muutoksia. Se, mitkä hermoliitokset säilyvät ennallaan, ei ole sattuman varassa.

Uni varjelee vahvimpia hermoyhteyksiä, joiden ansiosta muistiainesta on helppo palauttaa mieleen. Ahkera käyttö vahvistaa synapseja.

Siitä, että nukkumisen aikainen puhdistus hävittää paljon muistiainesta, on enemmän hyötyä kuin haittaa, sillä se varmistaa, että tärkeät muistot säilyvät kirkkaina.

Riittävällä yölevolla on tutkitusti terveyttä edistävä vaikutus. Jatkuvasti liian vähän nukkumalla voikin vahingoittaa itseään pysyvästi.

Muun muassa aikuisilla, jotka kärsivät unihäiriöistä, on keskimääräistä suurempi riski sairastua Alzheimerin tautiin myöhemmällä iällä. Syy-yhteyttä tutkitaan, mutta kokonaiskuva on vielä epäselvä.

Tähän mennessä on saatu viitteitä siitä, että haittaaineiden kertyminen hermosolujen ympärille ja AMPA-reseptorien säätelyn pettäminen kuuluvat vaaratekijöihin.

Aivojen toimintakykyä voi siis tukea niinkin helposti kuin nukkumalla tarpeeksi.