Summary in Hungarian SUMMARY IN HUNGARIAN MAGYAR NYELVŰ ÖSSZEFOGLALÓ Naponta hozzávetőlegesen nyolc órát töltünk alvással, vagyis életünk egy-harmadát átalusszuk. Magában a tény, hogy ilyen sok időt szentelünk az alvásra nap mint nap, arra utal, hogy az alvásnak fontos élettani szereppel kell bírnia. Mivel az alvásból jórészt felfrissülten ébredünk, ezért intuitív alapon az alvásnak általában valamiféle regeneratív funkciót tulajdonítanak. Az alvás pontos biológiai funkciója vagy funkciói azonban továbbra is vita tárgyát képezik. Akármi is legyen az oka, hogy alszunk, az alvásra szükségünk van az egészséges mentális és kognitív működéshez. Számos, embereken végzett kísérlet kimutatta, hogy alvás nélkül még ha az alvással töltött óráknak csak egy kis részét is veszítjük el komoly emocionális, kognitív, tanulási és motoros zavarok lépnek fel. Ezek a problémák nagy jelentőséggel bírnak, hiszen a fejlett társadalmak krónikus alváshiánytól szenvednek. Az elmúlt évszázad során 20%-kal csökkentettük az átlagosan alvásra fordított időt, ez azt jelenti, hogy egy-két órával kevesebbet alszunk, mint száz évvel ezelőtt élt embertársaink. Az alváshiányt kialakító legfőbb okok közül kiemelkedik a televíziózás és az internet használat hatása, a váltottműszak valamint a modernizáció és globalizáció következményeként kialakult ún. 24/7 (kb. éjjelnappali) társadalom. A kérdés természetesen az, hogy ennek a krónikus alváshiánynak vannak-e hosszútávú következményei? Embereken végzett epidemiológiai kutatásokból kiderült, hogy a fiatalkori alvásproblémák hatással lehetnek az egyén pszichéjére akár évtizedek múlva is. Az egyik ilyen vizsgálatban orvostanhallgatókat kérdeztek meg az alvási szokásaikról, majd 30-40 év múlva ismét megkeresték őket és ez alkalommal a kedélyállapotukról tettek fel kérdéseket. Ez a tanulmány kimutatta, hogy a fiatalkori álmatlanság és a később kialakuló depresszió között szignifikáns korreláció áll fenn. Nemcsak a depresszió, hanem egy másik stresszel kapcsolatos szindróma, a poszt-traumatikus stressz betegség esetében is úgy találták, hogy az alvásproblémák rizikófaktorként szerepelhetnek a betegség kialakulásában. Ezen tézisek fő célja az volt, hogy összekössön egymással két kutatási területet. Az egyik az imént említett terület, amely rámutatott, hogy az alvásproblémák komoly következményekkel bírhatnak az egyén kedélyállapotára nézve. A másik kutatási terület a kedélybetegségek (depresszió, mánia, poszttraumás stressz betegség, stb.) neurobiológiai hátterével foglalkozik. Mindezekre alapozva a munkánk fő kérdése az volt, hogy vajon az alvásmegvonás valóban előidéz-e olyan neurobiológiai és funkcionális változásokat, amelyek jellemzőek a kedélybeteg agyra. Ebben a tekintetben a jelen tézisek hiánypótló munka. Korábban nem létezett kísérletes állatmodell, amely a modern emberi társadalomban oly gyakori krónikus részleges alváshiányt modellezné. Modellünkben az alvásmegvonáshoz lassan forgó műanyag dobokba helyeztük a patkányokat. A műanyag hengerek forgási sebessége elegendő volt ahhoz, hogy ébren tartsa az állatokat, de nem kényszerítette őket megerőltető fizikai teljesítményre. A krónikus részleges alvásvesztés modellezése végett a patkányokat több napon keresztül (1-9 nap) naponta 20 órás alvásmegvonásnak vetettük alá és csak 4 órányi pihenést engedélyeztünk nekik. Az alvásmegvont állatok mellett kontrollként egy olyan csoportot is használtunk, amelynek alvásmegvonó hengerei 127
Magyar nyelvű összefoglaló kétszeres sebességgel forogtak, de csak fele annyi ideig, mint az alvásmegvont állatokéi. Így ezek az állatok ugyanannyi utat kellett, hogy megtegyenek a hengerekben, de aludni annyit tudtak, mint amennyi a fiziológiai szükséglete egy patkánynak (napi 10-12 óra). A tézisek második fejezete azt tárgyalja, hogy az alvásmegvonás milyen hatással van a szerotonin 1A (5-HT1A) receptor rendszerre. Depressziótól szenvedő emberekben kimutatták, hogy bennük ez a receptor rendszer veszít érzékenységéből, és ennek következtében valószínűleg csökken a szerotonerg ingerületátvitel. A depresszió kialakulásával kapcsolatos egyik vezető elmélet szerint ez a redukálódott szerotonerg neurotranszmisszió szolgál alapul a kedély romlásához. Vizsgálataink azon az élettani jelenségen alapultak, mely szerint egy 5-HT1A receptor agonista (8-OH-DPAT) injekcióját követően a patkányok testhőmérséklete lecsökken. A hőmérséklet csökkenésének mértékéből következtethetünk arra, hogy általánosságban mennyire érzékeny az agonistával szemben az állat 5-HT1A receptor rendszere. A testhőmérsékletet rádiótelemetriás módszerrel mértük: az állatok hasüregébe beültetett érzékelő jelátvivő frekvenciaértékekké alakította a mért testhőmérsékletet adatokat, majd rádiójeleket küldött a ketrecek alá helyezett antennákhoz, amelyek egy adatrögzítő rendszerrel álltak összeköttetésben. Az eredményeink azt mutatták, hogy a részleges alvásmegvonás következtében az 5-HT1A receptor rendszer fokozatosan veszít érzékenységéből (deszenzitizálódik): az érzékenység csökkenése nem látható 2 napnyi alváskorlátozás után, viszont szignifikánsan kimutatható 8 napnyi kezelés után. További kísérleteink azt mutatták, hogy ez a deszenzitizáció nem az alvásmegvonással együtt járó fizikális megterhelésnek (hogy az állatoknak mozogni kell az alvásmegvonó apparátusban) köszönhető, hanem valóban a túl kevés alvás következménye. Egy további kísérletben arra kerestük a választ, hogy mennyi felépülési idő szükséges ahhoz, hogy az 5-HT1A receptor rendszer érzékenysége visszatérjen a kontroll állatok szintjére a 8 napnyi alváskorlátozás után. Az eredményeink kimutatták, hogy legalább 7 zavartalan nap szükséges ahhoz, hogy a szerotonerg rendszer érzékenysége helyreállítódjon. A tézisek harmadik fejezete azon kísérleteinket foglalja össze, melyek során azt akartuk kideríteni, hogy az alváskorlátozás következtében kialakuló 5-HT1A receptor deszenzitizáció az alvásvesztéssel kapcsolatos megemelkedett stresszhormon szintnek köszönhető-e. Ehhez adrenalektomizált (mellékvese nélküli) és áloperált állatokat használtunk. Ennek a fejezetnek a másik kérdése az volt, hogy vajon az alvásmegvonás hatással van-e egy másik, depresszióban implikált transzmitter rendszerre, a muszkarinos kolinerg receptor rendszerre. Korábbi munkák kimutatták, hogy depresszióban ennek a receptor rendszernek megnő az érzékenysége és erre alapozva azt hipotetizálták, hogy egy szerotonerg-kolinerg egyensúlyvesztés adja a depresszió neurobiológiai alapját. A kolinerg receptor rendszer érzékenységét a szerotonerg rendszeréhez hasonlóan vizsgáltuk: ennek a rendszernek a vizsgálatához egy muszkarinos kolinerg agonista (oxotremorin) injekciója után mértük a testhőmérséklet csökkenését. Ezek a vizsgálatok megerősítették a korábbi eredményeinket, miszerint a krónikus alvásmegvonás deszenzitizációt idéz elő az 5-HT1A receptor rendszerben, továbbá kimutattuk, hogy ez független a stresszhormon kortikoszterontól. Ezenkívül azt találtuk, hogy az egyik kontroll kezelés önmagában, amelyben az állatok intenzívebb mozgásra voltak kényszerítve és magas kortikoszteron szintet mutattak, a 128
Summary in Hungarian muszkarinos kolinerg rendszer szenzitizálásához vezetett. Mindez azért érdekes, mert a stresszt régóta a depresszió egyik rizikófaktorának tekintik. Továbbá a túl kevés alvás és a stressz rendszerint együtt járnak és így együtt valószínűleg még hatékonyabban vezethetnek egy olyan agyi állapothoz, amely hajlamos a kedélybetegségekre. A negyedik fejezet azt összegzi, hogy az alvásmegvonás milyen hatással van a stressz rendszerek egyikére; a hipotalamusz-agyalapi mirigy-mellékvese tengelyre. Ez a rendszer az adenokortikotróp hormon (ACTH) és kortikoszteron stresszhormonokat termeli, ha a szervezet stresszoroknak van kitéve. Korábbi kísérletek rámutattak, hogy az alvásmegvonás csökkenti egy új, heterogén stresszor által kiváltott ACTH termelést, míg a kortikoszteron válasz nem változik. Mivel az ACTH termelése alapvetően a kortikotropin releasing hormon (CRH) és a szerotonin szabályozása alatt áll, ezért ebben a fejezetben azt vizsgáltuk, hogyan változik az ACTH és kortikoszteron termelése alvásmegvont állatokban CRH illetve a korábban használt szerotonerg agonista (8-OH-DPAT) injekcióját követően. Ehhez a kísérlethez olyan állatokat használtunk, amelyekbe az egyik nyaki vénán (vena jugularis) keresztül egy szívkatétert ültettünk be. A katétert a fej tetején externalizáltunk, így lehetővé vált, hogy stresszmentes, nyugalmi körülmények között vegyünk az állatokból vérmintákat. Az eredmények azt mutatták, hogy a krónikus alvásmegvonás csökkentette mind a CRH, mind a 8-OH-DPAT katéteren keresztüli injekciója által kiváltott ACTH felszabadulást a kontroll állatokhoz képest. Ez arra enged következtetni, hogy az alvásmegvonás valószínűleg az agyalapi mirigyben található CRH és 5-HT1A receptorok deszenzitizációjához vezet. Ugyanakkor a két vegyület befecskendezését követő kortikoszteron válasz nem különbözött az alváskorlátozott és kontroll állatok között. Ez annak lehet a következménye, hogy a mellékvesekéregben található ACTH receptorok érzékenysége megnövekedett az alvásvesztés miatt, így kevesebb ACTH is több kortikoszteron termelését okozta. A következő, ötödik fejezetben leírt kísérletekben azt vizsgáltuk, hogy a korábbi fejezetekben tárgyalt, a 5-HT1A receptor által közvetített funkcionális válaszok (testhőmérséklet, hormonelválasztás) redukciója mögött milyen sejtbiológiai változások állhatnak. Ehhez alvásmegvont és kontroll állatokból gyűjtöttünk friss agyakat, amelyeken autoradiográfiás módszerekkel mértük a szerotonin receptorok és a hozzájuk kapcsolt ún. gátló G-fehérjék számát (ezutóbbi fehérjék a receptoroktól a sejt belseje felé történő jelátviteli folyamatok első állomását képezik). Azt találtuk, hogy a szerotonin receptorok száma nem változott meg az alvásmegvonás következtében. Ez azt valószínűsíti, hogy a redukálódott élettani válaszok biológiai alapját nem a receptorok számbeli csökkenése okozta, hanem a jelátviteli kaszkád valamely más elemének változása. Érdekes módon úgy találtuk, hogy a 5-HT1A receptorhoz kapcsolt G-fehérjék mennyisége megnőtt 8 napnyi részleges alvásmegvonást követően, de ez a változás egy limbikus agyterületre, az amygdalára korlátozódott. Ez a növekedés a szerotonin aktiválta G-fehérjék számában arra utal, hogy az amygdala a gátló folyamatok túlsúlyával jellemezhető alvásmegvonásban. A hatodik fejezet azt tárgyalja, hogy az alvásmegvonás milyen hatással van az amygdalától függő, stressz által kiváltott viselkedésre. Erre az alapot az előző fejezet eredményei adták: itt arra voltunk kíváncsiak, hogy vajon az amygdalára specifikus molekuláris változásokat 129
Magyar nyelvű összefoglaló kísérik-e viselkedési változások is. Ennek a vizsgálatára egy ún. félelem kondicionálás tanulási paradigmát (fear conditioning) használtunk. Ebben a tanulási paradigmában a patkányt egy speciális ketrecbe raktuk, aminek a padlóján keresztül elektromos sokkokat kapott. Egy nappal később, ugyanebben a környezetben mértük, hogy az állat mennyi időt töltött mozdulatlanul (ez a mozdulatlanság vagy félelmi reakció a természetes fiziológiás válasz, ha az állat egy félelmetes közegben tartózkodik). Azt találtuk, hogy az alvásmegvont állatok kevesebb félelmi reakciót mutattak, mint a kontroll állatok. Az agyak immunhisztokémiás elemzése kimutatta, hogy a neuronális aktiváció egy markerének, a c-fos-nak az expressziója nem változott az amygdalában a kezelés hatására. Ugyanakkor a hippokampusz egyik régiójában szignifikánsan több c-fos pozitív sejtet találtunk az alvásmegvont állatokban mint a kontroll állatokban. A tézisek hetedik fejezete alapjául szolgáló kísérletekben azt próbáltuk kideríteni, hogy az ébrenléttel kapcsolatos agyi adenozin tartalom növekedése állhat-e az 5-HT1A receptor rendszer érzékenységének alvásmegvonás által előidézett csökkenése mögött. Minderre az elméleti alapot az szolgáltatja, hogy ébrenlét és alváskorlátozás során az agyban megnő az extracelluláris adenozin mennyisége. Egy elmélet szerint az adenozin az álmosság jelzőmolekulája; ezt az elgondolást számos kísérletes munka mellett a kávé- és teaivási szokásaink is megerősítik (a koffein és teofillin az adenozin receptorok antagonistái). Másrészt ismert az, hogy a különböző receptor rendszerek közös jelátviteli elemeket használnak; az 5-HT1A és az adenozin A1 rendszerekhez például ugyanazon G-fehérjék csatlakoznak. Ebben a kísérletben több napon keresztül egy adenozin receptor agonistát injektáltunk patkányokba, ezzel mesterségesen aktiváltuk az adenozin receptorokat. A krónikus receptor aktiváció a receptor rendszer deszenzitizálódásához vezetett, ez mind a testhőmérséklet, mind az adenozin receptorok számának csökkenésében megnyilvánult. Érdekes módon a G-fehérjék száma egy agyterületen, a szomatoszenzoros kéregben, megnőtt. Ugyanakkor a 8-OH-DPAT injekciója által kiváltott testhőmérséklet csökkenés nem változott meg a krónikus adenozin kezelés hatására. Ebből arra a következtetésre jutottunk, hogy az ébrenlét miatti megnövekedett mennyiségű adenozin nem vezet az 5-HT1A rendszer érzékenységének változásához. Azt minden valószínűség szerint magának a szerotoninnak, az ébrenlétet szintén jellemző megemelkedett termelése okozza. A nyolcadik fejezet azt tárgyalja, hogy milyen hatással van az alvásmegvonás az agyi neuronális plaszticitás egyik formájára, a felnőttkori hippokampális neurogenezisre. A hippokampuszról tudjuk, hogy fontos szerepet játszik bizonyos tanulási folyamatokban és több munka is a hippokampális felnőttkori neurogenezissel hozta összefüggésbe ezeket a tanulási folyamatokat. Ugyanakkor az is ismeretes, hogy a túl kevés alvás csökkenti a tanulási képességeket. Ebben a fejezetben ezért arra a kérdésre kerestük a választ, hogy vajon az alvásmegvonás megváltoztatja-e a neurogenezist, amely esetleg a redukálódott tanulási képességek hátterében állhat. Eredményeink azt mutatták, hogy csak a rövid időtartamú (egy napnyi), teljes alvásmegvonás eredményezte a hippokampális sejtek osztódásának csökkenését. A krónikus részleges alvásmegvonás nem volt hatással a sejtosztódásra, sem az újonnan képződött sejtek sorsára, vagyis hogy azok neuronná, gliasejtté vagy másféle sejtté alakuljanak. A proliferáció csökkenése egy területre korlátozódott a hippokampuszon belül, a gyrus dentatus 130
Summary in Hungarian hilusnak nevezett részére. Mivel ezen a területen nem képződnek idegsejtek, így azt feltételezzük, hogy az alvásmegvonás a gliasejtek osztódását korlátozza és nem a neuronokét. Mindez következményekkel járhat olyan gliális funkciókra nézve, mint például a növekedési faktorok termelése vagy a glutamát pufferelése. Összefoglalásképpen, ennek a tézisnek az eredményei azt mutatják, hogy a túl kevés alvás úgy változtatja meg az agyat, hogy az egyén sérülékenyebbé válik a kedélybetegségekkel szemben. Ezt erősítik azon eredményeink, melyek szerint az alvásmegvonás hatására csökken az 5-HT1A receptor rendszer érzékenysége, megváltoznak a stresszorokkal szembeni válaszreakciók és az agyi plaszticitás. Ezek az eredmények felhívják a figyelmet arra, hogy a mai társadalomban általánosan veszélytelennek tekintett alvásmegvonás komoly következményekkel járhat az egészségre nézve. 131
132