Már eddig is sejtettük, hogy az alvás létfontosságú szerepet játszik a szervezet energiarendszereinek a karbantartásában, most azonban az Oxfordi Egyetem egy friss tanulmánya, amely a Nature folyóiratban jelent meg, kimutatta: az alvás iránti vágyat az agysejtekben felhalmozódó elektromos stressz váltja ki.

A kutatást Gero Miesenböck professzor, az Oxfordi Egyetem Élettani, Anatómiai és Genetikai Tanszékének munkatársa, valamint Dr. Raffaele Sarnataro, az Idegrendszeri Áramkörök és Viselkedés Központ szakembere vezette. A csapat egy olyan fizikai mechanizmust azonosított, amely magyarázatot ad biológiai szükségletünkre: az alvásra. Eredményeik szerint a folyamat hátterében egy apró, szabad szemmel láthatatlan sejtszervecske, a mitokondrium áll – amely, mint közismert, az oxigént és a tápanyagokat hasznosítható energiává alakítja.

A sejtek energiatermelésének központi folyamata a mitokondriumban zajló Szent-Györgyi–Krebs-ciklus (más néven citromsavciklus), amely az acetil-CoA lebontásával szén-dioxidot termel, miközben nagy energiájú elektronhordozó molekulákat – NADH-t és FADH₂-t – állít elő. Ezek az elektronhordozók a mitokondrium belső membránján található elektronszállító láncba kerülnek, ahol elektronjaik átadásával proton-grádiens jön létre. Ezt a grádienst az ATP-szintáz enzim hasznosítja arra, hogy ADP-ből és foszfátból ATP-t állítson elő. Így bár a Szent-Györgyi–Krebs-ciklus közvetlenül csak kevés ATP-t termel, kulcsszerepe van abban, hogy biztosítsa a fő energiahordozók (NADH és FADH₂) előállítását, amelyek az oxidatív foszforiláció során termelik meg a sejtek számára szükséges ATP legnagyobb részét.

A mostani kutatás lényege, hogy amikor a Szent-Györgyi–Krebs-ciklus túl sok elektront termel, a mitokondriumok túlterhelődnek, és elektronok kezdenek kiszivárogni belőlük. Ez a szivárgás veszélyes, reaktív oxigénmolekulákat hoz létre, amelyek károsíthatják a sejteket. A gyümölcslegyeken végzett kísérletek azt mutatták, hogy ez főleg az alvást irányító idegsejtekben történik, és ilyenkor a szervezet alvó üzemmódba „kapcsol”, hogy helyreállítsa az egyensúlyt. Így az alvás az aerob anyagcsere – különösen a citromsavciklus – természetes és szükséges következményének tűnik.

„Nem szeretnénk, hogy a mitokondriumok túl sok elektront szivárogtassanak” – magyarázta Dr. Sarnataro. „Amikor ez megtörténik, olyan molekulák keletkeznek, amelyek veszélyeztetik a sejtek egészségét.”

Úgy tűnik tehát, hogy ezek a specializált idegsejtek afféle áramköri megszakítóként működnek: ha az elektronszivárgás elér egy kritikus szintet, elindítják az alvást, hogy helyreállítsák az egyensúlyt és megakadályozzák a további károsodást. A kutatóknak ezt az elméletet sikerült kísérletileg is alátámasztaniuk: kimutatták, hogy az alvás időtartamát befolyásolni lehet a mitokondriumok energiakezelésének módosításával. Amikor például fényérzékeny fehérjéken keresztül extra elektronokat juttattak a sejtekbe, az állatok többet aludtak. Ez megerősítette: minél több energia keletkezik, annál nagyobb a szivárgás – és ezzel együtt az alvás iránti igény is.

Miesenböck professzor így foglalta össze a felfedezést:

„Most kezdjük megérteni, miért van szükségünk alvásra, és miért érezzük egyáltalán ennek a késztetését. Évtizedek kutatásai ellenére eddig senkinek sem sikerült egyértelmű fizikai okot azonosítani. Eredményeink azt mutatják, hogy a válasz az aerob anyagcserében rejlik. Ha a kulcsfontosságú idegsejtek mitokondriumai túltöltődnek, az agy alvásba kapcsolja a rendszert, hogy megelőzze a túlterhelést.”

A felfedezés rávilágít az anyagcsere, az alvás és az élettartam közötti ismert összefüggésekre is: például a kisebb állatok, amelyek testtömeg-kilogrammonként több oxigént égetnek el, jellemzően többet alszanak és rövidebb életűek. Hasonlóképpen, a mitokondriális betegségekben szenvedő emberek gyakran tapasztalnak súlyos fáradtságot még fizikai terhelés nélkül is – most pedig úgy tűnik, ez a mechanizmus adhat magyarázatot ezekre a jelenségekre.

Ahogy Dr. Sarnataro összefoglalta:

„Miért van szükségünk alvásra? Úgy látszik, a válasz a sejtjeink oxigénfeldolgozásának és energiaátalakításának módjában rejlik.”

(Kép: Pixabay/Cimberley)