کافئین تغییرات مغزی ناشی از کمبود خواب را تشدید می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار، یک مطالعه اخیر نشان داد که کافئین ممکن است اثرات منفی کمبود خواب مزمن بر ماده خاکستری مغز را بدتر کند. محققان دریافتند افرادی که در طول دوره کمبود خواب کافئین مصرف می‌کردند، در مقایسه با افرادی که کافئین مصرف نمی‌کردند، کاهش بیشتری در حجم ماده خاکستری نشان دادند. نتایج اخیراً در Scientific Reports منتشر شده است.

کافئین پرکاربردترین ماده روانگردان در جهان است که به دلیل توانایی‌اش در افزایش هوشیاری و کاهش اختلال شناختی ناشی از کمبود خواب شناخته شده است. با این حال، هم کمبود خواب حاد و هم مصرف روزانه کافئین با کاهش ماده خاکستری، یک جزء کلیدی مغز که در پردازش اطلاعات و تنظیم عملکرد‌های شناختی مختلف نقش دارد، مرتبط دانسته شده‌اند.

محققان با بررسی تعامل بین کمبود خواب مزمن و مصرف روزانه کافئین، به دنبال تعیین این بودند که آیا مصرف کافئین در طول دوره‌های کمبود خواب منجر به کاهش بیشتر حجم ماده خاکستری می‌شود یا خیر. علاوه بر این، این مطالعه به دنبال بررسی نقش سیستم آدنوزین، به ویژه در دسترس بودن گیرنده‌های آدنوزین A۱، در واسطه‌گری پاسخ مغز به کافئین و کمبود خواب بود.

گیرنده‌های آدنوزین A۱ نوعی گیرنده در مغز هستند که نقش مهمی در تنظیم فعالیت عصبی و تقویت خواب دارند. آنها بخشی از سیستم آدنوزین هستند که به تعادل مصرف انرژی و حفظ هموستاز کمک می‌کند. کافئین به عنوان یک آنتاگونیست این گیرنده‌ها عمل می‌کند و عملکرد آنها را مسدود می‌کند و در نتیجه هوشیاری را افزایش داده و با خواب‌آلودگی مقابله می‌کند.

این مطالعه تا حدی توسط نویسنده اول، یو-شوان لین، از بیمارستان روانپزشکی دانشگاه بازل در سوئیس و نویسنده ارشد، دیوید المنهورست، از موسسه علوم اعصاب و پزشکی در مرکز تحقیقات یولیش در آلمان انجام شده است.

محققان گزارش دادند: «مفهوم این کار از نتایج مطالعه‌ی قبلی دکتر یو-شوان لین در مرکز کرونوبیولوژی الهام گرفته شده است. در آنجا، ما پس از مصرف کنترل‌شده‌ی مکمل کافئین به مدت ۱۰ روز، کاهش وابسته به غلظت کافئین در ماده‌ی خاکستری را مشاهده کردیم که مستقل از انقباض عروق ناشی از کافئین بود و تنها تا حدی پس از ۳۶ ساعت کاهش یافت.»

این اثر کافئین بر انعطاف‌پذیری ماده خاکستری، به شواهد گسترده حیوانی می‌افزاید که نشان دهنده دخالت گیرنده‌های آدنوزین، ویژگی اصلی که کافئین به آن متصل می‌شود و از طریق آن اثرات خود را اعمال می‌کند، در تعدیل انعطاف‌پذیری سیناپسی در سیستم عصبی مرکزی است. برای درک نقش بالقوه آدنوزین در انعطاف‌پذیری ماده خاکستری، یو-شوان برای این پروژه مشترک به پروفسور دیوید المنهورست از مرکز تحقیقات یولیش مراجعه کرد.

نویسندگان این مطالعه توضیح می‌دهند: «در آن زمان، دیوید در حال انجام یک مطالعه PET-MRI با همکاری مرکز هوافضای آلمان بود تا اثرات محدودیت مزمن خواب و مصرف روزانه کافئین را بر در دسترس بودن گیرنده‌های آدنوزین A۱ (A۱Rs) بررسی کند. این مطالعه علاوه بر اندازه‌گیری A۱Rs در داخل بدن، هیجان‌انگیز بود، زیرا می‌توانست به طور بالقوه بینشی در مورد مدولاسیون آدنوزین در انعطاف‌پذیری مغز از طریق مداخله خواب ارائه دهد.»

متابولیسم و سیگنال‌دهی آدنوزین نقش حیاتی در مکانیسم هموستاتیک خواب ایفا می‌کنند. خواب مختل شده می‌تواند به نوبه خود، سیگنال‌دهی آدنوزین را تغییر دهد و اغلب مشخص شده است که ساختار‌های مغز را در حیوانات و انسان‌ها مختل می‌کند. خواب ناکافی همچنین عادات مصرف کافئین را تداوم می‌بخشد و هر دو عامل، اغلب به طور همزمان، در جامعه مدرن رایج هستند.

دانشمندان گفتند: «بنابراین ما از این فرصت استفاده کردیم و علاوه بر داده‌های برچسب‌گذاری اسپین شریانی، از تصاویر PET و MRI با وزن T۱ نیز استفاده مجدد کردیم تا اثرات کافئین بر پرفیوژن مغز را در نظر بگیریم و انعطاف‌پذیری ماده خاکستری را پس از محدودیت مزمن خواب با و بدون مصرف ترکیبی کافئین و همچنین واسطه‌گری بالقوه A۱R در این پاسخ‌های ماده خاکستری بررسی کنیم.»

این مطالعه در مرکز هوافضای آلمان در کلن با حضور ۳۶ شرکت‌کننده بزرگسال سالم، شامل ۱۵ زن و ۲۱ مرد، با سن تقریبی ۲۹ سال انجام شد. این شرکت‌کنندگان بر اساس میزان مصرف کم کافئین (کمتر از ۴۵۰ میلی‌گرم در روز) و وضعیت عدم استعمال دخانیات انتخاب شدند. شرکت‌کنندگان به دو گروه تقسیم شدند: یک گروه قهوه کافئین‌دار (گروه CAFF) و گروه دیگر قهوه بدون کافئین (گروه DECAF) دریافت کردند.

این آزمایش به مدت نه روز در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده ادامه یافت. این آزمایش با یک روز سازگاری آغاز شد و پس از آن دو روز پایه که در آن شرکت‌کنندگان ۸ ساعت در شب خوابیدند، ادامه یافت. پس از آن پنج روز محدودیت خواب مزمن اعمال شد که در آن شرکت‌کنندگان به ۵ ساعت خواب در شب محدود شدند و با یک روز ریکاوری ۸ ساعته به پایان رسید. در طول مرحله محدودیت خواب مزمن، گروه CAFF ۲۰۰ میلی‌گرم کافئین در صبح و ۱۰۰ میلی‌گرم در بعد از ظهر دریافت کردند، در حالی که گروه DECAF مقادیر معادل قهوه بدون کافئین دریافت کردند.

برای اندازه‌گیری اثرات بر حجم ماده خاکستری، شرکت‌کنندگان در سه مرحله تحت تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) قرار گرفتند: پس از روز‌های پایه، پس از مرحله محدودیت مزمن خواب و پس از روز بهبودی. نمونه‌های بزاق به طور منظم برای نظارت بر سطح کافئین جمع‌آوری شدند تا امکان ردیابی دقیق مصرف کافئین و اثرات فیزیولوژیکی آن فراهم شود.

نتایج این مطالعه نشان داد که محدودیت مزمن خواب منجر به تغییراتی در حجم ماده خاکستری می‌شود که به طور قابل توجهی تحت تأثیر مصرف کافئین قرار دارد. شرکت‌کنندگانی که در طول مرحله محدودیت خواب کافئین مصرف نکردند (گروه DECAF) افزایش حجم ماده خاکستری را در چندین ناحیه مغز، از جمله قشر جلوی مغز، قشر گیجگاهی-پس‌سری و تالاموس نشان دادند. این نواحی با عملکرد‌های مختلف شناختی و حسی مرتبط هستند که نشان‌دهنده یک پاسخ جبرانی بالقوه به کمبود خواب است.

لین و المنهورست گفتند: «برای ما تا حدودی تعجب‌آور بود که پس از محدودیت مزمن خواب، افزایش به جای کاهش ماده خاکستری در شرکت‌کنندگان غیر کافئین‌دار (گروه DECAF) را مشاهده کردیم. با این حال، یک مطالعه قبلی توضیح بالقوه‌ای برای این یافته ارائه داد. آن مطالعه تغییرات ماده خاکستری را بین ۲۰ تا ۳۶ ساعت بیداری بررسی کرد و آنها دریافتند که چندین ناحیه مغز در واقع در اوایل (۲۰ ساعت) افزایش نشان می‌دهند و بعداً (۳۶ ساعت) به کاهش معکوس می‌رسند.»

محققان خاطرنشان می‌کنند که اگرچه اثرات محرومیت کامل از خواب را نمی‌توان به محدودیت مزمن خواب تعمیم داد، اما پیشنهاد می‌کنند که پاسخ‌های ماده خاکستری به افزایش مدت و/یا شدت کمبود خواب ممکن است از یک مسیر خطی پیروی نکند. برای بررسی سیستماتیک تغییرات ماده خاکستری در مدل‌های مختلف محدودیت خواب، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.

در مقابل، شرکت‌کنندگانی که در طول فاز کم‌خوابی کافئین مصرف کردند (گروه CAFF) کاهش حجم ماده خاکستری را در همین مناطق نشان دادند، که نشان می‌دهد کافئین ممکن است مکانیسم‌های جبرانی مغز را در طول دوره‌های خواب ناکافی سرکوب کند و به طور بالقوه تأثیر منفی کمبود خواب بر ساختار مغز را تشدید کند.

محققان همچنین دریافتند که تفاوت‌های فردی در میزان دسترسی به گیرنده‌های آدنوزین نقش مهمی در میزان تغییرات ماده خاکستری دارد. شرکت‌کنندگانی که در زمان محرومیت از خواب، میزان دسترسی به گیرنده‌های آدنوزین زیرقشری پایین‌تری داشتند، هنگام مصرف کافئین در طول محرومیت از خواب، کاهش بیشتری در حجم ماده خاکستری را تجربه کردند. این یافته، اهمیت فعالیت گیرنده‌های آدنوزین را در میانجیگری اثرات محرومیت از خواب و کافئین بر ساختار مغز برجسته می‌کند.

محققان توضیح دادند: «به نظر می‌رسد افرادی که A۱R بیشتری در دسترس دارند، در برابر اثرات کافئین بر ماده خاکستری مقاوم‌تر هستند.» «پس از خواب بازیابی و تقریباً ۳۰ ساعت ترک کافئین، بیشتر تغییرات ماده خاکستری به حالت عادی بازگشتند، به استثنای بزرگ شدن قشر پیش‌پیشانی پشتی-جانبی مرتبط با محدودیت مزمن خواب و کاهش مصرف کافئین مرتبط با تالاموس.»

کاملاً مشخص است که مصرف کافئین با خواب‌آلودگی مقابله می‌کند. داده‌های ما همچنین نشان می‌دهد که مصرف کافئین بر انعطاف‌پذیری مغز در افراد کم‌خواب نیز تأثیر می‌گذارد. با این حال، کافئین صرفاً تغییرات ماده خاکستری را سرکوب یا عادی نمی‌کند، بلکه در جهت مخالف بر ماده خاکستری تأثیر می‌گذارد. مشخص نیست که چگونه این اثر انعطاف‌پذیری مغز در سطوح شناختی-رفتاری خود را نشان می‌دهد. ما می‌دانیم که احتمالاً تعدیل آدنوزین در هموستاز عصبی را نشان می‌دهد.

با وجود روش‌شناسی دقیق، این مطالعه محدودیت‌هایی دارد که باید در نظر گرفته شوند. حجم نمونه نسبتاً کم بود و شرکت‌کنندگان بر اساس پروفایل‌های ژنتیکی خاص مرتبط با متابولیسم کافئین انتخاب شدند که ممکن است کاربرد نتایج را در جمعیت وسیع‌تری محدود کند.

علاوه بر این، اگرچه اسکن‌های MRI تغییراتی را در ماده خاکستری نشان دادند، اما نمی‌توانند دقیقاً به ما بگویند چه چیزی باعث این تغییرات شده است. این می‌تواند افزایش یا کاهش تعداد نورون‌ها، تغییر در تراکم سیناپس‌ها یا تغییر در تعداد سلول‌های پشتیبان مانند میکروگلیا باشد. محققان توضیح دادند که برای مشخص کردن این تغییرات خاص، مطالعات آینده می‌توانند از اسکن‌های PET با نشانگر‌های ویژه برای اندازه‌گیری سیناپس‌ها، میتوکندری‌ها یا میکروگلیا استفاده کنند.

محققان می‌گویند: «فرضیه هموستاز سیناپسی (SHY) بیان می‌کند که «خواب بهایی است که ما برای انعطاف‌پذیری مغز می‌پردازیم». یک دهه از انتشار SHY می‌گذرد و این فرضیه جذاب هنوز در انسان به صورت درون‌تنی آزمایش نشده است. بنابراین، دیوید خود را وقف مطالعه مکانیسم مولکولی تنظیم خواب و بیداری با استفاده از تصویربرداری زیست‌پزشکی کرده است. از سوی دیگر، یو-شوان همچنان بر تصویربرداری PET-MRI دارویی برای بررسی مدولاسیون آدنوزین و نقش آن در اثرات کافئین تمرکز دارد. ما امیدواریم که نتایج آینده در این راستا، بینش‌هایی را در مورد نتایج این کار مداوم ارائه دهد.»