Molecular and cellular mechanisms of restorative effects of sleep

The review article enlightens contemporary concept about a role of sleep in cellular energy metabolism, neuroplasticity and glymphatic clearance of waste products. Many researches have demonstrated that prolonged wakefulness is an energetic and a neurophysiologic issue for the brain. The article provides description of biochemical processes that are responsive for energy restoration in sleep, particularly the role of ATP, adenosine and glycogen. Energy metabolism substrates depletion leads to endoplasmic reticulum stress and unfolded protein response. At the same time the conductance of synapses increases that worsens energetic problems. Level of the glymphatic clearance during wakefulness is substantially lower in comparison with sleep, and waste products are not removed fast enough.В статье рассматриваются современные представления о роли сна в клеточном энергетическом обмене, процессах нейропластичности и очищении паренхимы головного мозга от продуктов метаболизма. Многочисленными исследованиями продемонстрировано, что длительное бодрствование представляет проблему для мозга как с энергетической, так и с физиологической точек зрения. В статье изложена кинетика биохимических процессов, ответственных за восполнение запасов энергии во время сна. Отмечена роль АТФ, аденозина и гликогена в этих процессах. Истощение субстратов клеточного энергетического обмена приводит к стрессу эндоплазматического ретикулума и реакции несвернутых белков. Параллельно с этим нарастает синаптическая проводимость, что усугубляет энергетические нарушения, так как увеличение размеров и количества синапсов связано с повышенными энергетическими затратами. Уровень глимфатического клиренса во время бодрствования существенно ниже такового во время сна, и продукты обмена не могут выводиться с должной скоростью.