Загадки сна - Михаил Полуэктов

Нейроны, содержащие орексин, расположены в области среднего гипоталамуса. Функция их уникальна, поскольку, с одной стороны, они непосредственно активируют корковые нейроны, не позволяя им «засыпать», с другой – воздействуют на нейроны иных активирующих систем (норадреналиновой, ацетилхолиновой, дофаминовой, серотониновой, гистаминовой, глутаматной), являясь «активаторами активаторов». Орексины получили большую известность, когда было доказано, что развитие такой болезни, как нарколепсия, связано с почти тотальной гибелью продуцирующих этот медиатор нейронов.

Кроме активации корковых нейронов для поддержания их работоспособности важной функцией активирующих систем мозга является подавление активности центров сна. Общим для центров сна является то, что в них выделяется не активирующий медиатор, а, наоборот, тормозящий – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Сон наступает тогда, когда это подавляющее действие активирующих систем уменьшается и центры сна «вырываются из-под контроля» и сами начинают подавлять центры бодрствования.

Известно три мозговых центра, связанных с медленноволновым сном: это вентролатеральная преоптическая область гипоталамуса (ВЛПО), медиальная преоптическая область гипоталамуса (МПО) и парафациальная зона вблизи ядра одиночного пути в продолговатом мозге. Нейроны этих областей содержат тормозной медиатор ГАМК. Преоптическая область гипоталамуса получила свое название, поскольку находится рядом с перекрестом зрительных нервов. При разрушении этой области количество медленного и быстрого сна уменьшается более чем в два раза. ВЛПО является центром, инициирующим сон, – это именно та область, которая разрушается при летаргическом энцефалите, что было замечено Константином фон Экономо. Случаи этого энцефалита регистрируются очень редко, с 1940 г. описано только 40 больных. Термин «летаргический сон» в настоящее время используется для обозначения длительного, продолжительностью не менее нескольких суток, периода сна. При рассмотрении случаев, называемых в быту «летаргическим сном», это состояние почти всегда оказывается проявлением истерии.

Нейроны ВЛПО становятся активны при переходе от бодрствования ко сну и усиливают свою деятельность по мере углубления сна. Клетки другого центра сна – МПО – начинают активно разряжаться еще до засыпания, а затем остаются активными в течение всего периода медленного сна и усиливают свою деятельность в период быстрого сна. Существует еще один центр в стволе мозга (точнее, в области продолговатого мозга), открытый Джузеппе Моруцци с коллегами в 1961 г., при раздражении которого электрическим током также наступает сон. В эксперименте на животных при отделении этого центра от остального мозга сон не исчезает, но сокращается на треть. Стволовой центр сна тесно связан с каротидным синусом – образованием, расположенным в месте разветвления общей сонной артерии на наружную и внутреннюю. Каротидный синус имеет барорецепторы, которые регистрируют и посылают в мозг информацию об артериальном давлении и химических показателях крови. Раздражение каротидного синуса активирует стволовой центр Моруцци, т. е. провоцирует засыпание, не зря эти артерии называют «сонными».

Существует еще одна популяция нейронов, которая активна в глубоком медленном сне, – это нейроны префронтальной области коры мозга. Активность этих нервных клеток увеличивается по мере углубления сна и увеличения числа дельта-волн. Представленность нейронов, связанных с медленным сном, в коре мозга невелика, и их роль в возникновении или поддержании состояния сна изучена недостаточно.

К двучленной композиции из активирующих и тормозящих систем, которые борются за право погрузить в сон кору головного мозга, присоединяется еще один участник – внутренние часы организма. «Внутренние часы» – не просто красивое словосочетание. Это парные скопления нейронов в супрахиазменной области гипоталамуса. Супрахиазменной областью это место было названо, поскольку оно расположено прямо над перекрестом зрительных нервов («хиазма» на латыни – перекрест). В супрахиазменных ядрах находятся специальные нейроны, роль которых сводится к поддержанию постоянной ритмической активности. Химические реакции в них «закольцованы» и повторяются с периодом, близким к 24-часовому – времени вращения Земли вокруг своей оси, но не равны ему. О независимости периода внутренних часов от внешних факторов свидетельствуют результаты эксперимента с пересадкой сухпрахиазменных ядер от крыс с режимом «12 часов свет / 12 часов темнота» к крысам с противоположным режимом. Такая манипуляция привела к тому, что крысы-реципиенты перешли в суточный режим доноров!

За подстройку индивидуальной периодичности цикла химических реакций к астрономическому времени в супрахиазменных ядрах отвечает отдельная популяция нейронов, которая получает информацию об уровне освещенности непосредственно из глаз с помощью тонкой нервной веточки – ретиногипоталамического тракта. Сигналы от супрахиазменных ядер посредством переключения через своеобразные усилители сигнала – другие гипоталамические ядра – в итоге стимулируют важное дорзомедиальное ядро гипоталамуса, которое, в свою очередь, влияет на пищевое поведение, терморегуляцию, выделение гормонов стресса и, что наиболее важно, на торможение главного центра сна – ВЛПО. Пока вокруг достаточно света, супрахиазменные ядра получают интенсивную стимуляцию от рецепторов сетчатки глаза, воспринимающих световой поток. При этом обеспечивается торможение ВЛПО и стимуляция орексиновой и других активирующих систем.

Каким же образом мозг из состояния бодрствования переходит в состояние сна? Ключевую роль в этом играет высвобождение ВЛПО и МПО из-под «прессинга» активирующих структур мозга (активирующими они являются друг для друга и для нейронов коры мозга). В течение периода бодрствования происходит увеличение содержания аденозина в клетках мозга и в межклеточном пространстве. Это сопровождается усилением стимуляции рецепторов типа А1, которые расположены на теле некоторых нейронов. Активация аденозиновых рецепторов приводит к торможению как нейронов коры мозга, так и холинергической активирующей системы (ядра Мейнерта), которое должно подавлять активность гипоталамического центра сна – ВЛПО. Кроме этого аденозин непосредственно стимулирует нейроны ВЛПО путем воздействия на другой тип рецепторов (А2), относящихся к возбуждающему типу. В итоге, с одной стороны, снимается блокирующее воздействие на ВЛПО активирующих мозговых центров, а с другой – активность нейронов самого ВЛПО усиливается, что позволяет ему начать тормозить деятельность активирующих систем.

Определенную роль в процессе засыпания также играет активация ГАМКергических тормозных нейронов в коре полушарий мозга (1-й и 2-й корковые слои). Внутренние часы также принимают участие в процессе засыпания. При уменьшении уровня освещенности в вечернее время супрахиазменные ядра ослабляют контроль над ВЛПО и снижают уровень активации орексиновой системы. В отсутствие изменений освещенности, например в условиях белых ночей, активность супрахиазменных ядер вечером все равно снижается, поскольку эти образования сами по себе являются молекулярными часами, отмеряющими время.