Sen jest niezwykle istotnym zjawiskiem dla człowieka. Przez długi czas panowała opinia, że jest to odpoczynek, niezbędny do przywrócenia energii mózgowi po przebudzeniu. Jednak wraz z pojawieniem się możliwości badania aktywności mózgu za pomocą precyzyjnych urządzeń okazało się, że aktywność mózgu jest jeszcze większa podczas snu niż na jawie.
Jakie są fizjologiczne podstawy snu?
Fizjologię snu wyjaśnia kilka teorii, z których pierwszą uważa się za beznadziejnie przestarzałą.
Pies biorca natychmiast zasnął.
W bardziej nowoczesnej formie teoria ta nazywa się biochemiczną.
Anokhin - wraz ze zmęczeniem rozwija się hamowanie lokalnych obszarów kory, co z kolei przestaje pobudzać ośrodki snu formacji siatkowej, co powoduje hamowanie neuronów. W formacji siatkowej zaczyna się rozwijać rozproszone hamowanie.
Innymi słowy, nie ma jednego ośrodka snu, a jego funkcjonowanie jest wynikiem skoordynowanej pracy wielu formacji strukturalnych mózgu, zlokalizowanych na różnych poziomach mózgu, ale połączonych złożonymi relacjami.
Istnieją 3 rodzaje takich struktur hipnogennych:
Mechanizmy biochemiczne snu, które aktywują mechanizmy neurofizjologiczne, są również dość złożone.
Dotyczą one układu adrenergicznego, serotoninowego, cholinergicznego, peptydu delta, beta-endorfiny, argininy-wazotoniny itp. Prolaktyna jest ściśle związana z nocnym snem, jej wydzielanie gwałtownie wzrasta. Podczas snu zmniejsza się wydzielanie tyreotropiny, kortyzolu i adrenokortykotropiny. Za płyn hamulcowy układu uważa się kwas gamma-aminomasłowy (GABA), który hamuje aktywność neuronów.
Nowoczesna koncepcja snu została opublikowana w 2005 roku na podstawie badań Cl.
Sapera z Harvardu. Zgodnie z koncepcją dokładnie tym samym złożonym, aktywnym procesem, który angażuje wiele struktur mózgu, jest czuwanie. W oba procesy zaangażowanych jest jednocześnie wiele struktur. Ośrodki czuwania zlokalizowane są także w miejscu sinawym, jądrach szwu grzbietowego oraz w brzuszno-bocznym obszarze przedwzrokowym podwzgórza.
Mechanizm aktywacji snu wyjaśnia skoordynowana praca tych ośrodków, regulowana na zasadzie przełącznika typu flip-flop.
Gdy tylko jedna ze stron uzyska przewagę, system natychmiast niczym huśtawka przechodzi w stan przeciwny. Oznacza to, że ośrodki snu i czuwania naprzemiennie blokują się, a oreksyna stabilizuje stan, dzięki czemu przełączenie nie następuje zbyt szybko. Zakłócenie układu oreksynowego prowadzi do rozwoju narkolepsji – stanu, w którym człowiek kilkadziesiąt razy dziennie pogrąża się w głębokim śnie i z niego wychodzi.
Aby zasnąć, konieczne jest zwiększenie aktywności ośrodka snu.
A to tylko powierzchowne spojrzenie na istniejące mechanizmy snu, które są aktywnie badane. Jak mówi somnolog z Regensburga, Jur. Zulli, „sen to nie odpoczynek, ale kolejne przebudzenie.”
Dziś istnieją 4 grupy czynników determinujących codzienny sen:
Mózg człowieka codziennie przetwarza gigabajty informacji, które docierają do niego ze zmysłów, interpretuje otrzymane dane i reguluje procesy pamięciowe.
Poza tym to właśnie mózg kontroluje wszystkie procesy zachodzące w organizmie: emocje, koordynację ruchów i całą resztę.
W trakcie tego procesu komórki mózgowe aktywnie pracują, pęcznieją i wydzielają produkty uboczne przemiany materii – neurotoksyny. Co to wszystko ma wspólnego ze snem? Faktem jest, że do niedawna uważano, że mózg jest całkowicie autonomiczny, oddzielony od wszystkich układów organizmu barierą krew-mózg.
Dlatego też kwestię oczyszczania mózgu z produktów własnej czynności życiowej rozważano dotychczas jedynie w teorii.
Do organizmu człowieka przenika układ limfatyczny, który usuwa z niego toksyczne odpady. Jednakże, jak wcześniej sądzono, system ten nie komunikuje się z mózgiem. W 2012 roku lekarzom z Uniwersytetu w Rochester J. Iliffe i M.
Nedergaard udało się uchylić zasłonę tajemnicy na temat działania układu oczyszczania mózgu – odkryto układ glimfatyczny.
Faktem jest, że wszystkie produkty przemiany materii są wydalane z organizmu przez wątrobę. Ale wątroba jest bardzo oddalona od mózgu. Zasada działania układu glimfatycznego jest podobna do układu limfatycznego.
Naczynia krwionośne mózgu są splecione z komórkami glejowymi, pomiędzy którymi tworzy się wolna przestrzeń. Do tej przestrzeni wycieka płyn tkankowy zawierający toksyny usunięte z mózgu przez mitochondria. Płyn tkankowy wymienia się z płynem mózgowo-rdzeniowym, który z kolei potężnym strumieniem wypłukuje toksyny z mózgu.
W 2015 roku odkryto także w mózgu oponowe naczynia limfatyczne, które wraz z naczyniami krwionośnymi uchodzą do szyjnych węzłów chłonnych.
Stwierdzono zatem, że mózg nie jest autonomicznym układem organizmu, a jego produkty przemiany materii wydalane są poprzez układ glimfatyczny i limfatyczny człowieka, który dostarcza toksyczne produkty przemiany materii do wątroby.
Upośledzenia w funkcjonowaniu układu glimfatycznego są przyczyną powszechnie występującej choroby Alzheimera, spowodowanej gromadzeniem się toksyn w mózgu i mózgu.
Według danych laboratoryjnych u pacjentów z chorobą Alzheimera w mózgu występuje duża ilość białka beta-amyloidu, które kumuluje się, powodując uszkodzenie komórek nerwowych. To właśnie to białko jest usuwane przez układ glimfatyczny.
Nazwa układu powstała z dwóch składników. Układ glimfatyczny działa jak układ limfatyczny, ale jest kontrolowany przez komórki zwane komórkami glejowymi.
Wielu badaczy uważa, że dalsze badania nad fizjologicznymi mechanizmami snu pozwolą na znalezienie nowych, skuteczniejszych metod zwalczania choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, udarów mózgu i innych chorób związanych z mózgiem.
Organizm ludzki istnieje w warunkach dość ograniczonego zaopatrzenia w energię.
Mózg nie jest w stanie jednocześnie oczyścić się z toksyn i przetworzyć napływających informacji. Dlatego 80% układu glimfatycznego pracuje, gdy człowiek śpi. W tym czasie zmniejsza się objętość komórek mózgowych, które wcześniej nabrzmiały podczas pracy, w wyniku czego następuje uwolnienie przestrzeni międzykomórkowej, przez którą następuje swobodny odpływ toksyn rozpuszczonych w płynie międzykomórkowym do układu limfatycznego.
Hormon norepinefryna odpowiada za zmianę wielkości przestrzeni międzykomórkowych w mózgu.
Procesowi temu można nawet przypisać koncepcję zaczerwienienia. Oznacza to, że toksyny, które nagromadziły się między komórkami w ciągu ich życia, są wypłukiwane przez przepływ płynu tkankowego, który zaczyna płynąć bez przeszkód podczas snu.
Zatem układ glimfatyczny jest kanalizowaniem mózgu, a sen zapewnia warunki do jego funkcjonowania.
To znaczy te funkcje snu, które wcześniej uważano za jedyne - regulujące funkcje organizmu, strukturalizujące otrzymywane informacje, kształtujące pamięć - zostały uzupełnione o kolejny ważny element: oczyszczanie mózgu z toksyn. Tym właśnie tłumaczy się regenerujący wpływ snu i negatywny wpływ jego braku na organizm.
W 2015 r.
badanie dr hab. J. Iliffe i M. Nedergaard został rozszerzony. Naukowcy odkryli, że nawet pozycja podczas snu jest ważna dla procesów oczyszczania mózgu. Najefektywniejszą pozycją do spania była pozycja na boku, a najmniej – na brzuchu.
To badanie otworzyło nowe horyzonty w wyjaśnianiu, dlaczego człowiek potrzebuje snu.
Ta zagadka zaprząta umysły naukowców od tysięcy lat. Badania ostatniego stulecia doprowadziły badaczy do ciekawego poglądu, że sen pomaga mózgowi w konsolidacji i przechowywaniu informacji w pamięci.Nie może to jednak zrównoważyć ogromnych wad związanych ze snem. Z ewolucyjnego punktu widzenia funkcja snu wiąże się z ogromnym ryzykiem, ponieważ to właśnie w tym momencie stworzenia są najbardziej narażone na otaczające je drapieżniki.
Sny uważa się za konsekwencję aktywności neuronów mózgowych pozbawionych hamowania.
Uważa się, że sny w pewnym stopniu pełnią funkcję ochronną, odwracając uwagę niedostatecznie śpiącej świadomości od bodźców mogących się obudzić.
Sny mogą być spowodowane bodźcami zewnętrznymi, wewnętrznymi lub jakąś dominującą motywacją. Głodny będzie śnił o jedzeniu; na tle doświadczeń seksualnych mogą pojawić się sny o kontekście seksualnym.
Przez kilka dziesięcioleci dominowała koncepcja psychoanalityczna, że ciało w snach rozładowuje stłumione popędy biologiczne. Dziś jednak uważa się ją za niewiarygodną.
Lista referencji:
Przywództwo narodowe ku pamięci A.N. Vein i Ya.I. Levina M.: „Medforum”, 2016
Do chwili obecnej pojawiły się pomysły o istnieniu w mózgu dwóch układów regulujących sen i czuwanie.
Jeden z nich – wstępujący układ siatkowy aktywujący – zlokalizowany jest w górnych partiach formacji siatkowej pnia mózgu i tylnych częściach podwzgórza.
Gdy układ ten jest podrażniony, na elektroencefalogramie pojawia się desynchronizacja, spłaszczenie i przyspieszenie rytmów, czemu u zwierząt śpiących towarzyszy przebudzenie, a u zwierząt budzących się wzmożona czujność. Wszystkie bodźce obwodowe wpływają na ten system poprzez zabezpieczenia, które rozciągają się na niego od dróg czuciowych prowadzących do kory mózgowej.
Bezpośrednia stymulacja elektryczna pól korowych i niektórych innych głębokich formacji mózgu może również powodować przebudzenie.
Ale teraz jest oczywiste, że stymulacja wszystkich części mózgu, a także aktywność systemów mózgowych, które postrzegają wpływy zewnętrzne i wewnętrzne, mają efekt przebudzenia poprzez wznoszący się system aktywujący.
Eksperymenty z przecięciem mózgu i uszkodzeniem górnych partii formacji siatkowej potwierdzają to stanowisko: zwierzęta pogrążają się w stanie senności, z którego nie można ich obudzić.
Ostatnio pojawiły się doniesienia, że przy dobrej opiece u zwierząt po operacji, po kilku tygodniach pojawiają się oznaki czuwania, nasilające się z czasem.
Co to znaczy? Trudno powiedzieć, czy w układzie aktywującym istnieje inne ogniwo, które przejmuje realizację tej funkcji, czy też w opisanych eksperymentach nie ulega zniszczeniu cały układ wstępujący. Wydaje się możliwe, że w strukturach limbicznych (ciało migdałowate, hipokamp, wzgórze) znajdują się aparaty aktywujące, funkcjonalnie ściśle powiązane z aparatem tworzenia siatkowatego i podwzgórzem.
Drugi układ jest bardziej złożony - układ hipnogenny, którego aktywność determinuje czas trwania i głębokość snu.
Do chwili obecnej wyjaśniono rolę szeregu struktur mózgowych w organizacji snu.
Zacznijmy od dolnych partii pnia. Moruzzi opisał aparat synchronizujący, po stymulacji którego powstają elektrofizjologiczne i behawioralne objawy snu. Rola tej formacji jest obecnie dobrze ustalona: po jej oddzieleniu (przez przecięcie) czas snu u kota zmniejsza się ponad trzykrotnie. Zwierzę nie śpi przez większą część dnia.
Opracowano interesującą metodę analizy: do tętnicy wstrzykuje się substancję odurzającą, tymczasowo wyłączając funkcje niektórych struktur.
Wstrzyknięcie leku do naczynia zaopatrującego dolną część tułowia w krew daje taki sam efekt jak przecięcie: wydłużenie czasu czuwania.
Urządzenie to jest ściśle powiązane z zatoką szyjną – formacją zlokalizowaną w rozwidleniu tętnic szyjnych zewnętrznych i wewnętrznych, która sygnalizuje mózgowi poziom ciśnienia krwi i określone parametry chemiczne.
Podrażnienie zatoki szyjnej prowadzi do wzmożonej aktywności tylnego aparatu synchronicznego tułowia, a usunięcie podrażnienia daje odwrotny skutek.
Rolę baroreceptorów w tej strefie zauważa się już od dawna, nieprzypadkowo tętnice nazywane są „szyjnymi”. W Indonezji na wyspie Bali uzdrowiciele usypiają dwuminutowym masażem zatoki szyjnej.
Niedawno francuscy neurofizjolodzy opisali inny aparat synchronizujący w obszarze dolnego tułowia.
Kolejna strefa hipnogenna zlokalizowana jest w obszarze przedniego podwzgórza i przegrody. Podrażnienie tych struktur prądem elektrycznym o dowolnej częstotliwości prowadzi do synchronizacji rytmów elektroencefalograficznych i zapoczątkowania snu.
Zwierzę wykonuje wszystkie rytuały charakterystyczne dla jego naturalnego snu (lizanie, rozluźnianie mięśni, ziewanie).Zniszczenie tego aparatu prowadzi do długotrwałego czuwania i poważnego zakłócenia procesów regeneracji.
Kolejnym ważnym ogniwem w systemie aparatów synchronizujących jest wzgórzowy układ synchronizujący. Stymulacja niektórych jąder wzgórza przez prąd elektryczny o niskiej częstotliwości prowadzi do synchronizacji potencjałów mózgu i snu.
Niektórzy badacze uważają, że jest to główna struktura hipnogenna, ponieważ sen pojawiający się pod wpływem podrażnienia jest długotrwały i nie do odróżnienia od normalnego, a także łatwiejszy do wywołania niż w przypadku podrażnienia innych struktur.
Przy podrażnieniu o niskiej częstotliwości sen można wywołać poprzez wpływ na inne struktury mózgu, a nawet nerwy obwodowe.
(Symulacja wysoką częstotliwością z reguły prowadzi do przebudzenia i desynchronizacji.) Wszystko to wskazuje na przewagę aparatów synchronizujących i desynchronizujących w układzie nerwowym. Niewątpliwie istnieją kondensacje tam, gdzie są one reprezentowane w bardziej znaczący sposób. Kiedy te nagromadzenia ulegną zniszczeniu, pojawiają się skutki odwrotnego charakteru - skrócenie lub wydłużenie czasu snu.
Istnieją zatem trzy główne strefy hipnogenne, które zapewniają występowanie i rozwój snu.
Znamy oba rodzaje snu, dlatego należy podkreślić, że struktury te zapewniają sen wolnofalowy. Jak już wspomniano, struktury w środkowej części pnia mózgu (jądra siateczkowe mostu) odpowiadają za sen REM. Po ich zniszczeniu nie następuje sen REM.
Układ hipnogenny ma złożoną architekturę i obejmuje wiele urządzeń mózgowych. Pod względem chemicznym jest prawdopodobnie niejednorodny, ponieważ jako mediatory wykorzystywane są acetylocholina, serotonina i GABA.
Czym jest sen pod względem jego mechanizmów fizjologicznych?
Od razu zanika pogląd, że sen jest brakiem czuwania, czyli polega na wyłączeniu aparatów aktywizujących. Jest oczywiste, że istnieją mechanizmy organizujące sen. Najważniejsze jest to, że sen jest aktywnym, zorganizowanym procesem, obejmującym stany różniące się istotą i mechanizmami fizjologicznymi. Właśnie dlatego system hipnogenny jest tak złożony.
Sen to połączenie stanu aktywnego wyspecjalizowanych aparatów synchronizujących i spadku aktywności aktywującego układu wstępującego. Dane dotyczące stanu poszczególnych neuronów podczas snu dobrze potwierdzają to stanowisko. W rezultacie znika koncepcja snu jako ochronnego, rozproszonego zahamowania. Tylko zewnętrznie stan ten można scharakteryzować w następujący sposób.
Jeśli jednak przyjrzysz się uważnie, możesz zobaczyć aktywność w stanie układu mięśniowo-szkieletowego. Intensywna aktywność umysłowa podczas snu również wskazuje na aktywność mózgu w tym stanie.
Istnieją zatem dwa systemy regulujące sen i czuwanie. Systemy mają podsystemy, które obejmują różne formy snu w określonej kolejności. Wszystko wskazuje na istnienie w mózgu aparatu koordynującego, który w określonym czasie reguluje aktywację poszczególnych układów jako całości, a następnie ich podsystemów.
Przekonują nas o tym obserwacje chorych ludzi, gdy wszystkie podsystemy działają, ale naturalna sekwencja ich włączania zostaje gwałtownie zakłócona. Aparat koordynujący nie jest umiejscowiony w żadnej części mózgu. Mówimy o złożonym kompleksie z dominującą lokalizacją w przednich częściach półkul mózgowych, aparacie limbicznym i podwzgórzu.
Dalsze badania pozwolą na jaśniejsze i bardziej merytoryczne przedstawienie tego punktu widzenia.
W rzucaniu światła na współczesne idee dotyczące regulacji snu i czuwania nie sposób nie powrócić do czynników humoralnych stojących za genezą snu. Poszukiwania hipnotoksyn, czyli substancji, których kumulacja powoduje sen, trwają już od bardzo dawna.
Istnieje wiele badań, których wyniki są trudne do wyjaśnienia bez udziału jakiegoś czynnika humoralnego. Badania niemieckiego fizjologa Króla wykazały, że ekstrakt z substancji mózgowej śpiącego zwierzęcia podany dożylnie wywołuje u zwierzęcia doświadczalnego sen. Doświadczenia (Monnier, Kornmüller) zostały już opisane: zwierzę doświadczalne zasypiało, jeśli do jego organizmu dostała się krew z mózgu innego zwierzęcia, pogrążonego we śnie w wyniku podrażnienia wzgórza wzrokowego.
Słynny fizjolog A.V.
Wykazano rolę hormonów, głównie przysadki mózgowej, w powstawaniu snu. W Laboratorium Badań Regulacji Nerwowych i Humoralnych im. N.I. Graszczenkow przeprowadził także specjalne badania zawartości aktywnych substancji biologicznych we krwi i moczu pacjentów ze zwiększoną sennością. Stwierdzono, że we krwi i moczu obniżyła się zawartość adrenaliny (hormonów kory nadnerczy), a wzrosła ilość produktów przemiany materii acetylocholiny, histaminy i serotoniny.
Te dane są niewątpliwie interesujące, ale pojawia się pytanie, w jakim stopniu zawartość substancji biologicznie czynnych na obwodzie odzwierciedla ich rzeczywiste proporcje w mózgu.Na przykładzie bliźniąt syjamskich obalono humoralną teorię pochodzenia snu.
Należy pamiętać, że w płynach krążących zawartość aktywnych substancji biologicznych jest taka sama, natomiast w mózgu jest inna. Być może dlatego jedna głowa spała, a druga w tym czasie czuwała. Dlatego w ostatnich latach zaczęto zwracać szczególną uwagę na chemiczne przekaźniki impulsów nerwowych, które są bogato reprezentowane w mózgu.
Obecnie obecność w mózgu mediatorów jest oczywista – substancji uwalnianych w synapsach na granicy dwóch neuronów i zapewniających propagację impulsu nerwowego.
Synapsy cholinergiczne uwalniają acetylocholinę jako mediator, synapsy adrenergiczne uwalniają noradrenalinę, a synapsy serotonergiczne uwalniają serotoninę. Istnieją synapsy z kwasem gamma-aminomasłowym i duża liczba synaps z niezidentyfikowanym jeszcze przekaźnikiem chemicznym. Wszystkie chemicznie heterogeniczne neurony nie są chaotycznie rozproszone w mózgu, ale tworzą pewne systemy, zjednoczone zgodnie z zasadą obecności w nich tego lub innego mediatora.
Noradrenalina i serotonina znajdują się głównie w głębokich i pniach struktur mózgu, natomiast acetylocholina jest rozmieszczona bardziej równomiernie.
Pewne znaczenie funkcjonalne nadano także różnym układom chemicznym. Udowodniono eksperymentalnie, że aktywujący wstępujący układ siatkowy, utrzymujący wymagany poziom czuwania, ma właściwości chemiczne adrenergiczne, że podanie adrenaliny zwiększa czujność zwierzęcia, a podczas snu zmniejsza się jej zawartość w mózgu.
Wiele środków farmakologicznych uniemożliwiających zasypianie ma skład podobny do adrenaliny lub poprzez ingerencję w chemię mózgu przyczynia się do gromadzenia się tych substancji. To prawda, ustalono, że często jeden układ funkcjonalny jest heterochemiczny, to znaczy obejmuje neurony i przekaźniki różniące się składem chemicznym.
Ostatnio powstał pomysł, zgodnie z którym głównymi substancjami hipnogennymi są acetylocholina, serotonina i GABA.
Fizjolog z Ameryki Południowej Hernandez-Peon odkrył w drodze specjalnych eksperymentów, że zastosowanie kryształu acetylocholiny do struktur pnia mózgu, podwzgórza i przyśrodkowego płata skroniowego powoduje elektroencefalograficzne i behawioralne oznaki snu. Pośrednie dowody wskazują, że w częściach mózgu, w których zlokalizowane są urządzenia hipnogenne, głównym przekaźnikiem jest acetylocholina.
Zgromadzają się także fakty mówiące o roli serotoniny.
Zniszczenie jąder szwu, znajdujących się w pniu mózgu i najbogatszych w serotoninę, prowadzi do bezsenności, której stopień jest odwrotnie proporcjonalny do liczby zachowanych jąder. Przeprowadzono liczne eksperymenty z wprowadzeniem do organizmu aminokwasu – prekursora serotoniny – tryptofanu oraz antagonistów serotoniny – metysergidu, deserylu, które go niszczą i wywierają odwrotny wpływ na sen w ogóle i na jego poszczególne fazy.
Na ten temat wywiązała się debata: niektórzy naukowcy bronią poglądu, że serotonina promuje sen REM, inni – sen powolny. Wydaje się, że bardziej uzasadniony jest drugi punkt widzenia. Udało się wykazać, że urządzenia adrenergiczne biorą udział nie tylko w mechanizmach czuwania, ale także w fazie snu REM. Badania te mają ogromne znaczenie praktyczne, stanowią bowiem podstawę do stworzenia współczesnej zróżnicowanej farmakologii snu i czuwania.
Perspektywy rozwiązania tego problemu najprawdopodobniej nie polegają na poszukiwaniu jakichś specjalnych substancji hipnogennych, ale na wyjaśnieniu prawdziwej roli znanych już chemicznych środków aktywnych oraz identyfikacji jeszcze niezidentyfikowanych mediatorów mózgowych.
Zainteresowanie badaniami humoralnymi wzrosło szczególnie w związku z odkryciem snu REM.
Stwierdzono, że pozbawienie ludzi i zwierząt snu REM skutkuje wydłużeniem fazy REM w kolejne noce. Wydawało się, że podczas snu REM ulega zniszczeniu jakaś hipotetyczna substancja, która zgromadziła się w czasie czuwania. W konsekwencji, pozbawiony snu REM, czynnik ten w dalszym ciągu kumuluje się i powoduje nadmierne wydłużanie się tej fazy w kolejnych nocach.
Jednak takiej hipotezie przeczą codzienne obserwacje związane z dłuższym czasem trwania snu REM w drugiej połowie nocy, kiedy nagromadzona substancja powinna była już zostać zniszczona. Niemniej jednak, przy tak ogólnych, choć logicznych rozważaniach, trudno oprzeć się tej hipotezie. Potrzebujemy faktów. Na razie wydaje się, że poszczególne fazy snu mają swoją własną chemię.
Przejście od czuwania do snu sugeruje dwie możliwe ścieżki.
Po pierwsze, możliwe jest, że mechanizmy utrzymujące stan czuwania stopniowo ulegają „zmęczeniu”. Zgodnie z tym punktem widzenia sen jest zjawiskiem pasywnym, będącym konsekwencją obniżenia poziomu czuwania. Możliwe jest jednak także aktywne hamowanie mechanizmów zapewniających czuwanie.Ważną rolę w regulacji cyklu snu i czuwania odgrywa tworzenie siatkowe pnia mózgu, w którym znajduje się wiele rozproszonych neuronów, których aksony docierają do prawie wszystkich obszarów mózgu, z wyjątkiem nowej kory mózgowej (kory nowej).
Jego rolę w cyklu snu i czuwania badali pod koniec lat 40. XX wieku G. Moruzzi i N. Magun. Odkryli, że elektryczna stymulacja tej struktury o wysokiej częstotliwości u śpiących kotów powodowała ich natychmiastowe przebudzenie. I odwrotnie, uszkodzenie formacji siatkowej powoduje ciągły sen przypominający śpiączkę; przecięcie jedynie dróg czuciowych przechodzących przez pień mózgu nie daje takiego efektu.
Neurony serotoninergiczneodgrywają także bardzo ważną rolę w regulacji czuwania i snu.
W górnych partiach pnia mózgu znajdują się dwa obszary - jądra szwu i miejsce sinawe - których neurony charakteryzują się takimi samymi rozległymi wypustkami jak neurony formacji siatkowej, tj. docierające do wielu obszarów ośrodkowego układu nerwowego. Mediatorem w komórkach jąder szwu jest serotonina (5-hydroksytryptamina, 5-HT), a siateczką jest noradrenalina.
Zniszczenie jąder szwu u kota prowadzi do całkowitej bezsenności trwającej kilka dni; W ciągu najbliższych kilku tygodni sen powróci do normy. Częściowa bezsenność może być również spowodowana hamowaniem syntezy 5-HTn-chlorofenyloalaniny. Można go wyeliminować podając 5-hydroksytryptofan, prekursor serotoniny, który nie przenika przez barierę krew-mózg.
Obustronne zniszczenie miejsca sinawego prowadzi do całkowitego zaniku snu REM bez wpływu na sen wolnofalowy. Wyczerpywanie się serotoniny i noradrenaliny pod wpływem rezerpiny powoduje, jak można się spodziewać, bezsenność. Okazało się jednak, że neurony jąder szwu są najbardziej aktywne i uwalniają maksimum serotoniny nie podczas snu, ale po przebudzeniu.
Ponadto wydaje się, że występowanie fazy REM jest spowodowane aktywnością neuronów nie tyle w miejscu sinawym, ile raczej w bardziej rozproszonym jądrze podsiatkowym. Sądząc po wynikach ostatnich eksperymentów, serotonina służy zarówno jako mediator w procesie przebudzenia, jak i „hormon snu” w stanie czuwania, stymulując syntezę lub uwalnianie „substancji snu” (czynników snu), które z kolei wywołują sen.
Podjęto próby wykrycia określonych substancji zarówno po długotrwałym braku snu, jak i u śpiącej osoby. Pierwsza z tych prób opiera się na hipotezie, że czynniki snu akumulują się w czasie czuwania do poziomu wywołującego sen, a druga na hipotezie, że powstają one lub są uwalniane podczas snu. Badania przyniosły pewne wyniki. Tak więc, testując pierwszą hipotezę, z moczu i płynu mózgowo-rdzeniowego ludzi i zwierząt wyizolowano niewielki glukopeptyd, czynnik S, który po podaniu innym zwierzętom powoduje sen wolnofalowy.
Wydaje się, że istnieje również czynnik snu REM. Badanie drugiej hipotezy doprowadziło do odkrycia nonapeptydu wywołującego głęboki sen (obecnie został on już zsyntetyzowany), tak zwanego peptydu d-sleep (DSIP, peptyd indukujący sen delta). Nie wiadomo jednak jeszcze, czy te i wiele innych „substancji usypiających” odkrytych podczas testowania obu hipotez odgrywają jakąkolwiek rolę w jej fizjologicznej regulacji.
Co więcej, wyizolowane peptydy często wywołują sen tylko u zwierząt określonego gatunku; ponadto zachodzi pod wpływem innych substancji. Jednak zrośnięte bliźniaczki mogły spać oddzielnie, co wskazuje na drugorzędną rolę czynników humoralnych i decydującą rolę układu nerwowego w rozwoju snu.
Już w najwcześniejszych badaniach mechanizmów snu wyraźnie zarysowały się dwa główne punkty widzenia na ten problem.
Po pierwsze, sen następuje w wyniku aktywnego procesu, pobudzenia pewnych struktur („ośrodków snu”), co powoduje ogólne pogorszenie funkcji organizmu (aktywne teorie snu). Drugą są pasywne teorie snu, czyli teorie deaferentacji, według których sen następuje biernie w wyniku zaprzestania działania niektórych czynników niezbędnych do utrzymania czuwania.
Różnice pomiędzy tymi kierunkami trafnie określił N. Kleitman, pisząc, że „zasypianie” i „niemożność pozostania przytomnym” to nie to samo, gdyż pierwsze polega na aktywnym działaniu, drugie zaś na biernej eliminacji stanu aktywnego.
Pierwszymi badaniami eksperymentalnymi wskazującymi na istnienie ośrodka snu były prace V.
Hessa. Po wykazaniu, że słaba stymulacja elektryczna wyraźnie określonego obszaru międzymózgowia u kotów doświadczalnych powoduje sen ze wszystkimi fazami przygotowawczymi (przeciąganie się kota, mycie, przyjmowanie charakterystycznej pozy), V. Hess zasugerował, że istnieje ośrodek, którego pobudzenie zapewnia początek naturalnego snu.
Kolejne eksperymenty V.Hessa zostały potwierdzone przez licznych badaczy, którzy indukowali początek snu u zwierząt doświadczalnych za pomocą elektrycznej i chemicznej stymulacji podwzgórza i struktur przyległych, a teoria ośrodka snu zyskała duże uznanie.
Jednak I.P. zdecydowanie sprzeciwiał się takiemu lokalizacyjnemu wyjaśnianiu mechanizmu występowania snu.
Pawłow. Postrzegał sen jako wynik zahamowania kory mózgowej; Co więcej, jego teoria snu nie wykluczała udziału struktur podkorowych w powstawaniu snu.
S. Ranson doszedł do wniosku, że podwzgórze jest ośrodkiem „integracji ekspresji emocjonalnej”, a sen następuje w wyniku okresowego spadku aktywności tego ośrodka czuwania.
Odkrycie przez J.
Moruzziego i H. Magoona w 1949 r. wstępującego, aktywującego wpływu nieswoistego układu siatkowego (NRAS) znacząco wzmocniło pozycję pasywnych teorii snu. Utrzymywanie stanu czuwania zostało teraz wyjaśnione tonicznym wpływem VRAS. Dalsze badania doprowadziły do odkrycia innych układów aktywujących – rozproszonego i specyficznego układu wzgórzowego oraz struktur aktywujących tylnego podwzgórza (patrz rozdział 8).
Jedną z prób stworzenia jednolitej teorii snu podjął P.K.
Anokhin. Reprezentował stan snu w wyniku przejawu integralnej aktywności organizmu, ściśle koordynując struktury korowe i podkorowe w jeden układ funkcjonalny. W swojej hipotezie P.K. Anokhin wyszedł z faktu, że podwzgórzowe „ośrodki snu” znajdują się pod toniczno-hamującym wpływem kory mózgowej. Dlatego też, gdy wpływ ten słabnie w wyniku zmniejszenia napięcia roboczego komórek korowych („aktywny sen” według Pawłowa), struktury podwzgórza wydają się „uwalniane” i determinują cały złożony obraz redystrybucji składników wegetatywnych, charakterystyczny dla stanu snu.
W tym przypadku ośrodki podwzgórza działają przygnębiająco na wznoszący się układ aktywujący, blokując dostęp do kory całego kompleksu wpływów aktywujących (a według Pawłowa następuje „sen bierny”). Interakcje te wydają się mieć charakter cykliczny, zatem stan snu można wywołać sztucznie (lub w wyniku procesu patologicznego) poprzez wpływ na dowolną część tego cyklu (ryc.
13.1).
Obecnie, po odkryciu szeregu aktywujących i synchronizujących struktur mózgowych, a także licznych peptydów i neuroprzekaźników (patrz niżej) biorących udział w regulacji cyklu snu-czuwania, schemat ten zostaje uzupełniony nowymi treść.
W 1953 r. E. Azerinsky i N. Kleitman odkryli zjawisko snu „szybkiego ruchu gałek ocznych”, a tym samym nową erę w badaniach nad snem.
Jeśli wcześniejsze pasywne i aktywne teorie regulacji snu uważały czuwanie za stan przeciwny do snu, a sam sen za pojedyncze zjawisko, teraz idea snu monolitycznego została zniszczona i zaczęto badać mechanizmy zarówno wolnego, jak i szybkiego snu. W rezultacie obecnie procesy regulacyjne snu wolnego są powiązane ze strukturami międzymózgowia, a snu szybkiego – głównie ze strukturami łodygowymi mostu.
W latach 60.–70.
XX w. M. Jouvet na podstawie szeroko zakrojonych badań skrzyżowań i uszkodzeń mózgu, a także danych farmakologicznych i neuroanatomicznych zaproponował monoaminergiczną teorię regulacji cyklu sen-czuwanie, zgodnie z którą powolny i szybki sen są powiązane z aktywnością różnych grup neuronów monoaminergicznych - neurony serotoninergiczne kompleksu raphe biorą udział w regulacji powolnego snu, natomiast neurony noradrenergiczne odpowiadają za początek snu REM.
Następnie wykazano udział różnych neuroprzekaźników w regulacji snu wolnofalowego i REM. Dane te przedstawia tabela 13.1.
Różnicę pomiędzy mechanizmami snu wolnego i szybkiego potwierdzają także neurohumoralne koncepcje snu, których twórcą jest A. Pieron. Na początku tego stulecia, opierając się na wynikach swoich eksperymentów na psach, u których sen wywoływano poprzez wstrzyknięcie płynu mózgowo-rdzeniowego innym pozbawionym snu przez kilka dni psom, A.
Pieron zasugerował, że zapadanie w sen wiąże się z gromadzeniem się w organizmie pewnych substancji (hipnotoksyn). Następnie liczni badacze wyizolowali „czynnik snu” z płynu mózgowo-rdzeniowego, krwi i moczu różnych zwierząt i z każdym rokiem zwiększała się lista substancji związanych ze snem występujących w organizmie. W tabeli Rysunek 13.2 przedstawia wszystkie peptydy, które badano pod kątem ich wpływu na sen.
R. Drucker-Colin i N. Merchant-Nancy, podsumowując uzyskane dane, wyjaśniają obfitość tych substancji faktem, że wszystkie one działają poprzez jakiś wciąż nieznany mechanizm odpowiedzialny za zapadanie w sen, a jedyny czynnik snu w rozumieniu A. Pierona tak naprawdę nie istnieje.
Do wszystkich wymienionych substancji należy dodać melatoninę, która wydzielana jest przez szyszynkę tylko w nocy i odgrywa także ważną rolę w utrzymaniu snu (mechanizm działania różnych grup substancji na sen znajdziesz w recenzji).
Wyniki szeroko zakrojonych badań neurofizjologicznych, neurochemicznych i neurohumoralnych wskazują nie tylko na złożoność i różnorodność interakcji różnych czynników w regulacji cyklu sen-czuwanie, ale także różnicę w mechanizmy powolnego i szybkiego snu.