Фізіологія сну та нейрофізіологічні механізми

Сон є життєво необхідним явищем для людини. Довгий час переважала думка, що це відпочинок, який потрібний для відновлення енергії мозку після неспання. Але з появою можливостей досліджувати активність мозку на точних апаратах з'ясувалося, що активність мозку навіть вища під час сну, ніж у той час, коли він не спить. Які ж фізіологічні засади сну?

Теорії сну

Фізіологія сну пояснювалася кількома теоріями, перші з яких визнані безнадійно застарілими.

Гуморальна вважає, що в крові при тривалому неспанні з'являються речовини, що викликають засипання. Теорія народилася в результаті спостережень над собакою, якій переливали кров довго не сплячого собаки. Собака-реципієнт одразу засинав.
Коркова та підкіркова заснована на спостереженнях над хворими з пухлинними або інфекційними ураженнями підкірування мозку. У таких хворих відзначаються різного роду та тривалості порушення сну, що вказує, на думку дослідників, на присутність підкіркових центрів сну.
Хімічна – у процесі неспання активізуються гіпнотоксини, що викликають засипання. У сучасному вигляді теорія називається біохімічною.
Теорії центру сну фізіолога Гесса, який відкрив, що під час електричного подразнення ядер гіпоталамуса в області 3-го шлуночка піддослідна тварина засинає.
Теорія І.П.Павлова: розлите гальмування кори великих півкуль на думку вченого виникає в результаті його іррадіації з локальних ділянок, де воно відбулося спочатку.
Теорія П.К. Анохіна – при втомі розвивається гальмування локальних ділянок кори, яка, своєю чергою, перестає збуджувати центри сну ретикулярної формації, що викликає гальмування внейронів. У ретикулярній формації починає розвиватися розлите гальмування.
Регуляція сну та неспання здійснюється центрами сну, що утворюють сомногенні структури - скупчення нейронів, при збудженні яких розвивається сон. Тобто єдиного центру сну немає, яке функціонування – результат скоординованої роботи багатьох структурних утворень мозку, що розташовуються різних рівнях мозку, але пов'язаних між собою складними відносинами.

Налічується 3 види таких гіпногенних структур:

Центри повільного сну: передні відділи гіпоталамуса, неспецифічні ядра таламуса, ядра шва, що містять серотонін та гальмівний центр Моруцці.
Центри швидкого сну: до них відноситься блакитна пляма, вестибулярні ядра довгастого мозку, ретикулярна формація і верхнє двоолміє середнього мозку.
Центри, відповідальні за регуляцію ритму сну: блакитна пляма та певні ділянки кори.

Досить складними є і біохімічні механізми сну, що активують нейрофізіологічні. У них беруть участь адрен-, серотонін-, холінергічні системи, дельта-пептид, бета-ендорфін, аргінін-вазотонін та ін. Тісно пов'язаний з нічним сном пролактин, його секреція різко підвищується. Знижується під час сну секреція тиреотропіну, кортизолу, адренокортикотропіну. Гальмівною рідиною системи вважається гамма-аміномасляна кислота (ГАМК), яка пригнічує активність нейронів.

Чому людина спить

Механізм включення сну пояснюється злагодженою роботою цих центрів, що регулюється за принципом перемикача фліп-флоп. Як тільки одна зі сторін отримує перевагу, система відразу, як гойдалка, переходить у протилежний стан. Тобто центри сну та неспання почергово блокують один одного, аорексин стабілізує стан, щоб перемикання не відбувалося надто швидко. Порушення роботи орексинової системи призводить до розвитку нарколепсії – стану, коли людина кілька десятків щодня занурюється у стан глибокого сну і виходить із нього.

Для переходу до засинання необхідно, щоб посилилася активність центру сну. І це лише поверховий погляд на існуючі механізми сну, які активно вивчаються. Як каже регенсбурзький сомнолог Юр. Цуллі, "сон - це не спокій, а інше неспання".

Фактори сну

На сьогоднішній день виділяється 4 групи факторів, що визначають добовий сон:

Ендогенні – пов'язані зі стомленням організму та з підвищеною секрецією анаболічних гормонів.
Циркадні ритми.
Безумовні – спокій, темрява, становище тіла та ін.
Умовнорефлекторні - звикання до конкретного часу засинання, до його тривалості та ін.

Глімфатична система головного мозку

Щодня головний мозок людини обробляє гігабайти інформації, що надходить до неї від органів чуття, інтерпретує отримані дані, регулює процеси запам'ятовування. Крім цього, саме головний мозок контролює всі процеси, що відбуваються в організмі: емоції, координацію рухів та все інше.

У процесі роботи клітини мозку активно працюють, набухають і виділяють побічні продукти життєдіяльності – нейротоксини. Яке це все стосується сну? Справа в тому, що до недавнього часу вважалося, що мозок повністю автономен, закритий від усіх систем організму гематоенцефалічним бар'єром. Тому питання очищення мозку від продуктів власної життєдіяльності раніше розглядалося лише теорії.

Організмлюдини пронизаний лімфатичною системою, що виводить із нього токсичні відходи життєдіяльності. Однак із головним мозком, як вважалося раніше, ця система не повідомлялася. У 2012 р. докторам з університету Рочестера Дж.Іліффу та М.Недергарду вдалося підняти завісу таємниці, над тим як працює система очищення головного мозку – було відкрито глімфатичну систему.

Річ у тім, що це продукти метаболізму з організму виводяться через печінку. Але до печінки від мозку дуже велика відстань. Принцип роботи глімфатичної системи схожий на лімфосистему. Кровоносні судини головного мозку обвиті гліальними клітинами, між якими утворюється вільний простір. У цей простір просочується тканинна рідина, що містить токсини, виведені з мозку через мітохондрії. Тканинна рідина обмінюється зі спинномозковою, яка, своєю чергою, вимиває потужним потоком токсини з мозку.

У 2015 р. у головному мозку було виявлено і менінгіальні лімфатичні судини, які разом із кровоносними судинами виходять у шийні лімфовузли. Таким чином було зроблено висновок, що мозок все ж таки не є автономною системою організму, а відходи його життєдіяльності виводяться через глімфатичну та лімфосистему людини, яка і доставляє токсичні продукти життєдіяльності до печінки.

Чим загрожує для організму порушення роботи глімфатичної системи

Порушення в роботі глімфатичної системи є причиною поширеної хвороби Альцгеймера, викликаної скупченням токсинів у головному мозку. Згідно з лабораторними даними у хворих на Альцгеймер спостерігається велика кількість в головному мозку білка бетаамілоїду, який, накопичуючись, викликає пошкодження нервових клітин. Саме цей білок виводить глімфатичну систему.

Назвасистеми було сформовано із двох складових. Глімфатична система діє як лімфосистема, але керується клітинами, відомими під назвою гліальні. Багато дослідників вважають, що подальші дослідження фізіологічних механізмів сну дозволять знайти нові, ефективніші методи боротьби з хворобою Альцгеймера, Паркінсона, інсультами та іншими захворюваннями, пов'язаними з головним мозком.

Сон як основа нормальної функціональності глімфатичної системи

Організм людини існує в умовах досить обмеженого енергоживлення. Мозок не в змозі одночасно очищати себе від токсинів та обробляти вхідну інформацію. Тому на 80% глімфатична система працює у той час, коли людина спить. У цей час зменшуються в об'ємі клітини мозку, які раніше набрякли під час роботи, внаслідок чого звільняється міжклітинний простір, яким безперешкодно відбувається відтік токсинів, розчинених у міжклітинній рідині, в лімфосистему. За зміну розмірів міжклітинних просторів у мозку відповідає гормон норадреналіну.

До процесу можна навіть зарахувати поняття змиву. Тобто токсини, що накопичилися між клітинами в процесі їхньої життєдіяльності, вимиваються потоком тканинної рідини, яка починає безперешкодно текти під час сну. Таким чином, глімфатична система - це каналізація головного мозку, а сон забезпечує умови для її функціонування.

Тобто, ті функції сну, які раніше вважалися єдиними – регулювання функцій організму, структурування отриманої інформації, формування пам'яті доповнилися ще одним важливим складником: чищенням мозку від токсинів. Саме цим пояснюється відновлюючий ефект сну та негативний вплив недосипання на організм.

У 2015р.Вивчення докторів Дж.Илиффа і М.Недергаарда було доповнено. Вчені встановили, що навіть поза для сну важлива процесів очищення мозку. Найбільш ефективною показала себе поза сну на боці, а найменш результативною – на животі.

Це дослідження відкрило нові горизонти у поясненні того, навіщо людині потрібний сон. Ця загадка спантеличувала уми вчених протягом тисячоліть. Дослідження минулого століття привели допитливу думку дослідників до того, що сон допомагає мозку з консолідацією та зберіганням у пам'яті інформації. Але це не здатне збалансувати ті великі недоліки, які притаманні сну. З точки зору еволюції, функція сну пов'язана з величезним ризиком, адже саме в цей момент істоти найвразливіші для навколишніх хижаків.

Фізіологія снів

Сновидіння вважаються наслідком активності нейронів мозку за нестачі гальмування. Вважається, що сновидіння певною мірою виконують захисну функцію, відволікаючи свідомість, що недостатньо спитає, від подразників, здатних розбудити.

Сни можуть викликати зовнішні подразники, внутрішні, будь-яка мотиваційна домінанта. Голодний бачитиме сни про їжу, і натомість статевих переживань можуть виникнути сновидіння із сексуальним контекстом. Декілька десятиліть переважала психоаналітична концепція, згідно з якою організм у сновидіннях розряджається від пригнічених біологічних спонукань. Проте сьогодні вона вважається недостовірною.

Список використаної літератури:

Килимів Г.В. (ред.) Короткий посібник із клінічної сомнології М: “МЕДпрес-інформ”, 2018р.
Напівектів М.Г. (ред.) Сомнологія та медицина сну. Національне керівництво пам'яті О.М. Вейна та Я.І. Левіна М.: "Медфорум", 2016р.
А.М. Петров, А.Р. Гініатуллін Нейробіологія сну:сучасний погляд (навчальний посібник) Казань, ДКМУ, 2012р.

Головна
Наука про сон