Общие представления о физиологических механизмах сна

Так как сон представляет собой компонент цикла «бодрствование — сон», то очевидно, что под влиянием супраоптического ядра как задавателя ритма и мелатонина, как исполнительного механизма циркадного ритма происходит торможение системы восходящего возбуждения (arousal) мозга и активация сомноген-ных центров мозга, расположенных в различных структурах мозга и представленных такими трансмиттерными системами, как ГАМКергическая, глицинергическая, пуринергическая (аденозин), липи-дергическая (ПГД2, эндоканнабиноиды), пептидергическая (мела-нин-концентрирующий гормон, окситоцин, вазопрессин, лептин, кортистатин-14, альфа-меланоцитстимулирующий гормон, грелин, дельта-пептид). Ниже будут более детально рассмотрены исторические аспекты проблемы, представление о сомногенных структурах мозга, включая трансмиттеры и пептиды, механизмы формирования медленного и быстрого сна, а также механизмы пробуждения.

Исторические аспекты изучения физиологических механизмов сна (А. Mocco, 3. Фрейд, И. П. Павлов, П. К. Анохин, А. Борбе-ли). Отмечают (Peever J., Fuller Р., 2017), что систематические исследования физиологии сна были начаты в конце XIX в., и уже тогда было выдвинуто много различных теорий. В частности, Анджело Mocco (A. Mosso) предложил сосудистую теорию сна, согласно которой у человека сон развивается в результате уменьшения мозгового кровотока и развития мозговой гипоксии. Для доказательства своей концепции А. Mocco сконструировал кровать-весы. При укладывании на такую кровать бодрствующего человека головной и ножной отделы кровати уравновешивались. Если человек засыпал на такой кровати, то головной отдел кровати поднимался, а ножной опускался.

Зигмунд Фрейд (S. Freud), рассматривал сон как механизм, прерывающий сознательное взаимодействие с внешним миром ради углубления во внутренний мир; попутно такой механизм предоставляет возможность для отдыха.

И. П. Павлов сформулировал корковую теорию сна. Наблюдая за поведением собак при выработке торможения запаздывания, он установил, что такое торможение часто вызывает у животного сонное или дремотное состояние, прерывающееся лишь в момент подкрепления безусловным раздражителем. Это позволило И. П. Павлову предположить, что внутреннее торможение и сон представляют единый процесс, а различие между ними имеет чисто количественный характер: внутреннее торможение развивается в отдельных участках коры головного мозга, а при формировании сна тормозной процесс захватывает практически всю поверхность коры, т. е. сон — это разлитое торможение коры больших полушарий.

Эту точку зрения подтверждал и тот факт, что при засыпании человека и животных можно наблюдать ряд стадий, тождественных стадиям парабиоза (по Н. Е. Введенскому). В самом начале засыпания наблюдается уравнительная стадия (на воздействие сильного и слабого раздражителя формируется одинаковый ответ), затем — парадоксальная стадия (на действие слабого раздражителя ответ более выражен, чем на действие сильного раздражителя), и в завершении — тормозная стадия (оба раздражителя не вызывают ответа).

Согласно И. IL Павлову, при наличии условий для длительной и обширной иррадиации торможения в коре головного мозга кора не воспринимает сенсорную импульсацию и поэтому прекращает свое воздействие на скелетную мускулатуру и внутренние органы. В результате этого животное принимает характерную для сонного состояния позу, тонус его мышц снижается, замедляется частота сердцебиения, снижается кровяное давление.

Однако И. П. Павлов считал, что иррадиация торможения в коре не представляет собой монотонной картины, т. к. в ряде областей коры остаются во время сна возбужденные центры. Он назвал их сторожевыми, т. к. через эти центры поддерживается контакт спящего животного с окружающей средой. В этом отношении можно привести два примера. Первый касается осьминога. Во время его сна только одно из его щупальцев реагирует на раздражение из внешней среды, в результате которого возможно пробуждение; нанесение даже очень сильного раздражения на остальные щупальца не вызывает пробуждения. Второй пример — уставшая мать у постели больного ребенка не просыпается от воздействия сильных раздражителей, но сразу же реагирует на любое движение или слабый стон ребенка. И. П. Павлов предположил, что во время сна могут возникать случайные, непредвиденные связи между сторожевыми пунктами коры, а также могут растормаживаться иные участки коры; все это приводит к формированию сновидений.

Ключевым моментом корковой теории сна И. П. Павлова было представление о причинах формирования сна, который он подразделял на два вида: активный и пассивный.

Активный сон, согласно И. П. Павлову, — это развитие в период бодрствования торможения в коре больших полушарий по причине ее утомления под влиянием различных сенсорных воздействий и распространение этого торможения на подкорковые структуры. Иначе говоря, утомленная кора тормозит все другие структуры мозга. Такой сон выполняет функцию охранительного торможения в отношении нейронов коры.

Пассивный сон, по И. П. Павлову, также связан с развитием торможения в коре больших полушарий и его иррадиацией к подкорковым структурам, но в этом случае причина торможения коры — недостаточный приток сенсорной импульсации к коре головного мозга, например по причине отсутствия сенсорных стимулов. Наличие пассивного сна доказывается хорошо известными данными, в том числе полученными в лаборатории И. П. Павлова, о том, что животное с поврежденными сенсорными системами (зрительной, слуховой, обонятельной) непрерывно находится в сонном состоянии.

Итак, в первом случае сон возникает вследствие чрезмерной деятельности мозга (активный сон) и направлен на восстановление деятельности нейронов коры больших полушарий, а во втором — по причине ее бездействия (пассивный сон). Сновидения, по И. П. Павлову, возникают в результате случайного и хаотического слияния возбуждения незаторможенных участков коры (сторожевые пункты) и недавно расторможенных центров. Естественно, что в корковой теории И. П. Павлова отсутствует представление о наличии механизмов, селективно формирующих медленный и быстрый сон.

В целом И. П. Павлов предвосхитил развитие всех современных теорий сна. Одна группа этих теорий («активные» теории сна) рассматривает сон как процесс активный, который реализуется с участием специальных гипногенных структур (центров сна), тормозящих кору больших полушарий, т. е. преодолевающих возбуждающее влияние на нее со стороны активирующей системы мозга. Вторая группа теорий («пассивные» теории сна, теории деафферентации) рассматривает сон как процесс пассивный, обусловленный прекращением возбуждающего влияния на кору больших полушарий активирующей системы мозга.

На рубеже XIX и XX вв. разразилась эпидемия летаргического энцефалита, который протекал либо в виде летаргического сна, либо в виде летаргического бодрствования (бессонницы). Для объяснения этого явления Константин фон Экономо (С. von Economo) предположил, что в гипоталамусе имеется специальная структура, состоящая из двух частей, или центров — центра бодрствования и центра сна. Центр бодрствования, по его мнению, представлен в каудальной части этой структуры, а центр сна — в ростральной (передней). При активации центра сна (в том числе в результате повреждения) происходит торможение таламуса и коры больших полушарий, что приводит к развитию летаргического сна, а при повреждении центра бодрствования возникает летаргическое бодрствование, т. е. постоянная бессонница.

Вальтер Гесс (W. Hess) подтвердил экспериментально существование центра сна. В опытах на кошках он показал, что слабое электрическое раздражение четко ограниченной области переднего гипоталамуса вызывает сон со всеми подготовительными фазами (потягивание, умывание, принятие характерной позы). Он предположил, что это место и есть центр сна, возбуждение которого обеспечивает наступление естественного сна. А. С. Грищенков описал пациента, имеющего осколок снаряда в области промежуточного мозга — при касании к осколку больной немедленно погружался в сон.

Но помимо гипоталамуса в других отделах головного мозга были также выявлены гипногенные структуры, т. е. центры сна. В частности, они обнаружены в ретикулярной формации ствола мозга, а также в хвостатом ядре, в неспецифических ядрах таламуса и в базальной части переднего мозга (орбито-фронтальная область). В этот же период была открыта система активации мозга, что подтверждало представление И. П. Павлова о наличии пассивного механизма сна.

Первые экспериментальные доказательства наличия центров сна и центров бодрствования были получены в 1935 г. Фредериком Бремером (F. Bremer) в опытах с поперечными перерезками на разных уровнях ствола мозга кошки. Он показал, что межколликулярная перерезка приводит, судя по ЭЭГ, к картине сна (спящий изолированный мозг, «cerveau isole»), тогда как перерезка на границе головного и спинного мозга не изменяет картину бодрствования на ЭЭГ (бодрствующий изолированный мозг, «encephale isole»).

Важным этапом развития представлений о существовании специальной системы мозга, обеспечивающей бодрствующее состояние, было открытие Джузеппе Моруцци и Горация Мэгуна в 1949 г. восходящего актирующего влияния неспецифической ретикулярной системы. Они показали, что электростимуляция ретикулярной формации среднего мозга вызывает у кошки бодрствование. Дальнейшие исследования привели к открытию и других активирующих систем, о чем детально изложено выше.

Все эти открытия позволили сформулировать новые теории сна (Дж. Росси и А. Цанкетти, П. К. Анохин, А. Борбели). В частности, обнаружение в стволе мозга активирующих и тормозящих структур позволило Дж. Росси и А. Цанкетти предположить существование в стволе мозга двух антагонистических механизмов — десинхронизирующего (пробуждающего) и синхронизирующего (вызывающего сон). Они считали, что сон — это результат активного торможения деятельности мозга.

Теория сна П. К. Анохина представляла собой развитие корковой теории сна И. П. Павлова. Автор признавал существование центров сна, в том числе находящихся в гипоталамусе, но при этом он полагал, что все эти центры сна находятся под тоническим угнетающим влиянием со стороны коры больших полушарий. При ослаблении этого влияния, которое возникает вследствие снижения рабочего тонуса корковых клеток («активный сон» по Павлову), центры сна, включая гипоталамические, освобождаются от «опеки» и вызывают торможение коры больших полушарий, т. е. сон; одновременно эти центры вызывают вегетативные сдвиги, характерные для сна.

П. К. Анохин считал, что центры сна (включая гипоталамические) оказывают свое тормозное влияние на кору больших полушарий опосредованно — за счет угнетения восходящих активирующих влияний со стороны ретикулярной формации, таламуса и других компонентов системы активации, т. е. за счет наступления «пассивного» (по И. П. Павлову) сна. В качестве иллюстрации этой гипотезы рассматривается сон новорожденного. В его коре еще не имеется достаточно зрелых элементов для активного нисходящего тормозного влияния на уже значительно созревшие гипоталамические структуры. Поэтому основным состоянием новорожденного является состояние сна. Причиной пробуждения новорожденного является голод — возбуждаемые «голодной» кровью гипоталамические структуры реципрокно затормаживают «центры сна», устраняя их угнетающее влияние на активирующие системы, и ребенок просыпается. После насыщения восстанавливаются прежние соотношения, и ребенок снова засыпает.

В настоящее время теория сна П. К. Анохина подтверждается все новыми и новыми фактами при одном важном уточнении о том, что формирование медленного сна обусловлено активностью гипоталамических центров сна, а формирование быстрого сна — главным образом, стволовыми структурами мозга.

Согласно моноаминергической теории Мишеля Жуве, которая была сформулирована в 1960-е гг., развитие медленного и быстрого сна связано с активностью различных групп моноаминергических нейронов. Он считал, что медленный сон формируется за счет серотонинергических нейронов среднего мозга, а быстрый сон — за счет участия норадренергических нейронов голубого пятна, в то время как бодрствование обеспечивается дофаминергическими нейронами черной субстанции.

В 1989 г. известный специалист в области физиологии сна Александр Борбели (A. Borbeli) сформулировал представление о сне как о форме реализации потребности организма в восстановлении функционального состояния коры больших полушарий и как следствие существования циркадного ритма. Он полагал, что потребность во сне (процесс S — sleep) увеличивается во время бодрствования и уменьшается во время сна, т. е. по мере восстановления функционального состояния коры больших полушарий. Этот процесс накладывается на циркадный ритм.

Важным моментом в истории концепций о сне является формулирование гуморальных теорий сна, согласно которым сон развивается в результате накопления во время бодрствования в нейронах мозга биологически активных веществ, вызывающих сон (сомно-генные, или гипногенные, факторы). Так, предполагалось, что в процессе бодрствования в нейронах накапливаются легко окисляющиеся продукты, которые препятствуют нейронам эффективно использовать поступающий кислород, т. е. способствуют развитию гипоксии мозга.

Один из основоположников гуморальной теории сна французский физиолог Анри Пьерон (Henri Pieron); в 1910—1913 гг. выделил из спинномозговой жидкости собак, подвергнутых многодневной депривации сна, неспецифический фактор белковой природы. При его введении бодрствующему животному быстро возникал сон.

А. Пьерон назвал этот фактор сонным ядом или гипнотоксином. В последующем было показано, что введение бодрствующим собакам крови, спинномозговой жидкости или экстракта вещества головного мозга собак, долго (10 дней) не спавших, быстро вызывает все признаки утомления и развитие сна у собаки-реципиента. Хотя в чистом виде выделить гипнотоксин так и не удалось, гуморальная теория сна была и остается одной из наиболее популярных теорий.

В последующем были выделены нейропептиды, введение которых непосредственно в желудочки мозга бодрствующего животного вызывало сон. Так, в 1977 г. извлекли из крови кролика дельта-пептид, состоящий из 9 аминокислот и имеющий молекулярную массу 849 Д (S. Schoenenberger-Monnier et al., 1977). Введение этого пептида вызывало у бодрствующих животных развитие медленного сна, или дельта-сна. Затем был выявлен фактор Паппенгеймера (фактор S, или гипногенный пептид), выделенный из мочи человека и спинномозговой жидкости коз, который содержал мурамовую кислоту. Был также выделен гипногенный пептид из ствола мозга бодрствующей в течение суток крысы (фактор Учизано).

В настоящее время список сомногенных факторов продолжает расти. В него вошли мурамил-дипептид, холецистокинин, вазоактивный интестинальный гормон (ВИП), ангиотензин, интерлейкин-1, интерферон альфа2, гормон роста, альфа-меланоцитстимулирую-щий гормон (альфа-MSH), инсулин, простагландин Д2, уридин, мелатонин, соматолиберин, соматостатин, кортикотропин-подобный пептид, глюкокортикоиды, галанин, эндоморфин. К этому списку можно добавить и гуморальные факторы, которые активируют мозг, о чем говорилось выше при рассмотрении механизмов бодрствования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >