Животные без сна

Сейчас установлено, что крайняя граница допустимого при депривации сна у людей считается 4 суток – далее появляется риск для здоровья. Поэтому эффекты депривации сна продолжили изучать на животных. Каких только хитроумных экспериментов не проводили, чтобы заставить животных не спать.

Одним из известных и широко применяемых был и, в целом, остается до сих пор метод малых площадок, разработанный Мишелем Жуве. Опыт состоит в том, что животное помещается на очень маленькую платформу посреди воды, на которой оно едва может держаться и при наступлении сна (быстрого или глубокого медленного), когда мышцы расслабляются – бедное животное неизбежно падает в воду.

Страх перед падением в воду вырабатывает у животного своеобразный рефлекс – как только мышцы начинают расслабляться, животное само просыпается, таким образом происходит самопроизвольная депривация сна. Этот метод подходит для выборочного лишения фазы быстрого сна.

Метод довольно жестокий и часто критикуемый, поскольку эффекты от такой депривации – это не последствия недостатка сна как такового, а последствия стресса, которое животное испытывает продолжительное время. Иными словами происходит не просто лишение сна, а его постоянное прерывание, поскольку животное успевает заснуть, прежде чем самопроизвольно проснуться, а это стресс.

Поэтому, чтобы нивелировать влияние стресса, были разработаны другие методы депривации сна, например, метод gentle handling, когда животному постоянно подкладываются все новые и новые предметы в клетку, которые возбуждают его любопытство и не дают ему спать (этот подход чем-то напоминает методику М.Манасеиной).

Однако этот метод эффективен, только если депривировать животное в течение 3-6 часов и не подходит для долговременной депривации. Также этот метод не позволяет избирательно лишать животное быстрого либо медленного сна.

Бесстрессорный метод избирательной депривации быстрого сна возможен путем электрораздражения ретикулярной формации среднего мозга слабым током в начале каждого эпизода быстрого сна (Ковальзон, 1982, 1999, 2006).

Однако наиболее интересным и универсальным методом депривации сна является так называемая  карусельная методика (the disk-over-water DOW method), впервые использованная в лаборатории профессора Речшаффена (Allan Rechtschaffen) из Чикагского университета (Everson et al., 1989).

карусельная методика депривации сна

Этот метод позволяет лишать сна животных (крыс, голубей) бесстрессорно и довольно продолжительное время, вплоть до летального исхода. Установка для автоматизированной (без участия человека) депривации представляет собой две клетки из оргстекла с одним общим вращающимся диском диаметром 46 см, расположенным так, что в каждой клетке находится половина диска.

Диск располагается над емкостью с водой, заполненной на глубину 2-3 см. К стенке у диска прикреплены поилка и кормушка. Экспериментальное (депривимруемое) и контрольное животные одновременно помещаются на каждую сторону диска. ЭЭГ, ЭМГ и тета-активность непрерывно мониторируются при помощи соответсвующих электродов.

Как только экспериментальное животное начинает засыпать или входить по показаниям ЭЭГ в «запрещенную» стадию сна, сигнал передается в систему и диск автоматически поворачивается со скоростью 3,33 оборота в минуту, пробуждая крысу и заставляя ее двигаться в противоположном движению диска направлении, чтобы избежать падения в воду. С контрольным животным происходит то же самое, однако если у экспериментального животного возможности спать нет вообще, то контрольные могли спать сколько угодно, пока экспериментальное животное бодрствовало и диск был неподвижен.

При помощи этого метода можно проводить как полную (тотальную) депривацию сна, так и отдельных фаз сна: быстрой, либо медленной фазы. Так, при тотальной депривации количество сна снижается на 91 % против 28% у контрольных животных, при депривации быстрого сна  — на 99% против 3% в контроле, а при депривации медленного сна – на 96% против 43% в контроле (Rechtschaffen, Bergman, 1995).

При этом  менялся внешний вид экспериментальных животных. Мех становился взъерошенным, пожелтевшим, лапы опухали, наблюдалась потеря в весе при одновременном увеличенном потреблении пищи, нарушались координация и поза, происходило изъязвление и ороговение хвоста  и подошв – следствие нарушения функционирования иммунной системы и отсутствия регенерирующего потенциала из-за нехватки секреции гормона роста (Ева Ван Каутер, 1992). Также наблюдалось снижение температуры тела и нарушение терморегуляции (Bergmann et al., 1989; Kushida et al., 1989).

Рис. 4. При депривации сна несмотря на увеличенное потребление пищи  масса тела прогрессивно снижается. Примерно на 21 день депривации животное теряет способность к терморегуляции, поэтому для поддержания температуры тела в организме усиливаются метаболические процессы, а усиленный расход энергии влечет за собой усиленное потребление пищи, которое, тем не менее, не способно компенсировать все энергозатраты и масса тела продолжает снижаться

Животные, полностью лишенные сна погибали, как правило, через 14-21 день такого режима (Everson et al., 1989; Rechtschaffen, Bergman, 1995), лишенные только быстрой фазы – через 35 дней, а лишенные медленной фазы – через 45 дней (Rechtschaffen, Bergman, 1995).

При этом признаков стресс-синдрома у них отмечено не было, хоть вес надпочечников был несколько увеличен, были точечные изъязвления желудка, но уровень кортикостерона в крови был снижен. То есть животные погибали именно из-за недостатка сна, а не от стресса.

Никаких гистологических отклонений от нормы ни в тканях мозга, ни в других важных органах обнаружено не было. Исследователи установили 3 признака скорой смерти от недосыпа: гипотермия, метаболические нарушения (распад тканей из-за усиливающегося катаболизма — гиперкатаболизма) и сепсис вследствие отказа иммунной защиты, в результате чего возникает бактериемия — системная инфекция, вызванная бактериями собственного кишечника (Everson et al., 1988).

Однако ничто из перечисленного, как было экспериментально установлено, не является непосредственной причиной летального исхода. При анализе отклонений в уровне гормонов было обнаружено, что концентрация только одного нейтротрансмиттера значимо отличалась от контроля, начиная повышаться на ранних стадиях экспримента и достигая критических значений ближе его к концу – норадреналина (Rechtschaffen, Bergman, 1995).

Эти данные соотносятся с недавно установленной ролью норадреналина в работе глимфатической системы мозга по его очистке от токсических отходов (Xie et al., 2013). Вероятно, все-таки именно в этом кроется первопричина, приводящая к смерти депривированного животного, а гипотермия и нарушение обмена веществ – лишь следствие поломки центров управления висцеральными функциями в мозге.

Любопытная особенность – если перейти некую черту невозврата, то, даже дав животному возможность спать, оно уже заснуть не может и все равно погибнет. Предвестником такого необратимого процесса в мозге является падение амплитуды ЭЭГ, которое возникает каждый раз примерно за сутки до гибели животного (Rechtschaffen et al., 1983).

Более быстрый летальный исход после тотальной депривации сна, в отличие от избирательного лишения медленного и быстрого сна, обусловливается тем, что при тотальной депривации организм лишается сразу двух состояний, каждый из которых смещает гомеостаз в противоположном направлении: медленный сон – состояние анаболическое, трофотропное, а быстрый – катаболическое, эрготропное.


Эта серия постов также включает:

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.