Патогенез депривации сна

глимфатическая система

Согласно 2-х компонентной теории сна Борбелли, при депривации сна, процесс С (циркадианный) идет, как и должен идти. А вот процесс S (гомеостатический) будет увеличиваться тем больше, чем дольше мы бодрствуем. Примерно в 4-5 утра в первый день без сна потребность во сне (sleep pressure) будет велика (об этом говорит высота фиолетовой стрелки на картинке внизу), однако к 11 утра, когда процесс С идет в рост, этот прессинг несколько спадает и самочувствие значительно улучшается.

Если же продолжать бодрствовать, то в 11 вечера в последующую ночь самочувствие будут еще хуже, поскольку процесс S еще больше вырос, значительно увеличивая потребность во сне.

Рис.1. Графическое объяснение увеличения потребности во сне при длительном бодрствовании с позиций двухкомпонентной теории сна Борбели

Чувствительность к острой депривации сна зависит от гена Per3, полиморфизм которого определяет бОльшую потребность во сне в дневное время в норме и после 12-часовой депривации сна. Хроническая депривация тоже зависит от неизвестного пока гена. Поэтому есть люди более и менее устойчивые к депривации с широкими индивидуальными вариациями.

Потребность во сне опосредуется концентрацией аденозина в мозге: чем его больше, тем сильнее хочется спать. Этим объясняется бодрящий эффект кофе, поскольку кофеин занимает аденозиновые рецепторы, не давая аденозину проявлять свое действие.


Подробнее об этом читай в статье Кофе


Однако, поскольку концентрация аденозина будет все нарастать, то, как только действие кофеина иссякнет, желание спать будет чувствоваться еще более остро.

При этом сонливость настолько велика, что сон начинает внедряться в бодрствование: медленный сон использует каждое мгновение, когда концентрация внимания падает, и тотчас погружает мозг в сон, или, если нет другой возможности – в микросон и хотя бы частично, на мизерную долю, но удовлетворяет свои потребности; быстрый же сон внедряется в бодрствование в виде галлюцинаций (снов наяву).

Может быть, относительно небольшое время, требуемое на восстановление после длительной острой депривации сна (пример Трипа и Гарднера из моего предыдущего поста) и объясняется тем, что мозг частично уже удовлетворил свои нужды в период бодрствования.

И именно поэтому инструментальное 100% лишение сна ни у человека, ни у подопытных животных, скорее всего, в принципе невозможно. Интересно, что после кратковременной тотальной депривации сна сначала происходит отдача медленного сна и особенно его самых глубоких стадий (дельта-сон), а затем – быстрого сна (Borbely, 1985). При длительной тотальной депривации сна происходит сначала отдача быстрого сна (Everson et al., 1988), как в случае с Питером Триппом.

Потребность во сне, вызванная процессом S, обусловливается нарушенным химическим балансом в мозге, и аденозин — не единственный игрок в этом процессе. Во время бодрствования в тканевой жидкости мозга (жидкость межклеточного пространства) скапливается большое количество продуктов жизнедеятельности нервных клеток:

  • аденозин (побочный продукт АТФ),
  • бета-амилоид,
  • альфа-синуклеины,
  • протеин тау и другие токсические «отходы» клеток.

И если в периферических тканях за очистку от таких отходов отвечает лимфатическая система, то в мозге — так называемая глимфатическая система (открыта в 2012 г американскими исследователями из Рочестерского университета под руководством Майкен Недергаард) – организованная вокруг церебральных сосудов система обмена веществами между спинномозговой и тканевой жидкостью.

глимфатическая система

Оказалось, что глимфатическая система активизируется во время медленного сна. В исследовании на нативном мозге живых мышей при помощи двухфотонной микроскопии в реальном времени показано, что именно в это время наблюдается 60% сокращение объема цитоплазмы глиальных клеток и, за счет этого, соответствующее увеличение объема тканевой жидкости.


О двухфотонной микроскопии читай в статье В объективе — время


В этих условиях начинают формироваться глимфатические каналы в межклеточном пространстве, и поток тканевой жидкости направляется из периартериального пространства к перивенозному (Xie et al., 2013), унося с собой все скопившиеся отходы.

Предполагается, что процесс изменения объема клеток и межклеточного пространства регулируется адренергической системой голубого пятна (locus caeruleus), активной при бодрствовании и молчащей в медленном сне.

голубое пятно

Не сложно догадаться, что при длительной депривации сна токсические отходы не вымываются вовремя из межклеточного пространства, копятся, как в дни знаменитых мусорных забастовок в Европе, и, в конечном итоге, делает невозможным нормальное функционирование мозга.

В следующей статье поговорим про изучение острой депривации сна в моделях на животных.


Новые посты проще всего отслеживать по анонсам в наших пабликах ВКонтакте и Фейсбуке.

Добавить комментарий

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

Вы ввели некорректные логин или пароль

Sorry that something went wrong, repeat again!

4комментария

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

... если есть, поделитесь

2

Между скоростью психомоторных реакций и работоспособностью мозга есть связь? Я полагаю, что это не показатель. И речь идёт о первых сутках лишения сна. Как например подопытные животное себя ведёт после первых суток, в плане решения каких-либо задач (найти выход из лабиринта, который например затапливался бы водой). Как решает эту же задачу на вторые сутки. Да, само собой разумеется после какой-то черты будет резкое снижение работы мозга. К чему я это всё, мне кажется если живое существо лишить сна, то до определенного времени работоспособность мозга увеличится. Далее пойдет спад резкий. Хотелось бы найти подтверждения или опровержения своим догадкам.

Автор3
Сергей Савельев

В подобных экспериментах с продолжительным лишением сна животных вплоть до их смерти оценивались такие показатели, как масса тела, температура тела, количество потребленной пищи и израсходованной энергии, внешний вид животного, уровни нейромедиаторов и других веществ, посмертная гистология ткани мозга и в целом проводится некропсия, ну и т.д. В ссылках, которые даются по тексту можно найти более подробную информацию. Именно работоспособность мозга не оценивалась, такой цели у исследователей не стояло, плюс это сложно провести технически, животное бы просто заснуло. По аналогии с другими экспериментами на животных с более щадящими видами депривации сна, а также с экспериментами на людях, работоспособность падает (зависит от вида выполняемой работы). Сейчас эксперименты с тотальным продолжительным лишением сна не проводятся, ни один этический комитет их не пропустит. Однако исследований работоспособности мозга при хроническом лишении сна на 2-3 часа или остром лишении сна на период не более 24 часов большое количество (например, Alhola, Polo-Kantola, Sleep deprivation: impact on cognitive performance, 2007). В одном из постов также приведен пример довольно длительного лишения сна (Рэнди Гарднер), поведение которого и работоспособность мозга которого протоколировали ежедневно. Ниже дана визуальная картина работоспособности мозга человека на примере скорости психомоторных реакций.

Скорость реакций человека в тесте психомоторной бдительности в период 83 часовой депривации сна отражает сочетанные эффекты накапливающегося давления гомеостатической составляющей сна и циркадианных ритмов.

Из главы Sleep deprivation and cognitive performance, 2014 (авторы Killgore и Weber) в книге Sleep deprivation and economic burden (стр.209-229).

4

У вас много статей про опыты со сном над животными. Но нигде нет подробной инфы о влиянии на мозговую активность, работоспособность в каждый очередной день у подопытного животного. Если есть литература, ссылка, с подобными опытами, где представлены подробные описания действий, и были ли опыты, которые выявляют непосредственно работоспособность мозга подопытного, и "решение каких-либо задач" в подобных экспериментальных условиях, с ежедневным отчётом?