Психология и физиология сна (стр. 4 из 15)

Рис. 3. Действие неактивного (слева) и активного (справа) оптических изомеров аналога дерморфина на обычный (медленноволновый, МС) и парадоксальный сон (ПС). По оси абсцисс – время от момента введения в часах. По оси ординат – разность (в %%) в продолжительности сна между опытом и контролем в среднем по группе

Открытие гипногенных (снотворных) свойств дерморфинов создает перспективы не только нового пути исследования механизмов регуляции сна, но и для создания принципиально новых лекарственных средств снотворного действия. Ведь пептиды этой группы изучены относительно неплохо – для них известны и воспринимающие рецепторы, и белки-предшественники, и гены, их кодирующие.

Кроме пептидов, чрезвычайный интерес представляет еще одна система мозга, играющая важнейшую роль в регуляции биоритмов и чередовании сна и бодрствования. Это эпифиз и выделяемый им гормон мелатонин. Эпифиз (верхний придаток мозга), являющийся «третьим глазом» у холоднокровных позвоночных и птиц, у млекопитающих утерял как способность непосредственно реагировать на свет, так и прямые нервные связи с остальным мозгом, и превратился в железу внутренней секреции. У человека эпифиз особенно активен в раннем возрасте, когда его основной функцией является, по-видимому, торможение гормонов передней доли гипофиза. В более зрелом возрасте на первый план выходит другая особенность эпифиза – его способность синтезировать мелатонин и «выбрасывать» его в строгом соответствии с внешней освещенностью, а именно в темное время суток. Информация об интенсивности окружающего освещения от сетчатки глаз поступает через зрительный нерв к супрахиазматическим ядрам преоптической области переднего гипоталамуса – «биологическим часам» организма, оттуда в «вегетативный центр» мозга, расположенный в медиальном гипоталамусе, затем через ствол и продолговатый мозг в спинной мозг и, наконец, через симпатические нервы обратно в головной мозг к пинеалоцитам – клеткам эпифиза. Интересно, что супрахиазматические ядра, в свою очередь, весьма богаты рецепторами мелатонина, т.е. обе эти структуры мозга явно взаимодействуют между собой (рис. 4).

Рис. 4. Поперечный срез мозга человека (схема)

Функция эпифиза как железы внутренней секреции, выделяющей мелатонин, была установлена еще в конце 50-х годов XX века, но стала интенсивно изучаться лишь в последнее время – в связи с обширным применением синтетического мелатонина в медицине и соответствующей рекламной шумихой. Предполагается, что функция эта состоит (по крайней мере у человека) в том, чтобы обеспечить «привязку» покоя и сна к темному, а активности и бодрствования – к светлому периоду суток. И хотя исследования на людях и эксперименты на обезьянах и других млекопитающих, активных в дневное время, подтвердили прямое участие мелатонина в регуляции сна, эта гипотеза представляется все же несколько странной. Ведь синтез и выделение мелатонина происходят в темноте и блокируются на свету не только у дневных животных, но и у тех, которым свойственна ночная или сумеречная активность (рис. 5).

Рис. 5. Суточные ритмы активности и покоя у двух родственных видов грызунов; слева – малая песчанка, которой присуща ночная активность; справа – когтистая песчанка, активная в основном в сумерки

Экспериментами ученые провели изучение воздействия малых доз мелатонина (такие дозы обладают мягким снотворным эффектом у людей) на внутрисуточный ритм смены сна и бодрствования у подопытных кроликов, содержавшихся в условиях строгого чередования равных (12-часовых) светлых и темных периодов. Делая животным инъекцию мелатонина через час после включения света, когда уровень эндогенного («родного») гормона в их крови падает не менее чем в 15 раз по сравнению с ночным уровнем, мы ожидали обнаружить в первую очередь подавление парадоксального сна, поскольку ночью у кроликов мелатонина значительно меньше, чем днем: «много мелатонина – мало парадоксального сна», и наоборот. Однако вместо этого произошло резкое (2–3-кратное) увеличение доли парадоксального сна в течение всего 12-часового «дневного» периода (рис. 6)!

Рис. 6. Действие малой дозы мелатонина, введенной «в противофазе» с его естественной продукцией, на парадоксальный сон кроликов. Обозначения – как на рис. 3

У кроликов в лаборатории циклы сон (обычный сон, сменяемый сном пародоксальным) – бодрствование сменяют друга на протяжении примерно каждых 20 мин, вне зависимости от времени суток и освещенности. А вот соотношение обычного и пародоксального сна при этом изменяется.

За счет чего это происходит, ученым пока не ясно. Поскольку искусственно введенный в организм мелатонин, так же как и пептиды, быстро разрушается, очевидно, что и в этом случае эффект носит не «фармакологический», а «физиологический» характер. Т.е. действие оказывает не само вводимое вещество, а механизм, который это вещество запускает.

Про мелатонин известно, что он может оказывать тормозящее воздействие на определенные нейроны супрахиазматического ядра, оказывающие, в свою очередь, тормозящее влияние на «центр парадоксального сна» в задней части мозга, о котором рассказывалось ранее. Такое «торможение торможения» и может приводить к повышеннию активности этого центра. Пока это всего лишь гипотеза, но если она подтвердится, придется пересмотреть и представления о роли мелатонина в регуляции сна у человека.

Профессор Владимир Ковальзон говорит, что, если бы у животных была возможность спать целый день, они бы спали. Многие дневные животные предпочитает спать пару раз днем и всю ночь. Но ночной сон у них дробный, и после каждого цикла они просыпаются. Как правило, такой цикл у животных, как и у людей, состоит из двух фаз — медленного сна и парадоксального. У лошади, например, парадоксальный сон, по-видимому, сильно сдвинут к утру. Всю ночь она спит стоя, а под утро зачастую ложится, кладет голову на круп и видит сны.

Продолжительность цикла у различных животных разная, у некоторых она может составлять всего несколько минут. Общая же продолжительность сна животных может варьировать от двух часов у жирафа до двадцати у мешотчатого прыгуна. Макаки и шимпанзе спят около десяти часов в сутки. Коровы, лошади, кролики спят с открытыми глазами. У копытных часто наблюдается так называемый коллективный сон — пока одни особи спят, другие бодрствуют, охраняя стадо, потом меняются. Не совсем понятно, как спят птицы во время долгих перелетов.

Открытие, как спят дельфины, было сделано в середине семидесятых. Они спят только одним полушарием мозга, в то время как второе бодрствует. Дельфины дышат воздухом на поверхности воды, второе полушарие всегда «на стреме», чтобы не захлебнуться.

Тюлень набирает воздух, заныривает в воду и там спит. Его цикл сна длится несколько минут и укладывается в дыхательную паузу. А вот морские котики могут спать как на суше, так и в воде. Причем на суше они спят, как наземные млекопитающие, а в воде — как дельфины.

Исследования первобытных племен в отдаленных районах мира показали, что эти люди спят примерно так же, как животные, — днем и ночью с дробными циклами.

Три недели из жизни крыс

Эксперименты на животных показывают, что при полном лишении сна в организме подопытной жертвы нарушаются некоторые жизненно важные функции. Так, американские ученые в течение трех недель не давали крысам уснуть. Наконец температура тела животных стала стремительно падать, и они погибли. Вот только проблема в том, считает швейцарская исследовательница Ирена Тоблер, что «мы не можем сказать, от чего погибли эти зверьки – от нехватки сна либо от постоянного стресса», ведь ученые все время вмешивались в их жизнь, не давая животным спать.

Электромагнитное поле мозга

Мощным толчком к изучению природы сна стали первые опыты немецкого врача Бергера по регистрации электромагнитных волн мозга. В двадцатых годах прошлого века он исследовал мозг бодрствующего человека и стал первооткрывателем альфа-ритма электрической активности мозга. В тридцатые годы его исследования были подхвачены другими. Исследователи могли наблюдать, как меняется характер электромагнитных волн в зависимости от состояния бодрствования, покоя или сна. По рисунку волн было понятно, что процесс сна неоднороден. Он состоит из 90-минутных циклов, включающих две фазы — медленный сон и быстрый. Нормальный сон человека может насчитывать четыре-пять таких циклов. У человека, единственного из всех млекопитающих, сон «слитный», животные после каждого цикла просыпаются. «Животные, кроме того что имеют дробный ночной сон, спят еще пару раз днем, — объясняет ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН Владимир Ковальзон. — Человек же, работающий или просто активно действующий в течение светового дня, приобрел слитный ночной сон. Кстати, опыты с людьми, «отключенными от давления цивилизации», привели к тому, что испытуемые приблизились по структуре сна к животным». Практически всем теплокровным животным присущ двухфазный сон, хотя бывают и различия в соотношении времени медленного и быстрого снов (а у дельфинов, например, и вовсе не обнаружили признаков быстрого сна).

О двух фазах сна заговорили сравнительно недавно. В пятидесятых годах один из отцов науки сомнологии — Натаниэль Клейтман открыл быстрый сон. Клейтман вместе с одним из своих помощников Юджином Азеринским заинтересовался вращательными движениями глаз во сне. Выяснилось, что в определенные периоды сна происходят буквально вспышки быстрых движений глаз под закрытыми веками. Оказалось, что если в это время разбудить испытуемого, он рассказывал о сновидениях, поэтому ученые стали считать, что именно в этой фазе спящие видят сны. Выяснилось также, что сон человека состоит из двух частей. Первая часть — как правило, медленный сон, который занимает в цикле большую часть времени, а быстрый — всего 10─15 минут. Во второй части быстрый сон может занимать и 30─40 минут.