Probudíte se, sladce se táhnete v měkké posteli, vstanete a uvidíte přes obrovské okno slunce vycházející nad oceánem, bílý písek pláže a palmy. Otevřenými dveřmi lodžie fouká čerstvý mořský vánek a je slyšet zvuk příboje. Pijete aromatickou čerstvě mletou kávu, necháte dveře dvoupodlažní vily, nastoupíte do auta s chovným koněm na kapotě, otočíte klíčem a ušlechtilým řevem motoru V8 … Nakonec se probudíte z vyzvánění budíku.
Znovu zákeřný mozek nás přiměl věřit ve skutečnost toho, co se děje. Ale jak to dělá? Jak se dá člověk přimět, aby ležel téměř nehybně po dobu sedmi nebo více hodin, zatímco ukazuje nejzajímavější senzory s vzrušujícím spiknutím? Důvodem jsou nejsložitější biochemické procesy, do kterých není zapojena jedna nebo dvě mozkové struktury, ale celá síť. Jak dochází k interakci a „přepínání“bdělosti ke spánku? Jak se rozvíjí spánek a kdy přicházejí sny? Proč se někdy, když se probudíme z budíku, cítíme schopni pohybovat se po horách a někdy podrážděně připraveni zničit všechno kolem?
Přes závoj času
Somnologie - věda, která studuje spánek - se objevila relativně nedávno, protože věk prvního základního výzkumu v „morfském království“nepřesahuje 120 let. Předtím měl spánek mystický význam jako hraniční stav mezi životem a smrtí. Aristoteles řekl: „Spánek zřejmě patří svou povahou k takovým stavům, jako je například hranice mezi životem a nikoli životem a spící člověk neexistuje úplně a existuje.“Hippocrates, velký starožitný lékař, věřil, že spánek nastává v důsledku odtoku krve a tepla z hlavy do vnitřních oblastí těla. Toto vysvětlení ovládlo mysl evropských vědců a bylo přijato vírou téměř dva tisíce let. Hippocrates měl v jedné pravdě pravdu: důvody ponoření člověka do světa snů bylo třeba hledat v hlavě.
Síť pro regulaci spánku funguje jako spouštěč bez mezipoloh. Tento mechanismus je možný díky vzájemnému spojení středů usínání a probuzení. Jakmile jedna ze stran získá výhodu, celý systém se okamžitě dostane do opačného stavu. Aby se orexin nepřepínal každou minutu tam a zpět, stimuluje všechna centra bdělosti, aniž by potlačil centrum spánku. Tato nepatrná nerovnováha ztěžuje přepnutí právě tak, že relativně zřídka přecházíme ze spánku do bdění a naopak. Pro přechod do spánku je nutné, aby se excitační systém oslabil a aktivita spánkového centra se zvýšila. Tento pomalý proces je každému znám jako postupné zvyšování únavy.
A nyní přišlo dvacáté století. V Německu je pacient přijat na kliniku profesora Strumpela, který částečně ztratil zrak a sluch v důsledku traumatu - hluchota v jednom uchu a slepá v jednom oku. Lékaři si všimli, že když byla obě zbývající „okna do světa“uzavřena, pacient usnul. O tato pozorování se začal zajímat slavný fyziolog Pavlov a rozhodl se provést podobné experimenty se svými oblíbenými předměty - psy. Zjistil, že pokud vyloučíte neustálý příliv impulsů ze smyslů do mozkové kůry, dojde ke spánku. Vědec také zkoumal účinky monotónních podnětů, opakovaně se opakujících světelných doteků na kůži stehna zadní tlapky. Téměř vždy utracená zvířata, a to dávalo vědci právo věřit, že spánek je podmíněná inhibice, která se široce šíří přes mozkovou kůru,který je určen k ochraně mozku psa před nadměrným opakováním jakéhokoli podráždění.
Propagační video:
Dalším krokem k překonání tajemství spánku byl vznik metody elektroencefalografie (EEG). V roce 1905 německý fyziolog Hans Berger poprvé zaregistroval sinusové oscilace elektrického potenciálu s frekvencí 8 - 11 Hz v osobě v klidném stavu se zavřenýma očima, nejvýrazněji v týlních oblastech mozku. Tyto výkyvy se nazývají alfa rytmus.
Počátek a délka spánku jsou regulovány složitými fyziologickými procesy, mezi nimiž jsou dva hlavní - homeostatická potřeba spánku (tzv. Proces S, šipky dolů) a vnitřní hodiny (proces C, šipky nahoru na obrázku). Žlutá čára ukazuje „součet“těchto dvou procesů.
Ve 30. letech se situace trochu vyjasnila: vědci poté, co přerušili mozkový kmen kočky na úrovni středního mozku, způsobili, že zvíře mělo kómatu - stav podobný spánku. Současně byly na EEG kočky pozorovány pomalé elektrické oscilace, které se později nazývaly „ospalá vřetena“(kresba se podobala vřetenu otočenému vzhůru nohama). Když byl mozek řezán na úrovni prvních krčních segmentů, oddělující míchu od mozku, bylo možné získat tzv. Přípravu probouzejícího se mozku: kočka sledovala objekty, které se před ním pohybovaly svými očima, a EEG vykazovala oscilace s frekvencí 14-30 Hz (beta rytmus). Ukázalo se, že v mozku zvířat existují různé struktury - zodpovědné za usínání a zodpovědné za probuzení.
Centrum veselí
Na konci 19. století popsali Vladimir Bekhterev a Santiago Ramon y Cajal struktury mozkového kmene kočky odpovědné za stav bdělosti, kteří ve středu mozkového kmene spatřili otevřený shluk neuronů proniknutý nervovými vlákny. Ale proč je tato formace zapotřebí, italský neurovědec Giuseppe Moruzzi a americký neurolog Horace Magun založili teprve ve druhé polovině dvacátého století. Tuto strukturu nazvali retikulární formace („retikula“v latině znamená „síť“). V mozkovém kmeni jsou umístěna jádra, která v sobě soustředí všechny impulsy ze senzorických receptorů směřujících do mozku. Dlouhé procesy (axony) neuronů retikulární formace jsou spojeny s mozkovou kůrou a neurony míchy. Nervová vlákna z kůry a míchy také směřují do samotné sítnice,takže je vytvořen komplexní systém zpětné vazby. Signály z retikulární formace (retikulární výtok) spouští mechanismy bdělosti v mozkové kůře a kůra zase řídí stav retikulární formace.
Rakev se spánkem
V roce 1990 byl uveden film Probuzení na základě stejnojmenné knihy slavného psychiatra Olivera Sachse. Hovoří o podivné skupině 80 starších pacientů, kteří trpí neznámým onemocněním připomínajícím autismus nebo Parkinsonovou chorobu více než 40 let. Sachsovi pacienti byli posledními přeživšími oběťmi záhadné epidemie, která se náhle začala v Evropě v zimě 1916-1917, poté se rozšířila po celém světě a zabila 5 milionů lidí v období po první světové válce. Pacienti upadli do náhlé apatie a trpěli vysokou horečkou, zhoršením zraku a halucinacemi. Pak se nemoc změnila v chronickou formu a byla doprovázena velkým počtem různých klinických projevů. Ale všechny formy měly jednu věc společnou - poruchu spánku. Tato skutečnost vypadala zajímavě pro vídeňského neurologa Barona Konstantina von Economo. Zjistil, že někteří pacienti spali příliš mnoho týdnů, měsíců, probouzeli se pouze k pití a jídlu, zatímco jiní úplně ztratili spánek. Při pitvách vědec našel podobný anatomický obraz: v určité oblasti diencephalonu u pacientů došlo k masivní smrti nervových buněk.
Tato oblast mozku se nazývá hypothalamus, protože je umístěna pod thalamusem, oblastí mozku, která redistribuuje signály ze smyslů. Kdybychom mohli vložit ukazováček přímo do hlavy na úrovni nosního nosu, odpočívali bychom přesně v díře, kde se nachází - „turecké sedlo“. Hypotalamus je jedním z nejdůležitějších center, která řídí autonomní nervový systém a regulují zejména tělesnou teplotu, krevní tlak, chuť k jídlu, sexuální touhu a žízeň. Economo to samozřejmě nevěděl. Nicméně měl podezření, že musí existovat centrum, které řídí spánek. "Zjevně, - uzavřel výzkumník, - tyto buňky dělají něco, díky čemu usneme."
Díky výzkumu Clifforda Seipera z Harvardské univerzity v Bostonu se nyní ukázalo, že v hypotalamu je opravdu zvláštní oblast, která se aktivuje při usínání - ventrolaterální preoptická oblast (VLPO). Axony neuronů z VLPO jdou dolů do oblastí, které podporují bdělost. A naopak, abychom zabránili usínání, musí být centrum síly spojeno s hypotalamem, takže nervová vlákna jdou zdola nahoru.
Seiper a jeho kolegové došli k závěru, že buňky v přední části hypotalamu jsou spánkovým centrem, které používá jejich axony k potlačení center bdělosti v mozkovém kmeni, který zahrnuje středního mozku a poníky. Tento proces nakonec vede k usínání. "Možná je to klíč k celému mechanismu, který prostřednictvím hypotalamu kontroluje stav spánku a bdění," napsal neurolog. V roce 2005 se objevil moderní koncept spánku, který Siper publikoval ve svém článku v časopise Nature. Podle tohoto konceptu je celý „spánkový systém“síť několika vzájemně propojených uzlů, které se v určitých časových okamžicích přepínají zvláštním způsobem a regulují spánek a bdělost.
Konfrontace mozku
První část obecného systému spánku a bdění je inhibiční systém. Toto je VLPO v předním hypotalamu, ze kterého je do systému bdělosti odesílána inhibiční vlna, což vede k přenosu mozku do „spánkového režimu“. Z hlediska biochemie je hlavní „brzdovou kapalinou“systému kyselina gama-aminomáselná (GABA). Působením na speciální receptory potlačuje aktivitu neuronů. Receptory GABA jsou kanálem v buněčné membráně obklopené velkými bílkovinnými molekulami, které mohou změnit jejich prostorovou strukturu (relativně řečeno, „rozložte se“nebo „přeložte“). Když se GABA váže na receptory, zvyšuje se průsvit kanálu, prochází jím více chlorových iontů, což vede ke snížení elektrické vodivosti buněčné membrány - což je méně citlivé na elektrické vlivy. A to vede k potlačení impulsní aktivity - buňka „snižuje rychlost“z rychlého „cvalu“do klidného „kroku“.
Druhou částí systému je excitační systém, který je založen na osmi nervových uzlech, které tvoří dva paralelní svazky. Skrze ně jsou vedeny excitační vlny do mozkové kůry. Jeden svazek začíná v retikulární formaci (to je brainstem), druhý v tzv. Modré skvrně (Locus coeruleus). Buňky zde produkují většinu excitačního neurotransmiteru norepinefrinu v mozku. Tato oblast je zodpovědná za výskyt strachu a paniky, stejně jako za velkou část našeho vzrušení.
Existují další neurotransmitery (dopamin, serotonin a další), ale jsou spojeny s různými procesy v mozku. Existuje však další specifický spánkový neurotransmiter. Boční (laterální) hypotalamus obsahuje několik desítek tisíc nervových buněk, které produkují speciální neurotransmiter, orexin (hypocretin). Biochemici izolovali tuto látku až v roce 1998. Pokud je příliš málo orexinu nebo pokud mozek postrádá odpovídající molekuly receptoru, vyskytuje se vzácné onemocnění - narkolepsie, která se vyznačuje náhlým záchvaty ospalosti a usínáním.
Den, noc - den pryč
Toto je však pouze část mechanismu spánku. Stejně jako celá živá příroda i lidé žijí v souladu s vlastními vnitřními rytmy, které jsou vázány na denní a noční cykly. Je čas, kdy je člověk náchylný ke spánku a je čas na aktivní práci. Tělo má „biologické hodiny“- melatonergický systém. Hlavními hráči v něm jsou suprachiasmální jádra hypotalamu a pineal žlázy (pineal gland), které jsou umístěny ve střední oblasti mozku.
Když světlo zasáhne sítnici, informace o tom jde do suprachiasmatických jader hypotalamu (malé hodiny), a poté, co cestoval dlouhou cestu, vstupuje do epifýzy nebo do tzv. Třetího oka, které slouží mnoha zvířatům, například plazům a ptákům. detektor hladiny světla. U lidí se v evolučním procesu velké hemisféry mozku významně zvýšily, uzavíraly epifýzu a ztratil kontakt se světlem. Příroda musela „vymyslet“veškerý tento složitý a existující způsob regulace syntézy „ospalého“hormonu.
Šišinka produkuje melatonin, hormon noci a tmy. Když večer úrovně světla poklesnou, uvolní se melatonin, který signalizuje buňkám, aby „ukončily den“. Jeho hlavní funkcí je inhibiční účinek na suprachiasmatická jádra, prostřednictvím kterých jsou aktivovány systémy bdělosti.
Tento proces lze porovnat s provozem termostatu, který udržuje určitou teplotu v lednici. Čím déle budeme žít aktivní život, tím silněji bude spánkové centrum cítit nutkání přepnout spínač do režimu spánku. Čím déle spíme, tím menší je potřeba spánku, takže v určitém okamžiku převezme systém bdělosti a probudíme se a cítíme se, jako bychom spali. Tento model regulace se nazývá dvoufaktorový a byl vyvinut v roce 1982 vedoucím katedry psychofarmakologie a somnologie na univerzitě v Curychu, Alexander Borbeli. Podle ní je naše potřeba spánku v určitém časovém okamžiku výsledkem interakce chronobiologických a homeostatických (udržujících vnitřní rovnováhu) faktorů. Vědec nazýval tyto komponenty procesem S a procesem C. Proces S je homeostatickou složkou potřeby spánku a proces C je vlivem vnitřních hodin, jejichž hlavním úkolem je nechat noc na dlouhý spánek.
„Proces S je naopak jako přesýpací hodiny,“říká Borbeli. - Během bdělosti se písek nalije shora do spodní nádoby, při usínání se hodiny převrátí. Proto je pro pocit dobrého odpočinku důležité nejen to, kolik času jsme spali v řadě, ale také kolik času jsme strávili během dne, abychom vytvořili složku S. A to má dobrou praktickou aplikaci, která je známa mnoha: pokud to víte v příštím v noci nebudete mít dostatek spánku, můžete se pokusit spát brzy uprostřed předchozího dne. A pak se budete cítit mnohem lépe.
A to je jen zběžný pohled na systém zodpovědný za spánek. Jak říká Jürgen Zulli, somnolog z Řezna, „Spánek není odpočinek, je to jiná bdělost.“
Anna Horuzhaya