Елена Белова - Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове

Сон — очень сложное явление, и его регуляция зависит от множества факторов. Недавно среди них обнаружились и генетические: проще говоря, на земле живут люди, которым нужно всего 4–6 часов, чтобы выспаться, и эти люди мутанты. Сейчас известно как минимум о двух генах, мутации в которых помогают их счастливым обладателям спать по 4–6 часов и чувствовать себя бодрыми и отдохнувшими: один из этих генов меняет свойства рецептора к адреналину [14], а второй влияет на орексин, вырабатывающийся в гипоталамусе и влияющий не только на бодрость, но и на аппетит с настроением [15]. Жаворонок человек или сова, тоже определяют гены; некоторые из них влияют не только на режим, но и на настроение и склонность к депрессии [16]. Если поблизости нет генетической лаборатории, изучающей регуляцию сна, позаботиться о здоровом сне можно так: внимательно прислушиваться к своим ощущениям и исходя из этого определять, когда комфортнее засыпать и сколько нужно времени, чтобы выспаться.

Для чего же нужен сон? Еще недавно исследователи ломали над этим голову: хорошего ответа на этот вопрос не было — ну разве что «сон помогает бороться с сонливостью». Однако теперь, спустя десятилетия кропотливых исследований, ученые смогли приблизиться к разгадке — по крайней мере, сейчас есть несколько теорий о том, для чего нам сон, и каждая из них имеет свои основания. Вполне возможно, что все они правы и сон нужен сразу для нескольких важных задач, которые не удается выполнить, пока мы не спим.

Сон нужен, чтобы восстанавливать нормальную проводимость в нервной ткани

Во время бодрствования мозг работает сверхактивно: недаром он потребляет примерно пятую часть всей энергии, если мы не заняты чем-то физически тяжелым. Каждая из миллиардов нервных клеток каждую секунду генерирует нервные импульсы — порой до сотни в секунду, — и это очень энергозатратный процесс.

Несмотря на все усилия, постоянное возбуждение нервных клеток в течение дня дает о себе знать: тысячи нервных импульсов, проходящих по отросткам нейронов, приводят к тому, что места контактов нейронов — синапсы — все более восприимчивы к новым сигналам. Из-за этого в нервной ткани постепенно появляется шум: нервные контакты начинают проводить даже слабые сигналы, которые в норме не должны далеко распространяться. Нарастая, этот шум мешает работе, не дает выделить полезные сигналы среди бесполезных. К вечеру мозг начинает хуже соображать; если весь день вы активно работали головой, сосредоточенно решая сложные задачи, к его завершению голова буквально гудит. Это выражение отлично описывает то, что происходит в мозге — через гул остаточного возбуждения полезным сигналам пробиться все сложнее. Чтобы восстановить нормальную работу нейронов, некоторым участкам мозга нужно побыть в тишине — отключиться от внешних сигналов и вернуть проводимость нервных контактов к нормальному рабочему состоянию [17].

Во сне мозг выводит из тканей вредные продукты обмена, так что если мы не спим, то отравляем сами себя…

Сон нужен для выведения токсинов

В течение дня мозг напряженно работает, тратя огромное количество энергии, и это не проходит бесследно не только для нервных контактов. Активный обмен веществ, необходимый для передачи импульсов, приводит к тому, что в нервной ткани накапливаются токсичные продукты обмена веществ, от которых необходимо избавиться, чтобы они не мешали нормальной работе. Интенсивный обмен веществ может приводить к повреждениям белков и компонентов клетки, и это тоже может отражаться на самочувствии нашего мозга. Некоторые болезни мозга начинаются с того, что неправильные белки [52] Речь идет о неправильно свернутых белках, то есть цепочка аминокислот у белка правильная, а вот сворачивание ее в клубок и образование внутренних слабых связей, которые придают ему нужную форму, идет не так, как задумано. В этом случае белок не может выполнять свою работу и его необходимо утилизировать, освободив место правильной копии. В клетке есть специальные системы переработки мусора, которые как раз работают с такими белками. Однако существуют так называемые прионоподобные белки, с которыми все намного сложнее. Неправильно свернутый прионный белок каким-то образом заставляет другие такие же белки сворачиваться тем же самым образом — такие неправильно свернутые молекулы слипаются и образуют агрегаты, способные убить клетку, в которой они накапливаются (а новые здоровые копии клетка сделать не может — все они сворачиваются неправильно). Прионные белки вызывают прионные болезни, а прионоподобные могут вести себя похоже и вызывать некоторые нейродегенеративные заболевания — например, болезни Альцгеймера и Паркинсона. — Прим. авт. постепенно накапливаются в нервной ткани, и сегодня уже понятно, что хроническое недосыпание увеличивает риск этих заболеваний [2].

Каким образом можно выводить из тканей вредные продукты обмена? В организме для этого есть лимфатическая система: она собирает отходы из пространства вокруг клеток и выводит их в кровеносное русло, откуда они отфильтровываются печенью и почками. Однако в мозге лимфатической системы нет, а обмен веществ там идет намного интенсивнее, чем в других органах. Как же мозг избавляется от продуктов своей жизнедеятельности? Своеобразной канализацией для мозга может быть спинномозговая жидкость. Она циркулирует под паутинной оболочкой головного и спинного мозга, поддерживая постоянное давление в головном мозге.

Спинномозговая жидкость обеспечивает постоянство внутренней среды, в которой работает мозг, и отчасти предохраняет его от физических и инфекционных повреждений.

Проблема в том, что нервная ткань слишком плотная, поэтому вредным продуктам обмена непросто добраться от каждой клетки головного мозга к желудочкам, в которых находится спинномозговая жидкость, — между отдельными клетками слишком мало межклеточного пространства, чтобы обеспечить своевременное и достаточное очищение нервной ткани от отходов.

Тем не менее совсем недавно ученые обнаружили систему скоростного выведения продуктов обмена из мозга в спинномозговую жидкость [18]. Спинномозговая жидкость заполняет пространства вокруг кровеносных сосудов — продукты обмена попадают туда через специальные глиальные клетки, астроциты: они образуют что-то вроде трубопровода, соединяясь друг с другом специальными водяными порами и переправляя отработанное в околососудистые пространства. Однако пока мозг активно работает, эта система работает очень медленно и разгоняется, только когда мозг погружается в сон.

Оказалось, что во сне клетки теряют объем — нейроны отжимают из себя излишки жидкости, словно губка, и пространство между клетками увеличивается, по крайней мере, вдвое. Пульсация жидкости с продуктами обмена в этом случае идет намного быстрее, и мозг «смывает» все переработанное в спинномозговую жидкость, которая затем доставляет отходы в кровь [19]. Систему очистки мозга назвали глимфатической — по аналогии с лимфатической, но еще и напоминая, что в ее работе важную роль играют глиальные клетки — астроциты.