В.М.Ковальзон
доктор биологических наук, председатель Российского общества сомнологов
СПЕЦКУРС «Физиология и нейрохимия цикла бодрствование-сон»
для студентов кафедры физиологии ВНД биологического факультета МГУ
Аннотация
Среди многочисленных функциональных систем – «блоков», из которых состоит головной мозг человека, важнейшим является так называемый «центр бодрствования» - активирующая система ствола. Эта сложноорганизованная система, состоящая, по крайней мере, из 10 отделов, «подсистем», оказывает мощные восходящие тонические воздействия на таламокортикальную систему мозга, обеспечивающую весь спектр сознательной деятельности человека в бодрствовании. Без таких «подбуживающих» воздействий таламокортикальная система оказывается неспособной нормально функционировать. Нисходящие воздействия активирующей системы ствола, в свою очередь, обеспечивают поддержание мышечного тонуса спинным мозгом. Активирующая система ствола является «первичной» по отношению ко всем другим системам и механизмам, выполняющим так называемые «высшие» психические функции мозга, которые изучает психофизиология: сенсорным, моторным, когнитивным, механизмам эмоций и мотиваций, обучения и памяти и пр. У человека нарушение деятельности любого отдела активирующей системы в большинстве случаев не может быть скомпенсировано за счет других подсистем, несовместимо с сознанием и приводит к коме.
«Зеркальными» по отношению к системе бодрствования являются механизмы обычного, медленного (медленноволнового) сна, обеспечивающие функциональное восстановление ткани мозга после продолжительного бодрствования и, возможно, участвующие в управлении внутренними органами. Особняком стоят механизмы парадоксального (быстрого) сна, обеспечивающие чрезвычайно высокую активацию мозга в этом загадочном состоянии и формирующие уникальное проявление измененного сознания, именуемое сновидениями.
С системами бодрствования и сна в головном мозге тесно связаны «биологические часы» - древнейший механизм, унаследованный нами от первых одноклеточных организмов, появившийся на заре эволюции несколько миллиардов лет назад и с тех пор почти не изменившийся. Биологические часы состоят из двух частей – центрального осциллятора, локализованного в супрахиазмальных ядрах млекопитающих, и особых клеток эпифиза, выделяющих гормон мелатонин. Они организуют циркадианные и диурнальные ритмы нашего организма, которые обеспечивают нормальное протекание физиологических и психических процессов и наше восприятие «бега времени».
Изучение этих механизмов на всех уровнях: психологическом, физиологическом, биохимическом, клеточном, молекулярно-генетическом – в конце ХХ – начале ХХI века привело к грандиозным открытиям, перевернувшим все прежние представления о работе мозга и поведении человека. В настоящее время сомнология, изучающая эти механизмы мозга, является одной из наиболее бурно растущих ветвей общего древа нейронаук.
Хороший сон - необходимое условие хорошего бодрствования! Научной и медицинской общественностью сейчас осознано, что качественно полноценный и количественно достаточный сон необходим не только для поддержания здоровья, хорошего настроения и жизненного тонуса, но для оптимального выполнения ответственных профессиональных обязанностей. Утомление и сонливость при длительном бодрствовании и сменной работе, особенно у представителей таких профессий, как пилоты и авиадиспетчеры, машинисты, водители, операторы атомных и тепловых электростанций, медицинские работники, военные, космонавты и пр., чревато самыми серьезными последствиями в производственной сфере и на транспорте. Это может быть одной из важнейших причин (скрывающихся за неопределенным термином "человеческий фактор") целого ряда инцидентов и катастроф; так, доказано, что выброс ядовитого газа на заводе в Бхопале (Индия), аварии на атомных электростанциях Тримайл Айленд в США и в Чернобыле, как и многие другие, происходили в те ночные часы, когда бдительность дежурного персонала понижена из-за периодически наступающих приступов "микросна", которые могут субъективно не осознаваться. Созданная по указание президента США специальная общественная комиссия "Сон, катастрофы и социальная политика" пришла к выводу еще в 1988 г., что быт и характер производственной деятельности человека в условиях научно-технической революции (управление автомобилем, "общение" с компьютером и т.д.) диктует необходимость строгого соблюдения жестких требований гигиены сна. В то же время его образ жизни плохо согласуется с этими требованиями (залитые электрическим светом ночные города - так наз. "эффект Эдисона", постоянный шум, поздние передачи по телевидению и пр.).
Эта коллизия продолжает обостряться, что заставляет принимать срочные меры в промышленно передовых странах. В частности, в США по всей стране развернуто более 2500 центров по коррекции нарушений сна, в рамках Национального Института Здоровья создан специальный Институт по изучению сна, разработаны новые безлекарственные методы лечения и т.п. В США, в странах Западной Европы, в Японии, во многих развивающихся странах спецкурсы по сомнологии (науки о сне) являются обязательными для всех студентов и учащихся высших и средних медицинских учебных заведений, а также для студентов-психологов, специализирующихся в области медицинской психологии, психофизиологии и пр. Эти курсы включают в себя основные сведения по физиологии, психологии, гигиене сна, а также изучение основных форм нарушений сна с посещением клиник. В нашей стране, к сожалению, биологи, психологи и большинство медиков лишены таких возможностей. Настоящий спецкурс разработан с целью восполнить этот пробел.
ПРОГРАММА КУРСА (32 лекционных часа, 16 лекций)
Лекция 1. История сомнологии. Введение. Европейская и восточная традиции в воззрениях на сон и сновидения: сон как пассивное и маргинальное состояние; две формы сна в "Упанишадах" и «Ведах» (XI в. до н.э.). От Аристотеля (IV в. до н.э.) до И.П.Павлова (1849-1936). М.М.Манассеина (1843-1903) - забытый основатель "науки о сне". Н.Клейтман (1896-1999) - крупнейший сомнолог первой половины XX в. Появление электрофизиологических методов и зарождение современных представлений о трех состояниях организма в середине ХХ века: В.Демент и М.Жуве.
Лекция 2. «Общая сомнология»: феноменология и дефиниции сна. Новая дефиниция сна, основанная на таких физиологических признаках, как немонотонность и ритмичность. Феноменология психофизиологических проявлений сна. Ночная полиграфия у человека. Циклы, фазы и стадии сна. Тонические и фазические компоненты в электрофизиологических и поведенческих коррелятах парадоксального сна. Особенности ЭЭГ у лабораторных животных. Психическая активность человека в цикле сон-бодрствование: гипногагические галлюцинации во время дремоты, "выключение" сознания и веретена, ослабление мыслительной активности по мере углубления медленного сна. Физиологические проявления парадоксального сна. Сновидения, как особое состояние психики.
Лекции 3. «Общая сомнология»: механизмы поддержания бодрствования. Четыре группы "базисных" механизмов мозга. Центры бодрствования": анатомия, физиология, нейрохимия. Бодрствование, как состояние тонической деполяризации нейронов таламокортикальной системы. Нейрохимическая регуляция и модуляция сна. Аминокислоты (серин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, глутамат) и их производные (ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин, гистамин, ГАМК), как медиаторы бодрствования и сна.
Лекция 4. «Общая сомнология»: механизмы медленного сна. От бодрствования к засыпанию: роль аденозина и ГАМК-ергической системы мозга. Поддержание и прекращение медленного сна. «Центры бодрствования» и «центры сна». Гиперполяризация/экзальтация нейронов таламокортикальной системы как нейрофизиологическая основа медленного сна. Фармакология сна: барбитураты, бензодиазепины, циклопирролоны, имидазопиридины, фенибут. Действие на естественный сон, побочные последствия. Разработка новых снотворных на основе пептидных модуляторов сна. Проблема поиска "идеального снотворного". Фармакологическое подавление сна: филлоксантины (кофеин, теофиллин, теобромин), амфетамин и модафинил.
Лекция 5. «Общая сомнология»: Механизмы быстрого сна. Механизмы запуска и поддержания быстрого (парадоксального) сна. Медиаторы парадоксального сна. Активирующие и "активируемые" системы мозга в парадоксальном сне. Одиночные нейроны, фМРТ- и ПЭТ-томограммы во сне. Парадоксальный сон как третье состояние организма. Парадоксальный сон без атонии у кошек. Парадоксальный сон и сновидения.
Лекция 6. «Частная сомнология»: система орексин а /МКГ и нарколепсия; система гистамин а и инсомния.
Лекция 7. «Частная сомнология»: система дофамин а и болезнь Паркинсона; синдром обструктивного апноэ во сне и методы его лечения.
Лекции 8. Биологические часы: устройство центрального осциллятора. Циркадианная и диурнальная ритмика. Как устроены "биологические часы"? Супрахиазматические ядра и эпифиз.
Лекция 9. Биологические часы: механизмы циркадианной ритмики. Мелатонин и эпифиз. Мелатонин и сон. Сон и эпифиз: "мелатонин без чудес". Мелатонин как снотворное. "Исправление" биоритмов с помощью яркого света. Испытуемые в условиях длительной изоляции. "Основной ритм активности-покоя" Н.Клейтмана. Ритм активности-покоя и цикл сна-бодрствования «Прикладная хронобиология» - циркадианная система человека и проблема исчисления времени.