Сън

СЪЩНОСТТА НА СЪНЯ

В. М. Ковалзон, доктор на биологическите науки в Института по проблемите на екологията и еволюцията „А. Н. Северцов” към РАН, Москва

Какво е сънят и защо е необходим на организма?

 

Този въпрос за функционалната роля на едно толкова обичайно състояние на човека като съня може да ви се стори много наивен, и вие веднага ще отговорите, без да му мислите много: разбира се, че за отдих!

Такъв отговор обаче поражда няколко нови въпроса: какво представлява този отдих? Защо е толкова продължителен и сложно организиран? Защо е свързан само с определени периоди от денонощието? Защо за него не е достатъчен телесният покой, а е необходимо и изключване на сетивата, което, изглежда, рязко повишава уязвимостта на човека към неблагоприятните фактори на средата? Защо топлокръвните животни, при които “постоянството на вътрешната среда е залог за свободен живот”, са принудени, подобно на студенокръвните си предци, всяко денонощие да изпадат за няколко часа в състояние на неподвижност и ареактивност?

 

В продължение на много столетия сънят се е разглеждал именно по тези външни признаци, т.е. състоянието на покой и понижена реактивност. Този подход не се е променил дори след като са били формирани представите за две състояния в естествения сън. Тези две състояния съществено се различават както едно от друго, така и от будното състояние. Те се наричат бавновълнова и парадоксална фази.

В последно време обаче се появяват все повече факти, които не се вписват в тези представи. Така например, в началото на 80-те години учените от I Московски медицински институт В. С. Ротенберг и С. И. Кобрин са изучавали съня при пациентите, които са имали пълна атрофия на мускулната система.

Ротенберг и Кобрин са открили, че сънят на тези болни не е бил по-кратък, макар че те изобщо не са се нуждаели от соматичен (телесен) “отдих”. Това означава, че сънят не е покой, а телесният отдих не е задължителен елемент на физиологичния сън.

По аналогичен начин може да се разглежда и такава общоприета характеристика на съня, като ареактивността, която представлява липса на адекватен отговор на външни стимули. От една страна, това е “апостериорен” признак на съня, тъй като прагът на събуждането може да се определи само след като съответният човек се събуди. От друга страна, ареактивността, също като неподвижността, не е достатъчен признак, тъй като тя е характерна за няколко заболявания и други патологични състояния: фармакологичния сън, наркозата, комата и др.

 

Кой сън е по-важен – бавният или бързият?

 

Появата на електроенцефалографията през втората половина на XX в. е позволила на учените да разграничат фазите на съня и по този начин да се приближат към изясняването на физиологичната им роля.Тъй като физиолозите определят съня и фазите му въз основа на общоприетите (т. нар. полиграфични критерии) полиграми - електроенцефалограмите (ЕЕГ), електромиограмите (ЕМГ) и електроокулограмите (ЕОГ), то същността на съня би следвало да се определя по тези показатели.

Тук обаче ние се сблъскваме със същите трудности, защото няма нито един признак, който да е достатъчен за определянето на съня.

Отделните характеристики на бавния и парадоксалния сън, отчетени с помощта на ЕЕГ, понякога се срещат и при други състояния. Така например, при различните форми на патологиите и под влиянието на различни фармакологични препарати, ЕЕГ показва определени промени, които “имитират” съответните фази на съня.

 

 

Нощният сън на човека

 

Вижда се, че през нощта има четири цикъла на съня, като тези цикли не са равнозначни: през първата половина на нощта преобладава дълбокият бавен сън, а в сутрешните часове – парадоксалният сън, който се съпровожда със съновидения. След всеки период на парадоксалния сън, както и преди него, човек обикновено променя позата си (отбелязано е с различни цветове).

Парадоксалният сън се съпровожда с интензивна психическа активност, движение на очите и активност на невроните на ретикулярната формация на мозъчния ствол.

 

Най-вероятно, за необходим и достатъчен признак на съня може да се смята ритмичността, т.е. редуването на определени физиологични признаци (полиграфични картини), които позволяват да се отличи нормалният сън от монотонните “съноподобни състояния”.

Съответно и като критерий за “нормалността” на съня служи цикличното редуване на стадиите 1-2-3-4 на бавния сън, което завършва с парадоксална фаза.

Въз основа на този подход съвременното определение на съня звучи по следния начин: това е особено генетично определено състояние на човешкия организъм (и топлокръвните животни, т.е. млекопитаещите и птиците), което се характеризира със закономерна последователна смяна на определени полиграфични картини във вид на цикли, фази и стадии”.

 

Какво стои обаче зад това циклично редуване? Какво предназначение имат фазите на съня? Във физиологията за разбирането на функциите на отделните органи се използва класическият метод на разрушението: ако съответният орган бъде увреден или отстранен, то след като се знаят последствията от това и те зи последствия бъдат адекватно изтълкувани, може да се разбере ролята на този орган.

Подобен подход се използва и по отношение на съня: пациентите или опитните животни не спят определено време, за да се види какво се променя през това време в организма и поведението им. За първи път такива опити е извършила преди повече от 100 години руската учена М. М. Манасеина (1843-1903), която се смята за основоположник на “науката за съня” - сомнологията.

 

През нашето столетие учените много пъти са се опитвали да разберат към какво води лишението от сън (депривацията) при експерименти с животни и наблюдения над здрави хора. Само след появата на електроенцефалографията обаче тези опити са получили научна обосновка.

Изследванията върху хора от последните години са показали донякъде парадоксални резултати: по-слабата депривация в продължение на едно или няколко денонощия не довежда до сериозни нарушения в организма и психиката на субектите. Учените са наблюдавали само повишена сънливост, умора, раздразнителност и разсеяност. По този начин изследователите са стигнали до извода, че основният резултат от лишаването от сън е нарастващата потребност в него!

Естествено, такива опити с хора не могат да продължат повече от 2-3 денонощия, затова последствията от продължителното лишаване от сън се изучават само чрез опити върху животни. Така през 80-те години група американски учени (А. Речшафън и колегите му) са стигнали до много важни изводи.

Експериментите показали, че ако при първите признаци на съня върху ЕЕГ (появата на сънните вретена и делта-вълните) животните бъдат събудени, то настъпва временно “раздробяване” на съня на много кратки периоди, както и пространствена “локализация” на съня, когато той протича в отделни участъци на мозъка. Подобен феномен при опити върху маймуни е описал И. Н. Пигарьов  (Институт по проблеми на предаването на информацията към РАН), а Л. М. Мухаметов (Институт по проблеми на екологията и еволюцията „А. Н. Северцов” към РАН) е наблюдавал бавен сън при делфините и ушатите тюлени, който протичал ту в едното полукълбо на мозъка им, ту в другото.

След като съпоставихме тези резултати с други данни по хронична депривация с помощта на физични методи, ние стигнахме до неочаквания извод, че бавният сън по принцип не може напълно да се изключи.

 

Както показаха експериментите, след няколко седмици от началото на хроничната депривация при плъховете необходимостта от бавен сън рязко се е понижила, а при спиране на депривацията не се е наблюдавало възстановяване на бавния сън. Ясно е, че в началото тази необходимост расте, а след достигане на определено критично ниво, необходимостта изчезва в резултат на постепенната адаптация на феномените и структурите на бавния сън към условията на депривацията.

Съвсем противоположни резултати са получени по отношение на парадоксалния сън. Опитите на Речшафън и колегите му са показали, че независимо от вида на депривацията (тотално лишаване от сън или избирателна депривация на бавната или парадоксалната фаза на съня), лишаването от парадоксален сън се отразява негативно върху организма на субекта. Рано или късно такава депривация довежда до едни и същи драматични последствия (промяна на външния вид, поведението и вътрешните органи), които след няколко “безсънни” седмици завършват с неизбежната смърт на опитните животни. Характерното обаче е това, че учените не са успели да открият непосредствена причина за тяхната смърт.

Интересното е, че при плъховете след хронична депривация се е наблюдавал рязък спад на амплитудата на ЕЕГ, който е възниквал около едно денонощие преди смъртта на животното. Ако на този фон експериментът е спирал, плъхът вече не можел да заспи, и амплитудата на ЕЕГ не се възстановявала. По този начин опитното животно все пак умирало за едно денонощие. Следователно, този спад на амплитудата на ЕЕГ свидетелства за някакво необратимо нарушение във функционирането на мозъка, предизвикано от лишаването от парадоксалния сън. Ако опитът е спирал на по-късен етап от депривацията, но преди настъпването на този критичен момент, то тогава се е наблюдавало възстановяване само на парадоксалния сън, независимо от това какъв вид депривация се е използвал – лишаване от целия сън или само от парадоксалната или бавната фаза на съня.

По този начин опитите с продължителното лишаване от сън при опитни животни още веднъж показват, че сънят включва две принципиално различни състояния на организма - бавновълновата и парадоксалната (бързата) фази на съня, което потвърждава гениалната догадка на М. Жуве, изказана за първи път преди почти 40 години.

 

Механизмите на съня

 

Един от най-важните въпроси, които вълнуват физиолозите още от времето на Павлов, е дали в мозъка има “център на съня”. През втората половина на нашето столетие изучаването на невроните, които играят важна роля в регулирането на съня и будното състояние, е показало, че нормалното функциониране на таламо-кортикалната система на мозъка, която контролира съзнателната дейност на човека в будно състояние, е възможно само при участието на определени подкорови, т. нар. активиращи, структури. Благодарение на техните действия при будно състояние мембраната на повечето кортикални неврони е деполяризирана до 10-15 мВ, в сравнение с потенциала на покой, който е 65-70 мВ. Само при такава тонична деполяризация невроните могат да обработват информацията и да отговарят на сигналите, които постъпват при тях от други нервни клетки (рецепторни и вътрешномозъчни).

Сега вече се знае, че тези системи на тонична деполяризация или мозъчна активация (условно “центровете на будното състояние”) са няколко - пет или шест. Те са разположени на всички нива на мозъчната ос: в ретикулярната формация на мозъчния ствол, в областта на синьото петно и дорсалните ядра на мозъчния шев, в задния хипоталамус и базалните ядра на предния мозък. Невроните на тези области отделят медиатори (глутаминова и аспарагинова киселина, ацетилхолин, норадреналин, серотонин и хистамин), активността на които се регулира от многобройните пептиди, които се намират в същите везикули. При хората нарушението в дейността на всяка от тези системи не се компенсира за сметка на други, не е съвместимо със съзнанието и води до кома.

 

 

Обща схема на строежа на мозъка и неговия фрагмент (долу), където са разположени центровете на будното състояние и парадоксалния сън (оцветени); отбелязани са съответните медиатори.

 

Човек може да си помисли, че щом в мозъка има “центрове на будното състояние”, то тогава трябва да има и поне един “център на съня”. През последните години обаче се разбра, че в самите “центрове на будното състояние” има механизъм за положителна обратна връзка.

Това са специални неврони, които не само потискат активиращите неврони, но и самите те се потискат от тях. Тези неврони са разхвърляни из различните области на мозъка, но най-голям брой от тях има в ретикулярната част на черното вещество. Всички те отделят един и същ медиатор - гама-аминомаслената киселина. Когато активността на активиращите неврони започне да намалява, специалните неврони започват още повече да понижават активността им. В продължение на определено време процесът се развива по низходяща линия, докато не се активира някакъв катализатор, и тогава цялата система преминава или в будно състояние, или в състояние на парадоксален сън. Електроенцефалограмата може обективно да отрази този процес по време на един пълен цикъл на човешкия сън (90 мин).

 

В последно време вниманието на изследователите е привлечено от още една потискаща система на главния мозък, която използва като медиатор нуклеозида аденозин. Японският физиолог О. Хаяши е показал, че синтезираният в мозъка простагландин D2 участва в модулацията на аденозинергичните неврони. Тъй като главният фермент на тази система (простагландиназата-D) е разположен в мозъчните обвивки и хороидния плексус, ролята на тези структури във формирането на определени видове патология на съня е очевидна: хиперсомния след черепно-мозъчни травми и възпалителни процеси на менингеалните обвивки, африканската “сънна болест”, предизвиквана от трипаносомата, която се предава чрез ухапванията на мухата цеце и др.

 

 

Директното отчитане на единичната активност на мозъчните неврони в експериментите върху лабораторни животни е показало, че в будно състояние (състоянието на тонична деполяризация) характерът на разрядите на таламо-кортикалните клетки е високо индивидуален. Според степента на задълбочаване на съня и нарастването на синхронизираната активност в ЕЕГ обаче започват да преобладават по-силни потискащи постсинаптични потенциали, които се редуват с периоди на екзалтация – високочестотни избухвания на невронните разряди.

Тогава се появява “хорова” активност на невроните, а условията за обработка на информацията в мозъка (не само на тази, която постъпва от сетивата, но и съхраняващата се в паметта) рязко се влошават. Средната честота на импулсацията на корковите и таламичните неврони обаче не се понижава, а при ГАМК-ергичните (потискащите) неврони тя значително се повишава. Що се отнася до активиращите неврони, то техните разряди започват да стават по-редки. Тези неврофизиологични феномени добре си взаимодействат с известните данни за постепенното потискане на психическата активност при задълбочаване на бавния сън при човека.

Ако от гледна точка на невронната активност бодърствуването е състояние на тонична деполяризация, то бавният сън е тонична хиперполяризация. При това посоката на движение на основните йонни потоци (катионите Na+, K+, Ca2+, анионите Cl–), както и на най-важните макромолекули през клетъчната мембрана се променя на противоположно.

По този начин би могло да се каже, че по време на бавния сън се възстановява мозъчната хомеостаза, нарушена в хода на продължителното бодърствуване. От тази гледна точка будното състояние и бавният сън сякаш са “две страни на една и съща монета”. Периодите на тонична деполяризация и хиперполяризация трябва периодично да се сменят, за да се съхрани постоянството на вътрешната среда на главния мозък и за да се осигури нормалното функциониране на таламо-кортикалната система - субстрата на висшите психични функции на човека. Оттук е ясно защо в мозъка няма нито един “център на бавния сън” - защото това значително би намалило сигурността на цялата система, би я направило по-детерминирана, изцяло зависеща от “капризите” на този център в случай на някакви нарушения в неговата работа.

 

От друга страна, по този начин ние разбираме защо е почти невъзможно продължителното пълно потискане на бавния сън: по принцип активността периодично се сменя с покой, бодърствуването с бавен сън, който обхваща целия мозък. Известно е, че при изкуствената хронична депривация механизмите на будното състояние и бавния сън започват да функционират дифузно и едновременно. При това, разбира се, страда нормалното поведение, но въпреки лишаващото въздействие, мозъчната хомеостаза се възстановява.

Но и тук нещата не са толкова прости. Наскоро Пигарьов е показал при опити върху котки, че с развитието на синхронизацията в ЕЕГ първичните неврони на зрителната и слуховата кора престават да реагират на специфични стимули и започват все повече да реагират на импулсацията, която постъпва в кората от страна на вътрешните органи. Ако се вземат под внимание специалните Ca-канали върху мембраната на повечето коркови неврони, които се отварят при хиперполяризация, може да се предположи, че при бавен сън мозъкът не спира да обработва информацията, а преминава от обработка на външните сигнали към интероцептивна импулсация.

По този начин, на прага на XXI в., функцията на бавния сън започва най-накрая да става по-ясна: това е възстановяването на хомеостазата на мозъчната тъкан и оптимизацията на управлението на вътрешните органи. За хигиената на съня това означава потвърждение на старото като света, но незнайно защо забравено правило: без добър сън не може да има добро бодърствуване!

Съвсем по друг начин стоят нещата с парадоксалния сън, който, за разлика от бавния сън, има ярко изразена активна природа. Парадоксалният сън се активира от ясно очертания център, разположен в задната част на мозъка, в областта на варолиевия мост и продълговатия мозък, а ролята на медиатори играят ацетилхолинът, глутаминовата киселина и аспарагиновата киселина. По време на парадоксалния сън клетките на мозъка са извънредно активни, но информацията от сетивата не постъпва към тях и мускулната система. В това се състои парадоксалността на това състояние.

 

 

Фрагменти от полиграма на различни стадии от съня. Вижда се, че за смяната на стадиите на бавния сън е характерно постепенното увеличение на амплитудата и намаляване честотата на ЕЕГ вълните, смяната на бързите движения на очите с бавни до пълно изчезване (ЕОГ се регистрира на фона на ЕЕГ и са оцветени), прогресивното намаляване на амплитудата на ЕМГ. При парадоксалния сън ЕЕГ е същата както и при будното състояние, ЕОГ демонстрира бързи движения на очите, а ЕМГ почти не се отчита.

 

Изглежда, че в това състояние информацията, която е получена при предишното бодърствуване и съхраняваща се в паметта, интензивно се обработва. Според хипотезата на Жуве, при парадоксалния сън (засега не е ясно по какъв начин) в неврологичната памет се предава наследствената, генетична информация, която има отношение към организацията на цялостното поведение. За потвърждение на тези психически процеси служи появата в парадоксалния сън на емоционално оцветени съновидения при човека, както и откритият от Жуве и подробно изследваният от Е. Морисън феномен на съновиденията при котките.

Те са открили, че в мозъка на котките има специална област, която отговаря за мускулната парализа по време на парадоксалния сън. Ако тази област се отстрани, котките започват да “показват съня си”: бягат от въображаемо куче, гонят въображаема мишка и т. н. Интересното е, че при котките никога не са се наблюдавали “еротични” сънища, дори по време на брачния сезон.

Макар че при парадоксален сън някои неврони на ретикулярната формация на мозъчния ствол и таламо-кортикалната система демонстрират своеобразна рисунка на активността си, учените много дълго не са могли да открият различията между мозъчната дейност в будно състояние и при парадоксален сън. Това се е случило чак през 80-те години. Оказало се, че от всички известни активиращи мозъчни системи, които се активират при събуждане и действат по време на бодърствуването, при парадоксалния сън са активни само една-две. Това са системи, разположени в ретикулярната формация на мозъчния ствол и базалните ядра на предния мозък, които използват като медиатори ацетилхолина, глутаминовата киселина и аспарагиновата киселина. Останалите активиращи медиатори (норадреналинът, серотонинът и хистаминът) не работят при парадоксалния сън. Тази пасивност на моноаминоергичните неврони на мозъчния ствол определя различието между бодърствуването и парадоксалния сън, а на психическо ниво - различието между възприятието на външния свят и съновиденията.

За учените обаче все пак оставал загадка въпросът как тази активация, която толкова се различава от бодърствуването, се отразява върху функционирането на мозъчната кора. Чак през 1996-1997 година с помощта три независими изследвания учените са открили в парадоксалния сън (чрез метода на позитронната емиссионна томография) високоспецифичен характер на пространственото разпределение на активацията и инактивацията на определени участъци на мозъчната кора, както и на някои подкорови ядра в човешкия мозък.

 

Павлов и същността на съня

 

Известно е, че Павлов много се е интересувал от проблема на съня. Той го е смятал за един от ключовите проблеми при изучаването на висшата нервна дейност. Широко известно е неговото определение на съня като “обширно кортикално потискане”. След откриването на парадоксалния сън обаче изглеждаше, че теорията на Павлов е безнадеждно остаряла, макар че той, разбира се, дори „не е и сънувал” за създаване на физиология на съновиденията (ако може да се използва такъв каламбур). Трябва да се отбележи обаче, че идеята за трите форми на съществуването (бодърствуване, спокоен сън и сън със съновидения) за първи път се появява в древноиндийския епос Упанишади. Изглежда, че в историята на европейската култура за първи път това нещо се споменава от Жуве. Дори първооткривателите на парадоксалния сън (Н. Клейтман, Ю. Азеринский и В. Демент) са наричали това състояние stage-1-REM, т. е. стадият на заспиване (сънливост), който се характеризира с бързи движения на очите. Тези учени са го възприемали като преходно състояние между бодърствуването и съня!

Ако вземем обаче бавновълновия (ортодоксален) сън, т. е. съня изобщо, то в днешно време е уместно да си зададем въпроса толкова ли погрешни са били представите на Павлов за съня? Разбира се, по негово време тези представи сигурно са били само интуитивни, но читателите на тази статия (които знаят за мощната активация на потискащите неврони и изхвърлянето на техните медиатори - ГАМК и аденозин при бавния сън, за активацията, която започва в локалните таламо-кортикални области и постепенно се разпространява из цялата система, за тоничната хиперполяризация като период на своеобразно функционално възстановяване на невроните и т. н.) могат сами да съдят дали този път интуицията е подвела гениалния учен.

 

През 1935 година, в края на дългия си живот, Павлов е изказал следната мисъл: “Ясно е, че дневната ни активност представлява сбор от различни дразнители, която, от своя страна, обуславя изтощението ни, след което това изтощение по вътрешен хуморален път автоматично предизвиква определено състояние, съпровождащо се със сън”.

 

Тази формулировка може да се нарече пророческа, защото тя звучи напълно актуално и в наши дни.