Tajemnicze mechanizmy snu

Tajemnicze mechanizmy snu
Sen, nazywany siostrą śmierci. Każdy z nas miał kiedyś w życiu ochotę sprzedać królestwo za chwilę snu. Jest to jedna z krytycznych, podstawowych potrzeb człowieka, zdecydowanie na spodzie piramidy Maslowa. Bez snu nie da się normalnie egzystować. Nie da się również żyć. Nawet gdyby rozpaczliwie upierać się przy czuwaniu, sen nieubłaganie nas dosięgnie. Przekonał się o tym nawet bardzo zmotywowany Randy Gardner, któremu w 1964 roku udokumentowano rekordowe 11 nieprzespanych dób. Oraz wykończeni żołnierze, którzy podczas misji muszą przez wiele godzin nocnych zachowywać czujność na patrolu. Jak to się dzieje, że zasypiamy? Dlaczego śpimy?  Nie wszystkie zjawiska związane ze snem są dla nas jasne. Wiadomo jedno: nasz mózg zdecydowanie jest za to odpowiedzialny.
 
Naukowcy definiują sen jako fizjologiczny stan, podczas którego dochodzi do znacznego Tajemnicze mechanizmy snuzmniejszenia wrażliwości na docierające do nas informacje z otoczenia (u niektórych nawet na dźwięki własnego budzika). Towarzyszy temu spadek aktywności ruchowej oraz przyjmowanie “stereotypowej” pozycji, co dla większości gatunku ludzkiego oznacza leżenie. Stan ten powstaje spontanicznie i występuje okresowo, a towarzyszą mu liczne zmiany w mózgu.
 
Jak zobrazować sen? Najlepiej za pomocą wykresu. Badanie EEG (elektroencefalograficzne) ma na celu rejestrację elektrycznej aktywności kory mózgowej. Dzięki tej metodzie potrafimy odczytać z wykresu czy dana osoba czuwa lub śpi oraz w jakiej fazie snu się znajduje. Przy badaniu snu przydaje się również zapis EOG (elektrookulograficzny) rejestrujący ruchy gałek ocznych oraz EMG (elektromiograficzny) ukazujący elektryczną aktywność mięśniową. Dane, które są zbierane, zostają przedstawione na wykresie za pomocą fal. O ile w trakcie czuwania fale mózgowe są szybkie i niesynchroniczne, o tyle podczas snu zwalniają oraz ulegają synchronizacji (jest to wynikiem zmian metabolicznych i czynnościowych zachodzących w mózgu. 
Ze względu na zapis fal EEG możemy podzielić sen na dwa główne okresy. Pierwszy, nazwany Tajemnicze mechanizmy snusnem NREM (ang. non-rapid eye movement) lub snem wolnofalowym, pojawia się jako pierwszy. Związany jest z ogólnym spadkiem metabolizmu układu nerwowego oraz zahamowaniem aktywności synaps (połączeń pomiędzy komórkami nerwowymi, zwłaszcza wzgórza i kory mózgowej) Dzieli się na cztery fazy, które przechodzą stopniowo od malejącej wrażliwości na bodźce dochodzące do nas z otoczenia, po rosnące rozluźnienie mięśni, które w najgłębszych fazach snu przechodzi w atonię, oszczędzającą jedynie mięśnie niezbędne dla podtrzymania życia. Metabolizm naszego organizmu stopniowo maleje, oddech staje się głęboki i powolny. Przeważnie, po osiągnięciu czwartej, najgłębszej fazy snu NREM, rozpoczyna się drugi okres snu, nazwany REM (ang. rapid eye movement) lub snem paradoksalnym, z charakterystycznymi szybkimi ruchami gałek ocznych i nieregularnym oddechem. Sen REM jest cudaczny, gdyż w zapisie EEG przypomina nieskoordynowaną czynność typową dla czuwania. Podczas snu REM doświadczamy barwnych, emocjonalnych marzeń sennych, a obudzeni w trakcie tej fazy często pamiętamy, co nam się śniło. Okresy snu REM i NREM przeplatają się ze sobą, a ich pełen cykl trwa przeważnie 90-115 minut. NREM dominuje w pierwszej ⅓ nocy, wraz z nadchodzącym przebudzeniem ulega skróceniu, a niektóre jego fazy wręcz wypadają, zaś zwiększa się udział snu paradoksalnego. 
 
Fascynujące wydaje się zagadnienie kontrolowania przez mózg tego dziwnego zjawiska. Skąd mózg wie, kiedy nadeszła pora na sen oraz ile ma ona trwać? Co się w nim takiego dzieje, że w pewnym momencie zaczynamy się czuć zmęczeni i osowiali? Szukamy sobie wygodnego miejsca, zamykamy oczy i przez wiele godzin leżymy bez ruchu? Co się dzieje z naszą świadomością w tym czasie? Neurofizjologia i neuroanatomia potrafią częściowo odpowiedzieć nam na te pytania.
 
Zgodnie z czynną teorią snu, sen lub czuwanie jest wynikiem nieustającej wojny, jaka toczy się w naszym układzie nerwowym. W każdej chwili struktury mózgowe oraz ich żołnierze -neurotransmitery, biorą udział w potyczkach mających na celu przekonanie przeciwnika do swojej racji. Część struktur opowiedziała się za czuwaniem, inne zaś za snem. W sporze tym biorą udział wszystkie główne neurotransmitery oraz rozległe regiony mózgu. Trzymają się nawzajem w garści, hamują lub pobudzają. Wynikiem ich potyczek jest względna równowaga pomiędzy snem a czuwaniem, gdyż żadna ze stron nie powinna wygrać na dobre. Mówimy tu oczywiście o zdrowych osobach. Czasem równowaga nie jest zachowana, a my cierpimy na bezsenność lub śpiączkę. 
 
Aby opisać mechanizm snu nie da się pominąć jego odwrotności, a więc czuwania. Do obszarów mózgu, które opowiedziały się za czuwaniem i aktywnością należą przede wszystkim twór siatkowaty (część wstępująca), podwzgórze oraz kora mózgowa.
 
Wstępująca część układu siatkowatego, która rozpoczyna się w moście i śródmózgowiu, a kończy w korze mózgowej, zawiera neurony produkujące glutaminę. Układ ten, poprzez pośrednictwo wzgórza, umożliwia podstawowy stan wzbudzenia kory mózgowej, kluczowy dla bycia przytomnym i świadomym. Bez niego kora mózgowa nie mogłaby przyjmować żadnych docierających do organizmu informacji.

Tajemnicze mechanizmy snu
Następnymi zwolennikami czuwania są cholinergiczne neurony wybranych jąder nakrywki. Biegną one do wzgórza (co w konsekwencji pobudza korę mózgową), podwzgórza oraz całego przodomózgowia. Uszkodzenie bądź zniesienie czynności tych neuronów prowadzi do śpiączki. Acetylocholina wpływa na zaprzestanie pracy wybranych obszarów wzgórza, związanych z wyciszaniem czuwania oraz oddziałuje na połączenia wzgórzowe z korą mózgową, które zaczynają pracować w sposób nieskoordynowany (a my widzimy to w zapisie EEG, jako zdesynchronizowany zapis typowy dla czuwania). Mechanizm ten związany jest z procesami uwagi. Podsumowując, wstępujący układ siatkowaty związany jest z aktywizacją kory mózgowej oraz wpływem na desychronizację połączeń wzgórzowo-korowych. Oddziaływania te prowadzą to wytworzenia stanu czuwania. Z drugiej strony, wyładowania cholinergiczne w okolicach mostu i obszarze potyliczno-kolanowym związane są z generowaniem marzeń sennych w fazie REM.
 
Następna jest noradrenalina. Produkowana jest w miejscu sinawym i ma na celu podtrzymywanie uwagi i czuwania. Aby do tego doszło, wysyła się ją do wielu okolic, w tym przodomózgowia, pnia mózgu, a nawet rdzenia kręgowego. Dzięki temu dochodzi do stymulacji regionów związanych z czuwaniem i hamowania obszarów wspierających sen. W podtrzymywanie czuwania zaangażowana jest również serotonina, kontrolująca wydzielania acetylocholiny i noradrenaliny. 

Tajemnicze mechanizmy snu
Innym żołnierzem w służbie czuwania jest histamina, produkowana przede wszystkim w środkowym podwzgórzu (jądrze guzowo-suteczkowym). Również odpowiada za aktywowanie czuwania. Neurony ją produkujące mają dużo połączeń z korą mózgową, a stłumienie ich czynności prowadzi do wyłączenia świadomości (stosowane jest to podczas narkozy).
Wreszcie, ostatnim głównym obrońcą czuwania jest hipokretyna, posiadająca ogromną władzę nad nami. Produkowana jest w tylno-bocznym podwzgórzu. Transmiter ten dociera niemal do wszystkich struktur związanych z aktywowaniem czuwania i mobilizuje je do pracy. Dlatego ma kluczową rolę w podtrzymywaniu oraz konsolidacji czuwania. Jego obecność warunkuje również przechodzenie pomiędzy stanami snu i czuwania oraz hamuje fazę snu REM. Na transmisję hipokretyny wpływa noradrenalina.
 
Przejdźmy teraz do zwolenników snu. Obniżanie się aktywności mózgowej zachodzi poprzez tłumienie aktywizującego działania tworu siatkowatego i zmniejszenie poziomu acetylocholiny. Przestaje ona hamować jądro siatkowate wzgórza, czynność kory mózgowej zaczyna się synchronizować, a my zapadamy w sen NREM. W fazie czwartej również pojawiają się marzenia senne, lecz są one pozbawione emocji (układ limbiczny nie jest zaangażowany), a z powodu niedoborów acetylocholiny po przebudzeniu nie pamiętamy ich treści.
 
Ważną rolę odgrywa brzuszno-boczne jądro przedwzrokowe (VLPO), znajdujące się w podwzgórzu. Hamuje ono związane z czuwaniem działanie noradrenaliny. Dzięki oddziaływaniu na komórki produkujące histaminę warunkuje przejście z czuwania w sen NREM (chociaż wpływ na to ma również serotonina), a poprzez jądra szwu i miejsce sinawe powoduje bramkowanie snu REM. Na aktywność tego ośrodka ma wpływ jądro nadskrzyżowaniowe (naczelny organizator rytmów biologicznych) oraz wzrost stężenia adenozyny, który nasila się wraz z czuwaniem (transmiter ten powoduje senność). Swoją drogą, ograniczać wzrost ilości wydzielanej adenozyny można poprzez wypicie kawy lub herbaty, gdyż zawarta w nich kofeina lub teofilina hamuje wydzielanie się tych cząsteczek.

Aby VLPO nie nadużywało swojej władzy ( za dużo snu to też niezdrowo), cały czas jest normowane przez obecność hipokretyny. VLPO jest więc miejscem związanym z przechodzeniem pomiędzy snem i czuwaniem, a jego praca ma charakter stabilny (o co dbają również inne ośrodki mózgowe). VLPO nie dopuszcza, aby tworzyły się różne inne stany pośrednie, gdyż nie są one korzystne dla organizmu. 

Tajemnicze mechanizmy snu
Mówiąc o mózgowych mechanizmach regulujących sen, można podzielić je na dwie grupy. Pierwsze należą do homeostatycznego systemu regulacji, który odpowiada za ilość snu w czasie doby. Pewne transmitery są wydzielane i ich liczba w układzie nerwowym wzrasta lub spada, a to prowadzi do rozpoczęcia snu lub czuwania. Nikt nie wie, jak by to miało dokładnie wyglądać. Drugi mechanizm, zwany zegarem biologicznym, odpowiedzialny jest za ilość oraz długość snu. Jego źródłem jest jądro nadskrzyżowaniowe, położone w przednim podwzgórzu. Integruje ono sygnały o rytmach okołodobowych z informacjami napływającymi z narządów wewnętrznych, kory i układu limbicznego oraz wyznacza rytm dobowy. Wpływa na poziom hipokretyn. Dzięki dobrym relacjom z szyszynką i siatkówkami oka, jądro nadskrzyżowaniowe dostaje informacje o poziomie światła docierającego do oczu oraz związanym z tym poziomie melatoniny (która wpływa na rytmikę różnych procesów fizjologicznych), a więc o porze dnia i nocy. Następnie stara się dostosować organizm do tych informacji.
 
Przechodzenie pomiędzy snem NREM i REM odbywa się dzięki współpracy neuronów serotoninergicznych i noradrenergicznych. Je zaś kontroluje kwas GABA (gammaaminomasłowy), produkowany w moście. Ten neurotransmiter hamuje również inne, glutaminergiczne obszary mostu, a to (poprzez kilka etapów pośrednich) prowadzi do zaprzestania przewodzenia neuronów rdzenia, przez co powstaje typowe dla snu zahamowanie ruchowe.

Tajemnicze mechanizmy snu

O śnie i jego mechanizmach można by opowiadać jeszcze bardzo dużo. Na koniec warto podkreślić rolę snu. Nadrzędną funkcją  wydaje się zapewnienie sprawności w trakcie czuwania. Uważa się, że sen związany jest z regeneracją i “ogólnym sprzątaniem” w naszym organizmie. W jego trakcie dochodzi do usunięcia metabolitów nagromadzonych w trakcie czuwania oraz stymulacji połączeń neuronalnych, które w okresie aktywności nie były dostatecznie pobudzane. W czasie snu zachodzą również utrwalanie szlaków pamięciowych. Sen zapewnia niezbędną organizmowi odnowę, która zachodzi przede wszystkim w fazie 3 i 4 okresu NREM. Osoby, którym po deprywacji sennej pozwalano zasnąć, przechodziły od razu to tych faz snu (faza REM nie występowała).
 
Brak snu wpływa na nasze funkcje poznawcze, przede wszystkim spowolnienie szybkości przetwarzania informacji i zmniejszenie wrażliwości na docierające bodźce. Jest to stan, który jest dla nas nieprzyjemny, powodujący rozdrażnienie i apatię. Nie sprzyja też koncentracji oraz uczeniu się. Potrzeba snu bywa nieodparta, a my wiemy już dlaczego. Dlatego, gdy następnym razem będziemy zmęczeni siedzieć nad czymś po nocach, weźmy pod uwagę, iż nasze struktury mózgowe dopominają się odpoczynku. A jak im go nie damy, to się nam za to brzydko odpłacą.
 
Napisano na podstawie:

  1. Murillo-Rodriguez E., Arias-Carrion O., Sanguino-Rodriguez K., Gonzalez-Arias M., Haro R.(2009). Mechanisms of Sleep-Wake Cycle Modulation. CNS&Neurological Disorders-Drug Targets. 8: 245-253.
  2. Szelengerger W.(2007). Neurobiologia snu. Pneumologia i Alergologia Polska. 75(1): 3-8.
  3. Brzezińska M., Zawilska J.B.(2007). Hipokretyny-ważna rola w regulacji rytmu sen-czuwanie i patogenezie nakrolepsji. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej. 61: 1-12.
  4. Konturek S.(2009). Podstawy fizjologii człowieka -układ nerwowy i narządy zmysłów. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków.
 
Czy moc generowana przez elektrownie jądrowe w USA jest przyczyną utonięć w basenie, a rosnąca liczna prawników w Portoryko -... czytaj więcej
Czym jest synestezja? Synestezja bywa często rozumiana jako proste „poplątanie” zmysłów lub mechanizmów odpowiedzialnych za p... czytaj więcej
Mózgowy zespół utraty soli (ang. cerebral salt-wasting syndrome, CSWS) to zaburzenie, którego istotą jest obniżenie poziomu s... czytaj więcej
Niewiele jest bardziej „medialnych” zaburzeń niż autyzm i zespół Aspergera. Pomijając filmy i książki bezpośrednio dotyczące... czytaj więcej