Депривация сна и неврологические нарушения

1. ВВЕДЕНИЕ

Сон — повсеместное явление в царстве животных и присущее живым формам от Drosophila melanogaster (фруктовой мухи) до человека. Сон — жизненно необходимый компонент для здоровой функции мозга. Депривация сна или недостаток сна (НС) определяется как уменьшение времени сна ниже индивидуальной потребности индивидуума, тогда как ограничение сна (ОС) относится к частичному НС. Сообщается, что НС и ОС влияют на общее благополучие и здоровье, включая, помимо прочего, снижение функции иммунной системы, снижение когнитивной функции и памяти, способности к обучению и нарушение эмоционального благополучия [1]. Национальный фонд по проблемам сна США, полагает, что для поддержания и восстановления метаболического гомеостаза необходимо 7–8 ч сна [2]. Сон состоит из двух стадий: (i) с медленными движениями глаз (NREM, медленный сон) и (ii) с быстрыми движениями глаз (REM, быстрый сон). Медленный сон подразделяется на четыре стадии в зависимости от глубины и типа волн, движений глаз и мышечной силы во время сна. Быстрый сон характеризуется неравномерной волновой активностью мозга, мышечной атонией и усиленными движениями глазных яблок [3]. Сон регулируется двумя процессами, работающими независимо и влияющими на сон и связанные с ним переменные совместно («реостат») [4]: (1) Суточный ритм — процесс, поддерживающийся биологическими часами в супрахиазмальном ядре (СХЯ) гипоталамуса, которое регулирует циклы сна и бодрствования в ответ на поступающую информацию от сетчатки [5]; (2) гомеостатический процесс — потеря сна компенсируется удлинением последующего сна, что является функцией длительности бодрствования и периодических коротких периодов сна во время бодрствования. В часы бодрствования склонность к сну постепенно нарастает и достигает критического порога; такую сонливость называют гомеостатической. Сон помогает поддерживать метаболический гомеостаз за счет поддержки нервной, гормональной и иммунной систем [6]. Медленный сон характеризуется низкой скоростью метаболизма и повышением температуры головного мозга, что помогает восстановить повреждения, возникающие во время цикла бодрствования [7]. Исследование с участием людей, работающих посменно, показало, что НС изменяет метаболизм глюкозы и липидов [8], что говорит о возможной роли сна в метаболических нарушениях. Krause и соавт. сообщили, что НС влияет на внимание и рабочую память, положительные и отрицательные эмоции и способность к обучению с участием гиппокампа [9].

Эпидемия НС затрагивает все больше людей во всем мире [10]. НС нарушает вегетативные функции, что, в свою очередь, вызывает нарушение регуляции метаболизма [11, 12]. Кроме того, НС модулирует иммунные функции и усиливает высвобождение провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин 6 (ИЛ-6), фактор некроза опухолей (ФНО-α) и С-реактивный белок (СРБ) [13]. Ограничение сна повышает уровень пролактина и окситоцина и снижает массу тела у беременных крыс. У потомства этих крыс обнаружено снижение экспрессии нейротрофического фактора мозга в гиппокампе (BDNF), что дает основания предполагать вредоносное действие ОС на факторы роста нейронов на стадии развития [14]. Потеря сна в период развития уменьшает размеры мозга и изменяет поведение и гомеостаз нейронов [15]. Исследования электроэнцефалограммы (ЭЭГ) показали, что НС способствует межприпадочным эпилептиформным разрядам и возбудимости нейронов, приводящей к активации судорожных эпизодов [16]. Кроме того, НС связан с ухудшением когнитивной функции у людей. Недав- нее исследование показало, что НС в течение одной ночи повышает содержание амилоида-β в области гиппокампа [17]. Таким образом, накапливающиеся данные указывают, что НС связан со многими нейродегенеративными заболеваниями и неврологическими нарушениями. В этом обзоре представлена информация о связях между нехваткой / ограничением сна и изменениями в генной экспрессии и патофизиологических механизмах, связанных с неврологическими нарушениями.

2. СОН И АНАТОМИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ МОЗГА

Сон и его механизмы контролируются определенными областями мозга. С точки зрения микроанатомии, тела нейронов, образующие нейромедиаторы, играющие роль в механизмах сна, обычно расположены в одной области, тогда как окончания аксонов нейронов проецируются в другие области [18]. В головном мозге млекопитающих тела нейронов, играющих роль во сне, расположены в стволе мозга, тогда как аксоны оканчиваются в центрах, расположенных в полушарии мозга. Сон подразумевает определенный образец взаимодействия между корой головного мозга, таламусом и подкор- ковыми областями, такими как ствол мозга. В соответствии с [19], «Отлив и приток нейромедиаторов переключает наш мозг между сном и бодрствованием посредством строго регулируемых циклов в нескольких областях мозга»...