Статья Репаративно-восстановительные процессы в системе нейрон-нейроглия дорсального ядра шва после тотальной депривации сна
РЕПАРАТИВНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В СИСТЕМЕ НЕЙРОН-НЕЙРОГЛИЯ ДОРСАЛЬНОГО ЯДРА ШВА
ПОСЛЕ ТОТАЛЬНОЙ ДЕПРИВАЦИИ СНА"
Елена А. БАНКОВА, Анатолий Я. БАЧУ
Кафедра физиологии человека и животных, естественно-географический факультет, Приднестровский государственный университет им. Т.Г. Шевченко
В условиях жизни современного человека постоянно действуют информационные и эмоциональные нагрузки. Такие нагрузки могут повлечь за собой расстройство цикла сон-бодрствование. Это обуславливает функциональное перенапряжение центральной нервной системы, что часто приводит к нарушению естественного физиологического протекания цикла сон-бодрствование. Сдвиги цикла сон-бодрствование провоцируют еще большее перевозбуждение ЦНС и функциональное истощение некоторых ее структур. Все это существенно увеличивает повреждающее действие недостатка сна или инсомнии. В зависимости от целого ряда факторов (рабочее расписание, степень утомления, перелет в другой часовой пояс, возраст и др.) изменяется характер последующего сна. Изменениям подвергаются процентное соотношение, частота появления и средняя продолжительность той или иной фазы сна. Нарушается переход от одной фазы к другой. После разных видов нагрузки различается суммарная длительность фаз сна и фрагментов бодрствования. Неизменной фактически остается только обязательность появления каждой фазы в течение периода сна.
Лишение или депривация сна вызывает изменения ряда вегетативных показателей (частоты сердечного ритма и дыхания, кровяное давление, температура тела и др.), а также биохимических показателей. При достаточно длительном лишении сна проявляются расстройства поведения, психических процессов, снижается умственная работоспособность и внимание. Перестройки происходят и в функциональной активности нейронов головного мозга. Постоянно нарастают структурные изменения белков в клетках ЦНС. Эти изменения носят прежде всего конформационный характер и происходят, главным образом, в мембранных образованиях, включая синапсы. Начинают преобладать конформационные изменения и в нуклеиновых кислотах. "Нервная" усталость ("усталость синаптического проведения") требует сна для своей ликвидации. Восстановление во время сна включает биосинтез макромолекул и ансамблей макромолекулярных единиц, функциональных мембранных структур клеток ЦНС.
Существование медленноволнового и парадоксального сна ставит перед исследователями вопрос об их разном функциональном значении. Экспериментально было показано, что серотонинергическая система ядер шва поддерживает медленноволновой сон, запускает парадоксальный сон и тормозит наступление бодрствования.
Сложилось мнение, что медленноволновой сон нужен для репарации глиальных клеток ЦНС. Только в этой фазе сна происходит значительное поступление гормона роста из гипоталамуса в кровь. Это указывает на специфическое усиление биосинтеза белков в периферических тканях. Данные об изменении структуры восстановительного сна после тотального его лишения по сравнению с естественным сном свидетельствуют о преобладании в нем фазы медленноволнового сна. Этот факт объясняют тем, что эта фаза более "витально" необходима, чем фаза парадоксального сна. Достаточный уровень метаболическтих процессов, являющийся первичным условием деятельности любых органов и тканей, в особенности головного мозга, подтверждает мнение о преимущественной нутритивной восстановительной роли фазы медленноволнового сна.
Уже не вызывает сомнений, что в состоянии сна организм сохраняет активность, реализация которой позволяет чувствовать себя отдохнувшими и готовыми к предстоящему бодрствованию. На сегодняшний день существует несколько концепций, объясняющих механизмы естественного сна. К сожалению, восстановительные процессы, которые, несомненно, преобладают в состоянии сна остаются без должного внимания исследователей.
Серотонинергические нейроны дорсального ядра шва имеют широкую сеть нервных связь. Они проецируют свои аксоны к ретикулярной формации,
лимбической системе, гиппокампу, таламусу, гипоталамусу, неокортексу, мозжечку (Рис.1). Кроме того, серотонинергическая система ядер шва оказывает ингибирующее действие на голубое пятно и при ее подавлении голубое пятно растормаживается.
Исходя из вышесказанного цель настоящего исследования состоит в изучении репаративно-восстановительных процессов в серотонинергической системе дорсального ядра шва ствола головного мозга.
Исследование выполнено на половозрелых лабораторных крысах-самцах. Эксперимент включал три опытных группы и контроль. Первая группа: 36-часовая тотальная депривация сна; вторая: 8 часов восстановительного сна и третья: 24 часа восстановительного сна. Контролем служили животные, находящиеся в условиях третбана со свободным доступом к еде и питью. Тотальная депривация сна выполнялась путем вращения животных в третбане со скоростью 12об/мин в течение 36 часов (одну ночь и два дня). Взятие ткани головного мозга осуществляли путем декапитации. После гистологической обработки ткань заливали в парафин. Из полученных парафиновых блоков ткани готовили серийные срезы на микротоме. Идентификацию исследуемого ядра выполняли с помощью стереотаксического атласа и быстрой окраски гематоксилин-эозином или крезилвиолетом (Рис.2). Специфическая окраска на нуклеиновые кислоты проводилась галлоцианин-хромовыми квасцами. Количественное определение нуклеиновых кислот в клеточных компартментах выполняли путем цитофотометрии. Цитофотометрировали ядро, ядрышко, цитоплазму и ядро глиального сателлита. Исследовали нейроны и сателлиты дорсального ядра шва. Статистическую обработку выполняли с использованием критерия Стьюдента.
Исследования показали, что количество нуклеиновых кислот в ядре серотонинергических нейронов дорсального ядра шва сразу после окончания тотальной депривации сна поддерживается на уровне контрольной группы (Рис.3). По истечению восстановительного периода длительностью 8 часов содержание ядерных нуклеиновых кислот достоверно возрастает на 16% (Р<0,001). В последующий постнагрузочный период значительных изменений не зарегистрировано. В ядрышке серотонинергических нейронов содержание нуклеиновых кислот оказалось повышенным тотчас после прекращения тотальной депривации сна. Это отличие от контрольного уровня составляло 15%. По прошествию 8-часового восстановления количество нуклеиновых кислот в ядрышке уже не
проявляло достоверных отличий от контроля. Лишь к концу 24-часового исследованного постдепривационного периода уровень нуклеиновых кислот опять возрос.
В цитоплазме серотонинергических нейронов дорсального ядра шва количество РНК на всем протяжении исследованного периода восстановления было достоверно выше контрольного уровня. Пик был выявлен сразу после окончания депривации и составлял 41% (Р<0,001). Затем степень отличия от контроля уменьшалась до 10% и далее опять возрастала.
В глиальных сателлитах нейронов дорсального ядра шва отличие от контроля было выявлено только к концу 24-часового периода восстановления и составило 27% (P<0,05) выше контрольного уровня. В течение всего исследованного периода достоверных различий не наблюдалось.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в системе нейрон-нейроглия дорсального ядра шва в процессе восстановления после полного лишения сна происходит всплеск биосинтетической активности в цитоплазме нейронов. Это выраженное преобладание анаболических процессов проявляется в начале постнагрузочного периода и сохраняется впоследствие. На субклеточном уровне это преобладание проявляется прежде всего в ядрышке и цитоплазме серотонинергических нейронов. Однако, ядерный аппарат нейронов активизируется только после 8-часового восстановительного сна, когда в цитоплазме обнаруживается фаза понижения. Это демонстрирует, что ядерный биосинтетический материал накапливается лишь к тому времени, когда в цитоплазме исчезает пик интенсивности биосинтеза. На протяжении всего периода усиленной функциональной активности нейронов в глиальных сателлитах сохраняется равновесие катаболических и анаболических процессов и лишь к концу исследованного периода проявляется преобладание последних.
Исходя из концепции о роли моноаминергических систем в регулировании фаз сна и имеющихся данных, активность серотонинергической системы направлена на поддержание сна, в особенности, его медленноволновой фазы. Результаты, полученные нами, демонстрируют, что клеточный аппарат нейронов дорсального ядра шва активизирует свою активность уже в начале периода восстановления после полного лишения сна и поддерживает ее на высоком уровне.
Таким образом, в системе нейрон-нейроглия дорсального ядра шва после полного лишения сна реализуется усиление биосинтетической активности. Происходит перераспределение интенсивности анаболических процессов в сторону преобладания в ядрышке и цитоплазме нейронов и некоторое их подавление в глиальных сателлитах. Это доказывает функциональную значимость серотонинергической системы дорсального ядра шва для реализации восстановления после периода полной потери сна.
13PAGE 14115
13PAGE 14615
Рис.1. Проекционные связи дорсального ядра шва. 1-неокортекс; 2-лимбическая система; 3-гиппокамп; 4-таламус; 5-гипоталамус; 6-дорсальное ядро шва; 7-мозжечок; 8-ретикулярная формация.
1
2
4
3
5
6
7
8
Рис.2. Схема расположения дорсального ядра шва на фронтальном срезе ствола мозга. 1-дорсальное ядро шва; 2-Сильвиев водопровод.
1
2
13 EMBED Excel.Sheet.8 1415
13 EMBED Excel.Sheet.8 1415
13 EMBED Excel.Sheet.8 1415
13 EMBED Excel.Sheet.8 1415
ЦИТОПЛАЗМА
ЯДРО
ЯДРЫШКО
САТЕЛЛИТ
Рис.3. Изменения количества нуклеиновых кислот в нейронах и их глиальных сателлитах в постнагрузочный период.
13 EMBED Excel.Sheet.8 1415
Root Entry