Республикалық қоғамдық-медициналық апталық газеті

Джефф Айлифф: «Почему нужно высыпаться?»


28 ноября 2014, 09:32 | 1 692 просмотра



Мозг потребляет четверть всех запасов энергии тела, хотя и составляет всего лишь 2% от его массы. Как этот уникальный орган получает питательные вещества и, что еще важнее, как избавляется от них? По словам Джеффа Айлиффа, новые исследованиясвидетельствуют о том, что это связано со сном.

Сон. Во сне мы проводим примерно треть жизни. Но понимаемли мы, что происходит во время сна? Две тысячи лет назад Гален, один из самых выдающихся врачевателей древнего мира, предположил, что во время бодрствования движущая сила нашего мозга, его энергия, растекается по другим частям тела и оживляет их, иссушая тем самым мозг. Он полагал, что во время сна эта наполнявшая тело влага устрем-ляется обратно, снова увлажняя мозг и освежая ум. Сейчас это звучит нелепо, но Гален просто пытался объяснить ту сторону сна, с которой мы сталкиваемся ежедневно. По своему опыту мы все знаем, что после сна в голове проясняется, а при его недостатке мысли становятся мутными. И хотя сейчас мы уже знаем о сне гораздо больше, чем во времена Галена, мы все еще не понимаем, почему сон — это единственный процесс, обладающий невероятной способностью восстанавливать работу мозга.

Сегодня я хочу рассказать о недавних исследованиях, которые могут пролить свет на этот вопрос. Мы обнаружили, что, возможно, сон — изящное решение проблемы удовлетворения самых насущных потребностей мозга, его уникальная характеристика, позволяющая мозгу отвечать тем высоким требованиям, которые ставят его особняком от других органов нашего тела. Почти все наблюдаемые биологические процессы можно объяснить как цепочку задач и их решений, и первая проблема, которую должен решить каждый орган, — бесперебойная поставка питательных веществ для подде- ржания работы клеток тела. Для мозга это особенно критично: его напряженная электрическая активность расходует четверть всей энергии, которую получает организм, хотя мозг составляет лишь 2% от всей массы тела. Система кровообращения решает проблему доставки питательных веществ, направляя питание и кислород по кровеносным сосудам в каждую клеточку нашего тела. Вы можете увидеть это на видео.

Это кровеносные сосуды в мозге живой мыши. Сосуды составляют сложную сеть, заполняющую все пространство мозга. Они начи- наются на его поверхности, затем погружаются глубже в ткани и, разветвляясь, доставляют пита- тельные вещества и кислород в каждую клетку мозга. Клетки не только потребляют питательные вещества, но и выде- ляют отходы их переработки. Избавление от этих отходов — вторая насущная проблема, которую должен решить каждый орган. Здесь изображена лимфатическая система нашего тела, которая возникла в ответ на эту проблему. Это вторая параллельная сеть сосудов, проходящая через все тело. Она подхватывает белки и другие отходы из межклеточного пространства, собирает их вместе и затем сбрасывает в кровоток, чтобы от них избавиться. Но если хорошенько присмот реться, можно увидеть нечто не совсем понятное. Если мы увеличим изображение головы, вы сможете заметить, что в мозге нет лимфатических сосудов. Но это же как-то неправильно, не такли? Мозг работает очень активно, соответственно, он производит массу отходов, от которых нужно эффективно избавиться. И при этом там нет лимфатических со- судов, а значит, способ, использу- емый организмом для избавления от отходов, в мозге не работает. Как же мозг решает проблему устранения ненужных веществ?

В погоне за ответом на, казалось бы, обычный вопрос наша ко- манда впервые появляется в этом рассказе. Что же мы обнаружили, погрузившись в глубины мозга, в гущу нейронов и кровеносных сосудов? То, что ответ мозга на проблему избавления от отходов оказался весьма неожиданным. Он оказался хитроумным и одновременно прекрасным. Позвольте мне об этом рассказать. Мозг содержит большое количество прозрачной жидкости, называемой цереброспинальной жидкостью. Мы называем ее ЦСЖ. ЦСЖ заполняет пространство вокруг мозга, и отходы из мозга попадают прямо в ЦСЖ, а она вместе с отходами сбрасывается в кровь. Этот процесс похож по описанию на лимфатическую систему, не так ли? Но что интересно, отходы из мозга не просто случайным образом просачиваются в ЦСЖ. Напротив, есть специализированная сеть сосудов, организующая и облегчающая этот процесс. Это можно увидеть на видео. Это снова изображение мозга живой мыши. В кадре слева показано, что происходит на поверхности мозга, а в кадре справа мы видим происходящее внутри мозга, в самих тканях. Мы обозначили кровеносные сосуды красным, а ЦСЖ, окружающая мозг, будет зеленой. Нас удивило то, что жидкость снаружи мозга не осталась на поверхности. Наоборот, ЦСЖ была закачана внутрь мозга, вдоль кровеносных сосудов. И когда она проникла в глубь мозга вдоль его сосудов, она устранила, вымыла отходы из пространства между клеток мозга. Если задуматься, использование поверхностей сосудов подобным образом — очень толковое решение, потому что мозг заключен в жесткую черепную коробку и до отказа набит клетками, поэтому внутри него нет места для второго набора сосудов наподобие лимфатической системы. Сосуды же тянутся с поверхности мозга к каждой его клеточке.

Это значит, что жидкость, путешествующая вдоль этих сосудов, имеет легкий доступ ко всему мозгу. Это весьма умный способ приспособить один набор сосудов, кровеносный, для замещения функции второго набора сосудов, лимфатического, так, чтобы он вам не потребовался. Что удивительно — ни один другой орган не использует такой подход к избавлению от отходов из межклеточного пространства. Это уникальное решение мозга. Но нашим самым удивительным открытием был тот факт, что все, что я сейчас описывал, весь этот процесс прохождения жидкости через мозг случается, только когда мы спим. На видео слева показано, сколько ЦСЖ проходит через мозг живой мыши во время бодр- ствования. Почти ничего. Однако у того же животного немного позже, когда оно засыпает, мы наблюдаем, как ЦСЖ устремляется в мозг. Мы обнаружили, что в то время, когда мозг переходит в состояние сна, клетки мозга как бы сокращаются, освобождая межклеточное пространство, пропуская туда жидкость и позволяя очистить его от отходов. Как видим, Гален не так уж и ошибался, когда писал о том, как жидкость стремительно несется через мозг при наступлении сна. Спустя 2000 лет наше исследование дает основание полагать, что, когда мозг не спит и находится на пике активности, он откладывает процесс чищения от межклеточных отходов на потом. Затем, когда он засыпает, его активность снижается, и он переходит в режим очищения, для того чтобы избавиться от «мусора» между клетками, накопившегося за день. Это немного похоже на то, как мы всю неделю откладываем домашние дела из-за занятости, а затем пытаемся переделать все, что не успели, когда наступают выходные. До сих пор я говорил об избавлении от отходов, но не уточнял, от каких именно от- ходов мозг должен избавляться во время сна, чтобы оставаться здоровым. Продукт обмена, ставший центром внимания недавних исследо- ваний, — бета-амилоид, белок, производимый мозгом постоянно. Прямо сейчас мой мозг вырабатывает его, так же как и ваш.

Однако у пациентов с болезнью Альцгеймера бета-ами- лоид собирается и накапливается в межкле- точном пространстве мозга, вместо того чтобы вымываться из него как положено. Именно накопление бета-амилоида считается одним из ключевых факторов в развитии этого ужасного заболевания. Мы изучили, насколько быстро бета-амилоид вымывается из мозга во время бодрствования по сравнению со временем сна, и обнаружили, что устранение бета-амилоида происходит намного быстрее во сне. Таким образом, если сон — часть ответа мозга на проблему избавления от отходов, это должно радикально изменить наше пред- ставление о связи между сном, бета-амилои- дом и болезнью Альцгеймера. Ряд недавних клинических исследований показал, что у пациентов, еще не страдающих болезнью Альцгеймера, ухудшение качества и продол- жительности сна ассоциируется с большим количеством бета-амилоида, скопившегося в мозге. И хотя важно отметить, что эти исследования не доказывают, что нехватка или плохое качество сна вызывают болезнь Альцгеймера, они дают основания полагать, что, если мозг не может наводить у себя порядок, убирая отходы вроде бета-амилоида, это может привести к развитию заболеваний, подобных болезни Альцгеймера. Эти исследования подтверждают то, что все из вас уже знают о сне то, что понимал даже Гален: сон освежает и очищает разум, и это может быть одной из основных его функций. Мы все ложимся спать каждый вечер, но наш мозг никогда не спит. Пока тело отдыхает, а разум отключается и видит сны, изощренный механизм мозга тихо и напряженно работает, очищая и приводя в порядок свое невероят- но сложное оборудование. Как и работа по хозяйству, это дело грязное и неблагодарное, но также очень важное. Если вы не будете убираться на кухне целый месяц, очень скоро жизнь в вашем доме станет невозможной. Но для мозга последствия такого застоя могут быть гораздо серьезнее, чем конфуз с немытыми столешницами, потому что, когда дело касается очищения мозга, на кону стоят его здоровье и правильная работа. Вот почему понимание простых «хозяйственных» функций мозга сегодня может стать решающим в про- филактике и лечении его болезней завтра.

Автор:
Перевод Анны Котовой www.ted.com