Сон нужен не просто для отдыха: в этот период тело восстанавливает ткани, налаживает обмен веществ и обеспечивает функционирование мозга. Важную функцию в этих процессах выполняет гормон роста, но долгое время было не вполне ясно, как его выработка связана с мозговой активностью. О том, каким образом мозг контролирует высвобождение гормона роста и почему сам гормон способен влиять на пробуждение, — в материале «Известий».
Как сон связан с гормоном ростаУченые из Калифорнийского университета в Беркли (организация, признанная нежелательной на территории РФ) установили нейронные цепи, связывающие сон с секрецией гормона роста и управляющие переходом от сна к бодрствованию. Специалисты зафиксировали двустороннюю зависимость: сон активизирует синтез гормона, а тот, в свою очередь, посылает мозгу сигналы, определяющие время пробуждения. Итоги исследования опубликованы в журнале Cell.
Справка «Известий»Гормон роста участвует в развитии тела, поддержании мускулатуры и костной ткани, а также в контроле жирового обмена и концентрации глюкозы в крови. Особенно важную роль он играет в подростковый период, когда организм еще растет. Однако значимость гормона не исчерпывается детскими годами: взрослым он тоже требуется для поддержания тканей и нормального метаболизма.
Дефицит сна способен расстроить регуляцию гормона роста. Так как этот гормон участвует в управлении метаболизмом глюкозы и жиров, хронические проблемы со сном могут коррелировать с повышенной вероятностью ожирения, диабета и болезней сердца и сосудов. Тем не менее до настоящего времени не было точно известно, каким образом мозг контролирует синтез гормона во сне, особенно во время медленной фазы, которая обычно доминирует в первой половине ночи.
Синьлу Дин, постдокторант кафедры нейронаук Калифорнийского университета в Беркли и первый автор исследования
Мы действительно напрямую регистрируем активность нейронов у мышей, чтобы увидеть, что происходит. Мы создаем базовую схему, на основе которой можно будет в будущем разрабатывать различные методы лечения.
Как мозг управляет выработкой гормонаДля понимания механизма исследователи сконцентрировались на гипоталамусе — зоне мозга, отвечающей за контроль температуры тела, аппетита, синтеза гормонов и циклов сна и бодрствования. Они рассмотрели нейроны, связанные с двумя соединениями, которые противоположно влияют на секрецию гормона роста: гормон, высвобождающий гормон роста, стимулирует его выработку, тогда как соматостатин ее подавляет.
Эти соединения вместе регулируют объем гормона роста, попадающего в кровоток. Они воздействуют на его секрецию гипофизом — маленькой железой в основании мозга, отвечающей за выработку гормонов. Такая система дает организму возможность изменять гормональную активность в зависимости от фазы сна.
Специалисты также исследовали голубое ядро — участок ствола мозга, который поддерживает бодрствование, внимание и когнитивную деятельность. Раньше сбои в функционировании этой зоны соотносили с различными неврологическими и психическими нарушениями. Ученые проверили, каким образом сигналы, связанные с гормоном роста, взаимодействуют с нервными клетками голубого пятна и воздействуют на цикл сна и бодрствования.
Дэниел Сильверман, постдокторант Калифорнийского университета в Беркли и соавтор исследования
Понимание нейронной цепи, отвечающей за высвобождение гормона роста, в будущем может указать на новые способы гормональной терапии для улучшения качества сна или восстановления нормального баланса гормона роста.
Что происходит с нейронами во время снаОпыты ставили на грызунах. Ученые вживляли мышам электроды для записи нейронной активности и применяли световое раздражение отдельных клеток гипоталамуса. Так удалось отследить, как изменяются мозговые сигналы при смене сна и бодрствования.
Выяснилось, что активность нейронов, ассоциированных с гормоном роста и соматостатином, варьирует в зависимости от стадии сна. В фазе быстрого сна обе группы нейронов активизировались. Хотя регулируемые ими вещества действуют противоположно, согласованное функционирование этой системы усиливало секрецию гормона роста.
При медленном сне ситуация выглядела иначе: нейроны, продуцирующие соматостатин, снижали свою активность, а нейроны, связанные с гормоном, высвобождающим гормон роста, умеренно ее повышали. Это ослабляло тормозящий эффект соматостатина и тоже способствовало выделению гормона роста. Таким образом, различные фазы сна поддерживают продукцию одного и того же гормона через разные паттерны нейронной активности.
Ученые также обнаружили обратную зависимость. Когда гормон роста накапливается во сне, он активизирует нейроны голубого ядра, увеличивая их активность и содействуя переходу к пробуждению. Но избыточное возбуждение этих клеток может давать обратный результат — усиливать сонливость. Это свидетельствует о необходимости тонкого равновесия между сигналами, обеспечивающими сон и бодрствование.
Дэниел Сильверман
Сон стимулирует высвобождение гормона роста, а гормон роста, в свою очередь, регулирует бодрствование, и этот баланс необходим для роста, восстановления и метаболического здоровья.
Как открытие может помочь в изучении здоровья мозгаОбнаруженная система поможет исследователям глубже понять, из-за чего расстройства сна сопутствуют метаболическим сдвигам и способны воздействовать на мозговую деятельность. Голубое ядро задействовано в контроле внимания и бодрствования, поэтому действие гормона роста на этот участок намекает на вероятную взаимосвязь между гормональными процессами во сне и когнитивными способностями после пробуждения.
Синьлу Дин
Гормон роста не только помогает наращивать мышцы и укреплять кости, а также уменьшать жировую ткань, но и может приносить когнитивную пользу, повышая общий уровень бодрствования после пробуждения.
В дальнейшем эти результаты могут способствовать разработке методов терапии расстройств сна, сопряженных с метаболическими болезнями, а также отдельных неврологических нарушений, в том числе болезни Паркинсона и Альцгеймера. Сильверман отметил, что найденная нейронная цепь способна послужить мишенью для экспериментальных способов влияния на активность голубого ядра.
Вместе с тем текущая работа не позволяет заявлять, что подобный подход окажется действенным или безопасным для человека. Опыты выполнялись на мышах, поэтому нужны дополнительные исследования, чтобы выяснить, действует ли этот механизм у людей так же и применим ли он в терапии. Исследование раскрывает один из механизмов взаимосвязи сна, гормональной регуляции и бодрствования, однако его практическое использование еще предстоит изучить.