Zbudite se, sladko se raztezajte v mehki postelji, vstanete in skozi ogromno okno zagledate sonce, ki se dviga nad oceanom, beli pesek plaže in palme. Skozi odprta vrata lože piha svež morski vetrič in sliši se zvok surfa. Pijete aromatično sveže zmlet kavo, zapustite vrata dvonadstropne vile, se zapeljete v avto z vzrejo konja na pokrovu, zavijete ključ in za žlahtno ropotenje motorja V8 … Končno se zbudite od zvonjenja budilke.
Spet so nas zahrbtni možgani prepričali v resničnost dogajanja. Toda kako to počne? Kako nekomu uspe, da človek sedem ali več ur leži skoraj negibno, hkrati pa prikaže najbolj zanimive blokade z vznemirljivimi zapletom? Razlog za to so najkompleksnejši biokemični procesi, pri katerih ne sodelujeta ena ali dve možganski strukturi, temveč celotno omrežje. Kako pride do medsebojnega delovanja in "preklopa" budnosti v spanje? Kako se razvije spanje in kdaj pridejo sanje? Zakaj se včasih, ko se zbudimo iz budilke, počutimo sposobni premikati gore in včasih razdraženo pripravljeni uničiti vse okoli?
Skozi tančico časa
Somnologija - veda, ki preučuje spanec - se je pojavila razmeroma nedavno, saj starost prvih temeljnih raziskav v "Morfejevem kraljestvu" ne presega 120 let. Pred tem je spanje dobilo mistični pomen kot mejno stanje med življenjem in smrtjo. Aristotel je dejal: "Spanje očitno po svoji naravi pripada takšnim stanjem, kot je, na primer, meja med življenjem in ne življenjem, in uspavana oseba ne obstaja popolnoma in obstaja." Veliki zdravnik antike Hipokrat je verjel, da se spanec pojavi kot posledica odliva krvi in toplote iz glave v notranja področja telesa. Ta razlaga je prevladovala v glavah evropskih znanstvenikov in jo je vera prevzela skoraj dva tisoč let. V enem primeru je bil Hipokrat pravi: razloge za potop človeka v svet sanj je bilo treba iskati v glavi.
Mreža za regulacijo spanja deluje kot sprožilec brez vmesnih položajev. Ta mehanizem je mogoč zaradi vpetja centrov zaspanja in prebujanja. Takoj, ko ena od strank pridobi prednost, celoten sistem takoj preide v nasprotno stanje. Da ne preklaplja naprej in nazaj vsako minuto, oreksin stimulira vse centre budnosti, ne da bi zaviral sredino spanja. To majhno neravnovesje otežuje prehod ravno dovolj, da razmeroma redko prehajamo iz spanja v budnost in obratno. Za prehod v spanje je treba oslabiti vzbujevalni sistem in povečati aktivnost spalnega centra. Ta počasen postopek je znan vsem, saj postopoma narašča utrujenost.
In zdaj je prišlo dvajseto stoletje. V Nemčiji je bolnik sprejet na kliniko profesorja Strumpela, ki je zaradi poškodbe deloma izgubil vid in sluh - gluh v enem ušesu in slep na enem očesu. Zdravniki so opazili, da je bolnik, ko sta bila zaprta oba preostala "okna v svet", zaspal. Znani fiziolog Pavlov se je začel zanimati za ta opažanja in se je odločil za podobne poskuse na svojih najljubših temah - psih. Ugotovil je, da če izključite stalen priliv impulzov iz čutov v možgansko skorjo, potem pride do spanja. Znanstvenik je raziskal tudi učinke monotonih dražljajev, pri čemer so večkrat ponavljali lahki dotiki na koži stegna zadnje šape. Skoraj vedno so evtanazirale živali, kar je raziskovalcu dalo pravico, da verjame, da je spanje pogojna inhibicija, ki se močno širi po možganski skorji,ki je zasnovan tako, da varuje možgane psa pred čezmernimi ponovitvami pred vsakim draženjem.
Promocijski video:
Naslednji korak k premagovanju skrivnosti spanja je bil pojav elektroencefalografije (EEG). Leta 1905 je nemški fiziolog Hans Berger prvič registriral sinusoidna nihanja električnega potenciala s frekvenco 8-11 Hz pri osebi, ki je bila v mirnem stanju z zaprtimi očmi, najbolj izrazita v okcipitalnih predelih možganov. Ta nihanja imenujemo alfa ritem.
Začetek in trajanje spanja uravnavajo zapleteni fiziološki procesi, med katerimi sta dva glavna - homeostatska potreba po spanju (tako imenovani proces S, puščice navzdol) in notranja ura (postopek C, puščice navzgor na sliki). Rumena črta prikazuje "vsoto" teh dveh procesov.
V tridesetih letih 20. stoletja so razmere postale nekoliko bolj jasne: znanstveniki so, ko so odrezali mačje možgansko steblo na ravni srednjih možganov, povzročili, da ima žival komo - stanje, podobno spanju. Hkrati so na mačji EEG opazili počasna električna nihanja, ki so jih kasneje imenovali "zaspana vretena" (risba je spominjala na vreteno, obrnjeno na glavo). Ko so se možgani razrezali na ravni prvih segmentov materničnega vratu, ki ločujejo hrbtenjačo od možganov, je bilo mogoče dobiti tako imenovano pripravo budnih možganov: mačka je z očmi sledila predmete, ki so se gibali pred njo, in EEG je pokazal nihanje s frekvenco 14-30 Hz (beta ritem). Postalo je jasno, da v možganih živali obstajajo različne strukture - odgovorne za to, da zaspijo in so odgovorne za prebujanje.
Center vedrine
Konec 19. stoletja sta Vladimir Bekhterev in Santiago Ramon y Cajal opisala strukturo mačjega možganskega stebla, odgovornega za stanje budnosti, ki je na sredini možganskega stebla videl odprto gručo nevronov, ki jih prodirajo živčna vlakna. Toda zakaj je ta formacija potrebna, sta italijanski nevrobiolog Giuseppe Moruzzi in ameriški nevroznanstvenik Horace Magun ustanovila šele v drugi polovici dvajsetega stoletja. To strukturo so poimenovali retikularna tvorba ("reticula" v latinščini pomeni "mreža"). V možganskem steblu se nahajajo jedra, ki koncentrirajo v sebi vse impulze senzorskih receptorjev, ki gredo v možgane. Dolgi procesi (aksoni) nevronov retikularne tvorbe so povezani s možgansko skorjo in nevroni hrbtenjače. Živčna vlakna iz skorje in iz hrbtenjače gredo tudi v samo retikularno tvorbo oz.zato se oblikuje zapleten sistem povratnih informacij. Signali iz retikularne tvorbe (retikularni izcedek) sprožijo mehanizme budnosti v možganski skorji, možganska skorja pa nadzoruje stanje retikularne tvorbe.
Kovček s spanjem
Leta 1990 je izšel film Prebujanje, ki temelji na istoimenski knjigi znanega psihiatra Oliverja Sachsa. Govori o nenavadni skupini 80 starejših bolnikov, ki že več kot 40 let trpijo za neznano boleznijo, ki spominja na avtizem ali na Parkinsonovo bolezen. Sachsovi bolniki so bili zadnji preživeli žrtve skrivnostne epidemije, ki se je v Evropi nenadoma začela pozimi 1916–1917, nato se je razširila po vsem svetu in v obdobju po prvi svetovni vojni pobila 5 milijonov ljudi. Bolniki so zapadli v nenadno apatijo in trpeli zaradi visoke vročine, okvare vida in halucinacij. Nato se je bolezen spremenila v kronično obliko, spremljalo pa jo je ogromno število različnih kliničnih manifestacij. Toda vse oblike so imele skupno eno stvar - motnjo spanja. To dejstvo se je zdelo zanimivo dunajskemu nevrologu baronu Konstantinu von Economoju. Ugotovil je, da so nekateri pacienti spali preveč, tedne, mesece, se zbujali samo zato, da bi pili in jedli, drugi pa so popolnoma izgubili spanec. Pri obdukcijah je znanstvenik našel podobno anatomsko sliko: na določenem območju diencefalona pri bolnikih je prišlo do množične smrti živčnih celic.
To področje možganov imenujemo hipotalamus, ker se nahaja pod talamusom, območjem možganov, ki prerazporedi signale iz čutil. Če bi lahko kazalec prsta vstavili neposredno v glavo na ravni mostu nosu, bi se počivali točno v luknji, kjer se nahaja - "turškem sedlu". Hipotalamus je eno najpomembnejših centrov, ki nadzoruje avtonomni živčni sistem, uravnava zlasti telesno temperaturo, krvni tlak, apetit, spolno poželenje in žejo. Economo seveda vsega tega ni vedel. Vendar je sumilo, da mora obstajati center, ki nadzoruje spanje. "Očitno, - zaključi raziskovalec, - te celice naredijo nekaj, zahvaljujoč temu, da zaspimo."
Zdaj je po zaslugi raziskav Clifforda Seiperja z univerze Harvard v Bostonu postalo znano, da v hipotalamusu res obstaja posebno območje, ki se aktivira, ko zaspimo, - ventrolateralna preoptična regija (VLPO). Aksoni nevronov iz VLPO se spuščajo na območja, ki podpirajo budnost. Nasprotno, da bi preprečili, da bi zaspali, mora biti središče živahnosti povezano s hipotalamusom, tako da gredo živčna vlakna od spodaj navzgor.
Seiper in njegovi sodelavci so sklenili, da so celice v sprednjem delu hipotalamusa spanec, ki s svojimi aksoni zatira budne centre v možganskem deblu, ki vključujejo srednji možgan in pons. Ta postopek na koncu vodi k zaspanju. "Morda je to ključ celotnega mehanizma, ki s pomočjo hipotalamusa nadzira stanje spanja in budnosti," je zapisal nevrolog. Tako se je leta 2005 pojavil sodobni koncept spanja, ki ga je Siper objavil v svojem članku v reviji Nature. V skladu s tem konceptom je celoten "sistem spanja" mreža več medsebojno povezanih vozlišč, ki se v določenih točkah časa na poseben način preklopijo in uravnavajo spanje in budnost.
Možganska soočenja
Prvi del splošnega sistema spanja-budnosti je zaviralni sistem. To je VLPO v sprednjem hipotalamusu, iz katerega se inhibicijski val pošlje v sistem budnosti in to vodi do prenosa možganov v "način spanja". Z vidika biokemije je glavna "zavorna tekočina" sistema gama-amino-maslačna kislina (GABA). Z delovanjem posebnih receptorjev zavira delovanje nevronov. GABA receptorji so kanal v celični membrani, ki ga obdajajo velike molekule beljakovin, ki lahko spremenijo svojo prostorsko strukturo (relativno gledano, "razviti" ali "zgibati"). Ko se GABA veže na receptorje, se lumen kanala poveča, skozi njega prehaja več klorovih ionov, kar vodi do zmanjšanja električne prevodnosti celične membrane - zaradi česar je manj občutljiv na električne vplive. In to vodi do zatiranja impulzne aktivnosti - celica "zmanjša hitrost" iz hitrega "galopa" v miren "korak".
Drugi del sistema je vzbujevalni sistem, ki temelji na osmih živčnih vozliščih, ki tvorijo dva vzporedna snopa. Skozi njih se vzbujajo vzbujevalni valovi do možganske skorje. En snop se začne v retikularni tvorbi (to je možgansko deblo), drugi pa v tako imenovani modri pegi (Locus coeruleus). Celice tukaj proizvajajo večino ekscitatornega nevrotransmiterja norepinefrina v možganih. Območje je odgovorno za pojav strahu in panike, pa tudi za velik del našega vzburjenja.
Obstajajo tudi drugi nevrotransmiterji (dopamin, serotonin in drugi), ki pa so povezani z različnimi procesi v možganih. Vendar obstaja še en specifični nevrotransmiter v spanju. Bočni (lateralni) hipotalamus vsebuje več deset tisoč živčnih celic, ki proizvajajo poseben nevrotransmiter, oreksin (hipokretin). Biokemiki so to snov izolirali šele leta 1998. Če je oreksina premalo ali če možganom primanjkuje ustreznih molekul receptorjev, se pojavi redka bolezen - narkolepsija, za katero so značilni nenadni sunki zaspanosti in zaspi.
Dan, noč - dan stran
Vendar je to le del mehanizma spanja. Kot vsa živa narava tudi ljudje živijo v skladu z lastnimi notranjimi ritmi, ki so vezani na cikle dneva in noči. Prihaja čas, ko je človek nagnjen k spanju, in prihaja čas za aktivno delo. Telo ima "biološko uro" - melatonergični sistem. Glavni akterji v njem so suprahijazmalna jedra hipotalamusa in pinealne žleze (pinealna žleza), ki se nahajajo v vmesnem predelu možganov.
Ko svetloba zadene mrežnico, informacije o tem preidejo v suprahijazmalna jedra hipotalamusa (majhne ure), nato pa po dolgi poti preide v pinealno žlezo ali tako imenovano tretje oko, ki služi mnogim živalim, na primer plazilcem in pticam. detektor nivoja svetlobe Pri ljudeh se je v procesu evolucije bistveno povečala velika polobla možganov, ki zapre pinealno žlezo in izgubil je stik s svetlobo. Narava je morala »izumiti« ves ta zapleten in dandanes način uravnavanja sinteze »zaspanega« hormona.
Pinealna žleza proizvaja melatonin, hormon noči in teme. Ko raven svetlobe pade zvečer, se sprosti melatonin, ki celicam sporoči, da "končajo dan". Njegova glavna funkcija je zaviralni učinek na suprahijazmatična jedra, skozi katera se aktivirajo budni sistemi.
Ta postopek lahko primerjamo z delovanjem termostata, ki v hladilniku vzdržuje določeno temperaturo. Dlje, ko živimo aktivno življenje, močneje zaspanski center čuti potrebo po preklopu stikala v stanje spanja. Dlje kot spimo, manjša je potreba po spanju, tako da v nekem trenutku sistem budnosti prevzame in se zbudimo in se počutimo, kot da smo spali. Ta model regulacije se imenuje dvofaktorski in ga je leta 1982 razvil predstojnik oddelka za psihofarmakologijo in somnologijo na univerzi v Zürichu Aleksander Borbeli. Po njenih besedah je naša potreba po spanju v določenem času posledica interakcije kronobioloških in homeostatskih (ohranjanje notranjega ravnovesja) dejavnikov. Znanstvenik je te komponente poimenoval proces S in proces C. Proces S je homeostatski sestavni del potrebe po spanju, proces C pa je vpliv notranje ure, katere glavna naloga je pustiti noč za dolgo spanje.
"Proces S je v nasprotju s tem kot pešar," pravi Borbeli. - Med budnostjo pesek vlijemo od zgoraj v spodnjo posodo, ko zaspimo, uro prevrnemo. Zato je za občutek dobrega počitka pomembno ne le, koliko časa smo spali v vrsti, ampak tudi koliko časa smo porabili čez dan, da smo oblikovali komponento S. In to ima dobro praktično uporabo, ki jo mnogi poznajo: če veste, da ponoči ne boste mogli dovolj zaspati, lahko poskusite spati zgodaj sredi prejšnjega dne. In takrat se boste počutili veliko bolje.
In to je le bežen pogled na sistem, ki je odgovoren za spanje. Kot pravi Jürgen Zulli, somnolog iz Regensburga, "spanje ni počitek, temveč drugačna budnost."
Anna Horuzhaya