Стан тривоги, сон та електрична активність мозку

                                                                                                                                                                  

ВСТУП

Більшість сенсорних шляхів, описаних у Розділах 7-10, передають імпульси від органів чуття через три- або чоти-ринейронні ланцюги до відповідних ділянок кори головного мозку. Імпульси відповідають за сприйняття та локалізацію індивідуальних відчуттів. Очевидно, для того, щоб бути сприйнятими, їх повинен опрацювати мозок у стані неспання. Ссавцям притаманний цілий спектр станів поведінки -від глибокого до легкого та швидкого сну, а також два стани неспання: розслабленого усвідомлення та усвідомлення зі сконцентрованою увагою. Кожному з цих станів відповідають певні види електричної активності мозку, в тому числі електроенцефалографічні (ЕЕГ). Останніми роками привертають до себе увагу спричинені механізмом біоелектричної активності зворотного зв’язку осциляції кори головного мозку та осциляції між таламусом і корою, як такі, що продукують ЕЕЕ та, ймовірно, визначають поведінкові стани. Види ЕЕЕ під час пробудження, неспання та зміни потенціалів у таламусі можуть бути продуковані сенсорними подразненнями та імпульсами з ретикулярної формації середнього мозку, а сон і види снів — шляхом подразнення основи переднього мозку та інших “зон сну”. Цей розділ присвячений різноманітним станам під час сну та неспання, а також біоелектричній активності, що є їхньою основою.

                                                                                                                                                                  

ТАЛАМУС ТА КОРА ГОЛОВНОГО МОЗКУ Ядра таламуса

З огляду на розвиток і топографію таламуса його можна розділити на три частини: епіталамус, дорсальний таламус та вентральний таламус. Епіталамус має зв’язки з нюховою системою. Проекції та функції вентрального таламуса остаточно не визначені. У дорсальному таламусі виділяють ядра, що мають дифундивні проекції до усієї нової кори, та ядра, що мають проекції до специфічних дискретних ділянок нової кори і лімбічної системи. Проекції до всіх частин нової кори мають присерединні та внут-рішньоламінарні ядра.

У ядрах дорсального таламуса, що мають проекції до специфічних ділянок, є специфічні сенсорні релейні ядра

та ядра, задіяні в еферентних регулювальних механізмах. Специфічні сенсорні передавальні ядра мають медіальні та латеральні колінчасті тіла, які передають слухові та зо

рові імпульси у слухову та зорову кору, а також вентроба-зальну групу ядер, які передають соматосенсорн\ інформацію до постцентральної звивини. Ядра, задіяні в еферентних (регулювальних) механізмах, охоплюють низку ядер, що відповідають за рухову функцію. Вони отримують сигнал від базальних гангліїв та мозочка і передають його до моторної кори. До цієї групи також належать передні ядра, які отримують аферентні сигнали із сосочкоподібних тіл і передають до лімбічної кори.

                                                                                                                                                                  

Будова кори

Нова кора, як звичайно складається з шести шарів (рис.

11-1). Нейрони є переважно пірамідальними клітинами з витягненими вертикальними деревоподібними структурами (рис. 11-1, 11-2), що можуть досягати аж до поверхні кори. Аксони цих клітин зазвичай випускають зворотні ко-латералі, які розвертаються й утворюють синапс на поверхневих ділянках деревоподібних структур.

Аферентні імпульси зі специфічних ядер таламуса затримуються головно в кірковому шарі 4, тоді як неспецифічні аферентні — розподіляються по шарах 1—4.

                                                                                                                                                                  

РЕТИКУЛЯРНА ФОРМАЦІЯ ТА РЕТИКУЛЯРНА АКТИВАЦІЙНА СИСТЕМА

Ретикулярна формація, філогенетично стара ретикулярна серцевина мозку, займає середньовентральну ділянку довгастого та середнього мозку. Головно це — анатомічна зона, що складається з різних нейрональних кластерів і волокон із різними функціями. Наприклад, вона містить клітинні тіла та волокна серотонінергічних, норадренер-гічних та адренергічних систем, що розглянуті в Розділі 15, а також багато ділянок, задіяних у регулюванні частоти серцевих скорочень, кров’яного тиску та дихання, що описано в Розділах 33 і 36. Деякі з низхідних волокон сповільнюють передавання в сенсорних шляхах спинного мозку (див. Розділ 7). Різні ділянки ретикулярної формації та шляхи від них відповідають за еластичність і регулюють рефлекси розтягу (див. Розділ 12). Ретикулярна активаційна система (РАС) і пов’язані з нею компоненти мозку, що відповідають за стан свідомості та сну, розглянуто в цьому розділі.

РАС є складною полісинаптичною мережею. Колатералі потрапляють до неї не тільки з довгих висхідних сенсорних шляхів, а й з трійчастої, слухової, зорової, а також нюхової систем. Складність нейрональної мережі та рівень

180/РОЗДІЛ 11

II

IV

VI

Via

Vlb

1o

1a

1b

Iе

2

3ai

3a2

>■

3b

J

5a

5b

6ai

6a2

6bi

6b2

Рис. 11-1. Будова кори головного мозку. Кіркові шари позначено цифрами. А: за допомогою забарвлювання за Ґольджі показано тіла та дендрити нервових клітин. В: за допомогою забарвлювання за Ніселем показано тіла клітин. С: за допомогою забарвлювання за Вейґертом показано мієлінові нервові волокна. D: зображення нервових з’єднань (А, В та С відтворено за дозволом з Ranson SW, Clark SL: The Anatomy of the Nervous System. 10th ed. Sauders, 1959).

конвергенції в ній нігілюють специфічність виду чуття, і більшість ретикулярних нейронів можуть бути активовані з однаковою легкістю різними сенсорними подразниками. Отже, система є неспецифічною, тоді як класичні сенсорні шляхи специфічні, оскільки волокна в них активує лише один вид сенсорного подразника. Частина РАС оминає таламус, поширюючи проекції дифундивно до кори. Інша частина закінчується у внутрішньоламінарних та споріднених таламічних ядрах, від яких ідуть дифундивні та неспецифічні проекції до всієї нової кори (рис. 11-3).

                                                                                                                                                                  

БІОЕЛЕКТРИЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ КОРИ ГОЛОВНОГО МОЗКУ

Біоелектричні реакції, що відбуваються в корі після подразнення органів чуття, можна перевіряти за допомогою електрода, що розташований на певній відстані і має зв’язок з іншим електродом в індиферентній точці. Характерна реакція простежується у тварин під барбітуратною анестезією, яка значно послаблює основну біоелектричну активність. Якщо досліджувальний електрод міститься над первинною зоною сприймання для відповідного відчуття, то поверхнево позитивна хвиля має латентний період тривалістю 5-15 мс. Далі надходить мала негативна хвиля, у цьому разі виникає більший, видовженіший позитивний

зубець з латентним періодом 20-80 мс. Першу позитивно-негативну хвильову послідовність називають первинним збудженим потенціалом, другу — вторинною дифузною реакцією.

Первинний збуджений потенціал надзвичайно специфічний з огляду на розташування. Його можна виявити тільки на закінченнях шляхів від конкретного органа чуття. Електрод на поверхні м’якої мозкової оболонки кори фіксує активність на глибині лише до 0,3-0,6 мм. Первинна реакція є швидше негативною, ніж позитивною, якщо її фіксувати мікроелектродом, уведеним вглиб між шарами 2-6 кори головного мозку, а після негативної хвилі в корі настає позитивна. Негативно-позитивна послідовність свідчить про деполяризацію на дендритах і тілах клітин у корі, після якої настає гіперполяризація. Позитивно-негативна хвильова послідовність, записана з поверхні кори, виникає тому, що поверхневі шари кори є позитивними порівняно з внутрішньою негативністю і негативними порівняно з глибокою гіперполяризацією. У тварин чи людей, що не були піддані анестезії, первинний збуджений потенціал значно затінений спонтанною активністю мозку, однак його наявність є наслідком, що виявляється поза середнім рівнем головної біоелектричної активності. Цей потенціал дещо більше дифузійний у тварин, не підданих анестезії, однак порівняно з дифузійною вторинною реакцією добре локалізований.

Рис. 11-2. Пірамідальна клітина нової кори, показано поширення нейронів, що закінчуються на ній. А — неспецифічні аференти з ретикулярної формації і таламуса; В — повторювані колатералі аксонів пірамідальної клітини; С — спайкові волокна з ділянок дзеркального відображення у протилежній півкулі; D — специфічні аференти з сенсорних ядер таламуса (відтворено за дозволом з Chow KL, Leiman AL: The structural and functional organization of the neocortex. Neurosci Res Program Bull. 1970; 8: 157).

Рис. 11-3. Схематичне зображення висхідної ретикулярної системи у середньому мозку людини, її проекції до внутріш-ньоламінарних ядер таламуса та вихід внутрішньоламінарних ядер до багатьох частин кори головного мозку. Активування цих ділянок показано за допомогою ПЕТ сканування у разі переходу суб’єкта зі стану розслаблення у випадку неспання до стану концентрації уваги під час виконання завдання (дані з Kinomura S et al: Activation by attention of the human reticular formation and thalamic intralaminar nuclei. Science. 1996; 271: 512).

Вторинна поверхнево-позитивна дифузійна реакція, на відміну від первинної, не є чітко локалізованою. Вона з’являється одночасно майже по всій корі головного мозку і відповідає активності в проекціях з серединних та споріднених таламічних ядер.

                                                                                                                                                                  

ЕЛЕКТРОЕНЦЕФАЛОГРАМА

Головну електричну активність мозку тварин, не підданих анестезії, вперше описано у XIX ст. Пізніше її систематично аналізував німецький психіатр Ганс Берґер, який і ввів термін електроенцефалограма (ЕЕГ), щоб окреслити записування коливань мозкових потенціалів. ЕЕГ можна записати за допомогою черепних електродів на не-розкритому черепі або ж за допомогою електродів у головному мозку. Інколи використовують термін електрокор-тикограма (ЕКоГ) для означення запису, отриманого за допомогою електродів, розміщених на м’якій мозковій оболонці кори головного мозку.

Записи ЕЕГ можуть бути дво- або однополярними. Дво-полярні записи відображають коливання потенціалів між двома кірковими електродами; однополярні — різницю між потенціалами кіркового електрода і теоретично індиферентним електродом на віддаленій від кори частині тіла.

                                                                                                                                                                  

Альфа-ритм

У разі записування ЕЕГ зі шкіри голови у дорослих людей, що вже не сплять, однак відпочивають із заплющеними очима та нефіксованою увагою, головним компонентом є стабільний тип хвиль з частотою 8-12 Гц та амплітудою 50-100 мВ. Таку криву називають альфа-ритмом. Найпомітніша вона в тім’яно-потиличній ділянці, хоча інколи простежується і в інших місцях. Подібний ритм спостережено в багатьох видів ссавців (рис. 11-4). Наприклад, у котів він не набагато швидший, ніж у людини. Незважаючи на незначні відмінності залежно від виду, у всіх ссавців альфа-ритм дуже подібний.

                                                                                                                                                                  

Інші ритми

Окрім домінантного, інші ритми з частотою 18-30 Гц та нижчою амплітудою зафіксовано на лобових ділянках. Наприклад, бета-ритм може бути гармонічною хвилею альфа. Гамма-коливання з частотою 30-80 Гц здебільшого виникають, коли особа перебуває в стані збудження й акцентує на чомусь свою увагу. Інколи це змінюється нерегулярною швидкою активністю під час ініціації моторної активності як реагування на подразник. Великоамплітудні регулярні хвилі з частотою 4-7 Гц, які називають тета-ритмом, трапляються в дітей, а у піддослідних тварин генеровані завдяки морському конику (див. нижче). Великі повільні хвилі з частотою до 4 Гц інколи називають дельта-хвилями.

                                                                                                                                                                  

Відхилення в ЕЕГ

З віком у людей частота домінантного ритму ЕЕГ у стані спокою змінюється. У немовлят бета-подібна біоелектрична активність швидка, однак потиличний ритм повільний, з частотою 0,5-2,0 Гц. У дітей цей ритм пришвидшений, а такий альфа-ритм, як у дорослих, поступово з’являється

182/РОЗДІЛ 11

Морська свинка:

Кіт:

Мавпа:

Людина:

WVV/vW\ЛлЛл/|Дtyy\ДfW\/^^

1 с

Рис. 11-4. Запис ЕЕГ, показано апьфа-ритми представників різних видів.

впродовж пубертатного періоду. Частота альфа-ритму сповільнюється в разі низького рівня глюкози в крові, низької температури тіла, низького рівня надниркових глюкокор-тикоїдних гормонів та високого артеріального парціального тиску С02 (РаС02). Підвищення частоти простежується у випадку протилежних станів. У клініці примусове форсоване дихання інколи використовують для виявлення латентних аномалій ЕЕГ.

                                                                                                                                                                  

Блокада альфа-ритму

Коли увагу сфокусовано на чомусь, то альфа-ритм змі-нює швидка, дещо нерегулярна низьковольтна активність. Цей феномен називають блокадою альфа-ритму. Переривання альфа-ритму також може бути зумовлене будь-якою формою сенсорного подразнення (рис. 11-5) чи розумовою концентрацією, наприклад, під час розв’язування арифметичних задач. Загальний термін, який використовують для означення заміни регулярного альфа-ритму нерегулярною низьковольтною біоелектричною активністю, -збудження, чи реакція тривоги (вона пов’язана зі збудженням, тривожним станом). Її ще називають десинхронізацією, оскільки припиняється синхронізована ней-рональна активність, необхідна для утворення регулярних хвиль. Щоправда, підвищена активність ЕЕГ, яку спостерігають у разі піднесеного стану, також синхронізована,

однак на вищому рівні. Отже, термін десинхронізація неточний.

                                                                                                                                                                  

Ритми в стані сну

Є два різновиди сну: сон у разі швидкого руху очей (ШРО) та сон у разі повільного руху очей — не-ШРО (НШРО), або повільнохвильовий сон. НШРО поділяють на чотири стадії. Особа, що засинає, потрапляє в першу стадію, під час якої простежується низькоамплітудна високочастотна ЕЕГ-активність (рис. 11-6). На другій стадії з’являються так звані веретена сну — спалахи альфа-подібних (10-14 Гц, 50 мВ) хвиль. На третій стадії зафіксовано ритм з нижчою частотою та підвищеною амплітудою ЕЕГ-хвиль, а на четвертій — максимальне сповільнення поряд з великими хвилями. Отже, для глибокого сну характерні ритмічні повільні хвилі з вираженою синхронізацією.

                                                                                                                                                                  

Сон у разі ШРО

Високоамплітудні повільні хвилі, що простежуються на ЕЕГ упродовж сну, деколи змінює швидка низьковольтна ЕЕГ-активність, яка в приматів, а також і в людей, нагадує стан першої стадії сну. Щоправда, сон у цьому разі не переривається; поріг збудження сенсорними подразниками та стимулюванням ретикулярної формації інколи підвищений. Такий стан називають парадоксальним сном, оскільки активність ЕЕГ висока. Протягом парадоксального сну відбуваються швидкі блукальні рухи очей, тому його також називають сном ШРО. Таких рухів нема у разі повільно-хвильового сну, який з огляду на це називають сном НШРО. Інша характерна ознака сну ШРО — великофазні потенціали (групою від трьох до п’яти), які виникають у мості і швидко рухаються до латерального колінчастого тіла, а звідти -до потиличної ділянки кори. З огляду на це їх називають мосто-колінчасто-потиличними (МКП) спайками,* або піками. Упродовж такого сну значно знижується тонус скелетних м’язів у шийній ділянці (див. рис. 11-6). Інші м’язи зберігають тонус, щоправда відбувається відносний параліч вольової активності, який залежить від голубої плямки. У котів з ушкодженнями голубої плямки сон у разі ШРО пов’язаний з метанням, ніби вони діють у контексті свого сну.

                                                                                                                                                                  

ФІЗІОЛОГІЧНА ОСНОВА ЕЕГ,

                                                                                                                                                                  

СВІДОМОСТІ ТА СНУ

ЕЕГ є записом електричної активності невральних одиниць кори в об’ємному провіднику (див. Розділ 2). Зазвичай її записують від шкіри голови або черепа, тому вона має

* Від англ. spike — максимальний пік у разі біоелектричної активності.

Новий запах і-1

Рис. 11-5. ЕЕГ кори кролика, показано стан реакції тривоги, зумовлений нюховим подразником.

СТАН ТРИВОГИ, СОН ТА ЕЛЕКТРИЧНА АКТИВНІСТЬ МОЗКУ /183

Неспання

ЕОГ

ЕОГ

тттт

ЦЕНТРАЛЬНЕ

• і +0,*ьф*,т*++тґ%+*

ФРОНТАЛЬНЕ

~*т*+*^ <S.fryi» <<y»«wNv> *

ПОТИЛИЧНЕ

^VnNr

Стадія 1

«) ■■HjV ***■ ■’«»>

Швидкий сон

Стадія 2

^Р»Й»^ХИШІХІ^^|І^| «і» ■■■»»»»»»*»»«»

Стадія 4

^М\/^ЛмууЛ/лД/^Л\/’Л^ ,

\A^AVV|WW^^W’Av 10

WW^M/WAV^V^Vvim

VMA^/4vv4/wv^ ,ьл*р

І-1

Рис. 11-6. ЕЕГ та м’язова активність під час різних стадій сну. ЕОГ — електроокулограма, що реєструє рухи очей; ЕМГ -електроміограма, що реєструє активність скелетних м’язів; ЦЕНТРАЛЬНЕ, ФРОНТАЛЬНЕ, ПОТИЛИЧНЕ розташування трьох електродів ЕЕГ. Зверніть увагу на низький м’язовий тонус поряд з екстенсивними рухами очей у разі швидкого сну (відтворено за дозволом з Kales A et al: Sleep and dreams: Recent research on clinical aspects. Ann Intern Med. 1968;68:1078).

Стадія 3

#/\дЧV^/V*Л/VYVfW^^’tVV^^

щт0фшттт*тїцщті*#*+»щт¥+чп4і цн^т***

W4″»A^/V\^^Yv\/W^’V’Aч^

значно менший вольтаж, ніж у випадку, якби записували безпосередньо з кори головного мозку. Як зазначено вище, записування з поверхні кори чи шкіри голови реєструє позитивну хвилю, якщо струм напрямлений до електрода, і негативну, якщо цей напрям від поверхні.

                                                                                                                                                                  

Диполі кори

У всіх випадках наявність хвиль на ЕЕГ свідчить про те, що активність у ділянці кори головного мозку, виміряна ЕЕГ, то підвищується, то знижується. Однак якби активність була хаотичною, то не виникали б розряди, і, як наслідок, хвилі. Впливу цих ритмів на поведінкові стани і навіть на свідомість досі не з’ясовано. Водночас є серйозні докази того, що ці хвилі зумовлені осциляційною активністю в корі та коливаннями у механізмах зворотного зв’язку між таламусом і корою.

Дендрити клітин кори — це деревоподібні однаково орієнтовані, щільно укладені одиниці в поверхневих шарах кори головного мозку (див. рис. 11-1). Поширювані потенціали можуть генеруватися у дендритах (див. Розділ 4).

Окрім того, на дендритах у поверхневих шарах закінчуються зворотні колатералі аксонів. Щоправда, дендрити переважно є місцем непоширювальних гіпополяризуваль-них місцевих потенціалів. Коли збуджувальні та гальмівні закінчення на дендритах кожної клітини стають активними, то вони стають джерелом або приймачем біострумів для решти дендритних відростків і тіла клітини. Отже, між клітиною та дендритом є постійно змінна двополярність. Потік імпульсів у цьому диполюсі виробляє хвилеподібні коливання потенціалу в об’ємному провіднику (рис. 11-7). Якщо загальна дендритна активність від’ємна щодо клітини, то клітина стає гіпополяризованою та гіперзбудли-вою, якщо ж вона позитивна, то клітина гіперполяризована й менш збудлива. Дві інші частини ЦНС, у яких багато складних паралельних дендритних відростків розташовані під м’якою мозковою оболонкою над шаром клітин, — це кора головного мозку та морський коник. На обидвох ділянках простежується характерне ритмічне коливання поверхневого потенціалу, подібне до того, яке спостерігають на кірковій ЕЕГ.

184/РОЗДІЛ 11

Рис. 11-7. Схематичне порівняння електричних реакцій аксона та дендритів великого кіркового нейрона. Потік біопотенціалів через активні синаптичні бляшки на дендритах зумовлює хвильову активність, тоді як “все або нічого” потенціали дії переходять уздовж аксона.

                                                                                                                                                                  

Таламокіркові коливання

Ще одним джерелом хвиль ЕЕГ є зворотна коливальна активність між серединними ядрами таламуса та корою

головного мозку (рис. 11-8). Нейрони таламуса гіперполя-ризовані і змінюють заряд лише у веретеноподібних фазних спалахах під час повільнохвильового сну. У стані свідомості вони частково деполяризовані і тонічно “спалахують” з великою швидкістю. Це пов’язано з вищою швидкістю “спалахування” кіркових нейронів.

Стан нейронів таламуса змінюється з гіперполяризова-ного фазного “спалахування” на деполяризоване тонічне внаслідок сенсорного подразнення, що зумовлює збудження. І навпаки, стан нейронів змінюється від деполяризації до гіперполяризації шляхом стимулювання зон сну (див. нижче). Є підстави вважати: якщо нейрони гіперполяри-зовані і “спалахують” тільки під час фазового вибуху, то активність у таламокіркових коливаннях запобігає прийманню чи опрацюванню нейронами кори специфічних вхідних сигналів.

                                                                                                                                                                  

Механізми, що зумовлюють ЕЕГ збудження

Заміна ритмічного типу ЕЕГ низьковольтною високою активністю відбувається внаслідок стимулювання специфічних сенсорних систем до рівня середнього мозку. Водночас стимулювання цих систем над середнім мозком, подразнення специфічних сенсорних релейних ядер таламуса чи стимулювання самих приймальних ділянок кори не спричинює реакції тривоги. З іншого боку, високочастотне стимулювання середньомозкової ретикулярної формації зумовлює ЕЕГ реакцію тривоги (рис. 11-9) і пробуджує сплячу тварину. Значні двосторонні ушкодження бічної та верхньої ділянок середнього мозку, що переривають медіальні петлі й інші висхідні специфічні сенсорні системи,

ЕЕГ

Таламокіркова петля

Властивості клітини

Неспання

20-80 Гц ритми

Кора

головного мозку

Легкий сон

7-15 Гц ритми

Глибокий сон

[

Таламус

Пірамідальні клітини Тонічне спалахування

30-50 Гц гамма коливання

Таламокіркова клітина

0,5-4 Гц спалахи Тонічне спалахування

Перехід від сну до пробудження

Рис. 11-8. Зв’язок між поведінковими станами, ЕЕГ та клітинними реакціями в корі головного мозку і таламусі (модифіковано та відтворено з McCormick DA: Are thalamocortical rhythms the Rosetta stone of a subset of neurological disorders? Nat Med. 1999, 12:1349).

СТАН ТРИВОГИ, СОН ТА ЕЛЕКТРИЧНА АКТИВНІСТЬ МОЗКУ /185

Подразнення

Поверхнева ЕЕГ

оо

и

Рис. 11-9. Одночасне записування поверхневої ЕЕГ, ЕЕГ на 1,2 мм у корі та реакції кіркових нейронів, зареєстровані внутрішньоклітинним електродом у кота під легкою анестезією. Подразнення ретикулярної формації середнього мозку (РФСМ) частотою 300 Гц зумовило реакцію тривоги. Зверніть увагу на те, що рівень зміни потенціалів внутрішньокіркового нейрона збільшується під час та після подразнення (відтворено за дозволом з Steriage М, Amzica F, Contreras D: Synchronization of fast (30-40 Hz) spontaneous cortical rhythms during brain activation. J Neurosci. 1996; 16:392).

не запобігають появі “тривожної” ЕЕГ, спричиненої сенсорними подразненнями, натомість ураження в покришці середнього мозку, що впливають на РАС, у разі неушкод-жених специфічних систем, пов’язані з повільнохвильовим синхронізованим типом ритму, на який не діють сенсорні подразнення. Тварини з першим типом ушкодження перебувають у стані неспання, з другим — у стані коми впродовж тривалого періоду. Пацієнти з ушкодженням, що перериває РАС, також перебувають у стані сну чи коми. Отже, висхідна активність, що відповідає за ЕЕГ реакцію тривоги, внаслідок сенсорних подразнень надходить через специфічні сенсорні системи до середнього мозку, потрапляє до РАС через колатералі і через внутрішньоламінарні ядра таламуса та неспецифічну таламічну систему проекцій -до кори великого мозку.

                                                                                                                                                                  

Походження повільнохвильового сну

Повільні хвилі на ЕЕГ та їхній вплив на поведінку, а також повільнохвильовий сон, можуть бути зумовлені стимулюванням щонайменше трьох підкіркових зон.

Сонна зона проміжного мозку міститься в задній частині гіпоталамуса і сусідніх внутрішньоламінарних та передніх таламічних ядрах. Частота подразника повинна становити приблизно 8 Гц; швидші стимули спричинюють збудження. Важливо, що низько- і високочастотне стимулювання зумовлюють різні реакції. Іншою зоною є медулярна синхронізувальна в ретикулярній формації довгастого мозку на рівні ядра солітарного шляху. Подразнення її низькими частотами подібне до стимулювання сонної зони проміжного мозку і спричинює сон, а високими -збудження. Механізми, за допомогою яких це відбувається, нез’ясовані, однак припускають, що у ньому задіяні шляхи, що ведуть до таламуса. Ще одна синхронізувальна ділянка — це базальна передньомозкова зона сну. Вона охоплює передоптичну ділянку та діагональну смугу зони Брока і

відрізняється від інших двох тим, що стимулювання базальної передньомозкової зони зумовлюють повільні хвилі й сон, незалежно від частоти стимулювання. Нейрони у вентролатеральній частині передоптичної зони мають проекції до горбово-сосочкового ядра — частини заднього гіпоталамуса, що перебуває в діенцефальній зоні сну.

Зазначимо, що подразнення аферентів через механоре-цептори шкіри з частотою 10 Гц чи менше також спричинює сон у тварин; відомо також, що внаслідок дії регулярних повторюваних монотонних стимулів засинають люди.

З іншого боку, повільнохвильовий сон перебуває під вираженим циркадним контролем. Роль с> прахіазматичних ядер гіпоталамуса в регулюванні сну та інших циркадних ритмів описано в Розділі 14.

Гострі суперечки були щодо впливу серотонінергічних нейронів у мозку (див. Розділ 15) на сон. однак сьогодні з’ясовано, що агоністи серотоніну пригнічують сон. а антагоніст серотоніну ритансерин посилює повільнохвильовий сон у людей. Концентрація аденозину збільшується в \о-лінергічних ділянках базального переднього мозку та мезо-мостових холінергічних ядрах (див. нижче) упродовж періоду неспання і зменшується під час сну. Ці дві ділянки пов’язані зі сном, отже, аденозин може бути чинником, шо зумовлює сон. Такий висновок не суперечить загальновідомим збуджувальним впливам кофеїну, що є антагоністом аденозину.

Відповідно до ще однієї гіпотези, вивільнення простагландину Д2(ПГД2; див. Розділ 17) у медіальній передоп-тичній ділянці гіпоталамуса посилює повільнохвильовий сон та ШРО, тоді як ПГЕ., — неспання. Вважають, що ліпід, вироблений мозком, має властивості стимулювання сну. Деякі дослідники доводили, що за сон відповідає пептид, вироблений мозком. Щоправда, наразі нема єдиного погляду, який саме пептид є цим пептидом сну і яка його фізіологічна роль, якщо він її взагалі відіграє.

                                                                                                                                                                  

Фактори, що сприяють сну в разі ШРО

Люди, яких розбудили в період, коли на ЕЕГ у них були характерні для швидкого сну показники, як звичайно стверджують, що бачили сон, тоді як особи, яких розбудили під час повільнохвильового сну, його не бачили. Це спостереження, а також інші докази свідчать про те, що швидкий сон та сновидіння тісно пов’язані. Скреготіння зубами (бруксизм), що трапляється в окремих осіб, також зумовлене сновидінням. Швидкий сон притаманний усім вивченим видам ссавців та птахів, однак він, очевидно, не властивий іншим класам організмів.

Якщо людей будити щоразу під час швидкого сну, а згодом дозволяти їм спати, то тривалість у них швидкого сну протягом кількох ночей значно збільшиться порівняно з нормою. Відповідно, тривала депривація ШРО не має зворотного фізіологічного ефекту. Щоправда, піддослідні тварини, яких повністю позбавляли швидкого сну на тривалий час, втрачали масу і зрештою вмирали, а це свідчить, що швидкий сон відіграє ще не до кінця зрозумілу, однак важливу гомеостатичну роль. З іншого боку, депривація повільнохвильового сну спричинює подібні наслідки, отже, можна вважати, що вони не стосуються власне швидкого сну.

186/РОЗДІЛ 11

                                                                                                                                                                  

Походження швидкого сну

Низьковольтний швидкий ритм кори головного мозку під час швидкого сну подібний до того, який зафіксовано у вигляді ЕЕГ реакції тривоги, і ймовірно, генерований таким самим способом. Головна відмінність між швидким сном та станом неспання полягає в тому, що сонній свідомості властиві дивні образні та нелогічні думки, і сни, як звичайно, не запам’ятовуються. Причина такої відмінності невідома. Щоправда, ПЕТ сканування в людей у стані швидкого сну відображає підвищену активність у мостовій ділянці, мигдалеподібному тілі та передній поясній звивині, однак знижену — у передлобовій та тім’яній корі. Активність у ділянках візуальних асоціацій є підвищеною, проте знижена активність зафіксована в первинній зоровій корі. Все це узгоджується з підвищеним збудженням та дією закритих нейрональних систем, відрізаних від ділянок, що пов’язують активність мозку із зовнішнім світом.

Механізми, які спричинюють швидкий сон, розташовані в ретикулярній формації мосту. МКП піки походять з латеральної ретикулярної покришки і відповідають за зміну заряду холінергічних нейронів. З’ясовано, що зміна заряду норадренергічних нейронів у голубій плямці та серото-нінергічних нейронів у середньомозковому шві спричиняє безсоння, і що ці нейрони неактивні, коли холінергічні МКП піки спричинюють швидкий сон. Резерпін, який

1 2 З 4 5 6 7

зменшує вміст серотоніну та катехоламінів, блокує повіль-нохвильовий сон і деякі аспекти швидкого сну, однак підвищує активність МКП піків. Барбітурати зменшують тривалість швидкого сну.

                                                                                                                                                                  

Розподіл стадій сну

Під час типового нічного сну молода людина спочатку перебуває у стадії сну НШРО, згодом переходить у першу і другу стадії, а протягом 70-100 хв — третю і четверту. Далі сон полегшується і настає період швидкого сну. Цей цикл повторюється з інтервалом приблизно до 90 хв упродовж ночі (рис. 1-10). Цикли майже подібні, хоча ближче до ранку третя і четверта стадії стають коротшими, а швидкий сон — довшим. Отже, протягом ночі буває від чотирьох до шести періодів швидкого сну. Такий сон становить 80% від загальної тривалості сну у недоношених немовлят (рис. 11-11) та 50% у доношених. Надалі відсоток швидкого сну зменшується, стає на рівні 25% і знову зменшується вже в

10г

Загальна тривалість сну

8-

7-

6-

\

ьЧ.

30-

о

о

g

QQ

25

Тривалість швидкого сну у відсотках до загальної тривалості сну

\

\

А

1

Рис. 11-10. Цикли нормального сну в осіб різного віку. Швидкий сон позначено ділянками темнішого кольору (відновлено за дозволом з Kales AM, Kales JD: Sleep disorders. N Engl J Med. 1974:290:487).

Рис. 11-11. Вікові зміни сну людини. На кожному графіку показано дані для віку 6, 10, 21, ЗО, 69 та 84 роки (дані з Kandel ER, Schwartz JH, Jessel TM [editors]: Principles of Neural Science, 3rd ed. McGraw-Hill Companies, Inc. 1991).

СТАН ТРИВОГИ, СОН ТА ЕЛЕКТРИЧНА АКТИВНІСТЬ МОЗКУ /187

_лА/Л/\

■~^\WVV\A

1 с

Рис. 11-12. Малий епілептичний напад. Запис чотирьохелект-родної ЕЕГ у шестирічного хлопчика під час одного з нападів, за якого він не усвідомлював, де перебуває, і кліпав очима. Час показано горизонтальною лінією (Відтворено за дозволом з Waxman SG: Correlative Neuroanatomy, 24th ed. McGraw-Hill, 2000).

старому віці. У дітей загальна тривалість сну та тривалість четвертої стадії довша, ніж у дорослих.

                                                                                                                                                                  

Розлади сну

Безсоння, яке можна означити як суб’єктивну проблему, пов’язану з недостатнім чи невідновлювальним сном, незважаючи на наявність потрібних для нього умов, буває майже у всіх дорослих людей. Тривале ж безсоння зумовлене багатьма різними ментальними та медичними станами. Тимчасово його можна полегшити за допомогою снодійного, наприклад бензодіазепіну. Однак тривале вживання будь-яких із цих таблеток недоцільне, оскільки вони впливають також на діяльність людини в денний час і призводять до звикання.

Фатальне родинне безсоння — це хвороба, спричинена пріонами, яка прогресує і виявляється в успадкованих та спорадичних формах. Воно супроводжується безсонням, що прогресує, погіршенням автономних та рухових функцій, деменцією та смертю. У пацієнтів з цією хворобою відбувається раптова втрата нейронів, простежується гліоз у вентральних і медіодорсальних ядрах таламуса, оливах та довгастому мозку. Хвороби, спричинені пріонами, — це енцефалопатії, що можуть переходити до тварин і виявляються в людей у кількох формах: хвороба Крейтцфельда-Якоба, хвороба Ґерстмана-Штройслера-Шайнкера та куру, що пов’язана з ритуальним канібалізмом.

Ходіння уві сні (сомнабулізм), нічний енурез та нічні страхи трапляються під час пробудження від повільнохви-льового сну. Вони не пов’язані зі швидким сном. Випадки ходіння уві сні частіше бувають у дітей, ніж у дорослих, переважно в осіб чоловічої статі й можуть тривати кілька хвилин. Сомнабули ходять з розплющеними очима й оминають перешкоди на шляху, однак якщо їх розбудити, то не можуть пригадати епізоди ходіння уві сні.

Нарколепсія є хворобою, за якої виникає епізодична раптова втрата м’язового тонусу та фактично непереборна схильність до засинання впродовж дня. У деяких випадках це починається раптовими напливами швидкого сну. У здорових осіб швидкий сон майже ніколи не передує повільно-

хвильовому. Спадковість цього стану в людей — рідкісне явище, натомість успадковані форми у собак зумовлені мутацією в одному чи двох рецепторах орексину — поліпептиду, задіяного в регулюванні апетиту (див. Розділ 14).

Асфіксію уві сні спричинює обструкція дихальних шляхів під час вдихання. Детально це описано в Розділі 37. Якщо такий стан повторюється неодноразово, як це часто трапляється в людей похилого віку то втрата сну зумовлює втому і млявість упродовж дня. Такий стан можна полегшити, відівчивши хворих спати на спині, а також уникаючи вживання респіраторних депресантів, гіпнотичних препаратів та алкоголю, а в разі гострих форм — за допомогою позитивного тиску дихальних шляхів під час сну.

Розлад поведінки у разі швидкого сну є нещодавно виявленим станом, під час якого не розвивається гіпотонія. Як наслідок, стан таких пацієнтів нагадує стан котів з експериментальним ушкодженням голубої плямки — ВІН ’’діє в контексті своїх снів”: вони неспокійні і можуть навіть зіскочити з ліжка, готові боротися з удаваним супротивником. Цей розлад, як звичайно, лікують бензодіазепінами. Інші специфічні розлади сну описано також у науково-лабораторних дослідженнях сну.

                                                                                                                                                                  

Клінічне застосування ЕЕГ

Інколи ЕЕГ корисна для виявлення патологічних процесів. Якщо внаслідок накопичення рідини перекрито ділянку кори головного мозку, то активність над такою зоною може бути знижена. Цей факт дає змогу діагностувати та виявляти субдуральні гематоми. Ушкодження в корі спричинюють локальне утворення нерегулярних чи повільних хвиль, які може вловлювати ЕЕГ. Епілептогенні осередки інколи генерують високовольтні хвилі, які також можна виявити.

Епілепсія — це синдром, який може бути зумовлений багатьма причинами. У випадку деяких форм простежується характерний вигляд ЕЕГ під час нападів, щоправда у періоди між ними ці аномалії важко відобразити. Загалом напади поділяють на такі, що походять з однієї півкулі головного мозку (часткові, чи локальні, напади), і ті, що стосуються обидвох півкуль одночасно (глобальні напади). Кожна з категорій має підкатегорії. Напади тонічно-клонічного типу (великі судомні напади) супроводжуються раптовою втратою свідомості. Далі настає тонічна фаза з безперервним скороченням м’язів кінцівок, згодом — кло-нічна фаза з симетричним посмикуванням кінцівок, а внаслідок цього — альтернаційне скорочення та розслаблення. У разі тонічної фази активність ЕЕГ висока. Під час кожного клонічного посмикування виникають повільні хвилі, вслід за кожною з яких настає пік. Повільні хвилі тривають упродовж короткого проміжку часу після нападу. Подібні зміни простежуються у піддослідних тварин під час конвульсій, зумовлених електрошоком. Напади короткотривалої втрати свідомості (малі епілептичні напади) є однією з форм хвороби з одномоментною втратою реактивності. Вони пов’язані з триразовим подвоєнням, кожне з яких складається з типового піка та заокругленої хвилі (рис. 11-12).

12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини