Нейрофизиологический механизм сна и бодрствования

Содержание:
I Введение.
II Группы физиологических реакций.
А. Электроэнцефалография
Б. Сон, как одно из функциональных состояний
III Гипотезы происхождения сна.
IV Заключение
V Список литературы:

Нейрофизиологический механизм сна и бодрствования

Частота (Гц)
Амплитуда (микровольт)
Дельта - ритм
1-3
До 300 мкВ
Тета - ритм
4-7
До 100 мкВ
Альфа - ритм
8-13
40-70 мкВ
Бета - ритм низкий
высокий
14-20
20-30
15 - 25 мкВ
15 - 20 мкВ
Гамма-ритм
Выше 30
8-12 мкВ
Альфа ритм регистрируется в состоянии покоя при закрытых глазах и расслаб­лении мышц. У 75-90% здоровых людей этот ритм является доминирующим. Наибольшую выраженность альфа-ритм имеет в затылочной, затылочно-височной и затылочно-теменной областях мозга.
Открывание глаз во время записи ЭЭГ, воздействие света вызывают четкую реакцию десинхронизации альфа-ритма. В настоящее время эту реакцию называ­ют реакцией активации. Наличие или отсутствие реакции активации, ее выра­женность и скорость восстановления альфа-ритма используют и в диагностиче­ских целях, и вэкспертной практике как критерий реактивности ЦНС.
Бета-ритм отражает активированное состояние подкорковых образований и ко­ры головного мозга. Бета-ритм наиболее выражен в центральных и лобных об­ластях коры.
Тета-ритм равен по амплитуде альфа-ритму, но частота его ниже. Тета-ритм отражает активность срединно-стволовых образований головного мозга, этот ритм изменяется по мере созревания и окончательного формирования корково-стволовых связей. Изменения проявляются в снижении амплитуды ритма. При поражении стволовых структур мозга амплитуда ритма увеличивается до 400-500 мкВ, что отражает состояние чрезмерного и стойкого повышения активности структур ствола мозга и снижения активности коры.
Дельта ритм - ритм с наименьшей частотой. Появление на ЭЭГ волн дельта-ритма указывает на снижение уровня функциональной активности коры, напри­мер, при дремоте, утомлении. В норме дельта волны регистрируются кратковре­менно и диффузно во всех отведениях. При появлении раздражителя любой мо­дальности дельта-ритм исчезает и сменяется альфа-ритмом.
Гамма-ритмом называют колебания с частотой от 30 до 100 Гц и амплитудой 8 -12 мкВ. Закономерные изменения гамма-ритма отмечаются при различных видах умственной деятельности. При обычной, чернильной записи ЭЭГ итог ритм выявить не удается. Для этого нужна специа;1ьная обработка ЭЭГ записи.
Итак, основным ритмом у здорового человека в состоянии бодрствования, при расслабленной мускулатуре и закрытых глазах является альфа-ритм. При перехо­де к более активному бодрствованию - открытые глаза, поток афферентной ин­формации любой модальности приводят к десинхронизации ритма и переходу к бета-ритму. Синхронизация ритма - снижение частоты и повышение амплитуды характеризуют переход ко сну. Однако эти соотношения между уровнем функ­циональной активности и ритмом ЭЭГ не должны трактоваться упрощенно. Дело в том, что вся психическая деятельность человека прямого отражения в волнах ЭЭГ не находит. Необходимы дальнейшие комплексные электрофизиологические и психофизиологические исследования для раскрытия электрофизиологической картины активного бодрствования.
Б. Сон, как одно из функциональных состояний
Сон - физиологическое состояние, которое характеризуется потерей активных психических связей субъекта с окружающим его миром. Сон является жизненно необходимым для высших животных и человека. Почему мы останавливаемся подробно именно на этом функциональном состоянии ЦНС? Во-первых, сущест­вует много заболеваний, для которых характерны нарушения сна, во-вторых, сон может быть лечебным и профилактическим фактором. Любое функциональное состояние характеризуется по нескольким признакам: изменения на ЭЭГ, мы­шечный тонус, вегетативные проявления.
Идентификацию сна, его фаз и стадий физиологи проводят на основе обще­принятых, так называемых полиграфических, критериев, полиграмм - электроэн­цефалограммы (ЭЭГ), электромиограммы (ЭМГ), электроокулограммы (ЭОГ).
Засыпание обычно начинается с появления вместо альфа-ритма, свойственного спокойному бодрствованию (частота 8-12 Гц), тега-волн, (частота 3-7 Гц) это первая стадия сна - дремота.
Вторая стадия характеризуется появлением на ЭЭГ сонных веретен (билате­ральные «острые волны») и К-комплексов (частота 12-15 Гц) - эта стадия по­верхностного, легкого сна.
В третьей стадии сонные веретена сочетаются с дельта волнами (частота 0.5 -2 Гц), в третьей стадии дельта волны на ЭЭГ составляют не менее 50%. Это ста­дия
Четвертая стадия - на ЭЭГ регистрируются только дельта волны без ве­ретен, для этих волн характерна самая высокая амплитуда и самая низкая частота 0.5 - 2 Гц. В этой стадии наблюдается самый крепкий сон, он так и называется — дельта сон, или медленноволновой - глубокий сон. На ЭЭГ фиксируется в это время максимальная амплитуда и минимальная частота, следовательно, максимальная синхронизация активности нейронов. Именно во время этой фазы сна наблюдаются самые значительные изменения в состоянии организма, характерные для медленно волнового сна: падает тонус ске­летных мышц, и человек длительное время может сохранять одно положение те­ла. Снижается частота сердечных сокращений, артериальное давление, частота дыхания, температура тела, уменьшается секреторная и двигательная активность кишечника и темп метаболизма в целом. При этом ритм дыхания и работы сердца становится более равномерным. Во время этой стадии труднее всего разбудить человека, потому что увеличиваются пороги сенсорной чувствительности. При пробуждении во время самого глубокого сна человек с трудом ориентируется, те­ряется во времени, долго приходит в себя.
Четвертая стадия сменяется пятой, которая рассматривается отдельно, как со­вершенно другой вид сна - БДГ сон, потому, что в это время можно наблюдать быстрые движения глаз под закрытыми веками. Эта фаза получила еще и назва­ние парадоксального сна. Первый период БДГ, наступающий примерно через девяносто минут после засыпания, - самый короткий, он обычно длится от пяти до десяти минут. По мере продолжения нашего путешествия через ночь длитель­ность каждой последующей фазы БДГ возрастает. Самая длинная из них, которая может занимать более получаса, наступает утром, как раз перед пробуждением. Всего за ночь у здорового взрослого человека при 7-8 часовом сне происходит смена 4-6 циклов сна. В первую половину ночи преобладает дельта сон, во вто­рую происходит удлинение фазы парадоксального сна, длительность дельта сна уменьшается. В норме пробуждение происходит во время фазы парадоксального сна.
Во время парадоксального сна на ЭЭГ фиксируется ритм, характерный для ак­тивного бодрствования, вегетативная нервная система, судя по уровню АД час­тоте дыхания, уровням некоторых гормонов, переживает настоящую бурю. По­вышение активности вегетативной нервной системы выражено настолько, что возможно появление сердечной и дыхательной аритмии. Однако скелетные мыш­цы практически парализованы, полностью расслаблены, лишь в некоторых мелких мышцах могут наблюдаться подергивания. Именно за это противоречие меж­ду картиной активного бодрствования на ЭЭГ и полным параличом скелетной мускулатуры БДГ - сон получил название парадоксального. Глазные яблоки со­вершают быстрые движения под сомкнутыми веками, именно в это время человек видит сны. Если разбудить спящего во время БДГ - сна, то в 90% случаев он рас­скажет о ярком сновидении, причем точность деталей будет существенно выше, чем при пробуждении во время медленного сна. Важной особенностью БДГ - сна является еще большее увеличение порогов сенсорной чувствительности. Если во время медленного сна они увеличиваются на 30 - 40%, то во время БДГ сна на 400%, организм практически не воспринимает раздражителей окружающей и внутренней среды.
Парадоксальная стадия сна характерна не только для человека, но и для млеко­питающих и птиц. У взрослого человека на БДГ сон приходится 15 - 20% всего сна, у новорожденных до 80%.
На сегодня стало понятно, что необходимым и достаточным признаком сна можно считать ритмичность, т.е. чередование определенных физиологических признаков (полиграфических картин), позволяющих отличить нормальный сон от монотонных "сноподобных состояний". Соответственно и критерием "нор­мальности" сна служит циклическое чередование стадий 1-2-3-4 медленного сна, которое завершается парадоксальной фазой. На основе такого подхода современ­ное определение сна звучит следующим образом: это "особое генетически детер­минированное состояние организма человека (и теплокровных животных, т.е. млекопитающих и птиц), характеризующееся закономерной последовательной сменой определенных полиграфических картин в виде циклов, фаз и стадий".
Что же лежит за этим циклическим чередованием? Каково назначение каждой из двух фаз сна? В физиологии для понимания функций отдельного органа приме­няют классический метод разрушения: если повредить или удалить данный орган, то, зная, по­следствия и адекватно истолковывая их, можно выяснить его роль. Подобный подход исполь­зуют и в отношении сна: не давать испытуемому или подопытному животному спать в течение некоторого времени и посмотреть, что при этом меняется в организме и поведении. Впервые такие опыты выполнила более 100 лет назад русская ученая М.М. Манасеина (1843-1903), ко­торая стала основоположником "науки о сне" - сомнологии. В нашем столетии в эксперимен­тах на животных и в наблюдениях за здоровыми людьми неоднократно пытались выяснить, к чему приводит лишение сна (депривация). Однако лишь с использованием электроэнцефало­графии такие попытки получили научное обоснование1. Исследования последних лет на людях дали до некоторой степени парадоксальные результаты: депривация в течение одних или не­скольких суток наиболее мягким, щадящим способом не приводила к серьезным нарушениям в организме и психике субъектов. Наблюдалась лишь повышенная сонливость, утомляемость, раздражительность, рассеянность, Казалось, что главный результат лишения сна - нарастающая потребность в нем! Естественно, подобные работы на людях не могут длиться более 2-3 суток; поэтому последствия длительного лишения сна изучают только в опытах на животных. Так, в 80-е годы группа американских специалистов (А. Речшаффен и сотрудники) получила прин­ципиально важные результаты. Как показали эксперименты, если при первых признаках сна на ЭЭГ (появление сонных веретен и дельта-волн) животных будить, то наступает временное "дробление" сна на очень короткие периоды и его пространственная "локализация", когда сон протекает в отдельных участках мозга. Подобный феномен описан в опытах на обезьянах. Дру­гая группа исследователей наблюдала чередующийся однополушарный медленный сон у дель­финов и ушастых тюленей. Сопоставив эти результаты с некоторыми другими данными по хронической депривации, исследователи пришли к неожиданному' выводу: полностью исклю­чи и, медленный сон в принципе невозможно.
Совершенно противоположные результаты получены в отношении парадоксального сна. Опыты Речшаффена и сотрудников продемонстрировали, что, какой бы вид депривации сна ни проводился (тотальное лишение сна, избирательное лишение медленной или парадоксальной фазы), в результате всегда критично угнетение именно парадоксального сна. Рано или поздно оно приводит к одним и тем же драматическим последствиям (изменению внешнего вида, по­ведения, состояния внутренних органов), которые через несколько "бессонных" недель завер­шаются неизбежной гибелью животных. Характерно, однако, что непосредственной причины их гибели обнаружить не удалось. Интересно, что у крыс наблюдалось резкое падение ампли­туды ЭЭГ после хронической депривации, которое возникало каждый раз примерно за сутки до гибели животного. Если на этом фоне эксперимент прекращался, то крыса уже не могла за­снуть и амплитуда ЭЭГ не восстанавливалась; смерть все равно наступала в течение суток. Следовательно, это падение амплитуды ЭЭГ указывало на какое-то необратимое нарушение работы мозга, вызванное лишением парадоксального сна. Если же опыт прекращался на позд­нем этапе депривации, но до наступления этого критического момента, то наблюдалась мощ­ная "отдача" только парадоксального сна, независимо от того, какой вид депривации приме­нялся - лишение всего сна, парадоксального или медленного. Таким образом, опыты с длительным лишением сна у лабораторных животных еще раз, показывают, что сон включает два принципиально различных состояния организма - медленно-волновую и парадоксальную фазы.
2. Гипотезы происхождения сна.