Восстановление мозга во сне.

Сон. Во сне мы проводим треть нашей жизни. Но понимаем ли мы, что происходит во время сна? По своему опыту мы знаем, что после сна в голове проясняется, а при недостатке мысли становятся мутными. Сон – это единственный процесс, обладающий невероятной способностью восстанавливать работу мозга.

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 поддержания работы клеток тела. Для мозга это особенно критично: его напряженная электрическая активность расходует четверть энергии, которую получает организм, хотя мозг составляет лишь 2% от всей массы тела. Система кровообращения решает проблему поставки питательных веществ, направляя питание и кислород по кровеносным сосудам в каждую клеточку нашего тела.

Клетки не только потребляют питательные вещества, но и выделяют отходы их переработки. Избавление от этих отходов – вторая насущная проблема, которую должен решить каждый орган. На рис.2 изображена лимфатическая система нашего тела, которая возникла в ответ на эту проблему. Это вторая параллельная сеть сосудов, проходящая через все тело. Она охватывает белки и другие отходы из межклеточного пространства, собирает их вместе и затем сбрасывает в кровоток, чтобы от них избавиться. Но если хорошо присмотреться, можно увидеть нечто не совсем понятное – в мозге нет лимфатических сосудов. Но это же как- то неправильно, не так ли? Мозг работает очень активно, соответственно он производит массу отходов, от которых нужно эффективно избавиться. И при этом нет лимфатических сосудов, а значит, способ, используемый организмом для избавления отходов, в мозге не работает.

Как же мозг решает проблему устранения ненужных веществ? Ответ оказался весьма неожиданным. Он оказался хитроумным и одновременно прекрасным. Мозг содержит большое количество прозрачной жидкости, называемой цереброспинальной жидкостью (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.

См. Рис 3. Слева мы видим, 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 вглубь мозга, вдоль его сосудов, она устранила, вымыла отходы из пространства между клеток мозга. Если задуматься – это 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 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 поход к избавлению от отходов из межклеточного пространства. Это уникальное решение мозга.

Но самым удивительным открытием был тот факт, что весь этот процесс прохождения жидкости через мозг случается только когда мы спим. См. Рис.4  Слева видим сколько ЦСЖ проходит через мозг живой мыши во время бодрствования. Почти ничего. Однако у того же животного, как только оно засыпает, ЦСЖ устремляется в мозг (справа). Клетки мозга как бы сокращаются, освобождая межклеточное пространство, пропуская туда жидкость и позволяя очистить его от отходов. Наше исследование показало, что пока мозг не спит и находится на пике активности, он откладывает процесс очищения 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, накопившимися 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 отходов, но не говорил о каких именно отходов должен избавляться мозг во время сна, чтобы оставаться здоровым. Продукт обмена, ставший центром внимания недавних исследований – бета-амилоид, белок, производимый мозгом постоянно. У пациентов с болезнью Альцгеймера бета-амилоид собирается и накапливается в межклеточном 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, 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 представление о связи между сном, бета-амилоидом и болезнью Альцгеймера. Ряд недавних клинических исследований показал, что у пациентов, еще не страдающих болезнью Альцгеймера, ухудшение качества и продолжительности 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 основание 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 нас уже знают о сне, то, что сон освежает и очищает разум, и это может быть одной из основных его функций. Пока тело отдыхает, а разум отключается и видит сны, изощренный механизм мозга тихо напряженно работает, очищая и приводя в порядок невероятно 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, потому что, когда дело касается очищения мозга, на кону стоят здоровье и правильная работа. Вот почему понимание простых «хозяйственных» функций мозга сегодня может стать решающим в профилактике лечения его болезней завтра.