Сон необходим не только для отдыха: во время него организм восстанавливает ткани, регулирует обмен веществ и поддерживает работу мозга. Одну из ключевых ролей в этих процессах играет гормон роста, однако механизмы, связывающие его выработку с работой мозга, долгое время оставались не до конца понятными. О том, как мозг регулирует выделение гормона роста и почему он сам может влиять на пробуждение, — в материале «Известий».

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (организация, деятельность которой признана нежелательной на территории РФ) выявили нейронные цепи, которые связывают сон с выработкой гормона роста и регулируют переход от сна к бодрствованию. Ученые обнаружили двустороннюю связь: сон стимулирует выработку гормона, а сам гормон передает мозгу сигналы, влияющие на момент пробуждения. Результаты работы опубликованы в журнале Cell.

Недостаток сна может нарушать регуляцию гормона роста. Поскольку он участвует в контроле обмена глюкозы и жиров, хронические нарушения сна могут быть связаны с повышенным риском ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний. Однако до сих пор оставалось неясным, как именно мозг управляет выработкой гормона во время сна, особенно в фазе медленного сна, которая обычно преобладает в начале 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.

Чтобы разобраться в механизме, ученые сосредоточились на гипоталамусе — области мозга, участвующей в регуляции температуры тела, чувства голода, выработки гормонов и циклов сна и бодрствования. Исследователи изучили нейроны, связанные с двумя веществами, которые оказывают противоположное действие на выработку гормона роста: гормон высвобождения гормона роста стимулирует его секрецию, а соматостатин подавляет.

Оба вещества участвуют в регулировании количества гормона роста, поступающего в кровь. Они влияют на его высвобождение гипофизом — небольшой железой у основания мозга, которая вырабатывает гормоны. Работа этой системы позволяет организму менять гормональную активность в зависимости от состояния сна.

Ученые также изучили голубое ядро — область ствола мозга, участвующую в поддержании бодрствования, внимания и мыслительной активности. Ранее нарушения в работе этой области связывали с рядом неврологических и психических расстройств. Исследователи проверили, как сигналы, связанные с гормоном роста, взаимодействуют с нейронами голубого пятна и влияют на цикл сна и пробуждения.

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.

Эксперименты проводили на мышах. Исследователи имплантировали грызунам электроды, чтобы регистрировать активность нейронов, и использовали световую стимуляцию отдельных клеток гипоталамуса. Это позволило наблюдать, как меняются сигналы мозга при переходе между сном и бодрствованием.

Оказалось, что активности нейронов, связанных с гормоном роста и соматостатином, различаются в зависимости от фазы сна. Во время быстрого сна активность обеих групп нейронов повышалась. Несмотря на противоположное действие регулируемых ими веществ, согласованная работа этой системы способствовала усилению выделения гормона роста.

Во время медленного сна картина была иной: активность нейронов, вырабатывающих соматостатин, снижалась, а активность нейронов, связанных с гормоном высвобождения гормона роста, умеренно повышалась. Это ослабляло подавляющее влияние соматостатина и также способствовало секреции гормона роста. Таким образом, разные фазы сна поддерживают выработку одного гормона посредством неодинаковых схем нейронной активности.

Исследователи установили и обратную связь. По мере накопления гормона роста во время сна он стимулирует нейроны голубого ядра, повышая их активность и способствуя переходу к бодрствованию. Однако чрезмерное возбуждение этих нейронов может приводить к противоположному эффекту — усиливать сонливость. Это указывает на необходимость тонкого баланса между сигналами, поддерживающими сон и пробуждение.

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.

Выявленная система может помочь ученым лучше понять, почему нарушения сна сопровождаются изменениями обмена веществ и могут влиять на работу мозга. Голубое ядро участвует в регуляции внимания и бодрствования, поэтому влияние гормона роста на эту область указывает на возможную связь между гормональными процессами во время сна и когнитивными функциями 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 перспективе результаты могут помочь в поиске подходов к лечению нарушений сна, связанных с метаболическими заболеваниями, а также некоторых неврологических расстройств, включая болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера. Сильверман также указал, что выявленная нейронная цепь может стать мишенью для экспериментальных методов воздействия на активность голубого ядра.

При этом исследование пока не дает оснований утверждать, что такой подход будет эффективен или безопасен для людей. Эксперименты проводили на мышах, поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы проверить, работает ли этот механизм аналогичным образом у человека и можно ли использовать его для лечения. Работа раскрывает один из механизмов взаимодействия сна, гормональной регуляции и бодрствования, но его практическое применение еще предстоит изучить.