Что же обнаружилось? Крысы вообще весьма устойчивы к различным сильным воздействиям. Однако четырехсуточное пребывание на островках вызывало у них сильнейший стресс: животные выглядели измученными и больными, резко теряли в весе, шерсть взъерошивалась; значительно увеличивались надпочечники, а тимус уменьшался, появлялись язвы желудка. Когда же животных снимали с “островка опасности”, поисковая активность резко повышалась и снижался уровень страха (отказа от поиска). Крысы же, испытавшие только стрессорное воздействие, поведение не меняли, хотя увеличение надпочечников и уменьшение тимуса у них были такими же.

Точно так же вели себя и крысы, лишенные парадоксального сна методом пробуждений. Таким образом, ни стресс в отдельности, ни лишение парадоксального сна не влияли на эмоциональность животных, а лишь их сочетание, возникавшее при пребывании подопытных животных на островках. Однако наиболее интересным фактом, обнаруженным в этом исследовании, оказалось небольшое, но статистически достоверное УМЕНЬШЕНИЕ веса надпочечников и тенденция к увеличению веса тимуса у крыс, лишенных парадоксального сна методом пробуждений, т.е. некий АНТИСТРЕССОРНЫЙ сдвиг в организме! Иными словами, при отсутствии парадоксальной фазы сна подавлялась система стресса.

В то время мы не могли найти физиологического объяснения этому факту, поскольку в организме не было известно веществ, способных подавить гормональную ось стресса: гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников. Гипоталамус - небольшое образование на нижней поверхности головного мозга - выделяет пептидный гормон кортиколиберин. Регуляторные пептиды - это сравнительно недавно открытые фрагменты белков, продукты их прицельного расщепления, эволюционно древние передатчики; они широко распространены в организме и играют важную роль в целом ряде физиологических процессов. Пептиды мозга, нейропептиды, в целом живут в организме дольше, чем “классические” нейропередатчики (аденозин, ацетилхолин, g-аминомасляная кислота, гистамин, глутаминовая кислота, дофамин, норадреналин, серотонин), менее специфичны по отношению к белкам-рецепторам, с которыми они связываются; они переносятся током ликвора (спинномозговой жидкости) и диффундируют по межклеточной жидкости, влияя на более обширные области в мозге, иногда довольно удаленные от места выброса.
.

Диаграмма, иллюстрирующая показатели стресса (масса надпочечников - показана цветом - и тимуса) в трех группах крыс по сравнению с контрольными группами(100%).: с л е в а - лишенных сна методом пробуждений, в ц е н т р е - подвергавшихся стрессу, с п р а в а - сидевших на островках.

.
Итак, нейропептид кортиколиберин, действуя на переднюю часть гипофиза (нижнего придатка мозга), вызывает секрецию другого пептидного гормона - кортикотропина. Тот в свою очередь стимулирует кору надпочечников, вырабатывающую гормоны иной химической природы - кортикостероиды, оказывающие мощное влияние на все органы и ткани, включая и головной мозг. Под воздействием кортикостероидов в организме развивается стресс-реакция: усиливаются обменные процессы, подавляются иммунные и воспалительные реакции, меняется концентрация нейропередатчиков в различных отделах мозга, повышается секреция и кислотность желудочного сока и др. Легко проникая в головной мозг, стероидные гормоны тормозят выработку кортиколиберина, и стрессорная реакция затухает как бы сама собой, по принципу отрицательной обратной связи.

Гормональная ось стресса

Более 20 лет назад группа швейцарских специалистов получила соединение, которое способно блокировать стресс-реакцию независимо от проникающих извне кортикостероидов. Из пропущенной через искусственную почку венозной крови 14 кроликов, которые предварительно прошли сеанс электросна (электросон — раздражение слабым электрическим током определенных точек в глубине мозга, "центров сна", открытых в 40-е годы лауреатом Нобелевской премии швейцарским физиологом В.Гессом), исследователям удалось выделить 0.3 мг вещества. Им оказался небольшой, ранее неизвестный пептид, способный, по мнению первооткрывателей, увеличивать наиболее глубокую стадию медленного сна. Вещество назвали дельта-сон индуцирующим пептидом, ДСИП (Delta Sleep-Inducting Peptide, DSIP). Подробное изложение истории его открытия и изучения, полной драматизма, выходит за рамки данной статьи (Ковальзон В.М. Поиски "гормона сна" // Природа. 1983. № 4. С.13—21; Ковальзон В.М., Иноуэ Ш. Диалог о "веществах сна". Гипотезы. Прогнозы // Будущее науки. (Международный ежегодник.) М., 1990. Т.23. С.210—225; Крюгер Дж.М., Ковальзон В.М. Вещества сна: иллюзии и реальность // Наука и человечество, 1992—1994. (Международный ежегодник.) М., 1994. С.50—57.).

Образование и выделение этого пептида в нейросекреторных ядрах гипоталамуса тесно связаны с серотонином, одним из важнейших веществ-передатчиков в головном мозге и, возможно, находится под его контролем. Серотонин играет особую роль в формировании депрессии, что впервые обнаружил отечественный психофармаколог И.П.Лапин. Известно, что для этого заболевания характерны, с одной стороны, определенные нарушения сна, а с другой — повышенный уровень кортикостероидов в организме, т.е. как бы состояние постоянного эмоционального стресса. Есть и другие примеры из клиники, которые, как и приводимые здесь экспериментальные факты, указывают на связь эмоционального стресса и сна.

В лаборатории М.Жуве было показано, что в состоянии эмоционального напряжения в головном мозге активируются нейроны, выделяющие серотонин; он в свою очередь способствует образованию некоторых пептидов в гипоталамусе, в том числе и физиологически активных фрагментов кортикотропина, вышеупомянутого ДСИП и др. Все эти вещества обладают снотворным действием, однако в реальном эксперименте существенный рост продолжительности сна не наблюдается. Возникает предположение, что какой-то механизм поддерживает состояние относительного равновесия в системе бодрствование—сон. Не связан ли он с выбросом кортикостероидов? Для проверки этой гипотезы автор данной статьи провел в лаборатории М.Жуве в Лионе серию опытов на крысах с удаленными надпочечниками. Животных после кратковременного эмоционального стресса (крыс сажали на 1 ч в тесные пеналы, чего они очень не любят) возвращали в "родные" клетки и в течение 12 ч регистрировали сон.

Оказалось, что у крыс без надпочечников стресс, действительно, значительно увеличивал продолжительность последующего сна, особенно медленной фазы. Однако если перед стрессорным воздействием животным вводили гормон коры надпочечников, т.е. как бы делали их вновь нормальными на несколько часов, то продолжительность сна не изменялась. Следовательно, исходная гипотеза подтвердилась: между эмоциональным стрессом и сном действительно существует отрицательная обратная связь, включающая в себя в качестве промежуточного звена кортикостероиды. У крыс с удаленными надпочечниками такая связь разорвана и мозговая система стресса оказывается расторможенной.

Таким образом, подавление сна приводит к подавлению стресса, а растормаживание системы стресса вызывает растормаживание системы сна. И это взаимодействие происходит, видимо, при участии серотонина и некоторых нейропептидов, таких как фрагменты кортикотропина и ДСИП.
.

Спектрограмма электрической активности головного мозга кроликов: в норме (слева) и после введения ДСИПа (справа).

.

Изучая действие этого вещества в опытах на кроликах и крысах, мы, как ни странно, не смогли подтвердить его снотворных свойств. К такому же результату пришли и исследователи из Швейцарии, США, Венгрии и других стран. Ситуация казалась парадоксальной, но нам удалось нащупать пути для ее разрешения. Биохимический анализ показал, что пептид ДСИП крайне нестабилен и в организме разрушается под действием ферментов через несколько минут. Мы решили проверить, что будет, если вместо самого ДСИПа вводить его искусственные производные, так называемые структурные аналоги, строение которых очень сходно со структурой самого ДСИПа, но устойчивость гораздо выше. Большая группа таких аналогов была синтезирована В.Н.Калихевичем и С.И.Чуркиной (Санкт-Петербургский университет) и И.И.Михалевой и И.А.Прудченко (Институт биоорганической химии им.М. М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН). Мы изучили действие этих аналогов на сон подопытных кроликов и белых крыс при различных дозах и способах введения и получили ряд новых и неожиданных результатов.

Оказалось, что, модифицируя молекулу ДСИПа, можно как увеличить, так и уменьшить продолжительность сна у животных. Причем выраженность, характер и динамика эффекта зависят от структуры вводимого вещества. Например, одни пептиды влияют в большей степени на медленный сон, другие - на парадоксальный, а третьи - на обе фазы. У одних максимум эффекта приходится на период, непосредственно следующий за введением препарата, а у других этот пик запаздывает на несколько часов. Разнообразие эффектов настолько велико, что создается поразительное впечатление о возможном управлении такой сложной функцией организма, как естественный сон, изменяя структуру одной-единственной исходной молекулы!
.

Изменение медленного сна кроликов под воздействием двух аналогов ДСИПа (в в е р х у - с жестким молекулярным остовом, в н и з у - с гибким остовом) по сравнению с контролем (нулевой уровень). Первый аналог удлиняет сон, а второй - укорачивает.

.
Механизмы действия на сон ДСИПа и его аналогов пока мало изучены. Известно, однако, что этот пептид играет важную роль в эндокринной регуляции организма, подавляя выброс гормонов стресса и стимулируя гормоны роста. Поскольку и те, и другие участвуют в регуляции сна, можно предположить, что ДСИП действует на сон не столько напрямую, сколько косвенно, через гормональные системы, с которыми он связан. По нашему мнению, пептид ДСИП - первый представитель не известного ранее класса регуляторов “высокого уровня”, координирующий деятельность различных систем организма.

Таким образом, благодаря исследованию нейропептидов из хаоса противоречивых и разрозненных данных начинают проступать контуры очень сложной системы взаимодействия механизмов стресса и сна. Эта система представляет собой по сути биохимическую основу для современных представлений об эмоциональном стрессе, о которых говорилось в начале статьи. Однако изучение нейропептидов и других связанных с ними веществ, образующихся в нашем организме и опосредующих взаимодействие стресса и сна, может иметь не только теоретический, но и весьма важный практический выход.

Дело в том, что действие аналогов ДСИПа на сон носит мягкий, модулирующий характер и коренным образом отличается от эффекта снотворных и успокоительных препаратов, которые до сих пор производятся на основе веществ, чуждых нашему организму (барбитураты, бензодиазепины, циклопирролоны и т.п.). Именно поэтому создание нового класса снотворных и стресс-протективных средств на базе аналогов ДСИПа весьма перспективно. Такие лекарства, структурно близкие к биохимическим регуляторам нашего организма, могут обладать небывалыми свойствами: например, способствовать быстрому засыпанию, либо устранять нежелательные ночные пробуждения и т.п. Вводить их будут скорее всего путем закапывания в нос. Потребность в подобных препаратах в современной фармакологии чрезвычайно велика.

Этими проблемами и занимается созданный нами в рамках проекта РФФИ небольшой научный коллектив, объединяющий физиологов, психологов и биохимиков. Следует отметить, что изучение влияния нейропептидов на сон и стресс у подопытных животных - дело весьма трудоемкое и кропотливое. Не удивительно, что работы в этой области до недавнего времени продвигались довольно медленно. Однако в настоящее время использование компьютеров позволило резко сократить утомительные рутинные процедуры. Нам удалось создать программы, позволяющие проводить основные этапы в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Такие методические усовершенствования значительно ускоряют исследования в данной области.

Работа поддержана грантами РФФИ 96-04-49072, 96-15-9778, 98-06-80122.