Введение к работе
Актуальность, Проблема сна остается одной из наиболее загадочных в современной физиологии. Несмотря на огромные усле хи, достигнутые в изучении сна во второй половине нашего столетия, ответа на основной вопрос - "какова функция сна, длі чего он нужен организму?" - до сих пор не получено. Об акту альности этой проблемы можно судить по формированию в послед ние годы мультидисциплинарной "науки о сне", многочисленны: национальных и региональных научных обществ по изучению сна объединенных с 1991 г. во Всемирную Федерацию (WFSRS), прове дению ежегодно различных конференций и симпозиумов по сну публикации двух международных периодических журналов ("Sleep и "Journal of Sleep Research") и справочно-библиографическог и реферативного ежегодника ("Sleep Research", BIS/BRI, UCLA Los Angeles, CA). Согласно этому справочнику, количество еже годно публикуемых научных сообщений по проблеме сна составляе около двух тысяч (!) названий. Это вызвано естественным инте ресом к пониманию этого базисного состояния организма со сто роны фундаментальных наук.
С другой стороны, научной и медицинской общественность сейчас осознано, что неОольшие хронические нарушения сна бодрствования, столь характерные для современного урбанизиро ванного человечества, хотя а не представляют, по-видимому опасности для здоровья, чреваты, тем не менее, серьезными пос ледствиями в производственной сфере, на транспорте и т.п. Оь даже могут быть одной из важнейших причин (скрывающихся за не
определенный термином "человеческий фактор") целого ряда инцидентов и катастроф. Специальная общественная комиссия США "Сон, катастрофы и социальная политика" пришла к выводу в 1988 г.. что характер производственной деятельности человека в условиях научно-технической революции диктует необходимость строгого соблюдения жестких требований гигиены сна. в то время как его образ жизни плохо согласуется с этими требованиями. Эта коллизия продолжает обостряться, что заставляет принимать срочные меры в промышленно передовых странах. В частности, в США по всей стране развернуто более 500 центров по коррекции нарушений сна. в рамках Национального Института Здоровья (NIH) создается специальный Институт по изучению сна. разработаны новые безлекарственные методы лечения и т.п. Одним из важнейших направлений в этой области является создание эффективных и безвредных лекарственных препаратов нового поколения. Для решения всех этих проблем необходимым условием является изучение фундаментальных физиологических механизмов сна человека.
Прямое микрофизиологическое, нейрохимическое и гистологическое изучение нейронных систем, вовлеченных в регуляцию сна-бодрствования, проведенное в последние годы, позволило сформулировать важное положение относительно пассивной природы медленного сна. возникающего вследствие периодического спонтанного ослабления тонических активирующих воздействий на кору со стороны нейронных систем ретикулярной формации ствола, заднего гипоталамуса, базальных отделов переднего мозга, области синего пятна и ядер шва. использующих в качестве медиаторов глутамат. ацетилхолин, норадреналин, серотонин и гистакин. с одновременным растормаживанием ГАМК-эргических тормозных ней-
ронов таламуса и базальных отделов переднего мозга; в результате этого переработка информации в таламо-кортикальной системе резко ослабляется (Steriade, 1992).
В то же время доказана активная природа парадоксального сна, имеющего четко выраженные морфологически (дорзальная покрышка моста) и нейрохимически (ацетилхолин, глутамат) исполнительные механизмы (Barbara Johns, 1991); активация этих механизмов сопровождается полным прекращением импульсации моноами-нергических нейронов мозга. При этом происходит интенсивная переработка информации, хранящейся в мозге, на Фоне подавления афферентного притока и полного отключения эффекторного выхода. Эти процессы находят свое выражение в сновидениях (у человека) и так наз. "онейрическом поведении" у кошек с разрушениями в области синего пятна (Jouvet et al., 1965; Henley, Morrison, 1974).
Практически,неизвестным, однако, остается тот механизм (очевидно, гуморальный, поскольку речь идет о медленно протекающих процессах), посредством которого происходит по-перемен-ное вовлечение тех или иных нейронных систем, их переключение, определяющее наступление и циклическое чередование обеих фаз сна. На эту роль требуются вещества, обладающие более длительным сроком жизни в организме, чем "классические" нейромедиато-ры, менее специфичные по отношению к рецепторам, способные переносится током ликвора и диффундировать по межклеточной жидкости, оказывая воздействия на более обширные области в мозге, иногда довольно удаленные от места выброса. .Такие вещества стали известны сравнительно, недавно - это регуляторные пептиды, продукты прицельного протеолиза белков, эволюционно древ-
- 5 -ниє передатчики, широко распространенные в мозге и организме и играющие важную роль в целом ряде физиологических процессов (И.П. Ашмарин и соавт.' 1986-1994; А.А.Замятнин, 1987-1994). Однако роль пептидов в регуляции сна пока мало изучена (Коваль-зон, 1986, 1994; Borbely, Tobler. 1989; Graf, Kastin, 1984. 1986; Inoue, 1989; Inoue. Borbely, 1985; Inoue. Krueger, 1990; Inoue. Schneider-Helmert. 1988). Настоящая работа представляет собой попытку 'заполнить этот пробел.
Научная новизна и теоретическая значимость. Данное экспериментальное исследование состоит из двух основных частей. Первая часть, выполненная на крысах, посвящена изучению некоторых физических воздействий на физиологическое и поведенческое состояние животных. Впервые обнаружена тесная связь между механизмами регуляции стресса и сна: нарушение нормального функционирования системы сна-бодрствования (депривация парадоксального сна методом пробуждающих раздражений ретикулярной формации) приводит к разрегулированию системы стресса (гипоплазия надпочечников), а нарушение деятельности системы стресса (адреналэктомия) приводит к разбалансу системы сна-бодрствования (увеличение медленного сна после кратковременного умеренного эмоционального стресса).
Анализ имеющейся по этому вопросу литературы привел нас к заключению, что эта интимная связь между механизмами сна и стресса может осуществляться через посредство некоторых пептидов мозга, важнейшим среди которых является, по-видимому. DSIP: единственный, выделенный из организма как специфический "пептид сна", и обладающий трофотропными и стресс-протективны-ми свойствами. С целью изучения свойств этого, а также другого
- в -из немногочисленных известных гипногенных факторов - мура-мил-пептида - бша выполнена на крысах и кроликах вторая часті исследований, посвященная изучению некоторых биохимически) воздействий (внутрижелудочковые инъекции и инфузии растворо; пептидов) на физиологические показатели цикла сон-бодрствование.
Однако попытка промоделировать действие DSIP в качестві "гормона сна" (выделяющегося в определенных нейросекреторны ядрах гипоталамуса и диффундирующего по спинномозговой и межк леточной жидкости) путем его прямого введения в желудочки моз га крыс и кроликов в "физиологичных" дозах выявила неожиданны сложности. По-видимому, при введении извне этот пептид слишко быстро распадается под воздействием специфической аминопепти дазы.
Работая с обширной группой структурных аналогов DSIP частично защищенных от протеолиза химическим путем, мы показа ли. что в некоторых случаях отмечаются необычные, ранее н описанные эффекты на сон крыс и кроликов, значительно отличак щиеся от действия барбитуратов, бензодиазепинов и друга "снотворных" веществ. Модулирующие гипногенные эффекты аналс гов DSIP проявлялись в виде пульсирующих (в большинстве случг ев значительно отстоящих от_момента введения) изменений почг совой процентной представленности медленного и/или парадої сального сна. Феноменология этих эффектов, продемонстрироваї ная в виде разнообразия "профилей сна", свидетельствует о воі лечении вводимых аналогов в каскадные пептидергические процеї сы в мозге. Кроме этого, неожиданностью явилась обнаружена нами тесная связь между структурой аналогов DSIP и характер
- 7 -их гипногенной активности. Такое структурно-функциональное взаимоотношение отражает, по-видимому, особенности конформаци-онного взаимодействия молекулы с гипотетическим рецептором/рецепторами.
Что касается гипногенного действия мурамил-пептидов. то здесь, по-видимому, важнейшую роль играет путь, которым эти экзогенные вещества проникают в организм хозяина. Если они попадают прямо в кровь в результате инфекции, то приводят к тяжелым "гиперсомническим" состояниям, характерным для лихорадки. Нормальное же их поступление из кишечника, вполне возможно, является необходимым элементом в общей системе модулирующих влияний со стороны пептидов мозга на нейронные механизмы сна-бодрствования. В целом полученные нами данные заставляют по-новому взглянуть на всю проблему гуморальной регуляции сна.
Практическая значимость. Практическая значимость данной работы для медицины и фармакологии определяется несколькими факторами. Во-первых, наши исследования по депривации парадоксального сна и ее воздействию на систему стресса и эмоциональное поведение позволяют лучше понять механизм формирования невротических и психосоматических заболеваний (В. С. Ротенберг, В.М.Ковальзон. В.Л.Цибульский. 1986). Во-вторых, работа по воздействию эмоционального стресса на адреналэктомированных крыс открывает новый подход к изучению и поиску новых средств печения депрессии (Cespuglio. Jouvet et al.. ' 1990-1994). 3-третьих. изучение пептида DS1P и его аналогов создает основу для создания принципиально новых лекарственных препаратов снотворного действия. Соответствующий проект с участием иссле-цователей Института, биоорганической химии РАН и некоторых дру-
гих научных учреждений находится в стадии реализации. Для трех исследованных аналогов, структура которьк не раскрывалась при публикациях, подготавливается заявка на патентование. Что касается мурамил-пептидов. то наши данные об их воздействии на сон представляются весьма существенными, поскольку эти вещества уже нашли свое применение в иммунологической и онкологической клинической практике, и лечащим врачам необходимо знать о возможных побочных последствиях. Разработанный нами метод автоматизированной идентификации состояний в цикле сон-бодрствование может найти применение при исследовании сна человека, в том числе и в клинике. В настоящее время нами совместно с одной научно-медицинской фирмой разрабатывается оригинальный автоматический анализаторсна человека. .
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на следующих национальных и международных конференциях: на IY (г.Тиргу-Муреш, Румыния, 1978), YII (Г.Мюнхен, ФРГ, 1984), YIII (г.Сегед, Венгрия, 1986), X (Г.Страсбург, Франция, 1990), XI (Г.Хельсинки. Финляндия, 1992) и XII (Г.Флоренция, Италия, 1994) Европейских конгрессах по изучению сна; на XIII съезде Всесоюзного физиологического общества в г. Алма-Ата в 1979 г.; на III и IY Всесоюзных конференциях по физиологии и биохимии медиагорньк процессов в г.Москве в 1980 и 1985 гг.: на IY и Y Всесоюзном симпозиуме по целенаправленному изысканию физиологически активных веществ в г. Риге в 1981 и 1983 гг.; на международном симпозиуме "Поисковая активность, мотивация и сон" в г.Баку в 1981 г.; на Всесоюзном симпозиуме "Перспективы биоорганической химии в создании новых лекарственных препаратов" в г. Риге в 1982 г.; на IX Всесоюзной конференции по биохимии
- 9 -нервной системы в г.Ереване в 1983 г.: на симпозиуме "Сон как фактор регуляции Функционального состояния организма" в г.Паланге в 1983 г.; на симпозиуме "Система мозговых и внемозговых пептидов" в г.Ленинграде в 1984 г.; на I Всесоюзной конференции "Нейропептиды: их роль в физиологии и патологии" в г.Томске в 1985 г.: на Всесоюзной конференции "Актуальные вопросы физиологии и патологии сна" в г. Москве в 1985 г.; на международном симпозиуме "Нейробиология цикла бодрствование-сон" в г.Тбилиси в 1986 г.; на международном симпозиуме "Peptide Research" в г. Сегеде, Венгрия, в 1987 г.; на симпозиуме "Физиология пептидов" в г.Ленинграде в 1988 г.; на IX Всесоюзной конференции по нейроккбернетике в г. Ростове-на-Дону в 1989 г.; на международном симпозиуме "Molecular basis of action of bloactlve substances on behavior" в г.Таллинне в 1989 г.; на ежегодных симпозиумах международной группы по фармако-ЗЭГ в 1990 (г.Ґетеборг, Швеция) и 1991 (Г.Амстердам. Голландия) гг.; на ежегодной конференции Американского общества по изучению сна в Г.Миннеаполисе, США, в 1990 г.; на Всесоюзном симпозиуме по химии пептидов в г.Риге в 1990 г.; на симпозиуме "Физиологическое и клиническое значение регуляторних пептидов" в г.Ленинграде в 1990 г.; на I Всемирном конгрессе обществ по изучению сна в г.Канн, Франция, в 1991 г.: на XIII Международном конгрессе по нейрохимии в Австралии в 19Э1 г.; на рабочем совещании "Дельта-Сон Индуцирующий Пептид: теоретические и прикладные аспекты" в г.Ростове-на-Дону.в 1992 г.; на Международной конференции "Клеточные последствия сна" в г.Мауи, Гавайи. США. в 1993 г.; на I Международном конгрессе польского общества по изучение сна в Варшаве в 1994 г.; на YII Международном конгрессе по психофизиологии в г. Салоники. Греция, в 1994 г.
- 10 -В качестве приглашенного докладчика автор представлял свои результаты на научных семинарах и коллоквиумах: на кафедре физиологии Медицинского университета им. Альберта Сент-Дь-ерди (г.Сегед, Венгрия) в 1986 и 1987 гг.; в Институте медицинской и стоматологической инженерии при Медицинском и стоматологическом университете (Г.Токио, Япония) в 1988 г.; в Институте наук о жизни Мицубиши-Касей (г.Токио, Япония) в 1988 г.; в лаборатории экспериментального и клинического изучения сна Института фармакологии при Университете (г. Цюрих, Швейцария) в 1989 г.; в лабораториях фирмы Хофманн-Ля Рош (г.Базель. Швейцария) в 1989 г.; в медицинском центре "Мариаштайн" (г.Базель, Швейцария) в 1989 г.; в Институте психиатрии при Университете (г.Женева, Швейцария) в 1989 г.; на кафедре экспериментальной медицины Университета им. Клода Бернара (г. Лион, Франция) в 1985 и 1992 гг.
Структура работы. Основу работы составляют 5 глав, содержащие краткое изложение собственных исследований и их обсуждение.