Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

---

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

---

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Представьте, что вы открываете глаза незадолго до рассвета, пытаетесь перевернуться в постели — и внезапно понимаете, что полностью парализованы. Беспомощно лежа на спине и не в силах кричать о помощи, вы замечаете зловещие фигуры, скрывающиеся в вашей спальне. По мере того, как они подходят к кровати, ваше сердце начинает биться сильнее, и вы чувствуете, что задыхаетесь. Вы слышите жужжание и ощущаете электрические импульсы, разносимые по всему телу. Через мгновение видения исчезают, и вы снова можете двигаться. В ужасе вы думаете о том, что только что произошло. Вышеупомянутый опыт представляет собой эпизод сонного паралича, сопровождаемый гипнопомпическими галлюцинациями [1]. Это пугающее описание со времен древних греков интерпретировалось в различных культурных контекстах, сопровождаясь разнообразными духовными и сверхъестественными пояснениями — начиная от колдовства и злых духов, заканчивая инопланетянами [2], [3]. Современные медицинские объяснения СП не так красочны, однако помогают нам понять проблему гораздо глубже.

Раздел 1. Эпидемиология сонного паралича

По данным исследований, проведенных американскими и белорусскими учеными, распространенность явления паралича сна варьирует среди психически здорового населения в основном от 5 до 30%, но по некоторым данным может достигать и 62% [1]. Так, большинство опрошенных отмечают единичные или редкие эпизоды, но у некоторых паралич рецидивирует [4]. Средний возраст возникновения первого эпизода явления — 17±1 лет [5]. Чаще явление наблюдается у лиц женского пола (18,8%), чем у мужского (15,7%) [2]. Показатели могут варьировать также в зависимости от этнической принадлежности. Здесь степень распространенности явления самая высокая у лиц негроидной расы, а представители азиатской расы в наименьшей степени подвластны сонному параличу [6]. Среди людей, принадлежащих к европеоидной расе, наибольшую «популярность» явление получило у студентов и лиц среднего возраста. Однако выявить достоверную зависимость от этнической принадлежности среди всего населения на данный момент представляется затруднительным, так как исследователям не удается найти достаточного количества испытуемых чистой расы [2].

Данное состояние может передаваться по наследству при мутации гена PER2, отвечающего за проявление циркадных ритмов у человека [7]. Этот ген принадлежит к семейству генов Per и является одним из ключевых генов биологических часов. Показан четкий циркадианный ритм его экспрессии в нейронах супрахиазматических ядер. Гены этого семейства кодируют компоненты циркадных ритмов двигательной активности, метаболизма и поведения. Было показано, что у людей мутация в гене PER2 вызывает семейный синдром продвинутой фазы сна (FASPS) [8].

Раздел 2. Нейрофизиологические основы возникновения явления

2.1. Механизмы перехода в быстрый сон

Структура нашего сна включает две чередующиеся фазы: быструю REM-фазу (фаза быстрого сна, или стадия быстрых движений глаз — rapid eye movement) и медленную NREM-фазу (non-rapid eye movement sleep, т.е. сон без быстрых движений глаз — медленный сон). В этой статье мы подробнее затронем первую из этих фаз, так как именно она играет ключевую роль в возникновении явления сонного паралича. Эту фазу также называют парадоксальной, так как она характеризуется повышенной активностью головного мозга, усилением мозгового кровотока и увеличением уровня серотонина, что сопровождается повышением артериального давления и частоты пульса; отмечаются учащенное и поверхностное дыхание, а также интенсивные движения глазных яблок, сокращения мимических мышц. Сновидения возникают, как правило, в фазу быстрого сна.

Одна из теорий предполагает, что инициаторами быстрого сна выступают небольшие скопления клеток, расположенные в области варолиева моста и продолговатого мозга. Основные медиаторы данных структур — ацетилхолин и глутамат [10]. Группы этих клеток не скомпонованы в единый «центр» быстрого сна, а работают как отдельные компоненты широкой сети (рис. 1) [11]. Например, активация нейронов голубого пятна (LCα) приводит к развитию атонии мышц; быстрые движения глаз инициируют нейроны ретикулярной формации (РФ), расположенные вблизи ядра отводящего нерва (PAb); мышечные сокращения возникают при активации нейронов гигантоклеточного ядра [11], [12].

Другой механизм возникновения REM-сна предложили Жуве и Томпсон и назвали его «гипотезой активации-синтеза». По мнению ученых, сны — так же, как и в механизме, описанном выше, — являются результатом неспецифической активации нейронов стволовой части мозга. Но на этом анализ не заканчивается, и сигнал далее передается в кору больших полушарий и подкорковые образования для последующего синтеза полученной информации. Ученые разделили все нервные клетки на две категории: холинергические и моноаминергические нейроны «быстрого сна». Быстрый сон является результатом реципрокного взаимодействия этих нервный клеток [9].

Однако нервные центры регуляции сна заложены не только в стволе, но и в промежуточном мозге. ГАМК-ергический «центр NREM-сна» заложен в переднем гипоталамусе, а орексинергические нейроны, обеспечивающие процесс включения «центра REM-сна», — в срединной его части (рис. 2).

Практически одновременно две группы исследователей из Японии и США обнаружили две последовательности аминокислот, похожих друг на друга, но назвали их по-разному [14]. Вскоре выяснилось, что это одно и то же вещество — олигопептиды орексин А, содержащий 33 остатка аминокислот, и орексин B, состоящий из 28 аминокислот [15]. От препроорексина отщепляется белок проорексин, из которого и происходят орексины А и В. Эффект последних предопределяется двумя связанными с G-белком метаботропными рецепторами. OX1R — рецептор 1-го типа, который выборочно связывается только с орексином А, а OX2R — рецептор 2-го типа — не избирателен и связывается с обоими орексинами. Рецептор орексина А связан только с подклассом Gq гетеротримерных G-белков, рецептор орексина B — с подклассами Gq или Go и Gi белками (рис. 2) [16]. Орексинергические нервные клетки взаимодействуют с нейронами голубого пятна, тормозя их [14].

2.2. Как нарушение механизмов перехода в быстрый сон может приводить к СП?

Исследования американских ученых университета Пенсильвании показали, что в основе СП лежит персеверация REM-активности, то есть нарушение переключения из сна в бодрствование [2].

— Персеверация (лат. perseveratio — «настойчивость», «упорство») — устойчивое повторение чего-либо, в данном случае — REM-активности.

В REM-фазу сна системы нашего мозга активно работают, в чем мы удостоверились выше, однако тело при этом остается неподвижным [6]. Но иногда в этот период происходит пробуждение, и, если структуры мозга не успевают синхронизироваться между собой, возникает паралич [17]. На молекулярном уровне пробуждение опосредуется следующими механизмами. Считается, что холинергическая и глутаматергическая системы в основном связаны с биоэлектрическими и поведенческими проявлениями процесса пробуждения [18]. Ядра ствола головного мозга, отвечающие за возбуждение и содержащие ацетилхолин, дофамин, серотонин или норадреналин, активируют таламус, гипоталамус, двигательные нейроны спинного мозга, передний мозг и оказывают подавляющее воздействие на вентролатеральную преоптическую область (ГАМК, галанин); возбуждающие центры гипоталамического и таламического активируют кору и связанные с возбуждением области в базальной части переднего мозга и стволе мозга [19].

Один из наиболее примечательных аспектов СП — это яркие гипногогические или гипнопомпические галлюцинации [1]. Они могут возникать во время резкого пробуждения наряду с видением демонических образов, состоянием панического ужаса и чувством присутствия посторонних [20]. Возможным объяснением данного явления может быть то, что во время быстрого сна происходит снижение активности дыхательных мышц; это связано с угнетением двигательных нейронов. Во время быстрого сна дыхание становится нерегулярным, возникает гипотония скелетных мышц, что приводит к значительному снижению вентиляции легких и дыхательного объема, что приводит к избыточному накоплению углекислого газа в крови — гиперкапнии — и снижению количества кислорода — гипоксии [21]. Кроме того, олигодендроциты — миелинпродуцирующие клетки ЦНС — избирательно чувствительны к гипоксии и фрагментации сна [22].

— Гипногогические галлюцинации — зрительные обманы восприятия, появляющиеся перед засыпанием.

— Гипнопомпические галлюцинации — зрительные обманы восприятия, появляющиеся после пробуждения.

Предполагается, что кроме вторичной (а иногда и первичной) сенсорной коры, нарушение функций в других областях — премоторной области коры, в области поясной извилины, подкорковой и мозжечковой областях — также способствует возникновению галлюцинаций. Нарушение, в результате которого возникают галлюцинации, почти всегда локализовано в областях мозга, связанных с сенсорными системами. Предполагается, что компенсаторная сверхактивация мозговых участков, окружающих эти пути, также является причиной возникновения галлюцинаций [24]. Однако в течение нескольких секунд или минут после пробуждения перцептивные, когнитивные и двигательные компоненты цикла сна синхронизируются, галлюцинации исчезают, и подвижность восстанавливается, когда человек просыпается полностью.

Механизмы REM-on и REM-off систем блокируют импульсы, поступающие по входящим сенсорным волокнам, снабжая кору внутренними стимулами, формирующими содержание сновидений. Они блокируют также активность моторных нейронов коры, тем самым обездвиживая сновидца [1].

Таким образом, при возникновении сонного паралича во время внезапного незапланированного пробуждения в фазу быстрого сна, глазные движения остаются неизменными, проявляя прежнюю высокую активность, а сенсорные ощущения — ясными.

Раздел 3. Методы исследования сонного паралича

3.1. Опросы

Важными методами исследования и диагностики явления сонного паралича считают опрос и обследование людей, испытавших подобный опыт, а также проведение полисомнографии [25], [26].

Опросы проводятся среди здоровых людей, которым задают различного рода вопросы об их ощущениях в период возникновения явления [27]. В основном оценивают состояние нервной системы человека в период возникновения паралича, наличие сопутствующей патологии или повышенной тревожности, темп жизни, место работы или учебы. Сегодня в исследованиях часто используют следующие опросы:

• FISPI — fearful isolated sleep paralysis inventory;
• ISPQ — isolated sleep paralysis questionnaire [28];
• SEQ — sleep experiences questionnaire;
• SPQ — sleep paralysis questionnaire [6];
• USEQ — Unusual sleep experiences questionnaire;
• WUSEQ — Waterloo unusual sleep experiences questionnaire.

Существует также форма опроса, при которой испытуемый делится своим опытом в формате полного описания происходящего с ним в момент протекания сонного паралича: «Однажды, во время сна раздался резкий неприятный шум. Я вроде бы проснулся, но в каком-то другом мире. Дрожь сковала с головы до ног. Следом я почувствовал сильное давление на грудь; было ощущение, что кто-то сидит сверху и, пытаясь задушить, вдавливает меня в кровать. Стало тяжело дышать. Меня охватили ужас и страх. Я пытался кричать, но тщетно, — ни единого звука издать не смог. Какие только мысли не проносились у меня в голове: „я сейчас умру“, „я уже умер“, „я в коме“ и т.д. Происходящее казалось вечностью, давление становилось невыносимым. Но вдруг, дрожь резко отпустила, шум исчез» [20].

Несмотря на то, что у многих людей, ощутивших это явление на себе, остаются не очень приятные ощущения, есть и те, кому новый опыт доставляет позитивные эмоции. Так, исследования группы чешских ученых показали, что более открытые люди с меньшей вероятностью будут негативно интерпретировать часто аномальные переживания, связанные с СП, и с большей вероятностью будут получать удовольствие от новых ощущений и галлюцинаций [25].

Согласно рекомендациям, любую оценку СП необходимо проводить более широко в диагностическом контексте других психических состояний. Например, с использованием структурированного клинического интервью — диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам 5-го издания DSM-5 (Diagnostic and Statistical Manual of mental disorders, fifth edition) [3].

3.2. Полисомнография

Метод полисомнографии применяют для диагностики некоторых заболеваний, проявление которых можно заметить только во время ночного сна. Это исследование безболезненно, практически не ощущается пациентом и не имеет противопоказаний к применению [26].

Полисомнография представляет собой комплекс исследований изменений физиологических показателей организма во время сна, который включает: электроэнцефалографию (ЭЭГ), электроокулографию (ЭОГ), электромиографию (ЭМГ), электрокардиографию (ЭКГ) и пульсоксиметрию [3]. Параллельно ведется запись аудио и видео, что дает представление обо всех изменениях в поведении, которые могут происходить из-за нарушений сна, воздействия на сон терапии и других факторов.

Процедура полисомнографии чаще всего проводится в стационарных условиях, однако может проводиться и дома у пациента [26], [31].

В литературе описаны изменения, зарегистрированные у лиц, испытавших эпизоды СП [32]. Так, при полисомнографическом исследовании ночного сна у одной из испытуемых с периодичностью в 2 минуты были выявлены следующие изменения: эпизоды изменяющегося ритма на ЭЭГ и ЭОГ, характерные для парасомний, то есть нарушения сна, а также удлиненные по сравнению с нормой эпизоды микропробуждений в фазу быстрого сна, которые могут провоцировать развитие парасомний и часто встречаются при нарколепсии; удлинение фазы S4 глубокого сна до 20%, что нарушает архитектуру всего ночного сна и порядок смены фаз сна.

Раздел 4. Факторы риска при явлении паралича сна

Эпизоды паралича могут возникать во время засыпания или после пробуждения [1]. Ученые Великобритании и США подтвердили, что чаще всего патология возникает во время сна на спине [6]. Возможным объяснением этому может быть то, что кровь отливает от лобных долей головного мозга, что провоцирует возникновение галлюцинаций. Риск также увеличивается при ночном апноэ, когда мозг испытывает кислородное голодание [33]. При этом, как уже было описано выше, развивается гипоксия. Тяжелая и продолжительная ее форма провоцирует поражение центров дыхания и кровообращения, расстройство дыхательных рефлексов, появление судорог и т.д.

Сонный паралич может возникать на фоне частых и длительных стрессовых ситуаций, снижения продолжительности сна до критических пределов, при физическом перенапряжении [5].

Заключение

Несмотря на относительно низкую частоту встречаемости явления сонного паралича в популяции, пережитый индивидуальный опыт оставляет настолько яркие и неизгладимые впечатления у людей, испытавших СП даже единожды, что это вдохновляет ученых на протяжении многих веков искать потенциальные механизмы развития сонного паралича, а также находит воплощение в многочисленных произведениях искусства. Одним из потенциальных объяснений считают нарушение переключения из сна в бодрствование, то есть персеверацию REM-активности, в основе которой лежит нарушение сложных взаимодействий холин-, амин- и ГАМК-ергических подкорковых структур и коры больших полушарий на фоне генетической предрасположенности или наличия факторов риска, таких как стресс, повышенный уровень тревожности и систематическое недосыпание.

Литература

1. Richard J. McNally, Susan A. Clancy. (2005). Sleep Paralysis, Sexual Abuse, and Space Alien Abduction. Transcult Psychiatry. 42, 113-122;
2. Brian A. Sharpless, Jacques P. Barber. (2011). Lifetime prevalence rates of sleep paralysis: A systematic review. Sleep Medicine Reviews. 15, 311-315;
3. Адигамова Р.Ф., Васильева Т.В., Мухаметвалеева Д.Р. (2016). Полисомнография. Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы: материалы XХIX Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов. С. 81–83;
4. M. Dahlitz, J.D. Parkes. (1993). Sleep paralysis. The Lancet. 341, 406-407;
5. Бережной Г. Г., Гадирова Т. Р. (2017). Психопатологические симптомы, сопровождающие состояние сонного паралича. Актуальні питання нейронаук: Збірник тез Всеукраїнської конференції молодих вчених та студентів. 95 с.;
6. Dan Denis, Christopher C. French, Alice M. Gregory. (2018). A systematic review of variables associated with sleep paralysis. Sleep Medicine Reviews. 38, 141-157;
7. Тик-так по-шведски. Нобелевская премия за циркадные ритмы;
8. K. L. Toh. (2001). An hPer2 Phosphorylation Site Mutation in Familial Advanced Sleep Phase Syndrome. Science. 291, 1040-1043;
9. Claudio L. Bassetti, Mathias Bischof, Philipp Valko. (2005). Dreaming: A Neurological View. Psychoanalysis and Neuroscience. 351-387;
10. Ковальзон В. М. (2011). Центральные механизмы регуляции цикла бодрствование–сон. Физиология человека. 37 (4), 124–134;
11. Subimal Datta, Robert Ross MacLean. (2007). Neurobiological mechanisms for the regulation of mammalian sleep–wake behavior: Reinterpretation of historical evidence and inclusion of contemporary cellular and molecular evidence. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 31, 775-824;
12. Тайны голубого пятна;
13. Очень нервное возбуждение;
14. Ковальзон В. М. Основы сомнологии: физиология и нейрохимия цикла «бодрствование—сон». М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. — 239 с.;
15. Сон и старение I: «Часы в мозге» и влияние генов на ритм жизни;
16. Ковальзон В. М. (2016). Роль орексинергической системы мозга в регуляции бодрствования и сна. Эффективная фармакотерапия. 19, 6–14;
17. Жлоба Н. Н., Беленков К. Д. (2019). Сонный паралич. Проблемы и перспективы развития современной медицины. Сборник научных статей XI Республиканской научно-практической конференции с международным участием студентов и молодых ученых. С. 51–52;
18. Ковальзон В. М. Нейрофизиология и нейрохимия сна. Сомнология и медицина сна. М.: Медфорум, 2016. С. 11–55;
19. Constance Richter, Ian G. Woods, Alexander F. Schier. (2014). Neuropeptidergic Control of Sleep and Wakefulness. Annu. Rev. Neurosci.. 37, 503-531;
20. Жилов Д.А., Наливайко Т.В. (2013). Интроспективный анализ проявлений сонного паралича. Сборник докладов XVI-ой Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной психологии и педагогики». С.148–155;
21. Mak Adam Daulatzai. (2013). Death by a Thousand Cuts in Alzheimer’s Disease: Hypoxia—The Prodrome. Neurotox Res. 24, 216-243;
22. M. Bellesi, M. Pfister-Genskow, S. Maret, S. Keles, G. Tononi, C. Cirelli. (2013). Effects of Sleep and Wake on Oligodendrocytes and Their Precursors. Journal of Neuroscience. 33, 14288-14300;
23. M. Dahlitz, J.D. Parkes. (1993). Sleep paralysis. The Lancet. 341, 406-407;
24. Paul Allen, Frank Larøi, Philip K. McGuire, Andrè Aleman. (2008). The hallucinating brain: A review of structural and functional neuroimaging studies of hallucinations. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 32, 175-191;
25. Monika Kliková, Brian A. Sharpless, Jitka Bušková. (2020). Could sleep paralysis be pleasant?. J Sleep Res;
26. Глухова Л.Ю., Мухик К.Ю. (2010). Видео-ЭЭГ полисомнография: обзор литературы. Русский журнал детской неврологии. 5(3), 21–29;
27. T. Takeuchi, A. Miyasita, Y. Sasaki, M. Inugami, K. Fukuda. (1992). Isolated Sleep Paralysis Elicited by Sleep Interruption. Sleep. 15, 217-225;
28. Subimal Datta. (2010). Cellular and chemical neuroscience of mammalian sleep. Sleep Medicine. 11, 431-440;
29. Valérie Simard, Tore A. Nielsen. (2005). Sleep paralysis-associated sensed presence as a possible manifestation of social anxiety.. Dreaming. 15, 245-260;
30. Murray P. Abrams, Ashlee D. Mulligan, R. Nicholas Carleton, Gordon J.G. Asmundson. (2008). Prevalence and correlates of sleep paralysis in adults reporting childhood sexual abuse. Journal of Anxiety Disorders. 22, 1535-1541;
31. M. V. Agaltsov. (2020). Polysomnography or cardiorespiratory monitoring: what is the best method to diagnose sleep-disordered breathing?. Arter. gipertenz.. 25, 604-612;
32. Нафранович О. А. (2019). Полисомнографические особенности ночного сна при парасомниях по типу сонного паралича. Актуальные проблемы современной медицины и фармации: сборник материалов LXXIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых. С. 869–872;
33. Жлоба Н. Н., Беленков К. Д. (2019). Сонный паралич. Проблемы и перспективы развития современной медицины. Сборник научных статей XI Республиканской научно-практической конференции с международным участием студентов и молодых ученых. С. 51–52.