Апноэ во сне часто, но не всегда сопровождается громким храпом, возникает, когда дыхательные пути спящего человека сжимаются и перестают дышать. Снижение уровня кислорода (O2) и повышение уровня углекислого газа (CO2) в крови предупреждает спящий мозг о проблеме, пробуждая спящего на время, достаточное для восстановления дыхания.«Человек с апноэ просыпается и снова начинает дышать, и этот цикл может повторяться сотни раз за ночь, поэтому человек никогда не засыпает очень глубоко», — сказал старший автор Клиффорд Б. Сапер, доктор медицины, председатель отделения неврологии в BIDMC. . «Утром они могут не вспомнить, что у них не было спокойного ночного сна, но будут чувствовать себя очень усталыми».
Фрагментарный сон может вызвать у людей с апноэ значительные нарушения когнитивных функций, настроения и дневной активности; это также может увеличить риск сердечно-сосудистых заболеваний. Но что, если бы ученые могли предотвратить пробуждение мозга сотни раз за ночь в ответ на повышение уровня CO2, в то же время позволяя ему снова восстановить нормальное дыхание?«Наша цель состояла в том, чтобы идентифицировать схему, отвечающую за пробуждение мозга во время апноэ во сне, которая отличается от той части мозга, которая контролирует дыхание», — сказал Сэпер, который также является профессором неврологии и нейробиологии Джеймса Джексона Патнэма в Harvard Medical. Школа. «Если бы мы могли предотвратить пробуждение мозга во время апноэ и активировать только ту часть мозга, которая открывает дыхательные пути, люди с обструктивным апноэ во сне все равно могли бы хорошо выспаться».
Используя корпус с регулируемыми атмосферными уровнями O2 и CO2, Сапер и его коллеги имитировали эффекты OSA у мышей, изменяя соотношение двух газов каждые пять минут в течение 30 секунд.Затем Сапер и его коллеги сосредоточились на подмножестве нейронов, называемых клетками PBelCGRP, которые, как известно, проявляют активность в ответ на повышенный уровень CO2. Команда использовала мышей с этими генетически измененными клетками таким образом, чтобы исследователи могли активировать или подавлять нейроны по своему желанию, используя свет или лекарства для запуска генетических переключателей.
Эти эксперименты, известные как оптогенетика и хемогенетика, продемонстрировали, что активация этих клеток разбудит мышей и заставит их спать в течение нескольких часов. Они также показали, что подавление активности клеток PBelCGRP позволит мышам спать даже при повышении уровня CO2 в воздухе вокруг них. Взятые вместе, эти результаты показывают, что клетки PBelCGRP пробуждают мозг и необходимы для возбуждения.В последнем эксперименте исследователи проследили длинные ветви нейронов PBelCGRP (называемые аксонами) до клеток, с которыми они соединяются в других областях мозга.
Не нарушая всей активности клеток, исследователи отключили связь нейронов PBelCGRP с ключевым участком в базальной части переднего мозга. Это привело к почти полной потере чувствительности к возбуждению СО2.Сапер и его коллеги отмечают, что повышение уровня CO2 может быть не единственным фактором, который неоднократно пробуждает людей с апноэ во сне в течение ночи. Отрицательное давление воздуха в спавшихся верхних дыхательных путях также может посылать «пробуждающие» сигналы в мозг через другую нейронную цепь.
Или нейроны PBelCGRP могут разбудить спящий мозг в ответ на различные стимулы, а не только на повышение уровня CO2, предполагают исследователи. Изучение того, какие нейроны регулируют возбуждение, может позволить ученым разработать лекарства для лечения обструктивного апноэ во сне и других нарушений сна.«Долгосрочная цель этого исследования — разработать лекарства, которые повлияют на определенные пути в головном мозге», — сказал Сапер. «Следующий шаг — посмотреть, можем ли мы использовать лекарства, чтобы предотвратить реакцию пробуждения, одновременно увеличивая открытие дыхательных путей.
Таким образом, апноэ не разбудит человека».