Sömnens neurokemi

Sömnens Neurokemi

Sömn är något så essentiellt för alla djur att det skulle vara konstigt om det bara skulle handla om en spontan minskning i hjärnaktiviteten. Hjärnan har utvecklat ett system för att vi skall kunna somna, uppehålla sömn och vakna upp. M.a.o. är sömnen en koordinerad aktivitet av hjärnan, och den är mycket väl reglerad. Orsaken varför vi sover tvistar forskarna ännu om - det tänker jag inte ta upp här utan jag väljer att koncentrera mig på sömnens kontrollmekanismer.

Hjärnan har ett centrum för sömn i hypotalamus. Hypotalamus är en liten samling av kärnor (liknande nervceller) som sköter om homeostasen (jämvikt) i kroppen, exempelvis temperatur, sex, aptit osv. Centrumet finns i främre delen av hypotalamus och benämns VLPO (ventrolateral preoptic area). Denna ansamling av kärnor sänder främst inhibitoriska (bromsande) signalsubstanser som GABA och peptiden galanin, vilka har möjlighet att stänga av flera olika delar av hjärnans aktiveringssystem.

Vidare har hjärnan rikligt med små kärnor som innehåller specifika signalsubstanser som t.ex. sertonin, noradrenalin och histamin, som bl.a. kontrollerar vakenheten. De har långa axoner genom vilka de skickar signaler till hela hjärnan i princip. Dessutom har de många synapser som binder ihop nervceller, vilket betyder att de kommer i kontakt med ett stort antal nervceller. Genom att kontrollera dessa center med hjälp av t.ex. VLPO så kan en väldigt liten mängd nervceller kontrollera aktiviteten i hela hjärnan.

Bevisen för att det just är VLPO som är aktiv i sömnregleringen är att detta område uppvisar betydligt mera hjärnaktivitet när man sover än när man är vaken. Mera vetenskapligt kan man säga att en EEG (förändingar i hjärnans elektriska aktivitet) uppvisar NREM (non rapid eye movement sleep). Hjärnaktiviteten korrelerar också med djupsömn och skador på den delen av hjärnan försämrar djupsömnen betydligt.

Olika kontrollsystem

Sömnen delas klassiskt in i fem steg: lättsömn och djupsömn (steg 1-4) samt REM-sömnen som involverar drömskedet (steg 5). Hjärnan har även andra centrum än VLPO som kontrollerar sömnen, alla med varierande uppgifter. Det finns ett drömcentrum som befinner sig i en av hjärnans äldre och enklare delar, den s.k. bryggan (pons på engelska). Det brukar kallas LDT&PPT. I främre delen av hjärnan finns det ett centrum som kontrollerar hur länge man varit vaken och sänder trötthetssignaler när man vakat tillräckligt länge, m.a.o. kontrollerar det homeostatiska behovet av sömn.

Dessutom finns det dygnsrytmskontrollerad sömn som styrs i SCN(Suprachiasmatic nucleus), som påverkas av dagsljus och bestämmer när man har möjlighet att kunna somna eller vakna.

Drömsömnens reglerng

När man somnar kommer hjärnan via VLPO att stänga av histaminsystemet i hjärnan, som långt sköter om vakenhet och medvetande. Sertonin- och nordadrenalinkärnorna som bl.a. reglerar humör, vakenhet och minnet, inhiberas också av VLPO. SE (sertonin) och NA (nordadrenalin) minskar sin aktivitet under lätt- och djupsömnen och stänger helt sin aktivitet totalt vid REM-sömn.

NA och SA stoppar REM-sömnen med hjälp av LDT&PPT genom att inhibera de s.k. REM on-nervcellerna. NA- och SA-nervcellerna som stänger av aktiviteten kallas "Rem off". Medan man är vaken är REM off-neuronerna alltid aktiva och gör att vi inte börjar drömma på dagen. Men till natten minskas SA- och NA-nervcellernas aktivitet av VLPO och vid tillräcklig minskning kommer inhiberingen att avta och REM-sömnen påbörjas. REM karakteriseras av att LDT&PPT utsöndrar acetylkolin i vissa hjärndelar, främst i den visuella delen av hjärnan och i minnescentret hippocampus. Det intressanta med det här är att genom att använda nervbanor som inte normalt används, kan hjärnan skapa ett helt annat aktiveringsmönster än i det vakna tillståndet. Ändå är det en aktiv process som gör att hjärnaktiviteten liknar den vaknas.

REM-sömnen avslutas genom att acetylkolinet slutligen stimulerar lite aktivitet i REM off- nervcellerna så att djupsömnen kan återupptas.

I mitten av hjärnan finns ett par kärnansamlingar som brukar kallas för ”basal forebrain”. De utsöndrar också acetylkolin, som väldigt långt kontrollerar den främre och modernaste delen av hjärnan. De aktiverar m.a.o. inte samma neuroner som står för REM-sömnen. Basal forbrain och dess utsöndrade acetylkolin påverkar starkt vårt logiska tänkande och medvetenhet. När den stängs av till natten så kommer främre delen av hjärnan att vara nästan helt passiv, vilket leder till att korttidsminnet inte fungerar under drömsömnen (påverkas också av passivitet av andra vakenhetssubstanser). Det är förklaringen till att drömmar kan vara väldigt bisarra, eftersom det inte finns något som bestämmer en logisk struktur.

Sömnbehovet efter vakande

Basal forebrain samlar ständigt på ämnet adenosin när man är vaken. Det är en ATP-molekyl utan några fosforgrupper, och ansamlas hela tiden då energi används av aktiva nervceller. Desto längre man vakar, desto mera energimolekyler kommer det att finnas i form av adenosin, vilka aktiverar adenosinreceptorer som minskar utsöndringen av acetylkolin i basal forbrain. Detta leder till trötthet och att man inte tänker lika klart. Koffein påverkar bl.a. detta centrum genom att hindra adenosinet från att reagera med sina receptorer, och kan således delvis motverka sömnbrist.

Adenosin tillverkas på alla ställen i hjärnan under vakenhet men receptorer finns egentligen bara i basal forbrain.

Om man lider av sömnbrist eller vakar extra länge så kommer det att finnas extra stor tillgång på adenosin. Det betyder att man kommer att ha extra mycket djupsömn nästa natt för att kompensera sömnbristen.

Dygnsrytm och sömn

Dygnsrytmen kontrolleras av den biologiska klockan i SCN. Denna utsöndrar melatonin från hypofysen som gör en trött, det fungerar egentligen som ett insomningshormon. I ögat finns receptorer som reagerar på ljus och sänder signaler till SCN för att stoppa utsöndringen av melatonin, så att vi skall vara vakna när det är ljust. När det däremot blir mörkt ökar melatoninproduktionen och sannolikheten är mycket större att somna än mitt under dagen. Detta kan dock leda till problem i nordliga länder var det är mörkt under längre perioder, vilket innebär att melatoninutsöndringen blir överdrivet stor.

Melatoninet aktiverar nerver i SCN, som indirekt aktiverar VLPO, som sedan stänger av resten av aktiveringssystemen. Det är troligen inte den enda effekten, utan melatonin kan modulera en hel del sekundära budbärare och indirekt leda till sömn.

Orsaken till att man ofta blir sömning på kvällen vid samma tid, om man har regelbundna rutiner, är att den biologiska klockan aktiverar melatoninutsöndringen vid ungefär samma tid. En stund senare kan man piggna till om man inte går och lägger sig, vilket beror på att melatoninet bryts ner och utsöndringen inte är lika kraftig.

Andra regleringssystem

Detta är den allmännaste regleringen som sker vid sömnen, men det finns ett flertal andra sätt som signalsubstanserna kan fungera på och det finns många flera som är aktiva och kan reglera bl.a. sömnens kvalité och längd. Bl.a. finns det ett vakenhetscentrum i hypotalamus som sänder ut orexin, som väldigt långt aktiverar de flesta aktiveringscentrena i hjärnan. Det är möjligt att VLPO stänger av det här centrumet i vissa fall; brist på orexin kan leda till sjukdomen narkolepsi som gör att man kan somna var som helst och genast hamnar i REM-stadiet, vilket man inte normalt gör.

Ett annat exempel är vissa inflammatoriska ämnen som t.ex. IL-1 som finns vid autoimmuna sjukdomar samt virus- och bakterieinfektioner också kan aktivera VLPO vilket leder till att man ofta blir väldigt trött när man är sjuk.

Sammanfattning:

- sömnen är kordinerad aktivitet i hjärnan

- vissa hjärndelar och signalsubstanser är aktiva vid sömn och vissa främst vid sömn.

- hjärnaktiviteten är annorlunda vid REM än djupsömn

- REM sömnen är så bisarr för den aktiverar andra nervceller än de som är aktiva vid vakenhet eller djupsömn

- vissa hjärncenter som t.ex. VLPO kan stänga av aktiveringssystem, detta gör att få nerver kan minska aktiviteten i nästan hela av hjärnans miljardtals neuroner.

- sömnen kontrolleras av dygnsrytmen som bestämmer när man mest sannolikast kan somna och hur länge man vakat som säger hur djup sömnen blir och hur trött man känner sig

Källor:

Neurochemistry of sleep and wakefulnes av Jaime M. Monti, S:R: Pandi-Peumal, Christopher M. Sinton

wikipedia