Alvásszabályozás dióhéjban I.

Az elalvás és a felébredés az agyműködés radikális megváltozásával járnak, ezeket a változásokat pedig egyrészt kivitelezni, másrészt időzíteni kell. Ebben a rövid írásban az alvás és az ébrenlét idegrendszeri alapjait tekintjük át.

Már a XIX. században is több olyan esetet leírtak, amikor a beteg a szokásosnál jóval többet vagy éppen kevesebbet aludt az agyban kialakult tumor hatására. Ezek a tumorok többnyire a hipotalamusz környékén helyezkedtek el, ám ekkor még kevesen gondolták, hogy az alvást és az ébrenlétet egy-egy konkrét agyterülethez lehetne kötni.

A XX. század elején Constantin von Economo az encephalitis lethargica névre keresztelt titokzatos járvány áldozatait vizsgálva, újfent kapcsolatra bukkant az alvás és ébrenlét zavarai, illetve a hipotalamusz között. A betegség főleg az idegrendszerhez köthető tüneteket okozott, és sokan bele is haltak, ami lehetőséget adott a tünetek és az agyi elváltozások közötti kapcsolatok vizsgálatára. A fertőzöttek egy része nem tudott aludni, náluk általában a hipotalamusz elülső részén pusztultak el idegsejtek. A betegek egy másik csoportja akár napi 20 órát aludt, ők jóformán csak a legfontosabb önfenntartó tevékenységek elvégzésének idejére ébredtek fel. Náluk a hipotalamusz hátulsó részén mutattak ki elváltozásokat.

hypothalamus
A hipotalamusz elhelyezkedése az emberi agyban (a harmadik agykamra alulsó részét körülölelő idegsejtcsoport).

Az éberséget sokáig a környezetből érkező ingerek függvényének tartották és így az alvást passzív folyamatnak, amit az éberséghez szükséges idegrendszeri aktivitás hiánya okoz. Azt a gondolatot tehát, hogy egy-egy jól körülhatárolható idegsejtcsoport lenne felelős az ébrenlét és az alvás létrehozásáért továbbra is elvetették, annak ellenére, hogy von Economo eredményei mellett Walter R. Hess vizsgálatai is ezt az elképzelést támogatták.

Az 1930-as években Frederick Brémer, kihasználva az idegsebészeti eljárások fejlődését, kísérleti állatai agyát különböző szinteken metszette át és mesterségesen tartotta életben őket, miközben elektroenkefalográfiával (EEG) figyelte az agyműködésüket. Az agytörzs alatti átmetszés eredményeképp megmaradt az állatok alvás-ébrenlét ciklusa, viszont amikor az agytörzs fölött végezte el a beavatkozást, akkor az állatok folyamatosan a mélyalvásra jellemző EEG jelet produkáltak és nem reagáltak a külső ingerekre. Úgy tűnt tehát, hogy az agytörzs hozza létre az éberséget, nélküle az előagy folyamatosan “alszik”. 1949-ben Moruzzi és Magoun mesterségesen altatott állatok agytörzsének elektromos ingerlésével az ébrenlétihez hasonló EEG jelet rögzített és ezzel hamarosan elfogadottá vált a gondolat, hogy az alvás és az ébrenlét váltakozását nem a külső ingerek intenzitása, hanem egy belső idegrendszeri mechanizmus szabályozza.

Idővel kiderült, hogy a felszálló aktiváló rendszernek keresztelt agytörzsi struktúra több magcsoportot is magába foglal, melyek a talamuszon és a hipotalamuszon keresztül az egész előagyat beidegzik és például noradrenalint, szerotonint, hisztamint szabadítanak fel benne. Ez a rendszer tehát az éberségért felel, kapcsolatainak feltérképezése pedig arra világított rá, hogy van egy olyan sejtcsoport a hipotalamusz elülső részében (ventrolaterális preoptikus mag), ami gyakorlatilag a rendszer összes tagját beidegzi. A mag neuronjai a sejtkapcsolatokban gátló neurotranszmittereket szabadítanak fel, vagyis gátolják a felszálló aktiváló rendszert, így gátolják az előbb említett transzmitterek felszabadulását az előagyban és ezzel valószínűleg az elalvást okozzák.

Figure 5
A felszálló aktiváló rendszer részei (forrás).

Az agytörzsi aktiváló rendszer és a ventrális preoptikus mag (VLPO) tehát az ébrenlétért és az alvásért felelnek. Az agytörzsi sejtcsoportok aktivitása éberséget okoz, ezeket a sejtcsoportokat pedig a hipotalamikus VLPO képes elnémítani. Ezt az egyszerű modellt még egy részlettel szokás kiegészíteni, méghozzá az orexinerg (tehát a jelátvitelhez orexint használó) sejtcsoporttal, ami szintén a hipotalamuszban helyezkedik el. Az orexint termelő sejtek száma a narkolepsziás betegeknél jelentősen lecsökken, napközben alvásrohamok jelentkezhetnek, éjszaka viszont nehezen tudnak elaludni és gyakran felébrednek. Az orexinerg sejtek fokozzák az agytörzsi aktiváló rendszer neuronjainak aktivitását, ezzel feltehetőleg az ébrenlétet stabilizálják: nélkülük az ember könnyebben elaludhat akár napközben is, így nem alakul ki a megfelelő alvásnyomás az éjszakára.

Schematic drawing showing main projections of orexin neurons.This figure summarizes predicted orexinergic projections in the human brain. Please note that distributions of orexin fibres and receptors (OX1R, OX2R) are predicted from the results of studies on rodent brains, as it is on rodents that most histological studies on the orexin system have been carried out. Circles show regions with strong receptor expression and dense orexinergic projections. Orexin neurons originating in the lateral hypothalamic area (LHA) and posterior hypothalamus (PH) regulate sleep and wakefulness and the maintenance of arousal by sending excitatory projections to the entire CNS, excluding the cerebellum, with particularly dense projections to monoaminergic and cholinergic nuclei in the brain stem and hypothalamic regions24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 38, including the locus coeruleus (LC, containing noradrenaline), tuberomammillary nucleus (TMN, containing histamine), raphe nuclei (Raphe, containing serotonin) and laterodorsal/pedunclopontine tegmental nuclei (LDT/PPT), containing acetylcholine). Orexin neurons also have links with the reward system through the ventral tegmental area (VTA, containing dopamine) and with the hypothalamic nuclei that stimulate feeding behaviour. Anatomical image adapted, with permission, from Ref. 108 © (1996) Appleton & Lange.
Az orexinerg idegsejtek beidegzik a felszálló aktiváló rendszer sejtcsoportjait (forrás).

Ez lenne tehát az alvás és ébrenlét közvetlen szabályozása dióhéjban. Az alvásszabályozásnak azonban még egy fontos kérdése az időzítés is – honnan “tudja” a VLPO, hogy mikor kell elcsendesítenie a felszálló aktiváló rendszer sejtjeit? Legközelebb ezt nézzük át, gyorsan és egyszerűen (itt).