Naučnici otkrili kako dubok san gradi mišiće, topi masnoće i jača mozak

Dobar noćni san čini mnogo više od toga da se ujutro osjećate odmorno. Tokom dubokog sna, tijelo oslobađa hormon rasta, moćan hemijski glasnik koji pomaže u izgradnji mišića, jačanju kostiju i regulaciji metabolizma masti. Za tinejdžere je dovoljno sna posebno važno jer hormon rasta igra ključnu ulogu u dostizanju njihovog punog potencijala visine.

Naučnici već dugo znaju da nedovoljno sna može ometati proizvodnju hormona rasta. Ono što je ostalo nejasno jeste tačno kako mozak kontroliše ovaj proces, posebno tokom ne-REM faze sna, duboke i obnavljajuće faze koja obično dominira u prvom dijelu noći.

Sada su istraživači sa Univerziteta Kalifornije u Berkliju otkrili moždanu strukturu koja stoji iza ovog odnosa. U studiji objavljenoj u časopisu Cell, tim je identifikovao neuronske ćelije koje regulišu oslobađanje hormona rasta tokom sna i otkrio do sada nepoznat sistem povratne sprege koji pomaže u održavanju delikatne ravnoteže između nivoa hormona i budnosti.

Ovo otkriće pokazuje da odnos funkcionisanja ide u oba smjera. San stimuliše proizvodnju hormona rasta, ali hormon rasta takođe šalje signale nazad u mozak koji utiču na to kada se budimo.

Ovi nalazi bi s vremenom mogli pomoći naučnicima da razviju nove pristupe u liječenju poremećaja spavanja koji su povezani s metaboličkim bolestima poput dijabetesa, kao i neurološkim stanjima, uključujući Parkinsonovu i Alchajmerovu bolest.

&quotLjudi znaju da je oslobađanje hormona rasta usko povezano sa snom, ali samo kroz vađenje krvi i provjeru nivoa hormona rasta tokom sna", izjavio je prvi autor studije Sinlu Ding, postdoktorski istraživač na Odjeljenju za neuronauku UC Berkeley i Institutu za neuronauku Helen Wills. &quotMi zapravo direktno snimamo moždanu aktivnost kod miševa da bismo vidjeli šta se dešava. Pružamo osnovni krug na kojem ćemo raditi u budućnosti kako bismo razvili različite tretmane."

Zašto je dubok san važan za rast i metabolizam

Hormon rasta je najpoznatiji po svojoj ulozi u razvoju tokom djetinjstva, ali njegova važnost se proteže i duboko u odraslo doba. On podržava održavanje mišića i kostiju, pomaže tijelu da reguliše način na koji koristi uskladištenu masnoću i utiče na nivo šećera u krvi.

Kada je san dosljedno narušen, regulacija hormona rasta može patiti. Budući da ovaj hormon pomaže u kontroli metabolizma glukoze i masti, neadekvatan san može doprinijeti povećanom riziku od gojaznosti, dijabetesa i kardiovaskularnih bolesti.

Kako bi razumjeli na koji način mozak koordinira ove procese, istraživači sa Berklija su se fokusirali na region koji se zove hipotalamus. Smješten duboko u mozgu, ovaj mali, ali esencijalni kontrolni centar pomaže u regulaciji gladi, tjelesne temperature, proizvodnje hormona i dnevnog ciklusa spavanja i buđenja. Njegove osnovne funkcije su očuvane kroz cijelu evoluciju sisara.

Unutar hipotalamusa, istraživači su proučavali neurone koji proizvode hormon koji oslobađa hormon rasta (GHRH) i dvije različite vrste neurona koji proizvode somatostatin.

Ovi hemijski glasnici imaju suprotne funkcije. GHRH podstiče lučenje hormona rasta, dok ga somatostatin potiskuje. Zajedno, oni pomažu u kontroli količine hormona rasta koja dospijeva u krvotok, uglavnom regulisanjem njegovog oslobađanja iz hipofize, male strukture koja proizvodi hormone u bazi mozga.

Naučnici su takođe istraživali kako hormon rasta utiče na locus coeruleus, regiju u moždanom stablu koja učestvuje u budnosti, pažnji, razmišljanju i nagonu za istraživanjem novih ili nepoznatih iskustava.

Poremećaji u aktivnosti ove regije povezani su s nekoliko psihijatrijskih i neuroloških poremećaja.

&quotRazumijevanje neuronskog kruga za oslobađanje hormona rasta moglo bi na kraju ukazati na nove hormonske terapije za poboljšanje kvaliteta sna ili vraćanje normalne ravnoteže hormona rasta", rekao je Danijel Silverman, postdoktorski istraživač sa UC Berkeley i koautor studije. &quotPostoje neke eksperimentalne genske terapije u kojima ciljate na određeni tip ćelija. Ovaj krug bi mogao biti nova poluga za pokušaj smanjenja razdražljivosti locus coeruleusa, o čemu se ranije nije govorilo."

Naučnici mapirali moždani krug koji kontroliše hormon rasta

Istraživanje je sprovedeno u laboratoriji Yang Dana, profesora neuronauke i molekularne i ćelijske biologije na UC Berkeley.

Kako bi istražili kako ovaj mehanizam funkcioniše, tim je proučavao miševe koristeći elektrode ugrađene u njihov mozak. Naučnici su snimali moždanu aktivnost dok su koristili svjetlost za stimulaciju specifičnih neurona u hipotalamusu, što im je omogućilo da posmatraju kako različiti dijelovi sistema reaguju.

Miševi su posebno korisni za proučavanje regulacije sna jer se njihovi obrasci spavanja značajno razlikuju od ljudskih. Umjesto spavanja u jednom dugom bloku svake noći, miševi obično spavaju u kratkim epizodama koje traju samo nekoliko minuta, raspoređenim tokom dana i noći.

Ovo je istraživačima dalo ponovljene prilike da ispitaju kako su se moždana aktivnost i regulacija hormona rasta mijenjali dok su životinje prelazile između stanja sna i budnosti.

Koristeći napredne tehnike za praćenje veza između moždanih ćelija, tim je otkrio da se GHRH i somatostatin ponašaju drugačije u zavisnosti od faze sna.

Tokom REM faze sna, faze koja se obično povezuje sa živopisnim snovima, aktivnost koja uključuje i GHRH i somatostatin se povećava. Iako ovi hormoni obično vrše suprotne efekte, njihova koordinisana aktivnost tokom ove faze doprinosi povećanom oslobađanju hormona rasta.

Tokom ne-REM sna, obrazac se mijenja. Aktivnost somastostatina se smanjuje, smanjujući njegov inhibitorni uticaj, dok aktivnost GHRH umjereno raste. Ova kombinacija takođe promoviše lučenje hormona rasta.

Ovo otkriće pomaže u objašnjenju kako različite faze sna mogu podržati oslobađanje istog esencijalnog hormona kroz različite obrasce moždane aktivnosti.

Hormon rasta takođe pomaže u kontroli kada se budimo

Možda najiznenađujući nalaz jeste da hormon rasta ne reaguje samo na signale iz mozga koji spava. On takođe utiče na moždane krugove koji kontrolišu budnost.

Kako se hormon rasta postepeno akumulira tokom sna, on stimuliše neurone u locus coeruleusu, povećavajući njihovu aktivnost i pomažući u podsticanju prelaza ka budnosti.

Ovo stvara povratnu petlju u kojoj san podstiče oslobađanje hormona rasta, a rezultirajuća aktivnost hormona pomaže u regulaciji ciklusa spavanja i buđenja.

Istraživači su takođe identifikovali neočekivanu komplikaciju. Iako veća aktivnost u locus coeruleusu općenito promoviše budnost, pretjerana stimulacija može imati suprotan efekat.

U ranijoj studiji objavljenoj iste godine, Silverman je pokazao da kada neuroni u ovoj regiji postanu previše uzbuđeni, oni paradoksalno mogu promovisati pospanost umjesto budnosti.

Zajedno, ovi nalazi otkrivaju pomno regulisan sistem u kojem mozak mora uravnotežiti suprotstavljene signale kako bi održao zdrav san i hormonsku aktivnost.

Naučnici ovu vrstu samoregulšućeg procesa opisuju kao homeostazu, sposobnost tijela da održava stabilne unutrašnje uslove čak i kada se njegovo okruženje i fiziološki zahtjevi mijenjaju.

&quotOvo sugeriše da san i hormon rasta čine usko uravnotežen sistem: premalo sna smanjuje oslobađanje hormona rasta, a previše hormona rasta zauzvrat može potisnuti mozak prema budnosti", rekao je Silverman. &quotSan pokreće oslobađanje hormona rasta, a hormon rasta daje povratnu informaciju za regulaciju budnosti, i ova ravnoteža je neophodna za rast, oporavak i metaboličko zdravlje."

Iznenađujuća veza između sna i zdravlja mozga

Novootkriveni sistem povratne sprege može imati implikacije koje se protežu izvan fizičkog rasta i metabolizma.

Budući da locus coeruleus pomaže u regulaciji pažnje, budnosti i kognitivnih funkcija, uticaj hormona rasta na ovu regiju sugeriše da bi takođe mogao igrati ulogu u tome koliko efikasno mozak funkcionisao nakon buđenja.

Ovo otvara mogućnost da održavanje zdravog sna i ritma hormona rasta može podržati i fizički oporavak i mentalne performanse.

&quotHormon rasta ne samo da vam pomaže da izgradite mišiće i kosti i smanjite masno tkivo, već može imati i kognitivne prednosti, promovišući vaš ukupni nivo budnosti kada se probudite", rekao je Ding.

Identifikovanjem specifičnih moždanih ćelija i signalnih puteva koji su uključeni, istraživači su obezbijedili temelj za istraživanje terapija koje ciljaju na poremećen san i regulaciju hormona.

Takvi pristupi bi se s vremenom mogli pokazati korisnim za osobe s poremećajima spavanja povezanim s metaboličkim poremećajima ili neurološkim bolestima. Međutim, eksperimenti su sprovedeni na miševima, a dodatna istraživanja biće potrebna kako bi se utvrdilo kako ovi mehanizmi funkcionišu kod ljudi i mogu li se oni bezbjedno tretirati.

Ovi nalazi naglašavaju fundamentalni princip biologije sna: Odmor nije samo period kada se mozak isključuje. To je aktivan, pažljivo koordiniran proces u kojem hormoni i moždani krugovi stalno komuniciraju kako bi podržali rast, oporavak, metabolizam i budnost.

Izvor: ScienceDaily (Zdravlje & Medicina)