محققان کشف کردند چگونه خواب عمیق عضله سازی می‌کند، چربی می‌سوزاند و عملکرد مغز را تقویت می‌کند

محققان مدارهای مغزی را که ارتباط بین خواب عمیق و ترشح هورمون رشد را نشان می‌دهند، شناسایی کرده‌اند و نشان می‌دهند که چگونه این دو یکدیگر را تنظیم می‌کنند. این حلقه بازخورد تازه کشف شده به توضیح این موضوع کمک می‌کند که چرا کمبود خواب می‌تواند با رشد، ترمیم عضله، متابولیسم چربی و عملکرد مغز تداخل داشته باشد. منبع: آزمایشگاه Yang Dan/UC Berkeley

دانشمندان مدت‌هاست که می‌دانند کمبود خواب می‌تواند با تولید هورمون رشد تداخل داشته باشد. آنچه نامشخص باقی مانده بود این بود که دقیقاً مغز چگونه این فرآیند را کنترل می‌کند، به ویژه در طول خواب غیر REM، مرحله عمیق و ترمیمی که معمولاً در اوایل شب غالب است.

اکنون، محققان در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، مدارهای مغزی پشت این رابطه را کشف کرده‌اند. در مطالعه‌ای که در مجله Cell منتشر شده است، این تیم نورون‌هایی را که تنظیم ترشح هورمون رشد را در طول خواب انجام می‌دهند، شناسایی کرد و یک سیستم بازخورد ناشناخته قبلی را کشف کرد که به حفظ تعادل ظریف بین سطوح هورمون و بیداری کمک می‌کند.

این کشف نشان می‌دهد که این رابطه در هر دو جهت کار می‌کند. خواب تولید هورمون رشد را تحریک می‌کند، اما هورمون رشد نیز پیام‌هایی را به مغز ارسال می‌کند که بر زمان بیدار شدن ما تأثیر می‌گذارد.

این یافته‌ها در نهایت می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا رویکردهای جدیدی را برای درمان اختلالات خواب مرتبط با بیماری‌های متابولیک مانند دیابت و همچنین شرایط عصبی از جمله پارکینسون و آلزایمر ایجاد کنند.

«افراد می‌دانند که ترشح هورمون رشد به شدت با خواب مرتبط است، اما فقط با اندازه‌گیری خون و بررسی سطوح هورمون رشد در طول خواب. ما در واقع مستقیماً فعالیت عصبی را در موش‌ها ثبت می‌کنیم تا ببینیم چه اتفاقی می‌افتد. ما در حال ارائه یک مدار اساسی هستیم تا در آینده برای توسعه درمان‌های مختلف روی آن کار کنیم.»

چرا خواب عمیق برای رشد و متابولیسم مهم است

هورمون رشد بیشتر به خاطر نقش خود در رشد دوران کودکی شناخته شده است، اما اهمیت آن تا بزرگسالی نیز ادامه دارد. این هورمون به حفظ عضله و استخوان کمک می‌کند، به بدن در تنظیم نحوه استفاده از چربی ذخیره شده کمک می‌کند و بر سطح قند خون تأثیر می‌گذارد.

وقتی خواب به طور مداوم مختل می‌شود، تنظیم هورمون رشد می‌تواند دچار مشکل شود. از آنجایی که این هورمون به کنترل گلوکز و متابولیسم چربی کمک می‌کند، کمبود خواب ممکن است به افزایش خطر چاقی، دیابت و بیماری‌های قلبی عروقی کمک کند.

برای درک اینکه مغز این فرآیندها را چگونه هماهنگ می‌کند، محققان برکلی بر روی ناحیه‌ای به نام هیپوتالاموس تمرکز کردند. این مرکز کنترل کوچک اما ضروری در عمق مغز به تنظیم گرسنگی، دمای بدن، تولید هورمون و چرخه روزانه خواب و بیداری کمک می‌کند. عملکردهای اساسی آن در طول تکامل پستانداران حفظ شده است.

در داخل هیپوتالاموس، محققان نورون‌هایی را که هورمون آزاد کننده هورمون رشد (GHRH) تولید می‌کنند و دو نوع متمایز از نورون‌هایی که سوماتواستاتین تولید می‌کنند، مورد بررسی قرار دادند.

این پیام‌رسان‌های شیمیایی عملکردهای متضادی دارند. GHRH ترشح هورمون رشد را تشویق می‌کند، در حالی که سوماتواستاتین آن را سرکوب می‌کند. با هم، آنها به کنترل میزان هورمون رشد که وارد جریان خون می‌شود کمک می‌کنند، عمدتاً با تنظیم ترشح آن از غده هیپوفیز، ساختار کوچک تولید کننده هورمون در پایه مغز.

محققان همچنین نحوه تأثیر هورمون رشد بر لکوس سرولئوس، ناحیه‌ای در ساقه مغز که در هوشیاری، توجه، تفکر و تمایل به کاوش تجربیات جدید و ناآشنا نقش دارد، را بررسی کردند.

اختلال در فعالیت این منطقه با چندین اختلال روانی و عصبی مرتبط است.

«درک مدار عصبی برای ترشح هورمون رشد می‌تواند در نهایت به رویکردهای درمانی جدیدی برای بهبود کیفیت خواب یا بازگرداندن تعادل طبیعی هورمون رشد اشاره کند.»

محققان مدار مغزی را که هورمون رشد را کنترل می‌کند، ترسیم می‌کنند

این تحقیق در آزمایشگاه Yang Dan، استاد علوم اعصاب و زیست‌شناسی مولکولی و سلولی در UC Berkeley انجام شد.

برای بررسی نحوه کارکرد مدار، تیم از موش‌ها با استفاده از الکترودهای کاشته شده در مغز آنها استفاده کرد. محققان فعالیت عصبی را در حین تحریک نورون‌های خاص در هیپوتالاموس با نور ثبت کردند و به آنها اجازه دادند تا نحوه پاسخ بخش‌های مختلف سیستم را مشاهده کنند.

موش‌ها به ویژه برای مطالعه تنظیم خواب مفید هستند زیرا الگوهای خواب آنها به طور قابل توجهی با الگوهای انسان متفاوت است. به جای خوابیدن در یک دوره طولانی در هر شب، موش‌ها معمولاً در دوره‌های کوتاه چند دقیقه‌ای پراکنده در طول روز و شب می‌خوابند.

این به محققان فرصت‌های مکرری داد تا نحوه تغییر فعالیت عصبی و تنظیم هورمون رشد را در حین جابجایی بین خواب و بیداری بررسی کنند.

با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته برای ردیابی اتصالات بین سلول‌های مغزی، این تیم کشف کرد که GHRH و سوماتواستاتین بسته به مرحله خواب متفاوت رفتار می‌کنند.

در طول خواب REM، مرحله‌ای که معمولاً با رویاهای واضح همراه است، فعالیت شامل هر دو GHRH و سوماتواستاتین افزایش می‌یابد. اگرچه این هورمون‌ها معمولاً اثرات متضادی دارند، فعالیت هماهنگ آنها در این مرحله به افزایش ترشح هورمون رشد کمک می‌کند.

در طول خواب غیر REM، الگو تغییر می‌کند. فعالیت سوماتواستاتین کاهش می‌یابد و اثر بازدارنده آن را کاهش می‌دهد، در حالی که فعالیت GHRH به طور متوسط افزایش می‌یابد. این ترکیب همچنین ترشح هورمون رشد را تقویت می‌کند.

این کشف به توضیح چگونگی حمایت مراحل مختلف خواب از ترشح همان هورمون ضروری از طریق الگوهای متمایز فعالیت مغزی کمک می‌کند.

هورمون رشد همچنین به کنترل زمان بیدار شدن ما کمک می‌کند

شاید شگفت‌انگیزترین یافته این باشد که هورمون رشد به سادگی به سیگنال‌های مغز در حال خواب پاسخ نمی‌دهد. بلکه بر مدارهای مغزی که بیداری را کنترل می‌کنند نیز تأثیر می‌گذارد.

همانطور که هورمون رشد به تدریج در طول خواب افزایش می‌یابد، نورون‌های موجود در لکوس سرولئوس را تحریک می‌کند، فعالیت آنها را افزایش می‌دهد و به ترویج انتقال به بیداری کمک می‌کند.

این یک حلقه بازخورد ایجاد می‌کند که در آن خواب تولید هورمون رشد را تشویق می‌کند و فعالیت هورمون حاصل به تنظیم چرخه خواب و بیداری کمک می‌کند.

محققان یک پیچیدگی غیرمنتظره را نیز شناسایی کردند. اگرچه فعالیت بیشتر در لکوس سرولئوس به طور کلی هوشیاری را تقویت می‌کند، اما تحریک بیش از حد می‌تواند اثر معکوس داشته باشد.

در مطالعه قبلی که در همان سال منتشر شد، Silverman نشان داد که وقتی نورون‌های این منطقه بیش از حد تحریک می‌شوند، می‌توانند به جای هوشیاری، به طور متناقضی باعث خواب آلودگی شوند.

با هم، این یافته‌ها یک سیستم به دقت تنظیم شده را نشان می‌دهد که در آن مغز باید برای حفظ خواب و فعالیت هورمون سالم، سیگنال‌های متضاد را متعادل کند.

دانشمندان این نوع فرآیند خودتنظیمی را هموستاز می‌نامند، توانایی بدن برای حفظ شرایط داخلی پایدار حتی با تغییر محیط و تقاضاهای فیزیولوژیکی.

«این نشان می‌دهد که خواب و هورمون رشد یک سیستم به شدت متعادل را تشکیل می‌دهند: کمبود خواب باعث کاهش ترشح هورمون رشد می‌شود و هورمون رشد بیش از حد نیز می‌تواند مغز را به سمت بیداری سوق دهد. خواب تولید هورمون رشد را تحریک می‌کند و هورمون رشد بیداری را تنظیم می‌کند و این تعادل برای رشد، ترمیم و سلامت متابولیک ضروری است.»

یک ارتباط شگفت‌انگیز بین خواب و سلامت مغز

سیستم بازخورد تازه کشف شده ممکن است پیامدهایی فراتر از رشد فیزیکی و متابولیسم داشته باشد.

از آنجایی که لکوس سرولئوس به تنظیم توجه، هوشیاری و عملکرد شناختی کمک می‌کند، تأثیر هورمون رشد بر این منطقه نشان می‌دهد که ممکن است نقش آن در نحوه عملکرد مغز پس از بیداری نیز نقش داشته باشد.

این احتمال وجود دارد که حفظ خواب و ریتم‌های سالم هورمون رشد می‌تواند از هر دو بهبودی فیزیکی و عملکرد ذهنی پشتیبانی کند.

«هورمون رشد نه تنها به ساخت عضله و استخوان و کاهش بافت چربی کمک می‌کند، بلکه ممکن است فواید شناختی نیز داشته باشد و سطح هوشیاری کلی شما را هنگام بیدار شدن افزایش دهد.»

با شناسایی سلول‌ها و مسیرهای سیگنالینگ خاص درگیر، محققان مبنایی را برای بررسی درمان‌هایی که هدف آن تنظیم خواب و هورمون مختل شده است، فراهم کرده‌اند.

چنین رویکردهایی در نهایت ممکن است برای افراد مبتلا به اختلالات خواب مرتبط با بیماری‌های متابولیک یا شرایط عصبی مفید باشد. با این حال، این آزمایش‌ها بر روی موش‌ها انجام شده است و برای تعیین اینکه آیا این مکانیسم‌ها در انسان عمل می‌کنند و آیا می‌توانند به طور ایمن با درمان هدف قرار گیرند یا خیر، به تحقیقات بیشتری نیاز است.

یافته‌ها تأکید بر یک اصل اساسی در زیست‌شناسی خواب دارد: استراحت صرفاً دوره‌ای نیست که در آن مغز خاموش می‌شود. این یک فرآیند فعال و هماهنگ است که در آن هورمون‌ها و مدارهای عصبی به طور مداوم برای حمایت از رشد، ترمیم، متابولیسم و بیداری با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.

تأمین مالی تحقیق و مشارکت‌کنندگان

این تحقیق توسط مؤسسه پزشکی هوارد هیوز (HHMI) حمایت شد که از Dan به عنوان محقق HHMI تا زمان انتشار مطالعه حمایت کرد و صندوق صندلی Chancellor Pivotal Life Sciences.

Dan صندلی Chancellor Pivotal Life Sciences در علوم اعصاب را در اختیار دارد.

همکاران اضافی شامل Xinlu Ding، Bing Li، Chenyan Ma، Lihui Lu، Grace Jiang، Zhe Zhang، Xiaolin Huang، Xun Tu و Zhiyu Melissa Tian از UC Berkeley و Fuu-Jiun Hwang و Jun Ding از دانشگاه استنفورد هستند.