Vědci z Berkeley našli mozkový obvod, který spojuje spánek s růstovým hormonem

Do hodiny od usnutí přijde první vlna. Tělo začne vylévat růstový hormon, ten pomáhá budovat svaly a kosti, spalovat tuk a u dětí a dospívajících pohání růst. Že jeho hladina stoupá právě ve spánku, věděli fyziologové už půl století. Co dělal mozek, aby to spustil, ale nikdo pořádně neviděl. Informoval o tom server ScienceDaily.

Teď to popsal tým z Kalifornské univerzity v Berkeley ve studii publikované v časopise Cell. Informoval o tom server ScienceDaily.

Výzkumníci našli nervový obvod odpovědný za regulaci růstového hormonu během spánku. A k tomu ještě něco navíc, dosud neznámou zpětnovazební smyčku, která jeho hladinu drží v rovnováze. Nález vysvětluje, proč špatný spánek rozhází růst, obnovu svalů i fungování mozku.

„Lidé vědí, že uvolňování růstového hormonu úzce souvisí se spánkem, ale dosud to šlo zjišťovat jen odběrem krve a měřením jeho hladiny během spaní,“ řekl hlavní autor studie Xinlu Ding, postdoktorand z katedry neurovědy a Institutu Helen Willsové na Berkeley. „My přímo zaznamenáváme neuronovou aktivitu u myší, abychom viděli, co se skutečně děje. Vytváříme základní obvod, na kterém se dá v budoucnu stavět při vývoji různých léčebných postupů.“

Objev navazuje na hodně starou znalost. Už základní výzkum ze sedmdesátých let, který kombinoval časté odběry krve s měřením mozkové aktivity, ukázal, že první vrchol přichází do hodiny od usnutí a další špičky následují v pozdějších fázích hlubokého, non-REM spánku. Tehdejší vědci ovšem viděli jen výsledek. Teprve tým z Berkeley poprvé odhalil konkrétní obvod, který za ním stojí.

Jak mozek řídí hormon během spánku

Nervové buňky, které dirigují uvolňování hormonu, sedí hluboko v hypotalamu. To je vývojově prastará oblast mozku, kterou sdílejí všichni savci. Patří sem takzvané GHRH neurony, jež tvorbu hormonu spouštějí, a dva různé typy somatostatinových neuronů, které ji naopak tlumí.

Jakmile se hormon dostane do oběhu, aktivuje neurony v locus coeruleus. Tahle oblast v mozkovém kmeni má na starosti bdělost, pozornost a reakci na nové podněty. Její poruchy bývají spojovány s řadou neurologických a psychiatrických onemocnění.

Tým pracoval v laboratoři Yang Dan, profesorky neurovědy a molekulární a buněčné biologie. Aby obvod rozkryli, umístili myším do mozku elektrody a světlem stimulovali neurony hypotalamu, zatímco zaznamenávali jejich aktivitu. Myši mají jednu praktickou vlastnost. Spí totiž v krátkých úsecích, které trvají jen pár minut a střídají se během celého dne i noci. Díky tomu mohli badatelé opakovaně sledovat změny v produkci hormonu napříč mnoha cykly spánku a bdění.

Pomocí pokročilých technik pro mapování obvodů zjistili, že se oba peptidové hormony chovají jinak podle fáze spánku. Během REM spánku roste jak GHRH, tak somatostatin, což vede k většímu uvolňování růstového hormonu. V non-REM fázi hladina somatostatinu klesá, zatímco GHRH stoupá jen mírně. Vzniká úplně jiný vzorec regulace. Do mozaiky zapadá i dřívější poznatek, že GHRH sám o sobě prohlubuje spánek s pomalými vlnami a že se GHRH a somatostatin vylučují střídavě. Proto má sekrece hormonu tak výrazně pulzní charakter.

Smyčka, která hlídá rovnováhu

Nejzajímavější je zpětná vazba, do které se zapojuje locus coeruleus. Jak růstový hormon během spánku postupně přibývá, tuto oblast stimuluje a podporuje probouzení. Když se ale její aktivita vyšplhá příliš vysoko, začne nečekaně navozovat ospalost. Ten překvapivý poznatek popsal spoluautor studie Daniel Silverman už dříve letos.

„Ukazuje to, že spánek a růstový hormon tvoří přesně vyvážený systém: příliš málo spánku snižuje uvolňování hormonu a příliš mnoho hormonu naopak žene mozek k bdění,“ vysvětlil Silverman. „Spánek pohání tvorbu růstového hormonu a ten se zpětně vrací, aby řídil bdělost. Tahle rovnováha je nezbytná pro růst, regeneraci i metabolické zdraví.“

Protože růstový hormon zasahuje do metabolismu glukózy a tuků, může dlouhodobě špatný spánek zvyšovat riziko obezity, cukrovky i srdečně-cévních chorob. Potvrzují to i epidemiologické studie, podle kterých je krátký spánek pod sedm hodin spojen s vyšším rizikem obezity, diabetu druhého typu a onemocnění srdce a cév. Mechanismy jsou přitom mnohovrstevnaté (od narušení cirkadiánních genů přes změny metabolismu až po rozhození hormonů jako leptin a ghrelin).

Systém locus coeruleus zajímá vědce i z jiného důvodu. Jeho spojení s norepinefrinem hraje roli při přechodech mezi spánkem a bděním a jeho útlum během REM spánku se jeví jako důležitý pro emoční regulaci a mozkovou dráždivost. Tahle oblast se navíc nachází na průsečíku raných procesů Alzheimerovy choroby a regulace spánku při stárnutí. Nový obvod by tak mohl otevřít cestu k terapiím u neurodegenerativních nemocí, Alzheimerovu a Parkinsonovu chorobu nevyjímaje.

„Existují experimentální genové terapie, které cílí na konkrétní typ buněk. Tenhle obvod by mohl být novou pákou, jak zbrzdit dráždivost locus coeruleus, o čemž se dosud nemluvilo,“ poznamenal Silverman.

Ding upozorňuje, že přínos hormonu nemusí být jen fyzický. „Růstový hormon vám pomáhá budovat svaly a kosti a redukovat tukovou tkáň, ale může mít i kognitivní přínosy, protože podporuje celkovou úroveň bdělosti, když se ráno probudíte.“

Zdroje:

• ScienceDaily
• nature.com
• ncbi.nlm.nih.gov
• sciencedirect.com
• en.wikipedia.org

Na přípravě článku se podílela umělá inteligence.