Паттерны мозговой активности во сне определяют уровень глюкозы в крови

Диабет — заболевание, связанное с нарушением регуляции уровня глюкозы в крови, — это ведущая причина смертности в мире. По оценкам ВОЗ, более 420 миллионов человек страдают от этого заболевания. Исследования на животных и человеке продемонстрировали, что негативно влиять на баланс глюкозы в крови может, в частности, недостаток сна — как острый, так и хронический. В частности, укорочение фазы медленноволнового сна с небыстрыми движениями глаз (NREM-сон) нарушает толерантность к глюкозе и чувствительность к инсулину. И наоборот, увеличение длительности сна улучшает метаболизм глюкозы. Однако механизмы, при помощи которых сон влияет на уровень глюкозы на следующий день, пока недостаточно изучены.

Изучение сна на грызунах показало, что остроконечные пульсирующие волны (SWR) гиппокампа, сопряженные с медленными волнами NREM и сонными веретенами, связаны с мгновенной нисходящей (moment-to-moment, top-down) регуляцией уровня глюкозы в крови путем активации гипоталамуса. Из этого следует гипотеза о том, что синхронизация медленных волн NREM и сонных веретен может служить для регуляции гомеостаза глюкозы в организме человека. Исследователи из Калифорнийского университета решили проверить эту гипотезу.

Для этого они провели полисомнографическое исследование на 647 испытуемых, которым на следующее утро измерили уровни глюкозы и инсулина. Также участникам исследования оценили резистентность к инсулину и работу β-клеток поджелудочной железы с помощью проверенных гомеостатических моделей HOMA-IR и HOMA-B соответственно.

Электроэнцефалография показала, что медленные волны NREM-фазы были функционально синхронизированы с сонными веретенами. Ученые зарегистрировали связь между степенью такой синхронизации и уровнем глюкозы на следующий день. Так, чем больше во время глубокого сна присутствовало сочетаний медленных волн с сонными веретенами (сочетание SO–веретена), тем ниже были уровни глюкозы натощак. На гомеостаз глюкозы влияло не только количество синхронизаций, но и их сила (точность совпадений во времени веретена и медленные волны).

Чтобы исключить влияние других факторов, таких как возраст, пол, длительность или качество сна, авторы использовали модели многоуровневой регрессии. Со всеми факторами, включенными в анализ, взаимосвязь между более высокой частотой сочетаний SO–веретена и более низким уровнем глюкозы в крови натощак на следующий день оставалась значимой.

Тест на толерантность к глюкозе показал, что синхронизация медленных волн с сонными веретенами связана также с уровнем глюкозы в крови через 2 часа после приема пищи. Полученные результаты, позволяющие по активности мозга во сне прогнозировать баланс глюкозы на следующие сутки, авторы воспроизвели на более обширной когорте (1900 человек).

При учете дополнительных показателей HOMA-IR и HOMA-B ученые обнаружили, что частота сочетаний SO-веретена влияла на чувствительность тканей к инсулину, но не была связана с функцией β-клеток поджелудочной железы.

Одним из объяснений наблюдаемой связи может быть активация парасимпатической системы. Косвенными показателями этого процесса служат изменения сердечного ритма. С помощью модели медиации авторы установили, что чем больше во сне присутствовало сочетаний SO–веретена, тем выше была вариабельность сердечного ритма и тем ниже становились уровни глюкозы на следующее утро. 

Кроме того, сочетания SO–веретена гораздо эффективнее и точнее предсказывали уровень глюкозы, чем другие традиционные связанные со сном маркеры.

Таким образом, результаты исследования объясняют механизм, при помощи которого сон влияет на уровни глюкозы в крови. Это указывает на потенциальную важность регуляции сна, которая могла бы дополнить терапию диабета второго типа. Также авторы работы предлагают опираться на синхронизацию медленных волн NREM-фазы и сонных веретен для предсказания уровня сахара в крови, поскольку этот подход показал хорошую точность.

Инактивация субъединицы α3 ГАМКА-рецептора улучшила сон у мышей