Objective: To develop of a chronic sleep restriction model in rats by repeated sleep deprivation using an orbital shaker and to determine whether this model leads to disturbances in sleep homeostatic mechanisms.
Material and methods: Male Wistar rats (7-8 months old) underwent sleep restriction for five consecutive days: 3 h of sleep deprivation and 1 h of sleep opportunity repeating throughout each day. Polysomnograms were recorded telemetrically throughout the day before sleep restriction (baseline), on the 1st, 3rd, 5th day of sleep restriction and 2 days after the end of sleep restriction (recovery period).
Results: During the period of sleep restriction, the total amount of slow-wave sleep (SWS) and rapid eye movement (REM) sleep decreased by 61% and 55%, respectively, compared to baseline. On the first day of recovery, amount of SWS increased mainly in the dark (active) phase of the day, while REM sleep increased in both light and dark phases; there was no marked rebound of daily SWS amount, while REM sleep increased by 30% from baseline. On the first day of recovery, an elevation of EEG beta and sigma power in sleep states was observed mainly in the light phase of the day. The loss of deep SWS throughout the sleep restriction period increased from 50% on 1st day to 75% on 5th day. The level of deep SWS remained below the baseline by 15-20% on the two subsequent days of recovery. The findings suggest that homeostatic mechanisms of SWS are persistently impaired after 5-day chronic sleep restriction. Besides, a decline of wakefulness accompanied by an increase of SWS in the active phase of the recovery period indicates a disruption in circadian rhythm.
Conclusion: The proposed model leads to the disruption of sleep homeostatic mechanisms, which, in turn, impede compensation of SWS loss caused by chronic insufficient sleep.
Цель исследования: Создать модель хронического недосыпания у крыс с применением полифазного режима депривации сна методом качающейся платформы и определить, характерно ли для этой модели нарушение гомеостатических механизмов сна.
Материал и методы: У крыс популяции Вистар (7—8 мес) хронический недостаток сна вызывался 5-дневным циклическим режимом ограничения сна (ОС): 3 ч депривации сна и 1 ч покоя непрерывно в течение суток. Телеметрическую регистрацию полисомнографических данных проводили в течение 24 ч до начала ОС (контроль), на 1, 3 и 5-й дни ОС и в течение 2 сут после окончания ОС (восстановительный период).
Результаты и заключение: В течение всего периода ОС общее время медленноволнового сна (МВС) сократилось на 61%, а парадоксального сна (ПС) — на 55% от исходного уровня. В 1-е сутки восстановления общее время МВС увеличивалось преимущественно в активную фазу суток, а ПС — в активную и неактивную фазы суток; за сутки компенсаторная отдача МВС не превышала исходного уровня, а ПС увеличивалась на 30%. При этом отмечалось увеличение бета- и сигма-ритмов на электроэнцефалограмме в этих состояниях преимущественно в светлое время суток. Потеря глубокого МВС усиливалась по ходу ОС от 1-го дня (50%) к 5-му (75%), и его уровень оставался ниже контрольного на 15—20% в течение 2 сут восстановления после окончания процедуры ОС. Это может свидетельствовать о долговременном нарушении гомеостатической регуляции МВС после 5 дней ограничения сна. В активное время суток восстановительного периода отмечены признаки нарушения циркадианного ритма, на что указывает снижение времени бодрствования одновременно с увеличением представленности МВС. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о нарушении гомеостатических механизмов, направленных на компенсацию потерянного МВС при хроническом недосыпании.
Keywords: chronic sleep restriction; circadian rhythm; deep sleep; sleep homeostasis.