Всем знакомо выражение, что "от мыслей голова пухнет". Непонятно, как оно появилось, но что удивительно - оно имеет под собой серьезные основания! Нет, конечно голова наша в целом заметно распухнуть не может, так как кости черепа довольно жесткие. И все же.

Можно вспомнить про то, что кровоснабжение мозга зависит от интенсивности его работы. Действительно, баланс между артериальным и венозным кровотоком, с одной стороны, и объемом спинномозговой жидкости с другой поддерживается организмом очень старательно. Небольшой дисбаланс в притоках-оттоках - и (опять, же, из-за жесткости черепа) быстро нарастает внутримозговое давление, может развиться отек мозга.

Но мы не об этих не очень приятных вещах, а о нормальном процессе, который мы с вами испытываем на себе каждый день. Паренхима нашего мозга содержит огромное количество клеточных "устройств", в англоязычной науке принят термин "circuits", то есть схема, как в электронике. Называются эти схемки "нейро-глиа-васкулярные единицы", потому как каждая из них включает нейрон, глиальную клетку - астроцит, и участок сети кровеносных сосудов.

В конце прошлого века считалось, что за все существенные функции в работе мозга отвечают нейроны. Об астроцитах знали, но считали их вспомогательными клетками, обслуживающими потребности нейронов. На сегодняшний день так уже никто не думает. Астроциты оказались "серым кардиналом" в работе мозга. Помимо того, что они регулируют поступающую к нейрону энергию, управляя кровотоком, астроциты участвуют во множестве других процессов, в том числе - регулируют работу нейронных синапсов, выделяют вещества - глиотрансмиттеры, управляют ионным балансом в прилегающей части межклеточного пространства, и даже посылают "в центр" сигналы о необходимости поспать! В ходе этой непростой работы через мембрану астроцита проходит значительный поток ионов, прежде всего - калия, хлора, натрия. А теперь вспомним азы молекулярной физики. Если концентрация растворов с двух сторон проницаемой перегородки различна, то из-за явления осмоса вода пойдет туда, где концентрация раствора больше. Для астроцита баланс потоков ионов таков, что при высокой нейронной активности он распухает, значительно (более чем в полтора раза) увеличивая свой объем, а при низкой активности, например, во сне, объем и нейрона и астроцита минимален. Вода в ходе этих процессов переходит в тела клеток из межклеточного пространства вокруг нейрона и астроцита, так что общий объем нервной ткани не меняется. Однако, есть важные следствия. Безотходных производств не бывает. Выполняя свои функции и просто существуя, и нейроны и астроциты производят вещества, которые не нужны, а некоторые из них - еще и токсичны. Обобщенно назовем их вредными метаболитами, а для примера упомянем так называемый бета-амилоид - белок, накопление которого тесно связано с риском развития болезни Альцгеймера.

Так вот, для успешного удаления из мозга вредных метаболитов необходимо как можно более свободное пространство между клетками, и такое удаление, оказывается, сильно затруднено при их высокой активности. Было обнаружено, что именно во сне, когда межклеточный объем максимален, интенсивность вывода из мозга "мусора" резко возрастает. Таким образом, клетки нашего мозга (но не мозг в целом) действительно распухают (swelling) при высокой активности и ужимаются (shrinking) при низкой, например - во время сна.

На тему межклеточного транспорта в мозге можно почитать:

• Lia A. et al. Two decades of astrocytes in neurovascular coupling //Frontiers in Network Physiology. – 2023. – Т. 3. – С. 1162757.
• Ludwig H. C., Dreha‐Kulaczewski S., Bock H. C. Neurofluids—deep inspiration, cilia and preloading of the astrocytic network //Journal of Neuroscience Research. – 2021. – Т. 99. – №. 11. – С. 2804-2821.
• Walch E., Fiacco T. A. Honey, I shrunk the extracellular space: Measurements and mechanisms of astrocyte swelling //Glia. – 2022. – Т. 70. – №. 11. – С. 2013-2031.