Механизм сна и бодрствования сновидения
Сон и бодрствование – две стороны одной медали
«… Я сон пою, бесценный дар Морфея,
И научу, как долго в тишине
Покоиться в приятном, крепком сне…»
Сон – жизненно важная потребность организма, причем более важная, чем пища. Количество сна – одна из главных составляющих понятия «качества жизни». Потребность во сне взрослого человека в среднем составляет 7-8 часов в сутки. Альберт Энштейн писал: «Я провожу во сне треть жизни и не самую худшую». Сон играет важную роль в процессах, обеспечивающих жизнедеятельность человека. Так, в частности, сон восстанавливает иммунитет. Мигель де Сервантес в своем романе «Дон Кихот» так описывает функции сна «Благословен Господь наш, придумавший сон: это плащ, укрывающий путника в ночи, это пища голодному, глоток воды жаждущему, тепло озябшему».
Рис. «Сон» Сальвадор Дали
Сон является неоднородным процессом. Он представляет собой последовательность функциональных состояний головного мозга. Нормальный 8-часовой сон состоит из 4-6 волнообразных циклов, каждый из которых длится около 90 минут.
Очень интересным феноменом сна являются сновидения. Сновидения – это образные представления, нередко эмоционально окрашенные, возникающие во время сна и субъективно воспринимаемые как реальность. Сновидения объясняются тем, что во время сна некоторые участки коры головного мозга продолжают оставаться возбужденными, и создают определенные ощущения. Геродот писал: «Обычно люди видят во сне то, о чем они думают днем». В настоящее время доказано, что важнейшая функция сновидений — психологическая защита.
Рис. «Женщина с желтыми волосами» Пабло Пикассо
Периоды сна и бодрствования у человека сменяются с циркадной периодичностью. Период циркадных ритмов («внутренние часы» организма) близок к 24 часам. Гормоном, регулирующим циркадную активность организма, является мелатонин, который вырабатывается в шишковидной железе головного мозга. Уровень мелатонина в крови начинает повышаться в вечернее время, совпадая с уменьшением уровня освещенности, достигает максимума в середине ночи (2-3 часа), затем прогрессивно уменьшается к утру. В дневное время секреция мелатонина остается на очень низком уровне.
Почти каждый человек хотя бы раз в жизни имел эпизод нарушений сна. По данным ряда исследований нарушениями сна страдают до 45% взрослого населения. При этом с возрастом увеличивается число людей с малой продолжительностью сна, т. е. менее 6 часов. Снижение времени сна может привести к развитию ряда серьезных заболеваний. Так, например, было доказано, что длительная бессонница может стать причиной развития сахарного диабета.
В настоящее время бессонница (медицинский термин «инсомния») – повторяющиеся нарушения инициации, продолжительности, консолидации или качества сна, случающиеся не смотря на наличие достаточного количества времени и условий для сна и проявляющиеся нарушениями дневной деятельности различного вида. По образному выражению О. Муравьевой «Бессонница – это созерцание звезд в ночной глубине своей души».
Рис. «Бессонница» Михаил Голубев
Основными признаками инсомнии являются жалобы на плохое засыпание и плохое качество сна, нарушения сна не меньше трех раз в неделю в течение месяца, озабоченность бессонницей и ее последствиями, вызванное неудовлетворительной продолжительностью или качеством сна тяжелое недомогание либо нарушение повседневного и профессионального функционирования.
В клинической картине инсомнии выделяют пресомнические, интрасомнические и постсомнические расстройства. Пресомнические расстройства связаны с трудностями начала сна. В норме процесс засыпания составляет в среднем 10 минут. Однако, при развитии инсомнии, засыпание может затягиваться до 2 часов и более. При длительном течении такого расстройства сна может появиться патологическое состояние в виде «боязни постели». Интрасомнические расстройства проявляются в виде частых ночных пробуждений, после которых пациент долго не может вновь заснуть. Постсомнические расстройства возникают в ближайшее время после пробуждения в виде чувства «разбитости», дневной сонливости. В различных возрастных группах характер инсомнии различается. Если в среднем возрасте преобладают интрасомнические расстройства (94%), то в пожилом – пресомнические (70%).
Согласно современной классификации выделяют ситуационную инсомнию (до 1 недели), острую инсомнию (менее 3 недель) и хроническую инсомнию (более 3 недель). Наиболее частой причиной инсомнии является стресс. Стресс – физиологическая нейрогормональная реакция на внешние и внутренние воздействия, направленная на ликвидацию последствий действия «повреждающих» факторов, приводящая к нарушению интегративной деятельности мозга и других систем организма, а вследствие этого, и снижению тех или иных функциональных возможностей человека. При этом в одних и тех же условиях у разных людей стрессы могут протекать по-разному, что, в первую очередь, определяется адаптационными возможностями конкретного человека. В случае сниженных адаптационных возможностей человек не может заснуть из-за активных мозговых процессов (когда он мысленно «прокручивает» ситуацию) и это мешает ему расслабиться. В данном случае возможно развитие «порочного круга», когда стресс провоцирует бессонницу, а бессонница еще больше усиливает стресс. Ввиду своей кратковременности ситуационная инсомния не представляет серьезной опасности для здоровья человека. Она обычно проходит самостоятельно после прекращения действия на человека психологических факторов, ставших причиной нарушения сна.
Длительно существующий стресс может привести к развитию тревоги, которая чаще всего (в 80% случаев) является причиной развития острой инсомнии. При этой форме инсомнии нарушения сна носят более выраженный характер, а последствия бессонницы для всего организма более значительны. Так, известный норвежский художник Эдвард Мунк, длительно страдавший тревожными расстройствами, писал: «Часто я просыпался ночью, оглядывал комнату и спрашивал себя … не в аду ли я?». Обращаться к врачу следует в том случае, если нарушения сна не проходят после окончания стрессовой ситуации. Это означает, что организм не может справиться с проблемой самостоятельно.
Рис. «Меланхолия» Эдвард Мунк
В настоящее время при лечении инсомнии используют как нелекарственные (соблюдение гигиены сна), так и лекарственные методы лечения.
Общие рекомендации по гигиене сна:
1. Соблюдение режима сна
Лучший способ обеспечить хороший ночной сон заключается в точном соблюдении его режима. Всегда необходимо ложиться спать и вставать в одно и то же время (в будни и выходные) вне зависимости от того сколько Вы спали. Исключить дневной сон (особенно во второй половине дня).
2. Никогда не заставляйте себя спать
Самая большая ошибка – пытаться заставить себя заснуть. Если заснуть не удается, то лучше встать и заняться чем-нибудь. Это позволяет накопить давление сна, которое поможет легче засыпать
3. Не решайте проблемы в момент засыпания
Галиберт писал «Брать с собой в постель заботы – значит спать с тюком на спине». Попытайтесь решить все накопившиеся проблемы до отхода ко сну или отложить их решение на завтра.
4. Регулярно занимайтесь физическими упражнениями
Физическая нагрузка является одним из наиболее эффективных средств борьбы со стрессом. Лучшее время для занятий – с 17 до 20 часов. Оптимальная частота – 3-4 раза в неделю, продолжительность – 30-60 минут. Занятия следует прекратить минимум за 90 минут до сна.
5. Не ложитесь спать голодным или с переполненным желудком
Избегайте приема пищи позже, чем за 2-3 часа до сна. Старайтесь не употреблять за ужином продуктов, которые вызывают газообразование. Можно перед сном выпить стакан теплого молока или съесть продукт, богатый триптофаном (предшественником мелатонина), например, банан
6. Уменьшите потребление напитков, содержащих кофеин
Постарайтесь принимать напитки, содержащие кофеин (чай, кофе, газированные напитки) не позднее, чем за 6-8 часов до сна (т.к. стимулирующий эффект кофеина достигает максимального значения через 2-4 часа после потребления).
7. Увеличите продукцию собственного мелатонина
Каждый день старайтесь немного побыть на солнце или создать оптимальный режим искусственного дневного света. Не засиживайтесь за компьютером или телевизором за полночь. Не включайте ночью свет в спальне, закрывайте окна плотными шторами.
«Я видел сон: прохладный гаснул день,
От дома длинная ложилась тень,
Луна, взойдя на небе голубом,
Играла в стеклах радужным огнем.
Все было тихо, как луна и ночь,
И ветер не мог дремоты превозмочь …»
Наука сна: внутренние часы, биологические ритмы и страшные сновидения
Что такое циркадные ритмы и как наладить свой сон в подростковом возрасте. Советы сомнолога Романа Бузунова.
Вокруг подросткового сна много мифов: тинейджеры поздно ложатся спать и долго спят, потому что ленятся, или убеждают себя, что среди недели могут спать меньше восьми часов, а на выходных отсыпаться. Родители и педагоги стараются решить проблемы жёстким режимом, ранними подъёмами и запретом на использование гаджетов. Правда ли, что сон подростков отличается от сна взрослого? Отдыхает ли мозг ночью? Можно ли заставить себя лечь пораньше? Мы поговорили с сомнологом Романом Бузуновым и разобрались в науке сна.
президент «Российского общества сомнологов»,
профессор, доктор медицинских наук
Что такое циркадные ритмы, или почему мы спим ночью
Человек — это дневной вид. У нас есть суточные циркадные ритмы (циклы сна и бодрствования), которые настроены на то, чтобы мы бодрствовали днём и спали ночью. Мы так живём не потому, что привыкли, — внутри нас тикают часы, которые регулируют активность мозга. Это наш биологический внутренний механизм, то есть цикл «сон — бодрствование» работает не только из-за связи с внешними стимулами типа темноты или времени суток.
В шестидесятые годы прошлого века профессор Мишель Сифр поставил на себе эксперимент «Вне времени» по изучению биологических ритмов. Вместе со своими студентами он несколько месяцев провёл в пещере с постоянной освещённостью, влажностью, температурой и без часов. Результаты эксперимента показали, что даже без внешних раздражителей (естественного света, изменения погоды, посторонних шумов) человек всё равно какую-то часть времени спит, а какую-то бодрствует. Он делает это с определённой периодичностью, а не как попало.
Испытуемые начали жить по своим внутренним часам, и оказалось, что наш внутренний цикл длится чуть больше 24 часов, поэтому за время эксперимента профессор со студентами насчитали меньше суток, чем провели в пещере на самом деле.
Как работают наши внутренние часы и с чем связаны циркадные ритмы
Учёные стали искать, где находятся эти часы, и нашли их в центре мозга, в месте под страшным названием «супрахиазматическое ядро». Эта часть командует всеми остальными часами в нашем организме и устанавливает центральное время.
Внутренние часы — это гены и белки, которые очень хитро регулируют друг друга, нашу активность, аппетит, секрецию гормонов, температуру тела, артериальное давление и другие показатели. Часы идут даже в клетках нашей кожи: они тикают уже несколько миллиардов лет. И у нас, и у мухи они устроены похоже. Это очень древний и надёжный механизм, против которого идти сложно.
Нарушение и регуляция циркадных ритмов
Рассинхронизация часов и нарушение циркадных ритмов плохо сказывается на общем состоянии человека. Если мы ложимся в разное время, учимся по ночам, спим разное количество часов в будни и в выходные, мы сбиваем внутренние ритмы. Организм не успевает синхронизироваться сам с собой.
В результате может получиться так, что мозг будет считать, что сейчас день, печень — что сейчас ночь, а гормоны — что вечер. И это может сильно ударить по здоровью. Почему?
Во сне мозг не отключается — он просто занят другой работой
Центры мозга, которые днём отвечали за взаимодействие человека с окружающей средой, помогали нам обрабатывать информацию и избегать опасности, ночью начинают руководить организмом и восстанавливать его жизнеспособность. Они настраивают работу печени, лёгких, лимфатической системы, иммунитета. Во время сна все внутренние процессы восстанавливаются.
Параллельно эти процессы идти не могут: невозможно одновременно расходовать энергию и накапливать. Когда мозг включает каналы, которые активно работают вовне, у него не остаётся ресурсов обрабатывать что-то внутри. Когда машина едет, сложно заниматься её техобслуживанием и менять колёса на ходу.
Восстановление работоспособности происходит преимущественно в первые четыре-пять часов сна. В оставшиеся три-четыре часа мозг в основном «переваривает» информацию, запоминает нужное и забывает ненужное, сортирует новый опыт по различным системам памяти, формирует ассоциации. Информационная фаза обработки накопленного опыта ближе к утру, поэтому и сны нам снятся в это время.
Когда человек спит пять часов, физически он может функционировать: организм всё настроил и наладил, но ментально — нет. Если вдобавок к этому имеются какие-то расстройства сна, мозг отвлекается от своей внутренней работы, и мы хуже себя чувствуем днём, повышаются риски развития депрессии и тревоги.
Сон ничем не заменить и никак не компенсировать
Подросткам нужен долгий сон от 8 до 10 часов: это реальная потребность организма. Если мы будем её удовлетворять, днём мы будем работать на 100%. Если мы спим меньше, начинаем наносить себе ущерб. Если намного больше, это признак каких-то фоновых проблем.
Рекомендованная продолжительность сна по данным National Sleep Foundation
Недостаток сна трудно осознать
Когда мы недостаточно спим, мы сами у себя отнимаем силы и не даём организму работать на максимум. Если человек не будет спать в течение суток, по исследованиям, он не восстановится даже за неделю.
Недостаток сна бьёт по функциям префронтальной коры: снижает способность к эмоциональному контролю и повышает риск депрессивных состояний. У подростков эти функции только начинают формироваться, а недостаток сна их сразу выбивает. Поэтому невыспавшегося человека так легко вывести из равновесия, довести до слёз или спровоцировать на другую бурную реакцию.
В подростковом возрасте ритмы сдвигаются на совиный тип
СХЕМА ЦИРКАДНЫХ РИТМОВ
Синяя линия — среднестатистический взрослый
Жёлтая линия — среднестатистический подросток
Спад бодрости у среднестатистического взрослого в 4–5 часов ночи
У среднестатистического подростка в 6–7 часов утра
У циркадных ритмов есть разные варианты — в зависимости от них, человек будет склонен либо к более ранней активности (жаворонки), либо к более поздней (совы). Это не культурная привычка, а наследуемая вещь.
Среди подростков большой процент сов, поэтому им труднее вставать и ложиться в ранние часы. Самый крепкий сон у них приходится на семь часов утра — время, в которое все обычно встают в школу.
Подъём в самый минимум бодрого состояния влечёт за собой недостаток парадоксального сна — последней фазы, которая критически важна для запоминания и обучения.
С возрастом внутренние часы постепенно ускоряются, и среди взрослых преобладают жаворонки.
Как наладить режим при нарушении циркадного ритма
Соблюдение режима и регуляция света позволяют подстраивать свои внутренние часы под реальность, потихоньку их ускорять или замедлять. Люди, которые живут в Москве по времени Гонконга, вечером носят солнцезащитные очки, чтобы мозг думал, что уже закат, а утром используют светобудильники для имитации восхода.
Налаживать режим после каникул или праздников лучше постепенно, поскольку нужен примерно час в сутки, чтобы организм перестроился на новый режим без последствий. Начинать нужно с того, чтобы раньше вставать на час: волевым усилием заставить себя лечь раньше мы, к сожалению, не можем. Лучше не пытаться этого делать, чтобы не связывать засыпание с тревожностью и не выработать условный рефлекс — «боязнь не заснуть».
Три дополнительных вопроса про сон
🌚 Почему дети лунатят и говорят во сне, а в подростковом возрасте это пропадает
Все системы в нашем организме имеют особенность дозревать. Регуляция сна и бодрствования тоже постепенно налаживается. У детей ещё не очень развит нейрохимический блок, и когда в парадоксальной фазе дети видят сны, они реализуют команды, которые подаёт им мозг: строят гримасы, показывают язык, двигаются. Это нарушение поведения происходит в парадоксальном сне, когда у человека сохранены быстрые рефлексы и он может действовать в соответствии с фабулой сна.
Сноговорение и снохождение происходит во второй фазе сна, когда какая-то часть мозга спит, а другая уже проснулась. Лунатики могут воспроизводить некоторые закрепившиеся рефлексы, выполнять последовательности действий, но делают они всё медленно — у них отсутствуют быстрые рефлексы.
В подростковом возрасте возникает нейрохимический блок, который не пропускает команды и не даёт нашему телу их осуществлять. Получается активный мозг в парализованном теле. Сомнамбулизм к подростковому возрасту тоже обычно пропадает. Если в детстве ходят и разговаривают во сне 10–15% детей, к пубертату нервная система постепенно созревает, снохождение и сноговорение остаётся у 2–3%.
👹 Откуда берутся повторяющиеся страшные сны
Сновидения— это анализ накопленной за день информации, который, правда, может быть алогичным, поскольку в сновидениях преобладают свободные ассоциации. Обычно мы смотрим сны, ненужное забываем, важное — переводим в долгосрочную память и принимаем какие-то решения.
Навязчивые сны обычно бывают после какого-то страшного события. Мозг во сне обращается к этой ситуации, пытается её проанализировать, но не может ни решить, как действовать в будущем, ни забыть, ни принять этот ужас. Мозг не может отложить это и, как заезженная пластинка, постоянно возвращается к одному и тому же сюжету.
🧠 Как работают осознанные сновидения
Во время осознанных сновидений какая-то часть мозга чувствует, что мы во сне, и начинает руководить сном. Человек из исполнителя собственного сна превращается в режиссёра, который может влиять на фабулу. С одной стороны, это классный опыт — ты можешь стать кем угодно и делать что захочешь: задавать себе задачи и решать их, отрабатывать новые навыки во сне, проигрывать страхи. С другой стороны, если слишком увлечься осознанными сновидениями, можно вообще уйти от реальности и жить только во сне.
Сомнология — раздел медицины и нейробиологии, посвящённый исследованиям сна, расстройств сна, их лечению и влиянию на здоровье человека.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
Как устроен механизм сна — и что в нем может сломаться?
Разбираемся, из каких слагаемых состоит здоровый сон
Список снотворных препаратов, которые можно купить в аптеке по рецепту, длинный: барбитураты, бензодиазепины, Z-гипнотики — и это только названия групп лекарств. Но лучшим лечением проблем со сном все еще остаются гигиена сна и когнитивно-поведенческая терапия бессонницы. Снотворное помогает уснуть, но не выспаться. Состояние мозга после приема таблеток не похоже на естественный сон, а бессонница усиливается, а не исчезает. Почему снотворное не работает? Чтобы понять это, нужно сначала разобраться, как работает сон. Тогда сразу станет понятно, и откуда берутся проблемы со сном, и как на них правильно воздействовать.
Проблема в том, что ученые до сих пор не разобрались в механизме сна и даже не могут выделить один главный «центр сна». Чтобы мы могли уснуть, пожить в мире грез и проснуться, в организме 24/7 работает сложная система. Одни ее механизмы действуют параллельно друг другу, другие — связаны теснее и функционируют по цепочке. Представьте фабрику: в одном цехе занимаются белками циркадного ритма, в другом — синтезируют из серотонина мелатонин, в третьем — охлаждают и прогревают тело, в четвертом — активируют или успокаивают нервную систему. Случись в одном отделе забастовка или поломайся оборудование, конечный продукт (сон) станет неправильным. Кособоким или поломанным. Речь не только про проблему с засыпанием: это и про ночные пробуждения, и про дневную сонливость, и про сон, который не приносит отдыха, — то есть и про количество, и про качество сна одновременно.
Отдел медленного и быстрого сна
Кажется, что у нашего организма есть два главных состояния: сон и бодрствование. На самом деле это не так. В этом месте сомнологи часто ссылаются на древнеиндийские трактаты Упанишады, и это правда захватывающая история.
В Упанишадах сказано, что есть бодрствование, когда человек осознает окружающий мир, дрема со сновидениями, где он из увиденного в бодрствовании формирует новый мир, и сон, в котором мы освобождаемся от желаний, тревог уз тела, сливаемся с Брахманом и испытываем блаженство. Эти три формы сознания соединяются в форме сверхсознательного подлинного Я — но его ученые, увы, не нашли. Зато доказали, что мы действительно переживаем первые три состояния как в Упанишадах: бодрствование, глубокий медленноволновой сон (Non-REM-сон, тот, который более всего похож на стандартное представление о сне как об отдыхе организма) и быстрый сон (БДГ-сон, REM-сон, в котором наш мозг работает совсем особенным образом).
Зачем такие сложности? Никто точно не знает. Красивое объяснение смен фаз сна дает британский нейробиолог, профессор Калифорнийского университета в Беркли и автор книги «Зачем мы спим. Новая наука о сне и сновидениях» Мэттью Уолкер: сон — это генеральная уборка в мозге. Лишние воспоминания удаляются, актуальные — проигрываются заново и переносятся из краткосрочной памяти в долгосрочную. Во время медленного сна мозг определяет мусор — ненужные нейронные связи — и удаляет их. Во время быстрого сна мы рефлексируем и укрепляем нейронные связи — возможно, потому и видим сновидения.
Важно, чтобы в нашем сне присутствовали обе фазы. Недостаток быстрого сна делает нас менее способными различать чужие эмоции и регулировать свои — то есть снижает эмоциональный IQ. Интересно, что у детей с аутизмом быстрого сна меньше, чем у детей без этого расстройства (хотя о причинно-следственной связи говорить рано). Избирательное лишение крысят в экспериментах быстрого сна искажало процесс формирования синапсов между нейронами в нервной системе и делало их во взрослом возрасте замкнутыми и депрессивными.
Похожие исследования с депривацией глубокого сна замедлили развитие мозга крысят и сделали их менее социально активными. Что касается сна взрослых людей, то он и без вмешательства ученых неэффективен: к 40 годам человек теряет 60–70% глубокого сна, к 70 годам — 80–90%. Эти цифры не безобидны: вместе с глубоким сном мы теряем способность обучаться и помнить, а еще копим токсичный амилоидный протеин в мозге и из-за этого рискуем заболеть Альцгеймером.
Чтобы испытать влияние депривации той или иной фазы сна, не обязательно ждать до 70 лет. В первой половине ночи мы переживаем медленный сон с короткими промежутками быстрого, во второй — быстрого с вкраплениями медленного. Уснув в полночь и проспав шесть часов вместо положенных восьми, мы теряем не 25% сна, а 60–90% быстрого сна. А уснув в два часа ночи и проснувшись в восемь утра — какую-то долю медленного сна. Быстрый сон также блокируют алкоголь, многие антидепрессанты и — снотворное. Но об этом позднее.
Отдел биоритмов
Каждая наша клетка подчинена биологическим часам, которые регулируют циркадные ритмы. Те адаптируют организм к разным этапам дня. Это не только переключение из режима «сон» на «бодрствование», но и все, что происходит с организмом в течение дня: температура, давление и пульс, как быстро протекает метаболизм и даже хочется есть или нет.
Стоит держать в уме, что вообще-то в биологическом дне человека не 24 часа, а примерно 24 часа: в среднем 24 часа 15 минут. (В среднем — потому что период циркадного ритма отличается от человека к человеку. Так что и с партнером, и с котом мы живем по разному времени, даже если спим в одной постели.) «Внутренние часы» спешат, и мы неизбежно переживаем мини-джетлаг. Каждый день.
Цех супрахиазматического ядра
Над пересечением зрительных нервов в самом центре нашего мозга, в передней доле гипоталамуса, есть небольшой, но важный участок — супрахиазматическое ядро. Все 20 000 его нейронов ежесекундно анализируют световые сигналы и подводят «биологические часы». Даже слепота не мешает супрахиазматическому ядру понимать, день сейчас, вечер или ночь: свет распознают особые нейроны в структуре сетчатки глаза, светочувствительные ганглионарные клетки (pRGC). Полная и частичная слепота чаще всего вызвана повреждением других фоторецепторов глаза, палочек и колбочек, а светочувствительные ганглионарные клетки не затрагивает — поэтому, если глаза на месте, организм знает, день сейчас или вечер.
Цех мелатонина
Сигнал о свете или его отсутствии идет от нейронов супрахиазматического ядра через гипоталамус и спинной мозг в верхний шейный ганглий и эпифиз или шишковидную железу (интересно, что в аюрведе ее называют «чакрой третьего глаза»). Эпифиз синтезирует всем знакомый нейромедиатор серотонин — а после сигнала от верхнего шейного ганглия превращает его в «гормон сна» мелатонин (тот самый, который покупаешь в аптеке без рецепта — только естественный).
Мелатонин не создает состояние сна, а только говорит организму: «Сейчас самое время для этого полезного действия!» Его концентрация плавно возрастает в сумерки, достигает максимума около четырех-пяти утра по местному солнечному времени (около 05:00–06:30 в Москве) — после чего медленно снижается. С рассветом, который дает эпифизу сигнал перекрыть кран с мелатонином, мы просыпаемся.
Достаточно небольшого светящегося предмета мощностью от 8 люксов, чтобы сбить с толку наше супрахиазматическое ядро и задержать синтез мелатонина. Для сравнения: самая скромная лампа накаливания мощностью в 20 Вт или светодиодная в 3 Вт производит 250 люксов.
Цех «циркадных» белков
«Циркадный» ген, period, кодирует белок PER — тот накапливается ночью, разлагается в течение дня и определяет, чувствуем мы себя бодрыми или уставшими. PER-белку помогают два вспомогательных белка, TIM (кодируется геном timeless) и DBT (кодируется геном doubletime). TIM стимулирует накопление PER в организме, DBT — наоборот, блокирует это накопление. Из-за этой взаимной работы или, даже можно сказать, постоянной борьбы TIM и DBT уровень PER в течение суток нестабилен и колеблется — в соответствии с циркадными ритмами. Мутации в PER приводят к проблемам со сном.
Вообще, сегодня известно даже не три «часовых» гена, а 14, и «циркадных» белков тоже больше. Например, белок CRY активируется при освещении и влияет на TIM, TIM — на PER. Взаимодействие этих и подобных им белков формирует наш хронотип — образ жизни в биологические сутки согласно индивидуальному циркадному ритму.
Представьте шкалу с двумя полюсами: на одном конце — «жаворонки», которые рано ложатся и рано встают, на другом — «совы». Большинство людей находятся не на полюсах, а где-то между ними — таких «середнячков» от 60 до 80%. Исследовав это пространство «между», хронобиологи выделили семь хронотипов. (Выяснить свой можно с помощью опросника Munich Chronotype Questionnaire (MCTQ).)
Так что «отдел биоритмов» работает по такой схеме:
Циркадные белки задают общий ритм, то есть хронотип → света нет → светочувствительные ганглионарные клетки успокоились и больше не передают нервные импульсы → супрахиазматическое ядро успокоилось → эпифиз увеличивает секрецию мелатонина → пора спать.
Проблемы со сном, которые возникают в «отделе биоритмов», коррелируют с самыми разными болезнями: депрессией и БАР, диабетом, непереносимостью глюкозы и даже раком. Международное агентство по исследованию рака при ВОЗ уже назвало работу в ночную смену «вероятно канцерогенной». При этом «ночная смена» — просто удобное определение. На самом деле это про всех, кто так или иначе вынужден бодрствовать во время, которое его внутренние часы считают ночью (например, вставать в 6 утра, если вы «сова»), или часто пересекает часовые пояса.
«Циркадные» нарушения сна называют расстройствами циркадного ритма сна (circadian rhythm sleep disorders, CRSD), но диагностировать их сложно. Например, синдром задержки сна (delayed sleep phase syndrome/delayed sleep phase disorder): человек засыпает под утро и чувствует себя уставшим просто потому, что ему пришлось подняться слишком рано по его биологическим часам. Этот синдром связан с генетической мутацией и не мешает жить, если спать, допустим, с 4 до 13 часов. Не-специалист, да и специалист тоже, может перепутать синдром задержки сна с бессонницей.
Отдел торможения и активации
По-настоящему сон рождают нейромедиаторы, тормозящие или активирующие центральную нервную систему. Если «тормозных» медиаторов мало или «активирующих» много, мы долго ворочаемся в постели без сна — даже если не перелетали в другой часовой пояс, вовремя отложили гаджеты и с биоритмами тоже все в порядке.
За процессы активации и торможения отвечают два конкурирующих блока внутри вегетативной нервной системы. Первый блок, симпатическая нервная система, мобилизует организм: заставляет сердце биться чаще, ускоряет метаболизм, расширяет зрачки. Похоже на состояние «бей или беги», верно? Не зря. Стресс — именно тот элемент, который активирует симпатическую нервную систему. Второй блок, парасимпатическая нервная система, готовит нас к отдыху.
Цех норадреналина
Когда сигнал об отсутствии света идет в «цех мелатонина», он проходит через верхний шейный ганглий. Тот не только подает сигнал эпифизу, что пора нажать на кнопку «мелатонин», но и уменьшает синтез нейромедиатора норадреналина. Норадреналин вырабатывается в ответ на стресс вместе с адреналином и кортизолом, что тормозит центры сна и активизирует центральную нервную систему. Это главный медиатор симпатической нервной системы, и поэтому после ссор или накануне важного дня так сложно забыться: все дело в лишней дозе норадреналина.
Цех таламуса
Когда мы забываемся естественным и здоровым сном, а точнее — его глубокой медленноволновой фазой, то не слышим шума машин за окном, не осознаем, холодно или жарко в комнате, и не чувствуем, что легли на руку и отдавили ее. Сигналы сенсорной системы блокируются таламусом — зрительным бугром в центре мозга. Он не пропускает сигналы в кору головного мозга и не дает ей осознанно воспринять их. Грубо говоря, вы слышите — но не слушаете, смотрите — но не видите. Кора головного мозга отдыхает и не концентрируется на мелочах.
Если таламус вышел из строя и его «сенсорные ворота» ночью не закрываются, сон не приходит. Так получается при фатальной семейной бессоннице (FFI, Fatal familial insomnia) — редкой генетической болезни, при которой мутация одного гена превращает нормальные белковые молекулы в инфекционные прионы. В результате атаки прионов на таламусе появляются амилоидные бляшки, он перестает блокировать сенсорные ощущения, больной не может уснуть — и со временем умирает.
Цех орексина
Цех аденозина
Пока мы бодрствуем и расходуем энергию, вспомогательные клетки нейронов головного мозга, астроциты, выделяют аденозин. Каждую секунду не-сна концентрация аденозина растет, пока мы не чувствуем sleep pressure (давление сна): веки слипаются, а челюсть неудержимо рвется зевнуть. Кофеин блокирует чувствительные к аденозину рецепторы, то есть чувство усталости — но не саму усталость и потребность во сне.
Пик концентрации аденозина, после которого мы отключаемся (если только не выпили кофе), наступает через 16–20 часов после пробуждения — то есть, проснувшись в 8 часов утра, вы почувствуете сонливость около полуночи. Пока мы спим, концентрация аденозина падает до минимального уровня. Чтобы организм разобрался с усталостью прошедшего дня и был готов уставать снова, нужно примерно 8 часов сна — то есть уснув в полночь, к 8 утра мы расправились с аденозином и готовы бодрствовать.
Цех ацетилхолина
В нервных окончаниях парасимпатической нервной системы образуется ацетилхолин — медиатор, который снижает уровень возбуждения, когда пора отдохнуть, или, наоборот, тормошит мозг, если тот слишком вялый. Поэтому его воздействие на организм называют нормализующим. Во время глубокого сна концентрация ацетилхолина падает на 50%, в быстром сне — увеличивается до значения вдвое большего, чем при бодрствовании.
Взаимодействие ацетилхолина с другими «цехами» сна выглядит как-то так:
Накапливается аденозин → снижается уровень ацетилхолина → мы засыпаем и погружаемся в глубокий сон.
Во время сна выделяется ацетилхолин → из глубокого сна мы переходим в быстрый.
Выделяется ацетилхолин + выделяется орексин → мы просыпаемся и бодрствуем.
У пациентов с болезнью Альцгеймера концентрация ацетилхолина всегда снижена — поэтому, считают ученые, именно ацетилхолин через сон помогает нам запомнить что-то новое.
Цех ГАМК
Отростки ацетилхолиновых нейронов дотягиваются до гиппокампа и в нем уже сообщают другим нейромедиаторам, что пора бы уже работать или, наоборот, отдохнуть. Так они действуют на гамма-аминомасляную кислоту, нейромедиатор ГАМК — самый важный элемент сна с точки зрения фармакологии: именно его активизируют большинство снотворных.
Когда ГАМК соединяется с соответствующим рецептором в нервной клетке, в клетку проникают отрицательно заряженные ионы хлора. За счет этого клетка «тормозится». ГАМК постоянно гасит действие глутамата и других возбуждающих медиаторов — для 40% клеток нашего организма, так что ее значение огромно. Это происходит не только во сне, но и когда, к примеру, нам нужно сконцентрироваться: нейроны мозга выделяют ГАМК, те тормозят центральную нервную систему, и мы сосредотачиваемся на главном.
Когда ГАМК недостаточно, чтобы затормозить наши движения и эмоции, появляются тревожность и бессонница. С нехваткой ГАМК связаны и синдром дефицита внимания (СДВГ), когда ребенку или взрослому тяжело усидеть на одном месте, и эпилепсия, когда единичная зона мозга перевозбуждается и инициирует эпилептический припадок.
Резюме
Итак, механизм сна — это фабрика. Вместе работа трех отделов — «отдела медленного и быстрого сна», «отдела биоритмов» и «отдела торможения и активации» — превращает наш сон в настоящее предприятие, в котором от работы одного отдела зависят все остальные. Первый отдел отвечает за то, чтобы ночью мы проходили две фазы сна — медленного и быстрого. Второй подстраивает организм под время суток: напоминает, когда нужно уснуть, а когда — проснуться. Третий отдел включает механизмы торможения центральной нервной системы, когда мы устали, и, наоборот, активирует нервную систему, когда мы отдохнули. Или когда испытали стресс — потому-то после нервного дня так тяжело уснуть.