Организация времени сна питания и бодрствования 5 букв
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
Взаимодействие сна и питания: последствия для спортсменов
Обзор рассматривает отношение между сном и питанием. Доказано, что питание способно улучшить сон. Для восстановительного эффекта сон должен иметь адекватную продолжительность и качество. В частности, для спортсменов, чьи потребности в физическом и психическом восстановлении могут быть энергозатратнее. Связано это с высокими физиологическими и психологическими требованиями, возложенными на спортсменов в период тренировок. Доказано, что сон оказывает восстановительное влияние на иммунную, эндокринную, нервную системы и метаболический процесс во время активных занятий. Сон играет большую роль в обучении, памяти, восстановлении и производительности спортсмена. Взаимодействие сна и питания, рассмотренные в данной статье, покажут, как качество и количество сна влияет на способность к обучению и/или восстановлению спортсмена.
Что такое сон
Как и почему возникает сон
Мозг является электрической системой с цепями, включающимися и выключающимися, чтобы либо бодрствовать, либо спать.
Сон — это динамичный процесс, в значительной степени регулирующийся двумя факторами; циркадной системой (C) и гомеостатическим процессом (S). Было изучено взаимодействие гомеостатического сна (желание спать, которое накапливается во время бодрствования) и циркадной системы (система эндогенной синхронизации) в синхронизации и продолжительности сна. Гомеостатический процесс — это функция сна и пробуждения, в то время как циркадный ритм контролируется сменой дня и ночи. Гомеостатический процесс увеличивается во время пробуждения и снижения во время сна. Например, во время сна понижается базальная температура, артериальное давление, объем циркулирующей крови и пр. Он взаимодействует с циркадным ритмом, который не зависит от сна и просыпания и получает сигналы (например, свет) из окружающей среды. Супрахиазматическое ядро (SCN) в мозге является центральным для этого процесса. Оно помогает управлять выработкой мелатонина в эпифизе и синхронизирует работу «биологических» часов организма.
Сон имеет восстановительный эффект на иммунную и эндокринную системы, облегчает восстановление нервной и метаболической системы и играет неотъемлемую роль в обучении, памяти. Медленный волновой сон в начале ночи способствует выработке пролактина, в то время как противовоспалительные действия кортизола и катехоламинов уменьшаются. Лишение и нарушение сна нарушает адаптивный иммунитет, который связан с уменьшенным реакции на прививки и уязвимость к инфекционным заболеваниям. Это связано со снижением выделения гормона роста во время глубокого сна. Коэффициент некроза опухоли вместе с другими цитокинами считается ключом к регулированию сна в нормальных физиологических условиях. Доказано, что нарушение сна (бессонница) влияет на факторы риска воспалительных заболеваний.
Потребление кофеина, алкоголя и продолжительность сна могут привести к изменениям в сигналах, которые отрицательно воздействуют на циркадные ритмы. Что приводит к негативным физиологическим последствиям.
Сон и спортсмены
Классический взгляд на сон состоит в том, что это процесс восстановления, с циркадной системой, регулирующей чувства сонливости и бодрствования в течение дня. Отношения между сном, производительностью и восстановлением рассматривают с точки зрения 3-х ключевых факторов, влияющих на результат:
Восстановление после тренировки жизненно важно для всех спортсменов. Если баланс между тренировочным стрессом и физическим восстановлением является неадекватным, производительность становится отрицательной. Мышечная усталость или болезненность отрицательно влияют на сон. Неадекватное восстановление снижает ресурсы вегетативной нервной системы (ANS), изменение частоты сердечных сокращений (HRV) и повышенной частоты сердечных сокращений. Лишение сна связано с повышенными катаболическими и сниженными анаболическими гормонами, которые приводят к нарушению синтеза мышечного белка.
2.1. Сон, питание и спортсмены
Питание должно соответствовать требованиям ежедневных тренировок и общих целей питания. Целью питания является содействие адаптации организма к увеличивающимся нагрузкам. На циркадные ритмы сна могут повлиять:
2.2. Хрононерция
Недавно введенный термин хрононутриция означает взаимодействие между пищей и циркадной системой. Хрононутриция характеризуется как:
Несколько нейротрансмиттеров связаны с циклом сна, включая окситриптан, меланин, холинергический, галанин, норадреналин и гистамин. Поэтому питание, которое действует на эти нейротрансмиттеры, положительно воздействует на сон. Диетические прекурсоры влияют на скорость синтеза и функции нейротрансмиттеров (например, синтез серотонина зависит от наличия триптофана в мозге). Триптофан транспортируется через мозговой барьер в крови системой, которая допускает транспортировку с несколькими крупными нейтральными аминокислотами (LNAA). Количество триптофана в крови важно для его транспортировки в мозг. Увеличить долю аминокислоты в крови может: потребление сложных углеводов; низкобелковая диетой; сывороточный белок.
2.3. Углеводы
Доказано что потребление углеводов увеличивает концентрацию триптофана в плазме. Углеводы влияют на триптофан и могут дополнить эффект сна. Инсулин влияет на транспортировку триптофана через гематоэнцефалический барьер после богатой углеводами еды. Потребление углевода с высоким содержанием гликемического индекса (GI) повышает соотношение циркуляционного триптофана. Это увеличивает наличие триптофана для синтеза серотонина и в конечном итоге мелатонина. GI влияет на задержку наступления сна. Еда с высоким гликемическим индексом потребленная за четыре часа до сна, значительно задерживает наступление сна (9,0 ± 6,2 мин) по сравнению с едой с низким гликемическим индексом (17,5 ± 6,2 мин). Доказано, что низкое потребление углеводов связано с симптомами бессонницы.
2.4. Мелатонин
Мелатонин имеет чрезвычайно низкую токсичность даже при относительно высоких дозах и может легко пересекать физиологические барьеры. Добавка мелатонина влияет на сон и обладает гипнотическими эффектами, улучшающими качество и продолжительность сна, фармакологический мелатонин может быть использован для манипулирования циркадными ритмами. Положительный эффект низких доз (0,3 мг или 1 мг) экзогенного мелатонина (желатиновые капсулы) на задержках сна наблюдалось в небольшой группе здоровых мужчин, при введении в 6:00 вечера (0,3 Mg 16,5 ± 19,9 мин; 1 мг 12,3 ± 13,6 мин; плацебо 23,1 ± 22,7 мин) и 8:00 вечера (0,3 мг 19,6 ± 14,1 мин; 1 мг 20,7 ± 17,7 мин; плацебо 53,4 ± 51,9 мин). Однако влияние зависело от времени и дозы 0,3 мг, повышенная задержка наступления сна при использовании в 9:00 вечера (0,3 мг 25,1 ± 10,5 мин; 1 мг 12,1 ± 7,4 мин; плацебо 8,8 ± 4 мин) и не было никаких доказательств эффекта, когда доза 1 мг вводилась в 9:00. Результаты указывают на то, что даже низкая доза мелатонина может вызвать эффект, вызывающий сон.
Важно: мелатонин не вызывает привыкания.
2.5. Триптофан
2.6. Антиоксиданты
Витамин А представляет собой жирорастворимый витамин, присутствующий во многих липидных веществах. Бета-каротин может быть преобразован в витамин А. Витамин С является водорастворимым витамином и чрезвычайно эффективен во внеклеточных жидкостях. Потребление антиоксиданта не гарантирует, что соединение будет действовать в качестве антиоксиданта внутри организма, поэтому положительные результаты от одного или комбинации антиоксидантов не могут быть обобщены. Антиоксиданты играют ключевую роль в иммунитете и могут улучшить восстановление после тренировок.
2.7. Витамины группы В и магний
Витамин В12 способствует секреции мелатонина, витамин B6 участвует в синтезе серотонина из триптофана, а ниацин (витамин B3) вызывает расщепление триптофана. Ниацин может быть синтезирован эндогенно, поэтому потребление достаточного количества ниацина необходимо ингибировать. Витамин B9 и пиридоксин участвуют в превращении триптофана в серотонин. Наблюдались смешанные эффекты с различными дозами кобаламина (витамин В12) на ритмах сна и задержанного фазового синдрома сна (значительная задержка в циркадном ритме), в то время как никакого эффекта не наблюдалось для продолжительности сна.
Считается, что магний укрепляет секрецию мелатонина, способствуя началу сна и выступает в качестве агониста GABA, основной ингибирующий нейротрансмиттер. Магний важен для производства фермента N-Acetytransferase, который преобразует 5-HT в N-ацетил-5-гидрокситроптамин, трансформируется в мелатонин. Двойное слепое исследование плацебо на пожилых взрослых (N = 43), продемонстрировало что пищевая добавка, содержащая 5 мг мелатонина, 225 мг магния и 11,25 мг цинка, значительно улучшает субъективные оценки качества сна в группе вмешательства. Данный эффект был отнесен к синергии между магнием, цинком и мелатонином. Следует отметить, что дополнение этих питательных веществ, скорее всего, будет влиять только в случаях дефицита или недостаточности.
Выводы
Питательные вещества, такие как антиоксиданты, белки, углеводы, мелатонин, микроэлементы и фрукты могут повлиять на сон. Сон может быть спровоцирован либо путем ингибирования механизмов продвижения или увеличением факторов содействия сну благодаря вмешательствам в питание. Основываясь на этом обзоре существующей научной литературы, можно говорить о значительном объеме информации для дальнейших исследований вмешательств в питание, предназначенных для повышения качества и количества сна.
Источники
1. Halson S.L. Sleep in elite athletes and nutritional interventions to enhance sleep. Sports Med. 2014;44:13–23. doi: 10.1007/s40279-014-0147-0. [ PMC free article ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
2. Carskadon M.A., Dement W.C. Monitoring and Staging Human Sleep. In: Kryger M.H., Roth R., Dement W.C., editors. Principles and Practice of Sleep Medicine. 5th ed. Elsevier; Philadelphia, PA, USA: 2011. pp. 16– 26. [ Google Scholar ]
3. Irwin M.R., Opp M. Sleep health: Reciprocal regulation of sleep and innate immunity. Neuropsychopharmacology. 2017;42:129– 155. doi: 10.1038/npp.2016.148. [ PMC free article ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
4. Kryger M.H., Roth T., Dement W.C. Principles and Practice of Sleep Medicine. 5th ed. Elsevier; Philadelphia, PA, USA: 2011. pp. 1– 15. [ Google Scholar ]
5. Berry R.B., Brooks R., Gamaldo C.E., Harding S.M., Lloyd R.M., Marcus C.L., Vaughn B.V. The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events: Rules, Terminology and Technical Specifications: Version 2.3. American Academy of Sleep Medicine; Darien, IL, USA: 2017. [ Google Scholar ]
6. Buysse D.J. Sleep health: Can we define it? Does it matter? Sleep. 2014;37:9–17. doi: 10.5665/sleep.3298. [ PMC free article ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
7. Saper C.B., Scammell T.E., Lu J. Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms. Nature. 2005;437:1257–1263. doi: 10.1038/nature04284. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
8. Saper C.B., Chou T.C., Scammell T.E. The sleep switch: Hypothalamic control of sleep and wakefulness. Trends Neurosci. 2001;24:726–731. doi: 10.1016/S0166-2236(00)02002-6. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
9. McGinty D., Szymusiak R. Sleep-promoting mechanisms in mammals. In: Kryger M.H., Roth R., Dement W.C., editors. Principles and Practice of Sleep Medicine. 4th ed. Elsevier; Philadelphia, PA, USA: 2005. pp. 169– 184. [ Google Scholar ]
[1] Аденозин играет важную роль в биохимических процессах, таких как передача энергии и сигналов.
Сон и старение I: «Часы в мозге» и влияние генов на ритм жизни
Сон и старение I: «Часы в мозге» и влияние генов на ритм жизни
Эпифиз вырабатывает «гормон сна» мелатонин ночью, а солнечный свет тормозит его образование. Мелатонин — главный регулятор циркадных ритмов, управляющих распорядком дня человека.
Автор
Редакторы
Новая неделя, новый день, новый год. Время жизни разбито на отрывки разной длительности, и все эти отрывки повторяются. Каждые несколько часов нам хочется есть. Каждый вечер мы ложимся спать. Каждые четыре недели организм женщины вырабатывает яйцеклетку. Большинство процессов, происходящих с нашим телом, циклично, и одни циклы завязаны на другие. И хотя старение организма периодическим процессом не назовёшь (ведь никто не молодеет!), его ход напрямую зависит от биоритмов человека, в частности, от цикла сна и бодрствования. Доказательства этому находятся и на уровне поведения, и на уровне отдельных органов, клеток и генов.
Старение и долголетие
Цикл статей, задуманных в рамках спецпроекта «биомолекулы» для фонда «Наука за продление жизни».
В этом цикле рассмотрим общие проблемы старения клеток и организмов, научные подходы к долголетию и продлению здоровой жизни, связь сна и старения, питания и продолжительности жизни (обратимся к нутригеномике), расскажем про организмы с пренебрежимым старением, осветим темы (эпи)генетики старения и анабиоза.
Конечно, феномен старения настолько сложен, что пока рано говорить о радикальных успехах в борьбе с ним и даже о четком понимании его причин и механизмов. Но мы постараемся подобрать наиболее интересную и серьёзную информацию о нащупанных связях, модельных объектах, разрабатываемых и уже доступных технологиях коррекции возрастзависимых нарушений.
Краткое содержание спецпроекта освещено в видеоролике «Стареть или не стареть? // Всё как у зверей». Подробности же узнаете из наших статей.
Следите за обновлениями!
Часы в мозге
Как показывает практика, механизмы смены сна и бодрствования можно объяснить даже детям — «„Проснись!“ — „Усни. “ — „Проснись!“ — „Усни. “ — „Проснись!“» [1]. — Ред.
У дрозофил нашли подобие «гена сна», что описано в статье «Бессонные ночи дрозофилы» [2]. Чисто теоретически это может привести к тому, что потребностью во сне можно будет управлять, но вряд ли мы это когда-то увидим. — Ред.
Есть предположение, что изначально (много миллионов лет назад) циркадные ритмы помогали организмам не умирать от кислорода, которого в тот момент в атмосфере стало аномально много для тогдашних обитателей планеты — «Прообраз биологических часов» [3]. — Ред.
Рисунок 1. Влияние супрахиазматического ядра гипоталамуса на работу различных клеток организма. Функционирование клеток всех типов тканей подчиняется центральному ритму, который задаёт супрахиазматическое ядро гипоталамуса. Оно «следит» за тем, чтобы сигналы от нервной и эндокринной систем приходили к клеткам в одно и то же время — фактически, синхронизирует их. Кстати, то же можно сделать и вне организма: выращивая в культурах несколько образцов различных тканей человека, можно эти культуры синхронизировать, если имитировать сигналы SCN. Такая синхронизация активности культур различных типов клеток одного и того же человека представлена на графиках.
В ходе исследований посмертных срезов мозга здоровых пожилых людей выяснилось, что с возрастом нейроны SCN дегенерируют. Изменяется и структура LC. Кроме того, активность лобных долей коры значительно падает с возрастом (и степень снижения этой активности напрямую отражается на интеллекте), что показано в исследованиях фМРТ [4]. Всё это приводит к тому, что со временем у людей исчезают острые пики активности при бодрствовании. То есть пожилые, конечно, бодрствуют, но внимательность и скорость мышления у них не так хороши, как раньше. Вероятно, причина этого — постепенное ухудшение работы мозговых регуляторов сна и бодрствования.
У пожилых по сравнению с молодыми эффективность сна снижена. С этим может быть связана старческая сонливость, возникающая даже тогда, когда человек определённо выспался. Судя по всему, возрастное падение качества сна не вызвано какими-то конкретными патологиями, это просто часть обычного процесса старения. Впрочем, так ли неизбежно само старение, вопрос.
Кроме того, старые хуже переносят вынужденный пропуск сна. Это показали эксперименты, в ходе которых 12 мужчин возрастом 21–31 год и 11 мужчин возрастом 61–70 лет не спали 40 часов (рис. 2). У пожилых субъективное ощущение сонливости было сильнее, чем у молодых, да и внимание из-за недосыпа падало заметнее [5].
Другой эксперимент с такой же длительностью провели в 2005 году [6]. Его результаты тоже представлены на рисунке 2 (закрашенные серым области). В нём двум группам участников-мужчин (опять пожилым и молодым) нужно было в течение 40 часов то спать по 75 минут, то бодрствовать по 150 минут, притом делать это по расписанию. Такой искусственный режим должен был выявить, насколько сон у людей одной возрастной группы более эффективен, чем у испытуемых из другой группы. Нетрудно догадаться, что молодые во время эксперимента и после него чувствовали себя лучше, чем пожилые, потому что лучше высыпались.
Рисунок 2. Субъективное восприятие качества сна и бодрствования у молодых и пожилых мужчин во время 40-часового эксперимента по лишению сна [5], а также эффективность сна во время эксперимента с множеством эпизодов сна [6]. Пожилые раньше начинают чувствовать сонливость, и субъективно она проявляется сильнее (тёмно-серая линия). Молодые более устойчивы к депривации сна (светло-серая линия). Кроме того, субъективно сон молодых (светло-серые закрашенные области) более эффективен, чем сон пожилых (тёмно-серые закрашенные области).
«Гены циркадных ритмов» и старение
Работа любого органа — это, в конечном счёте, работа его генов. Наши «внутренние часы» — не исключение. В супрахиазматическом ядре экспрессируется ряд генов, малоактивных в других частях мозга и тела вообще. Среди таких генов BMAL1 (он же MOP3 и ARNT3), CLOCK и NPAS2 [7], [8]. Эти гены были выявлены в исследованиях с помощью нокаутных мышей — таких, которым методами генной инженерии нарушили работу одного или нескольких генов.
Как правило, продолжительность жизни у грызунов с одним или несколькими выключенными «генами периодичности» снижена. В частности, мыши с неработающим BMAL1 живут меньше своих собратьев. Под конец жизни у них проявляются все характерные признаки старения: их органы уменьшаются в размерах, теряется мышечная масса и подкожный жир, развивается старческая катаракта, повышается содержание активных форм кислорода в тканях [9]. При постоянной нехватке белков BMAL1 и CLOCK ухудшается память, снижается интеллект: животные хуже обучаются и быстрее забывают новую информацию [10].
BMAL1 и CLOCK действуют по-разному: если «выключить» работу гена CLOCK, не затрагивая BMAL1, жизнь мышей претерпевает менее глобальные изменения. Средний срок жизни грызунов без CLOCK на 15% короче, чем у животных дикого типа, а преждевременное старение проявляется у них только в изменении структуры кожи и развитии катаракты [11].
Вот один из примеров связи циркадных ритмов с обменом веществ в целом: «Найдена связь между обменом веществ и циркадным ритмом» [12].
Рисунок 3. Примеры проявлений старения на клеточном уровне. Подробное объяснение этих проявлений дано ниже в тексте в виде нумерованного списка.
Исследования обычно проводятся на больших группах животных, и данные по этим животным усредняются. Но мы-то помним, что каждый организм имеет свой уникальный геном, и от того, как гены в его составе взаимодействуют между собой, зависит очень многое. У двух мышей может быть нарушена работа одного и того же CLOCK, но на уровне отдельных органов и организма в целом это нарушение проявится у них совершенно по-разному. Да даже если с вариантами генов всё в порядке, два организма не будут стариться одинаково. Дело в том, что роль в силе и характере изменений сна с возрастом играет и генотип конкретного организма. Это было подтверждено исследованиями на мышах [23], [24], в которых качество сна грызунов оценивали по элетроэнцефалограммам, а также смотрели, как с возрастом у этих грызунов ухудшается зрение.
У грызунов линии C57BL/6 чаще других с возрастом развивается катаракта, а значит, почти пропадает зрение. Видимо, поэтому под старость (в возрасте примерно год) эти сумеречные животные всё более активны в светлое время суток и всё менее активны в темноте. Кроме того, пожилые C57BL/6 бодрствуют дольше остальных, а AKR/J дольше всех спят. Больше всего времени в стадии REM-сна проводят мыши линии DBA/2J, а меньше всего — AKR/J. Если годовалым мышам этих трёх линий некоторое время мешать спать, а потом дать им возможность выспаться, то быстрее всех к своему обычному режиму возвращаются грызуны C57BL/6.
Сон и метаболизм
Мы выяснили, как нарушение работы «генов циркадных ритмов» влияет на состояние отдельных клеток. А как на них действует нарушения сна, столь частые в преклонном возрасте?
Хотя сон считается временем покоя, во время сна очищение нейронов от «отработанных» продуктов обмена веществ происходит быстрее, чем при бодрствовании [26]. Кстати, ночью очищается не только нервная система. Во время сна также усиливается или ослабевает экспрессия ряда генов. В тканях лёгких экспрессия 3% генов различается во сне и при бодрствовании. В тканях сердца таких «сон-зависимых» генов 6%. Во время сна содержание маркеров клеточного стресса в тканях лёгких, сердца и мозга снижено [27].
Возможно, одна из функций сна — избавление организма от отработанных метаболитов и общее восстановление клеток после стресса. Если это предположение окажется верным, оно сможет объяснить некоторые факты. Например, известно, что независимо от национальности у женщин 46–57 лет, имеющих частые жалобы на качество сна, особенно высок риск метаболического синдрома [28]. Впрочем, последнее может быть связано с тем, что в дополнительные часы бодрствования эти женщины едят [29]. А значит, они потребляют больше калорий в сутки, чем женщины без проблем со сном. В пользу этой гипотезы свидетельствует то, что экспериментальное нарушение сна не вызывало у крыс метаболического синдрома [30].
По данным эпидемиологических исследований, депривация (ограничение времени) сна повышает вероятность дислипидемии, диабета 2 типа и нетолерантности к глюкозе (таб. 1).
| Первый автор статьи, ссылка | Год | Число участников | Продолжительность исследования | Результаты |
|---|---|---|---|---|
| Chaput et al. [32] | 2007 | 740 | 3 года | Регулярный сон длительностью менее 6 часов вызывает нарушение толерантности к глюкозе. |
| Mallon et al. [33] | 2005 | 2663 | 12 лет | У мужчин частые пробуждения и короткий сон связаны с повышенной вероятностью диабета. |
| Nilsson et al. [34] | 2004 | 6599 | 14,8 ± 2,4 года | Нарушения сна повышают риск развития диабета. |
| Tuomilehto et al. [35] | 2008 | 2800 | 2 года | Слишком короткий (≤6 ч) или слишком длинный (≥8ч) сон повышают вероятность развития диабета 2 типа у женщин среднего возраста. У мужчин аналогичного эффекта не нашли. |
| Meisinger et al. [36] | 2005 | 8300 | 11 лет | У людей обоих полов сложности с поддержанием сна (частые просыпания и т.п.) повышают риск развития диабета 2 типа. |
| Hayashino et al. [37] | 2007 | 6509 | 6 лет | У взрослых без серьёзных проблем со здоровьем нарушения засыпания связаны с повышенным риском диабета. |
| Kawakami et al. [38] | 2004 | 2649 | 8 лет | Нарушения сна связаны с повышением риска диабета в 2-3 раза. |
| Choi et al. [39] | 2008 | 4222 | 1 год | И слишком короткий, и слишком длинный сон ассоциируются с повышенным риском метаболического синдрома. |
| Gangwisch et al. [40] | 2007 | 8992 | 10 лет | Кратковременный сон может быть важным фактором риска диабета. |
| Xu et al. [41] | 2010 | 10143 | 10 лет | Короткий ночной сон и частый дневной сон связаны с проявлением диабета. |
| Rafalson et al. [42] | 2010 | 1455 | 6 лет | Короткий ночной сон связан с нарушением содержания глюкозы в крови натощак, вызванным резистентностью к инсулину. |
| Yaggi et al. [43] | 2006 | 1709 | 18 лет | И слишком короткий, и слишком длинный сон повышают риск развития диабета. |
| Hall et al. [44] | 2008 | 1214 | Одномоментное исследование | Продолжительность сна связана со степенью риска метаболического синдрома. |
| Facco et al. [45] | 2010 | 189 | В течение беременности | Малая продолжительность сна связана с нарушением толерантности к глюкозе во время беременности. |
| Qui et al. [46] | 2010 | 1290 | В течение беременности | Гестационный диабет (диабет беременных) и нарушение толерантности к глюкозе чаще развиваются у тех, кто мало спит. |
Помимо нарушений метаболизма, ошибок репликации и повышенным по сравнению с нормой процентом гибнущих клеток [30], депривация сна может повлечь за собой негативные последствия для иммунной системы. У пациентов с постоянным недосыпом днём в крови повышается содержание маркеров воспаления — фактора некроза опухолей (TNF), интерлейкинов 1 и 6, а также кортизола [31], [47]. А ведь воспаление идёт рука об руку с повышенным риском множества заболеваний, начиная от инсульта и заканчивая болезнью Альцгеймера. Например, при последней клетки микроглии (это макрофаги в мозге) выделяют заметные количества интерлейкинов 12 и 23 — одних из важнейших сигналов воспаления. В норме этого, разумеется, не происходит, ведь ни болезни Альцгеймера, ни воспаления нет. Судя по всему, команду микроглии вырабатывать факторы воспаления даёт сам бета-амилоид. Далее, при болезни Альцгеймера астроциты (разновидность глиальных клеток, питают и поддерживают нейроны, направляют их рост у зародышей) становятся восприимчивыми к IL-12 и IL-23 (опять же, в норме такого не наблюдается.) Отложения бета-амилоида увеличиваются в размерах, клеток астроглии становится всё больше, а нейронов рядом с ними — всё меньше [48]. Если снизить выработку IL-12 и IL-23 в клетках глии, патология замедлит своё развитие.
Во взаимосвязях воспаления, выделения интерлейкинов и работы астроцитов при болезни Альцгеймера ещё предстоит разобраться, но уже сейчас ясно, что такие взаимосвязи существуют. На самом деле, подобных корреляций выявили уже немало. А о связи нарушений сна и различных заболеваний (нервных, и не только) будет отдельная статья.