Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
«Биохимия всех клеток тела полностью подчиняется ясной суточной структуре», — уверен Тиль Рённеберг, первый в Германии профессор хронобиологии, работающий в Мюнхенском университете. Следовательно, дух и плоть не во всякое время работают с равной эффективностью: краткосрочная память лучше всего функционирует с утра, долгосрочная — вскоре после полудня. Сложные задачи лучше всего решаются незадолго до полудня. Мышечная сила, выносливость и кровообращение достигают пика ранним вечером. Однако к этим данным нужно относиться с осторожностью: с хронобиологической точки зрения все люди устроены по-разному.
«Поскольку внутренние часы управляются генами, темп их хода в основном передается по наследству. Каждый человек следует собственному индивидуальному ритму», — пишет Рённеберг. Люди, живущие ночной жизнью, ложатся спать в тот момент, когда любители рано вставать уже просыпаются для следующего дня. Естественно, моменты подъема и понижения активности приходятся у этих групп на разное время. Голландский биолог Барбара Бимане обнаружила даже, что подопытные животные всегда лучше всего помнят событие из недавнего прошлого в то время суток, когда оно впервые произошло: «С точки зрения адаптации имеет смысл использовать сегодняшний опыт как временную ориентировку на завтра», — поясняет она.
Многочисленные биологические хронометры в нашем теле управляются центральными часами в мозге, находящимися в гипоталамусе, в непосредственной близости к основной части системы регуляции сна. Там в так называемых супрахиазматических ядрах (СХЯ) залегают 20 ООО плотно прилегающих друг к другу нейронов, которые разными путями задают ритм всем органам и в то же время обеспечивают синхронность работы биологических часов со сменой дня и ночи во внешнем мире. Для этого у нас в глазах есть специальные датчики света, которые не воспринимают изображение, а только замеряют освещенность и непосредственно передают эту информацию центральным часам в мозге.
Время спать
Не случайно Ашофф и его коллеги при экспериментах в бункере прежде всего отмечали время, когда испытуемые засыпали и просыпались. Цикл сна и бодрствования — наиболее ощутимый для нас самих из всех наших биологических ритмов; его, разумеется, легче всего наблюдать. Всякий, кому случалось совершать дальние перелеты с большой разницей во времени в начальном и конечном пункте, знает, что это такое — вынужденно бодрствовать в тот момент, когда внутренние биологические часы показывают время сна, и наоборот — как трудно заснуть, если наше тело считает, что сейчас на дворе белый день. Очевидно, датчики времени промежуточного мозга с регулярными промежутками посылают сигналы в наши центры возбуждения и засыпания, так что мы примерно каждые 24 ч в одно и то же время ощущаем потребность в сне. Тем самым природа вот уже миллионы лет заботится о том, чтобы мы, как и наши предки, спали главным образом тогда, когда меньше всего надежды отыскать пропитание, то есть ночью.
Эксперимент 7/13: По ночам склонность ко сну у людей особенно велика. Она также слегка повышается в послеобеденное время. Подопытные 7 минут могли спать, а затем должны были 13 минут бодрствовать. Чем больше склонность ко сну, тем чаще они засыпали в 7-минутные промежутки.
Один из часовых нейромедиаторов засыпания обнаружил молодой берлинский биохимик Ахим Крамер, после защиты диссертации работавший некоторое время в США, в Гарвардской школе медицины в Бостоне. Он исследовал всевозможные молекулы, вырабатываемые нейронами центральных часов у хомяков, и проверял, оказывают ли они влияние на суточный ритм животных. В 2001 г. ему удалось наконец найти искомое: стоило впрыснуть в промежуточный мозг хомяков одно из тридцати двух исследованных им веществ, под названием «ТГФ-альфа», как эти активные по ночам зверюшки начинали вести себя ночью, как днем. Они немедленно прекращали свою обычную в это время непрерывную беготню и сидели смирно до тех пор, пока действие инъекции не прекращалось.
Дальнейшие исследования вписывались в эту картину. Клетки СХЯ вырабатывают сигнальное вещество главным образом днем. В одном из центров возбуждения в мозге хомяков находятся клетки, чувствительные к ТГФ-альфа. Видимо, именно эти рецепторы отвечают за сон грызунов, подавляя их систему возбуждения. Во всяком случае, вещество, активирующее те же рецепторы, также заставляет животных прекратить беготню. А мыши с модифицированными генами, у которых этот рецептор поврежден, проявляют гиперактивность.
Судя по всему, наши внутренние часы вырабатывают блокаторы возбуждения главным образом ночью, посылая тем самым важный сигнал наступления усталости. Это звучит банально, но в прошлом столетии ученым пришлось еще доказывать, что мы действительно засыпаем ночью несравненно легче, чем днем. Широкую известность получил так называемый эксперимент 7/13 израильского сомнолога Перетца Лави: он заставлял людей на протяжении целых суток 7 мин пытаться заснуть, а 13 мин быть активными. При этом Лави отмечал, в какое время подопытным чаще всего удавалось заснуть.
Если бы внутренние часы никак не влияли на сон, люди могли бы с равной частотой засыпать или не засыпать в любое время суток. На самом же деле в результате эксперимента получился график, удивительно напоминающий статистику несчастных случаев на дорогах. Между 14 и 16 часами подопытные постоянно засыпали во время семиминутных пауз, а между 22 и 7 часами это происходило почти всегда. Следовательно, поздно ночью и после обеда наблюдалась особенная склонность ко сну — как раз в это время происходит наибольшее число несчастных случаев.
Ночью экспериментатору с большим трудом удавалось добиться от людей бодрствования между промежутками сна. Однако гораздо больше ученых удивило другое: в определенное время суток подопытные не засыпали почти никогда. Для многих это было время между 20 и 22 часами. В эти «запретные для сна зоны», как выразился Лави, биологические часы, видимо, стоят на отметке «бодрствование», независимо от того, насколько человек устал.
Процесс S и процесс С
Очевидно, внутренние часы занимаются не только тем, что в определенное время посылают сигналы усталости. В другое время они активно поддерживают нас в состоянии бодрствования. К примеру, утром биологический датчик времени взбадривает нас даже в том случае, если мы перед этим не спали. Каждый, кому случалось проводить бессонную ночь, может вспомнить, что страшная сонливость, почти необоримая посреди ночи, с приближением нового дня отступает. Даже совсем не выспавшись, мы снова становимся внимательнее, работоспособнее, сосредоточеннее, а настроение улучшается.
Однако за этим, обычно к полудню, а самое позднее к вечеру, следует неприятное «пробуждение»: как только тело немного снижает свою активность, на невыспавшегося человека нападает неодолимая потребность в сне. Видимо, организму необходимо что-то добрать, и внутренние часы сообщают нам, когда это лучше всего сделать. Следовательно, кроме хронобиологического влияния на нашу потребность в сне существует и вторая составляющая, которая заставляет нас ощущать тем большую усталость, чем дольше мы не спали. Это так называемый гомеостатический фактор, стремящийся поддерживать потребность в сне по возможности на одном уровне.
Сам по себе данный процесс функционирует совершенно так же, как термостат, поддерживающий в холодильнике постоянную заданную температуру. Чем дольше мы бодрствуем, тем с большей силой центр засыпания испытывает потребность переключить коммутатор на сон. Чем дольше мы спим, тем меньше потребность в сне, так что в какой-то момент мы окончательно «выспались» и просыпаемся. «Гомеостатический процесс — функция от продолжительности предшествующего бодрствования», — пояснил мне заведующий отделением психофармакологии и сомнологии Цюрихского университета Александр Борбели во время нашей беседы весной 2006 г.
Не приходится сомневаться, что Борбели знает, о чем говорит: ведь не кто иной, как он разработал в 1982 г. так называемую двухфакторную модель регуляции сна. Согласно этой модели, наша потребность в сне в определенный момент времени есть результат взаимодействия хронобиологических и гомеостатических факторов. Эти компоненты ученый назвал процессом S и процессом С. Процесс S — это гомеостатическая составляющая потребности в сне, а процесс С — влияние внутренних часов, главная задача которых — оставить для долгого сна именно ночь. Когда исследователи удаляли у подопытных животных центральные внутренние часы и тем самым прекращали процесс С, зверьки начинали засыпать на короткое время независимо от времени суток и так же быстро просыпаться.
