В организме практически любого живого существа есть специальные «биологические часы», которые определяют ритм всех процессов, происходящих в организме. Их еще называют циркадными ритмами: циклические колебания интенсивности биологических процессов в течение суток (цикл приблизительно равен 24 часам — период вращения Земли). На наши внутренние биологические циклы оказывают влияние циклы внешние — природные (колебания электромагнитного поля Земли, электромагнитная активность Солнца) и социальные (время работы и др.). Помимо общих циклов, отдельные органы (сердце, печень, почки) и даже отдельные клетки имеют свои «внутренние часы», которые могут выбиваться из общего циркадного ритма организма. Период циркадного ритма индивидуален и, помимо различных внешних факторов, зависит от наследственности.
Часовые гены и фотозависимые белки
Наши биологические часы «заводятся» специальными фотозависимыми белками. Дневной свет активизирует светочувствительные рецепторы, возбуждение передается группе нейронов мозга с работающими часовыми генами. Часовые гены синтезируют специальные белки, и функция этих часовых белков — тормозить работу часовых генов! Получается саморегуляторная обратная связь: чем больше синтезировано часовых белков, тем меньше работает часовых генов. И так до тех пор, пока работа часовых генов не остановится и синтез белков не прекратится. С течением времени эти белки разрушаются, и работа часовых генов возобновляется.
Любопытно, что часовые гены мухи дрозофилы и млекопитающих очень похожи. Это говорит о том, что циклы сна и бодрствования очень древнего происхождения. Но насколько они древние — покажут только будущие генетические исследования циркадных циклов. Не исключено, что окажется, что и микробы спят.
Циркадные ритмы во время полярной ночи
Хотя именно естественный дневной свет влияет на наши циркадные ритмы, это не единственный фактор воздействия. И животные, и человек засыпают и при отсутствии смен освещенности. Например, животные Заполярья вполне способны поддерживать суточный ритм сна, как во время полярного дня, так и во время полярной ночи.
Гормон сна мелатонин и циркадные ритмы
Свет влияет на выработку «гормона ночи» — мелатонина эпифизом (маленькая железа в головном мозге). Когда вечером начинает темнеть, эпифиз начинает выделять мелатонин. Мелатонин вызывает снижение температуры тела, засыпание, его колебания в ночное время суток регулируют продолжительность фаз сна и их смену. Внутренние часы обеспечивают спонтанное пробуждение в определенной фазе циркадного цикла, которая зависит от фазы засыпания. Подробнее про фазы сна >>>
Кстати, именно в связи с недостаточностью выработки мелатонина у некоторых пожилых людей разивается бессонница. А препараты мелатонина используют как снотворное.
Темнота стимулирует выработку мелатонина, а свет подавляет. Человеку для подавления секреции мелатонина нужно гораздо больше света, чем другим млекопитающим. Возможно, это связано с тем, что на протяжении тысячелетий человек привык к искуственному освещению в ночное время. Если бы циркадные ритмы человека реагировали на такое тусклое освещение, то должны были бы быть в постоянном разладе.
Период циркадного ритма
Циркадный цикл настроен обычно на длину светового дня — 24 часа. Но многие исследователи считают, что естественный период — около 25 часов. Об этом свидетельствует то, что 25-часовый ритм характерен для слепых людей и при помещении человека в условия полной темноты на продолжительное время.
Циркадный ритм у слепых
При полной слепоте не функционируют палочки и колбочки и не воспринимается зрительная информация, но клетки способны воспринимать световую информацию и передавать ее в мозг. У большинства слепых людей отмечается ритмичная секреция мелатонина в соответствии со световым циклом, но часто внутренний цикл равен 25 часам. Поскольку приходится приспосабливаться к 24-часовому ритму, у многих слепых людей сбиваются внутренние часы и они страдают бессонницей.
Циркадный ритм в полной темноте
Если поместить человека на несколько дней в условия полной темноты, то также изменится продолжительность цикла — циркадный период удлинится до 25 часов, а сон станет фрагментарным, поверхностным, в нем начнет доминировать медленноволновая фаза. По возвращении в обычный световой режим, циркадный период сократится и вернется к 24 часам.
Пик сонливости, пик бодрствования
В течение нашего суточного цикла есть пики и спады периодов сонливости и бодрствования. Пик сонливости — 2-4 часа ночи, и 13-15 часов дня, эти пики несколько варьируются в зависимости от индвивидуальных особенностей, являетесь ли вы «жаворонком» или «совой» (подробнее про сов и жаворонков >>>). Днем сонливость даже во время своего пика будет меньше, если ночной сон был достаточным.
Биологические часы подростка
Мы рождаемся с биологическими часами, «настройка» происходит в раннем детстве. В подростковом возрасте происходят различные сдвиги, сбои ритма. Подросткам тяжело заснуть раньше 23.00 ввиду того, что уровень мелатонина в их крови достигает своего максимума позже, чем у взрослых. Поскольку утром им надо рано вставать, чтобы идти в школу, подростков тяжело поднять с постели. Они не встают по первому сигналу родителей не из вредности, а потому что недосыпают. Ведь для полноценного восстановления им необходимо минимум 8 часов сна, а лучше — чуть больше 9 часов. Очень важно в этот непростой период следить за тем, чтобы ребенок спал достаточно для нормальной дневной активности, оставлять тусклый ночной свет во время сна и включать более яркий свет утром.
Причины нарушения биоритмов
У взрослых также часто происходят нарушения биоритмов, например, при быстрой смене часовых поясов, что происходит при авиаперелете на большие расстояния (подробнее >>>), при переводе часов (подробнее >>>), при частой работе в ночные смены, ненормированном рабочем дне. Это приводит к появлению нарушений сна.
Как адаптироваться к изменениям биоритмов
Недавние исследования показали простой способ смещения циркадной периодичности. Крыс, которые в естественной обстановке едят ночью, начали кормить днем. В результате через недолгое время ночные грызуны поменяли свой циркадный ритм на прямо противоположный. Эксперименты с людьми дали те же результаты. Так что если необходимо в течение долгого времени интенсивно работать по ночам, лучше всего начать по ночам есть. Тогда организм естественным образом перестроится. Механизм этого явления пока неизвестен. Впрочем, лучше по ночам не работать и соблюдать режим дневного бодрствования и ночного сна — естественный для человека ритм. Ведь есть ряд нарушений сна, вызванных нарушениями циркадных ритмов, например, джетлаг (синдром смены часового пояса), бессонница выходного дня, расстройства из-за сменного графика работы и т.д.
Если ваши биологические часы дают сбой, восстановить их работу поможет настрой Георгия Сытина на здоровый суточный цикл жизни >>>