Глава 3. Посланцы ночи

Глава 3. Посланцы ночи

Внутренние часы

Словно стая птиц, в нескольких метрах над землей летят над долиной великолепные бабочки, умело направив по ветру оранжевые с черным крылья. И хотя удивительные создания размером с детскую ладошку держатся в воздухе почти неподвижно, рой проносится мимо со значительной скоростью. Мы уже потеряли бы их из виду, если бы время от времени то одна, то другая не взмахивала мощными крыльями. Это бабочки вида монарх, совершающие свое обычное путешествие длиной 3600 км из отдаленного уголка Северной Америки в горные леса Сьерра Мадре в Мексике. Здесь на небольшом пятачке ежегодно собираются в ноябре сотни миллионов этих прославленных путешественниц.

Удивительная игра природы. Но какое отношение она имеет к человеческому сну? Самое прямое. Не так давно ученые выяснили что бабочка-монарх никогда не отыскала бы пункт назначения без исключительно развитого чувства времени. Насекомые ориентируются по положению солнца, а его можно правильно истолковать лишь в том случае, если чувство времени постоянно подсказывает им, в какой стороне света находится сейчас согревающая нас звезда. Люди, конечно, тоже обладают такими внутренними часами. Это устройство на множестве уровней помогает телу приспособиться к постоянно повторяющейся смене дня и ночи. Одно из самых заметных проявлений работы внутренних часов — тот факт, что они диктуют нам, когда спать, а когда нет.

Наука о внутренних ритмах всех живых существ называется хронобиология. Она изучает приспособленность организмов к временам года, фазам луны, приливам и отливам, а также смене дня и ночи. Началом ее стал тот день в 1729 г., когда французский астроном Жан-Жак д’Орту де Майран впервые доказал существование внутренних часов. Он поставил растение-гелиотроп (мимозу) в темную комнату и убедился, что цветок и в отсутствие солнца продолжает закрываться вечером и раскрываться утром. Естествоиспытатели долго игнорировали этот и подобные результаты, пока примерно 50 лет назад широкий международный и междисциплинарный круг исследователей не объединился для создания хронобиологии как самостоятельной области науки. Зачинщиками были немецкие физиологи Юрген Ашофф и Эрвин Бюннинг, а также американец Колин Питтендрай. Они и по сей день считаются отцами хронобиологии.

В середине 1960-х гг. под руководством Ашоффа в баварском местечке Андекс был оборудован бункер. Две комнаты без окон, часов, телефона, отгороженные от внешнего мира стенами метровой толщины и двойными звуконепроницаемыми дверями, служили особой цели: не дать находящимся там людям возможности определить время суток. В «андекском бункере» неделями жили добровольцы, согласившиеся участвовать в опыте. Вскоре стало ясно: у человека тоже есть биологические часы, он способен обходиться без будильника, солнечного восхода и утреннего запаха кофе. Предоставленные самим себе, эти часы, как правило, идут несколько замедленно, так что обитатели бункера ложились спать с промежутками в 24–26 ч. В обычной жизни главный фактор, постоянно поправляющий биологические часы и обеспечивающий их точную работу, — дневной свет.

С тех пор наука узнала очень много о природных часах. Ими обладают почти все живые существа, даже бактерии, существующие уже 3,5 млрд лет. И отмеряют эти часы не только сутки: 90-минутные циклы сна определяют наступление БС-фаз. Внутренний календарь решает, когда цвести цветам, отправляться в путь перелетным птицам и заводить потомство овцам. Часы, отмеряющие время прилива и отлива, помогают крабам вовремя укрыться от набегающих волн. Благодаря лунным часам калифорнийская рыба атерина-грунион отмеряет почти двухнедельные промежутки между самыми сильными приливами, чтобы закопать свою икру в прибрежном песке в момент наивысшего подъема воды.

Журнал «Science» целых три раза — в 1998, 2002 и 2005 гг. — отмечал хронобиологические эксперименты в списке десяти наиболее важных исследовательских достижений года. Мало какая научная область может похвастаться таким всплеском интереса, и это не удивительно: современное общество нуждается в хронобиологии. Электрический свет, дальние путешествия и работа в несколько смен уводят жизнь все дальше от гармонии с естественным суточным и годичным циклом. Люди сами лишают себя доступа к природному ритму. Специалисты по молекулярной биологии расшифровали элементы, обеспечивающие биологическое измерение времени. Хронобиологи выяснили, как функционируют внутренние часы, как они устанавливаются и сообщаются с телом. Выяснилось, что высшие организмы, в том числе человек, имеют встроенные природные часы в каждой клетке тела, что существуют биологические часы органов, мышц и обмена веществ и что все они связаны между собой в сложнейший механизм ощущения времени.

«У млекопитающих гораздо больше свойств, контролируемых биологическими часами, чем кажется на первый взгляд», — пишет американский специалист по хроногенетике Джей Данлэп. Многоклеточные организмы — это «целые часовые магазины». Природа в ходе эволюции вырабатывала независимые друг от друга часы «не один раз, но и не десятки». За последние годы стало ясно, что почти все биологические часы действуют сходным образом и что даже мышь и плодовая мушка дрозофила, чьи филогенетические ряды отстоят друг от друга на сотни миллионов лет, имеют ряд сходных генов, связанных с природными часами.

Главная деталь всех биологических часов — маятник в генах, раскачивающийся уже на уровне каждой отдельной клетки. Эти часовые гены называют «clock» или «period». Они содержат планы выработки различных белков, которые периодически подавляют собственное производство. В какой-то момент количество того или иного белка перешагивает за максимум. С этого момента его концентрация начинает снижаться, пока не будет снята блокировка со стороны соответствующего часового гена и движение маятника не начнется сначала.

Природа оснастила этот основной принцип множеством мелких деталей и осуществила с совершенным искусством. Например, ритмически активным клеткам удается непрерывно и со строгой периодичностью повышать и понижать количество своих часовых белков. Сигналы извне, например дневной свет, влияют на активность генов и тем самым переставляют часы. Концентрация часовых белков задает ритм, как это делает раскачивание механического маятника в стенных часах. Но часовые гены влияют также на считывание других генов, продукты которых в результате колеблются в том же ритме: эти белки, как биологические часовые стрелки, сообщают телу сигналы времени и помогают координации с хронометрами во внутренних органах.

«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 20 000 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.

«Процесс S, напротив, напоминает песочные часы, — говорит Борбели. — Во время бодрствования песок пересыпается сверху в нижний сосуд, при засыпании часы переворачиваются». Поэтому для ощущения хорошего отдыха важно не только, сколько времени подряд мы проспали, но и сколько времени мы потратили в течение дня, чтобы сформировать составляющую S. Значит, если вы знаете, что в ближайшую ночь вам не удастся выспаться, можно попробовать поспать заранее в середине предыдущего дня.

Модель Борбели в усовершенствованной форме стала сегодня не только общепризнанной, но и привлекает все больше внимания, вероятно, в связи с общим подъемом интереса и доверия к сомнологии. «Индекс цитирования со временем возрастает, что необычно для научной статьи», — не без гордости замечает автор. В «своем» институте он работает уже четыре десятилетия. Все это время посвящено психофармакологии, а также исследованию биологических ритмов и сна. Его коллектив пользуется среди сомнологов мировой популярностью. И сам Борбели после самого большого своего успеха — опубликования модели регуляции сна — стал в своей области настоящей суперзвездой.

Одну из причин популярности своей модели Борбели видит в том, что «это совсем просто». Вторая причина, думается, в том, что модель объясняет сразу множество явлений. Так, процесс S регулирует в основном нашу потребность в глубоком сне. Чем значительнее компонента S, тем больше дельта-волн порождает наш мозг после засыпания. По той же причине сон в течение ночи становится все более поверхностным. Чем больше песка пересыпалось в сосуд бодрствования, тем меньше дельта-волн появляется на ЭЭГ. Только из-за грандиозного недосыпания мозг даже после 3–4 ч постоянного снижения компоненты S может продолжить включать фазы глубокого сна.

С точки зрения математики процесс S идет по экспоненте. Непосредственно после засыпания или пробуждения он сильно снижается или повышается, а потом постепенно приближается в некоему постоянному значению. В одном случае такое насыщение — максимальная форма бодрости, когда человек выспался, в другом — кульминация сонливости, которая достигается лишь после двух или трех проведенных без сна ночей.

Частота и продолжительность БС, напротив, связаны и с внутренними ритмами. Они сообщают центру БС, когда ему включаться, а именно каждые 90 минут. Ближе к концу ночи эти фазы появляются чаще и длятся дольше, чем в первые часы сна. Поэтому мы во время послеобеденного отдыха почти никогда не видим снов, и по той же причине люди, работающие в ночную смену и вынужденные, вопреки сигналам своего организма, спать днем, часто получают слишком мало БС.

Но что за физиологический механизм скрывается за таинственным S-процессом? Что, собственно говоря, регулирует в данном случае наше тело? Тот, кто смог бы ответить на этот вопрос, значительно приблизился бы к решению великой загадки — почему мы должны спать. Во всяком случае, не существует сонной отравы «гипнотоксина[2]», которую искал еще в 1913 г. французский врач Анри Пьерон в мозге долго не спавших собак — в его экспериментах вспрыскивание их спинномозговой жидкости нормально высыпавшимся сородичам погружало тех в сон.

Однако нервные клетки центров сна вырабатывают химические вещества, вызывающие усталость, потому что они, в частности, блокируют центры возбуждения. «Но действуют они не в одиночку, — говорит Александр Боберли — Единственного, за все ответственного «сонного вещества», вероятнее всего, не существует. Процесс S регулируется многими факторами». Многое указывает на большую роль вещества аденозин, которое возникает как продукт распада в процессе потребления нервными клетками энергии. По крайней мере, его уровень неизменно нарастает в некоторых областях мозга у кошек, когда исследователи искусственно не дают животным спать. Кроме того, особенно много сна требуется людям с необычным вариантом фермента, замедленно снижающим количество аденозина. Что аденозин вызывает сонливость, было известно уже давно. Ведь именно этим объясняется воздействие кофеина, блокирующего рецепторы аденозина.

Поэтому наша возрастающая по мере продолжительности бодрствования потребность в сне — тоже, вероятно, следствие процессов обмена веществ в бодрствующем мозге, считают исследователи. Чем дольше включено наше сознание, тем больше в мозге собирается продуктов обмена веществ, включая аденозин. От этого мы испытываем усталость, которая в конечном счете является сигналом нервной системы о потребности зарядиться новой энергией благодаря глубокому сну.

Однако это недостаточное объяснение. «Остается нерешенным интереснейший вопрос: что обозначают дельта-волны», — дополняет Борбели. Они возникают потому, что все большее количество нервных клеток синхронизирует свою деятельность и понижает возбудимость. Что их к этому побуждает и какие важные задачи они решают в этом состоянии, до сих пор окончательно не ясно. Ясно лишь одно: чем дольше мы бодрствуем, тем сильнее потребность клеток больших полушарий переключить коммутатор в положение сна. С тех пор как исследователям удалось показать, что дельта-волны также самостоятельно возникают в изолированных от остального тела тонких срезах коры полушарий, если искусственно поддерживать жизнь в этих препаратах, а также что электрические поля с частотой колебаний дельта-волн способны погрузить человека в глубокий сон, не приходится сомневаться, что и эта деятельность мозга вызывает сонливость и вносит существенный вклад в процесс S.

Как возникает потребность в сне

Фактор С описывает хронобиологическую компоненту в общем состоянии сонливости; он колеблется независимо от того, спим мы или бодрствуем, в ритме, заданном центральными внутренними часами в промежуточном мозге. Абсолютной кульминации он достигает примерно к середине сна — при условии, что мы не ставили будильника. Для большинства людей это время между 4 и 5 ч ночи. Если мы в это время не спим, то потребность в сне становится почти невыносимой. Но на самом деле мы обычно почти всегда засыпаем уже поздним вечером, когда компонент С повышается, а компонент S уже достаточно высок. В это время сумма обоих факторов уже так велика, что заснуть нетрудно.

Чтобы выяснить, как велика потребность в сне в конкретный момент, Александр Борбели определяет так называемый порог пробуждения, находящийся в прямой противоположности с процессом С. Потребность в сне вычисляется как расстояние между процессом S и порогом пробуждения. Чем больше С, тем ниже порог, и тем выше, при равном значении S, потребность в сне. Когда мы спим, фактор S снижается до тех пор, пока не достигнет порога пробуждения. В этот момент потребность в сне нулевая, мы просыпаемся без внешнего вмешательства и чувствуем себя выспавшимися. Если потребность в сне велика, как это бывает поздно вечером, мы легко засыпаем и с большим трудом просыпаемся. Если система работает согласованно и без сбоев, ритм сна среднего человека сам собой устанавливается на обычные 16 часов бодрствования и 8 часов сна.

Посреди ночи, когда внутренние часы с особенной силой склоняют нас ко сну, фактор S должен опуститься до крайне низкого значения — то есть мы должны спать к этому моменту уже очень долго — чтобы мы проснулись без внешних причин. К утру хронобиологическая составляющая общей сонливости снижается, порог пробуждения повышается и фактор S без труда его достигает. Если вечером мы легли вовремя, а потом хорошо и глубоко спали, то можно ожидать долгого, активного бодрствования днем.

Ситуация может быть другой: иногда мы просыпаемся очень рано и не можем снова заснуть, хотя совсем еще не выспались; тогда к вечеру усталость овладевает нами раньше обычного. Модель Борбели объясняет и это знакомое каждому явление: если мы легли необычно поздно, общее время сна сокращается, поскольку снижающийся фактор сна к концу ночи встречается с повышающимся порогом пробуждения. Мы просыпаемся, хотя фактор S еще не окончательно снизился. Он начинает подниматься снова с необычно высокого уровня — поэтому к вечеру потребность в сне оказывается выше.

Двухфакторная модель регуляции сна: вверху: Гомеостатическая компонента сонливости S непрерывно повышается с нарастанием времени бодрствования, а во время сна снижается, посредине: Хронобиологическая компонента С колеблется в суточном ритме, достигая максимума в ночные часы, внизу: Потребность в сне выше всего в моменты совпадения максимумов S и С. В это время расстояние от S до порога пробуждения (обратная компонента С) очень велико. Сон уменьшает это расстояние. Когда оно оказывается равным нулю, достигается порог пробуждения, и мы просыпаемся.

Если человек, к примеру, из-за ночной смены заснул с 12-часовым опозданием, он нередко просыпается уже через 3 ч, поскольку порог пробуждения в это время достигает минимума. С точки зрения сомнолога, было бы правильнее не ложиться еще часа 3, постараться с утра заняться какими-нибудь важными делами и уснуть лишь во второй половине дня. Тогда человек засыпает в момент понижения порога пробуждения, продлевает тем самым продолжительность сна и дает своему организму возможность максимально понизить таинственный компонент S; результат — однодневная терапия сном, заканчивающаяся посередине ночи.

Двухфакторная модель объясняет также многие проблемы с засыпанием: если накануне мы встали очень поздно или хорошо поспали после обеда, фактор S не достигает к вечеру своих обычных высоких значений. Это может вызвать проблемы с засыпанием в обычное время, поскольку потребность в сне недостаточно высока. В таком случае имеет смысл лечь попозже. Случается наоборот: мы засыпаем уже к 8 ч вечера, потому что в последние ночи нам не удавалось выспаться или приходилось ложиться слишком поздно. Гомеостатическая компонента регуляции сна при этом достигает настолько высоких значений, что мы испытываем огромную потребность в сне в такое время, когда сигнал сонливости от наших внутренних часов еще не слишком силен.

Почему младенцы просыпаются по ночам

Однако в модели Борбели не предусмотрена наша склонность к послеобеденному сну. По мнению самого исследователя, ее нетрудно туда включить, если дополнить хронобиологический фактор слабой компонентой, колеблющейся в 12-часовом ритме. Тогда и в послеобеденное время потребность в сне должна немного подниматься. Однако сложные эксперименты, проводившиеся исследователями биоритмов для того, чтобы проанализировать по отдельности различные процессы в нашем теле, управляемые внутренними часами, показали, что цикл сна-бодрствования, возможно, не имеет отношения к послеобеденной сонливости.

«Это ничего не доказывает», — говорит Борбели, по-прежнему убежденный в биологическом значении послеобеденного сна. Поскольку бесчисленные суточные ритмы разных органов и системы обмена веществ

взаимно влияют друг на друга, очень вероятно, что наше утомление в послеобеденное время связано с другими процессами, управляемыми внутриклеточными биологическими часами. «Нередко это влияние пищеварения» — считает исследователь. Особенный голод в середине дня и использование значительной части энергии на пищеварение — также результат работы биологических часов.

Во всяком случае, тут замешаны и другие внутренние часы. Если цикл сна-бодрствования представляет собой так называемый циркадный ритм, который повышается и понижается примерно раз в сутки, наша склонность к отдыху или активной деятельности испытывает еще и влияние так называемых ультрадианных ритмов. Их маятник колеблется быстрее, чем у основных часов, и в течение суток они несколько раз достигают максимума и минимума. Например, кровяное давление понижается дважды в течение суток: один раз в середине ночи — до очень низкого уровня, второй раз, значительно менее сильно, ко времени послеобеденной сиесты. И если мы вообще недостаточно выспались, то этого дополнительного понижения работоспособности может оказаться достаточно, чтобы вызвать прилив сонливости. Самое разумное в таком случае — немного поспать. Это повышает работоспособность и помогает минимизировать дефицит сна.

Кроме измеряемого по высоте кровяного давления 12-часового ритма активности кровообращения, для сна особенно важны еще два ультрадианных ритма: 90-минутный ритм циклов сна и примерно 4-часовой ритм активности и покоя, которому следует, например, чувство голода. Оба ритма накладываются друг на друга и вызывают колебания суточного ритма.

В конечном счете на то, заснем ли мы и когда, влияет сумма множества ритмов. Но при нормальных условиях ультрадианные циклы большого значения не имеют. Совсем иначе обстоит дело в исключительных ситуациях: если человек болен и не встает с постели, если он очень стар или, напротив, живет всего несколько месяцев, он нередко спит кроме ночного времени еще трижды за день. Причина — в 4-часовом ритме. Особенно наглядно он проявляется в экспериментах, где людей заставляли 32 часа лежать в кровати, ничего не делая. Подопытные быстро впадали в 4-часовой график сна.

Похоже на то, что самое естественное для человека — каждые 4 ч спать около 90 мин. И, может быть, мы так бы и делали, если бы не было дней и ночей, шумного периода бурной социальной жизни и фазы всеобщего ночного покоя, а также центральных внутренних часов, отмеряющих сутки и доминирующих над всеми прочими ритмами.

Развитие сна у грудных детей. Сразу после рождения преобладают короткие ритмы активности — 50-60-минутный и 4-часовой. Чем старше ребенок, тем отчетливее преобладание ритма день-ночь.

Как различные циклы активности пересекаются друг с другом и что происходит при бездействии суточных часов, хорошо видно на примере развития сна у маленьких детей. В начале господствуют ультрадианные ритмы: новорожденные практически не различают день и ночь. Они засыпают примерно каждые 4 ч, то есть круглосуточно по 6 раз. Каждый из этих отрезков включает один или несколько циклов сна по 50–60 мин. Поэтому по ночам младенцы с утомительной для родителей регулярностью просыпаются каждые 3–4 ч.

Чем старше становится ребенок, тем большее значение приобретает суточный ритм. Младенцы уже в возрасте нескольких месяцев спят иногда всю ночь, но это пока не мешает им засыпать еще три раза в день. Спустя еще некоторое время продолжительность их сна в целом уменьшается, а значимость суточного ритма увеличивается. Теперь дети засыпают днем только два раза, позже — один, а спустя несколько лет и вовсе отказываются от дневного сна.

Родителям, а также всем страдающим от бессонницы прежде всего нужно знать, что все люди ввиду колебаний циклов активности не всегда с одинаковой легкостью могут заснуть в одно и то же время. Вместо этого через регулярные промежутки времени открываются так называемые входы сна, когда потребность в нем особенно высока. Если ими не воспользоваться, нередко приходится ждать следующего цикла, чтобы уснуть. Дети, пропустившие правильный момент для засыпания, часто снова приходят в состояние повышенной активности. Родители должны сохранять спокойствие, поиграть с ними еще немного и постараться не пропустить следующее окошко засыпания, открывающееся обычно примерно час спустя после обычного времени. Взрослым в аналогичной ситуации придется потерпеть подольше, поскольку их цикл сна продолжается 90 мин.

Заснем ли в данный момент мы или наши дети, зависит не только от этой выраженной с разной силой у разных возрастов хронобиологической компоненты, но и от фактора S и состояния центров возбуждения в мозге. В зависимости от того, как долго мы спали в последний раз, сколько времени уже бодрствуем, возбуждены или спокойны, мы с большим или меньшим успехом входим через одни широко распахнутые ворота сна, которые открывают для нас в течение суток внутренние часы. Маленьким детям это удается еще до полудня, многим взрослым — после обеда и почти всем — ночью.

Когда ядро и оболочка — одно

Засыпание — это долгий, последовательный и, к сожалению, довольно сложный — а значит, склонный к нарушениям — процесс. Начинается он с того, что ближе к ночи мы устаем, потому что факторы С и S одновременно повышаются или, другими словами, потому что мы уже продолжительное время на ногах и наши внутренние часы подают сигнал, что пора ложиться спать.

Однако это далеко не все. Наши клетки и органы чувствуют приближение времени сна намного раньше, чем мы сами. Мы и не замечаем, что еще за несколько часов встроенные в них часы начинают готовить тело к путешествию в царство ночи. Но это не означает, что мы можем слепо положиться на биологическую систему: необходимо расслабиться и мысленно завершить дела дня, чтобы центры возбуждения в стволе мозга постепенно успокоились. Не следует в это время пить возбуждающий кофе, а также слишком много или слишком поздно есть. Кроме того, незадолго до отхода ко сну не стоит заниматься слишком напряженной работой, смотреть слишком захватывающие фильмы, принимать слишком холодную или слишком горячую ванну или напряженно заниматься спортом.

После выполнения всех этих условий нам остается только лечь в постель, может быть, немного почитать или помечтать — и тогда, когда мы погасим свет, у здоровых людей пройдет не более четверти часа до первого переключения внутреннего коммутатора на сон.

Учитывая, сколько требований нужно соблюсти, не приходится удивляться, что многим людям не удается быстро и вовремя уснуть. Курт Крейхи знаком с этой проблемой как нельзя лучше. Доброжелательный, спортивного вида человек с уютной бородой работает в том самом институте, где я провел первую свою ночь в лаборатории сна. Уже многие годы он наблюдает в Базельском центре хронобиологии за тем, как наш организм постепенно переходит от бодрствования ко сну, а затем обратно к бодрствованию.

В начале цепи сигналов засыпания стоит ночной гормон мелатонин, поясняет Крейхи. Он вырабатывается шишковидной железой в задней части мозга и поступает в организм по команде наших внутренних часов, главным образом, в темноте. Его появление в крови — один из важнейших сигналов для организма, что пора постепенно переходить ко сну. У человека возникает ощущение сонливости, сердцебиение замедляется.

Важнейший ответ организма на мелатонин и в то же время решающий сигнал для остальных органов о том, что пришло время готовиться ко сну, — это резкое расширение кровеносных сосудов в руках и ногах. «Примерно за 2 ч до засыпания уровень мелатонина резко повышается, а температура тела в то же время понижается в виду сильного оттока крови к конечностям», — говорит Крейхи. Протекая по рукам и ногам, наш «сок жизни» охлаждается. И хотя конечности от этого немного разогреваются, более существенная температура тела, поддержание которой в течение дня требует от организма больших затрат энергии, понижается довольно значительно, порой на целых полтора градуса. «Когда мы спим, тело отказывается от обычного разделения на ядро и оболочку», — говорит Крейхи. В течение дня это разделение предохраняет нас от потерь тепла и энергии, но во сне оно не нужно, поскольку весь тепловой режим переходит на более низкий уровень.

Почти десять лет назад швейцарский ученый и его коллеги решили выяснить, что является для нашего тела решающим сигналом к погружению в сон. Они искали физиологический параметр, измерение которого позволяет предсказать с наибольшей вероятностью, когда подопытный на самом деле уснет. Что это может быть: повышение уровня мелатонина, понижение температуры тела и частоты пульса или нарастающее ощущение сонливости?

Ко всеобщему удивлению, победила разница температуры между конечностями и корпусом. Чем эта разница меньше, тем прохладнее в данный момент тело и тем лучше оно способно заснуть. Следовательно, для бодрствования человека решающую роль играет распределение температуры тела. Если мы активно бодрствуем, то корпус и голова хорошо снабжаются кровью и разогреваются как минимум до 37 °C. Температура конечностей, напротив, заметно ниже. «Вечером, когда нарастает сонливость, внутренние часы запускают терморегулирующую систему расширения сосудов, и вскоре температура тела понижается», — так описывает Крейхи удивительно простой механизм, отменяющий разделение тела на центр и периферию — корпус и конечности. Мы засыпаем и получаем возможность регенерации.

В таком случае настоящим сигналом ко сну нужно считать не мелатонин, а наступающее к вечеру внутреннее охлаждение. С учетом этого становится понятно, почему существует столько домашних средств для засыпания и почему они на многих людей действительно действуют: попеременный горячий и холодный душ, шерстяные носки, иногда откинутое, а иногда, наоборот, очень теплое одеяло, грелка на живот, упражнения на расслабление и даже многие растительные и химические снотворные прямо или косвенно способствуют лучшему кровоснабжению конечностей, что и помогает телу погрузиться в сон.

Чтобы проверить эффективность народных средств, Крейхи предлагал испытуемым ложиться спать в так называемых «кнейповых» носках[3]. Холодные мокрые носки обеспечивали повышенный приток крови к ногам и в то же время ее дополнительное охлаждение — и испытуемые действительно засыпали быстрее обычного. И хотя на первый взгляд это звучит противоречием, по тому же принципу помогают и сухие шерстяные носки, которые многие люди считают лучшим средством от бессонницы. В обоих случаях эффект связан с дополнительным приливом крови к ногам.

Еще одно явление из повседневного опыта прекрасно согласуется с базельской моделью засыпания: напряженные размышления по вечерам или слишком позднее прекращение работы также часто мешают нам заснуть не только потому, что активируют центры возбуждения в мозговой сети регуляции сна и бодрствования, но и потому, что поддерживают высокий уровень в крови гормонов стресса, что препятствует оттоку крови к конечностям.

Крейхи обследовал также людей с нарушениями кровообращения в конечностях, «тех, у кого вечно холодные руки». Разумеется, оказалось, что они особенно часто страдают бессонницей. Участники его опытов должны были за 30 мин до сна принимать холодную, нейтральную или теплую ванну. «От теплой ванны тело нагревается, а после этого быстро охлаждается», — поясняет швейцарский ученый. В большинстве случаев, по его наблюдениям, это помогает уснуть.

Если мне снова придется оказаться в базельской лаборатории сна, я уже знаю, как сократить бесконечные 17 мин в начале пробной ночи. Хотя, говорят, любой человек во второй раз засыпает там лучше, чем в первый, я все же сперва приму горячую ванну, потом надену влажные носки и постараюсь как можно меньше думать о том, как трудно будет заснуть в предстоящую ночь.

О максимумах и минимумах

Когда пионеры сомнологии открыли структуру сна и тем самым доказали, что это активный, управляемый и строго регулируемый мозгом процесс, смолкли голоса, долгое время утверждавшие, что ночное «бессознательное состояние» служит исключительно для того, чтобы живое существо получило покой и передышку. Сегодня все согласны, что происходящее во сне этим далеко не исчерпывается. Но зачем нашему организму все эти сложные ритмизованные изменения, эти систематически повторяющиеся фазы пониженной или повышенной активности мозга и других органов? Бессмысленная игра природы?

Вряд ли. Не только человек, но и все млекопитающие и птицы переходят от глубокого сна к легкому и к БС. А эволюция не оставила животным ничего лишнего. Поэтому вот уже не одно десятилетие сомнологи трудятся над выявлением многочисленных и разнообразных задач сна. Они задаются вопросом: почему мозг во сне отгораживается от внешнего мира? И почему спящий организм лучше всего справляется со своей работой путем смены нескольких циклически следующих друг за другом состояний.

«Сон — это не покой, это другое бодрствование», — подводит итог сомнолог из Регенсбурга Юрген Цулли. Во сне практически не экономится энергия. Проспав 8 ч, мы тратим всего на 50 килокалорий меньше, чем после такого же времени бодрствования. «Это примерно то количество калорий, какое мы получаем от куска хлеба».

Больше всего во время сна трудится мозг, но и телу работы хватает: во время БС активизируется не только орган мышления, но и бессознательная вегетативная нервная система, регулирующая активность внутренних органов. Пульс убыстряется, дыхание становится чаще, кровяное давление повышается. Одно из наиболее заметных следствий — повышенное кровоснабжение пениса или влагалища. У мужчин происходят ночные эрекции, у женщин набухает клитор.

Многие ученые полагают, что главная задача периодов БС — подготовка следующих за ними фаз бодрствования, когда мы проверяем, все ли вокруг нас в порядке. За это предположение говорит тот факт, что фазы движения глаз становятся все продолжительнее в преддверии окончательного пробуждения. Однако большинство исследователей сегодня не верит, что в этом может заключаться весь смысл столь сложной системы. Их теория такова: чем бы в точности ни занимались нервные клетки мозга во время БС, эта их деятельность, судя по всему, помогает расширению существующих и созданию новых сетей, то есть обучению. Не в последнюю очередь поэтому наши сновидения во время фаз БС достигают такой интенсивности, и именно поэтому дети нуждаются в гораздо большем количестве парадоксального сна, чем взрослые.

Однако и в периоды легкого и глубокого сна перед нашими органами стоят биологически осмысленные задачи. Постепенно ученые открывают происходящие повсюду в теле процессы, которые систематически изменяются в течение ночи. Многие из них управляются внутренними часами. Эта система измерения времени активизирует некоторые процессы, видимо, особенно важные для сна, и подавляет другие, которые, очевидно, нужнее нам в состоянии дневной активности.

Хронобиологам особенно бросились в глаза три поддающихся измерению фактора, поскольку они следуют физиологическому суточному ритму отчетливее, чем остальные сигналы нашего тела: это подъемы и понижения уровня ночного гормона мелатонина и гормона стресса кортизола, а также колебания температуры тела.

В течение ночи медиатор сна мелатонин продолжает свой начавшийся незадолго до появления вечерней усталости подъем. Пока его уровень непрерывно подымается, температура тела продолжает понижаться. Лишь к середине сна, когда максимума достигает хронобиологическая составляющая сонливости, оба эти процесса переходят в свою противоположность. В этот момент мы больше всего настроены на сон: уровень в крови активизирующего гормона стресса кортизола минимален, работоспособность тела достигает абсолютного суточного минимума. Температура тела у многих людей в это время не превышает 36 °C. Если мы не находимся в фазе БС, то пульс и кровяное давление сейчас настолько низкие, что мы крайне медленно приходим в себя, если нас в такой момент разбудить. А если мы все же проснемся, то, скорее всего, будем мерзнуть.

Ночное понижение работоспособности является проблемой для тех людей, которым приходится бодрствовать ночь напролет, например из-за работы в ночную смену или из-за того, что они очень неразумно решили уже с вечера выехать в отпуск на собственной машине. Когда внутренние часы показывают время сна, сообразительность и способность принимать решения у нас минимальны, а замедленность реакции — максимальна. Это приводит к увеличению числа дорожно-транспортных происшествий и несчастных случаев на работе. Не случайно такие катастрофы, как крушение нефтяного танкера «Эксон Вальдес» у побережья Аляски или аварии атомных реакторов в Чернобыле и Гаррисбурге, связаны с ошибочными решениями персонала, принимавшимися посреди ночи, в моменты, близкие к абсолютному минимуму работоспособности.

Уровень мелатонина в это время максимально высок. Из-за этого нам не только с особенной силой хочется спать, но и настроение значительно хуже, чем обычно, вероятно, потому, что шишковидная железа растрачивает для производства мелатонина «гормон счастья» серотонин. Дело в том, что мелатонин является производным серотонина, и поэтому в моменты высокой потребности организма в гормоне сна в наших нервных клетках слишком мало серотонина, чтобы обеспечить хорошее настроение и оптимистический взгляд на жизнь.

Если мы сейчас проснемся и некстати примемся думать о каком-нибудь важном событии минувшего или предстоящего дня, то мы будем чувствовать себя отвратительно и с трудом сумеем взглянуть на вещи позитивно. Каждый знает, что ночные размышления редко помогают найти выход из трудного положения. Более того, сомнительные соображения нашего одурманенного мелатонином, склонного к мрачным мыслям мозга вызывают неприятный стресс, так что возвращение ко сну часто затягивается до бесконечности.

Поэтому врачи прежде всего объясняют людям, страдающим от бессонницы, эти естественные взаимосвязи. Часто человеку бывает достаточно знать, что ночная тоска имеет физиологическую причину и пройдет сама собой через несколько часов, когда первые лучи солнца прогонят из крови последние остатки боящегося света мелатонина, а уровень серотонина повысится. Во всяком случае, поговорка «с утра жизнь веселее» («утро вечера мудренее») поздней ночью верна абсолютно.

После 4–5 ч ночи организм постепенно начинает подготовку к следующему дню. Центр времени в супрахиазматических ядрах для начала дает окружающим его нервным клеткам сигнал выделять гормон, стимулирующий секрецию кортикотропина (так называемый кортиколиберин или кортикотропин-рилизинг-гормон). Этот гормон побуждает расположенную посреди мозга на высоте носа железу под названием гипофиз, или нижний мозговой придаток, вбрасывать в кровь вещество под названием адренокортикотропин. Дойдя с кровотоком до коры надпочечников, кортикотропин вызывает секрецию кортизола. Одновременно надпочечники выделяют и другие так называемые гормоны стресса, в частности адреналин. Все эти сигнальные вещества, или нейромедиаторы, приводят организм в полную готовность к активной деятельности.

В последние два часа перед пробуждением выработка кортизола резко увеличивается и к моменту, когда мы просыпаемся, достигает суточного максимума. Это определяет переключение с ночной программы сна на дневную программу активной деятельности, усвоения информации и добывания пищи. Гормоны стресса убыстряют кровообращение, усиливая кровоснабжение мышц, вызывают в печени выработку сахара как легко доступного горючего, замедляют работу иммунной системы, повышают температуру тела, частоту сердечных сокращений и кровяное давление.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.