Циркадные ритмы и качество сна: что говорит наука
Почему организм живёт по внутренним часам, что открыли нобелевские лауреаты 2017 года и как свет, хронотип и режим определяют качество вашего сна.
Что такое циркадный ритм
Слово «циркадный» происходит от латинского circa dies — «около дня». Это внутренний биологический таймер организма с периодом приблизительно 24 часа. Он существует у большинства живых существ — от одноклеточных цианобактерий до человека — и регулирует не только сон, но и температуру тела, секрецию гормонов, давление крови, обмен веществ и даже экспрессию около 80% генов печени.
В изолированных условиях без внешних световых подсказок (так называемый «свободный бег») период внутренних часов человека немного превышает 24 часа — в среднем 24,18 часа по данным лаборатории Czeisler (Science, 1999). Именно поэтому организму нужна ежедневная синхронизация с реальным временем суток. Главный синхронизатор — свет.
Нобелевская премия 2017 года: молекулярный механизм часов
В 2017 году Джеффри Холл (Jeffrey Hall), Майкл Росбаш (Michael Rosbash) и Майкл Янг (Michael Young) получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине за расшифровку молекулярного механизма циркадных часов.
Работая с плодовой мушкой Drosophila melanogaster, они обнаружили, что ген period (PER) кодирует белок PER, который накапливается ночью и разрушается днём. Когда белка становится много, он блокирует собственный ген — отрицательная обратная связь. Позднее были описаны белки TIM (timeless), участвующий в стабилизации PER, и CLOCK, запускающий транскрипцию всего цикла.
Этот механизм оказался эволюционно консервативным: у человека работают гомологичные гены PER1, PER2, PER3, CLOCK, BMAL1, CRY1, CRY2. Мутации в этих генах напрямую связаны с хронотипом и рядом расстройств сна. Открытие объяснило, почему «внутренние часы» — не метафора, а буквально молекулярный осциллятор внутри каждой клетки.
Супрахиазматическое ядро: главный дирижёр
В гипоталамусе мозга расположено супрахиазматическое ядро (СХЯ, англ. suprachiasmatic nucleus, SCN) — парная структура размером около 0,3 мм³, содержащая примерно 20 000 нейронов. Это «главные часы» организма, которые синхронизируют периферические осциляторы во всех остальных тканях.
СХЯ получает световые сигналы напрямую от сетчатки через ретинохипоталамический тракт. Особую роль играют специализированные ганглиозные клетки сетчатки, содержащие фотопигмент меланопсин, — они наиболее чувствительны к синему свету (~480 нм) и не участвуют в формировании изображения. Именно через них утренний свет «перезапускает» часы.
СХЯ управляет шишковидной железой: при темноте активирует выработку мелатонина — гормона, сигнализирующего о начале биологической ночи. Мелатонин не вызывает сон принудительно, но снижает бдительность и облегчает засыпание. Его пик у большинства людей — между 2 и 4 часами ночи, а полное подавление происходит уже при освещённости около 200 люкс.
Хронотипы: жаворонки, совы и все остальные
Хронотип — это индивидуальная предрасположенность к определённому времени сна и пика активности. Немецкий хронобиолог Тилль Рённеберг (Till Roenneberg) с коллегами собрал данные более чем от 55 000 человек и показал (Sleep Medicine Reviews, 2007), что хронотипы образуют нормальное распределение: примерно 25% — выраженные «жаворонки», 25% — выраженные «совы», большинство — промежуточный тип.
Хронотип определяется по середине эпизода сна в свободные дни (MSF — midpoint of sleep on free days). Сдвиг хронотипа на «совиный» максимален в позднем подростковом возрасте (около 19–21 года) и постепенно смещается обратно к «жаворонковому» в старшем возрасте. Хронотип также наследуется: полиморфизмы в генах PER3 и CLOCK объясняют часть вариабельности.
Важно понимать: «совы» не ленятся — у них физиологически другое время активности. Принуждение их к раннему подъёму без адаптации режима — это нейробиологическое насилие.
Нарушения циркадного ритма: джетлаг, DSPD и социальный джетлаг
Джетлаг — острое временное рассогласование внутренних часов с местным временем после перелёта через несколько часовых поясов. Симптомы: расстройства сна, усталость, трудности с концентрацией, желудочно-кишечные нарушения. Адаптация занимает примерно один день на каждый часовой пояс.
DSPD (синдром задержки фазы сна, delayed sleep phase disorder) — хроническое расстройство, при котором фаза сна устойчиво сдвинута на 2 и более часа позже принятой нормы. По классификации ICSD-3 (American Academy of Sleep Medicine, 2014) — самостоятельное циркадное расстройство сна. Человек не в силах заснуть до 2–4 ночи и испытывает тяжёлый подъём утром, но при свободном графике спит нормально. Распространённость в общей популяции — около 0,1–0,2%, среди подростков и молодёжи значительно выше.
Социальный джетлаг — термин Рённеберга и Виттманна (2006). Это хроническое расхождение между биологическим временем сна (по внутренним часам) и социальным расписанием (ранние подъёмы в рабочие дни, поздние возвращения в выходные). Исследования связывают социальный джетлаг с повышенным индексом массы тела, метаболическим синдромом, депрессивными симптомами и ухудшением когнитивных показателей. По данным Рённеберга, средний социальный джетлаг в Европе составляет около одного часа, а у 70% населения — более получаса.
Что делать: практические рекомендации
Научные данные указывают на несколько конкретных точек воздействия:
Утренний яркий свет. Экспозиция 2500–10 000 люкс в течение 20–30 минут сразу после пробуждения — самое мощное средство синхронизации СХЯ. Достаточно выйти на улицу в солнечную погоду или использовать световую лампу-терапевт в пасмурные дни и зимой.
Темнота вечером. За 1–2 часа до сна снизить освещённость в помещении, перейти на тёплый свет (2700–3000 К), убрать яркие экраны или использовать приложения с фильтром синего спектра. Цель — не мешать нарастанию уровня мелатонина.
Постоянный режим. Вставать в одно и то же время даже в выходные — это главный «якорь» для СХЯ. Разница более 1,5 часа между будним и выходным подъёмом уже создаёт ощутимый социальный джетлаг.
Физическая нагрузка. Умеренные аэробные упражнения в первой половине дня усиливают синхронизирующий эффект утреннего света. Интенсивные тренировки позже 19–20 часов могут сдвигать ритм к «совиному» у части людей.
Кофеин и алкоголь. Кофеин блокирует аденозиновые рецепторы (подавляет нарастание «сонного давления») и может задерживать наступление сна на 1–2 часа при употреблении позже 14–15 часов. Алкоголь ускоряет засыпание, но фрагментирует сон во второй половине ночи и подавляет REM-фазу.
Мелатонин как хронобиотик. Небольшие дозы (0,5–1 мг) за 1–2 часа до желаемого времени сна используются для коррекции джетлага и DSPD — не как снотворное, а именно как сигнал смещения фазы. Дозы выше 3–5 мг не дают дополнительного эффекта, но увеличивают риск «похмелья».
Кратко
Циркадный ритм — это молекулярные часы в каждой клетке тела, дирижируемые супрахиазматическим ядром и синхронизируемые светом. Нобелевская премия 2017 года раскрыла генетическую основу этих часов. Хронотип во многом наследуется, и «совы» — не лентяи. Хроническое рассогласование биологического и социального времени вредит здоровью даже без перелётов. Три главных рычага: яркий утренний свет, темнота вечером и постоянный час подъёма.
Источники
- Roenneberg T., Kuehnle T., Pramstaller P.P. et al. (2007). Epidemiology of the human circadian clock. Sleep Medicine Reviews, 11(6), 429–438.
- Czeisler C.A., Duffy J.F., Shanahan T.L. et al. (1999). Stability, precision, and near-24-hour period of the human circadian pacemaker. Science, 284(5423), 2177–2181.
- Hall J.C., Rosbash M., Young M.W. (2017). Nobel Lecture: Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling Circadian Rhythm. Nobel Prize Committee.
- Wittmann M., Dinich J., Merrow M., Roenneberg T. (2006). Social jetlag: misalignment of biological and social time. Chronobiology International, 23(1–2), 497–509.
- Sack R.L., Auckley D., Auger R.R. et al. (2007). Circadian rhythm sleep disorders: part II, advanced sleep phase disorder, delayed sleep phase disorder, free-running type, and irregular sleep-wake rhythm. Sleep, 30(11), 1484–1501.