циркадные ритмы у человека что это такое
Все, что нам нужно знать про циркадные ритмы
Сегодня мы попробуем разобраться, как устроены циркадные ритмы нашего организма, правда ли, что наш организм «работает как часы», и заодно выясним – почему ученым было так важно узнать ответы на пять важных вопросов:
1.Что такое «циркадный ритм»?
Слово «циркадный» получилось из двух латинских слов. «Circa» переводится как «круг», а «dies» означает «день». Ученые применяют это слово, когда хотят рассказать о ритмах жизни, связанных со сменой дня и ночи.
2. Откуда взялись циркадные ритмы?
3. Почему важно изучать циркадные ритмы?
«Приспособленность» к 24-часовому ритму выражается в том, что днем и ночью наш организм синтезирует вещества-регуляторы (гормоны и нейромедиаторы) с разной скоростью и в разном объеме. Из-за этого, например, утром мы меньше подвержены некоторым инфекциям, чем вечером.
Если бы мы знали о том, как работают циркадные ритмы, мы могли бы предсказать, как организм будет реагировать на то или иное заболевание в разное время суток. В результате мы смогли бы эффективнее и точнее лечить болезни. Простой пример: зная о том, когда лекарство будет действовать лучше всего, мы могли бы уменьшить дозировку потенциально опасного препарата без потери его эффективности.
4. Как работают циркадные ритмы?
Как всегда, во всем «виноваты» гены. Джеффри Холл и Майкл Росбаш обнаружили у мушек-дрозофил ген, синтезирующий белок PER. Этот белок интересен тем, что накапливается в организме всю ночь, а наутро – разрушается. Оказалось, что у человека эта система работает точно так же, как и у дрозофил.
Накапливаясь в клеточном ядре всю ночь, белок PER блокирует собственный синтез. Затем белок разрушается, и ген снова начинает работу. Весь процесс идеально ложится в 24-й суточный цикл.
Система ген-белок PER «встроена» в каждую клетку нашего организма, и во всех клетках работает одинаково. Именно это молекулярное «устройство» объединяет все клетки нашего организма в единую, подчиненную общему ритму систему.
А что сделал Майкл Янг? Третий лауреат Нобелевки открыл белок, позволяющий белку PER попадать из цитоплазмы (где ген образуется) в ядро клетки (где на
ходится ген, ответственный за синтез белка PER), и таким образом прекращать свой собственный синтез. Кроме того, Майкл Янг обнаружил ген, позволяющий точнее настраивать биологические часы на 24-й цикл.
5. И что теперь?
Ученые подозревают, что в основе многих заболеваний (особенно это касается болезней сердечно-сосудистой системы) лежит десинхронизация – нарушение в работе молекулярной системы, отвечающей за «слаженность» циркадных ритмов. Так как циркадные ритмы регулируют подъем и спад артериального давления, нарушения в работе системы могут приводить к проблемам с сердцем.
Не исключено, что вооруженные знаниями о работе «молекулярных часов» врачи вскоре смогут создать лекарства, позволяющие «починить» сломанные циркадные ритмы. Вполне вероятно, что такие лекарства окажутся менее вредными и более эффективными, чем те препараты, что мы применяем сейчас.
Циркадные ритмы (циркадианные ритмы)
Циркадные ритмы – это ритмичное и закономерное колебание функций организма человека в течение суток. Наука, специализирующаяся на анализе и исследовании циркадных ритмов, называется «хронобиология».
Мы все являемся частью живой природы. А физиологическое состояние человека (температура тела, давление, соотношение веществ, выработка гормонов), его активность и самочувствие меняется в зависимости от времени суток.
В норме днём наши интеллектуальные возможности находятся на пике, нас переполняет энергия, происходит выработка кортизола, а вечером появляется сонливость и желание отдохнуть. Также примерно 20% генов в организме человека «включаются» и «выключаются» во время одного полного цикла.
Первооткрывателем циркадным ритмов считают французского астронома Жан-Жака де Меро, который в 18 веке путём эксперимента установил, что днём цветы мимозы развёрнуты к солнцу, а ночью – опущены вниз. На основе данного опыта учёный установил, что ритм этого процесса и у человека задается снаружи, а не внутри.
Как работает циркадный ритм
Главным спусковым элементом биологических часов является супрахиазматическое ядро гипоталамуса (СХЯ). Когда происходит смена света на темноту, зрительные нервы дают ему сигнал на выделение мелатонина – главного гормона сна.
С 12 ночи концентрация мелатонина начинает постепенно увеличиваться при условии, что на зрительный анализатор не попадает ни единый луч света. К 4 утра мы получаем пик синтеза гормона. Когда солнце начинает всходить, он начинает падать.
На мелатонин в нашем организме возложена ответственная роль, он:
— Является одним из главных антиоксидантов;
— Способствует включению механизмов клеточного апоптоза при клеточном мутировании;
— Участвует в нейрорегуляции;
— Моделирует активность репродуктивной системы;
— Ослабляет эмоциональную реактивность.
Главный плюс биологических часов состоит в том, что при нормальной работе циркадных ритмов физиология человека подстраивается под изменения окружающей среды. Утром увеличивается метаболизм, мышечная масса, температура тела, так организм готовится к своей основной активности. А ночью происходит восстановление метаболических путей, поврежденных участков ткани и клеток, создается запас энергии. Циркадные ритмы дают человеку огромное селективное преимущество в борьбе за существование.
Циркадный ритм сна
Помимо вышеперечисленных функций, мелатонин в ночное время активизирует или, наоборот, подавляет работу других гормонов. Например, приостанавливается выработка пролактина, кортизола, гормона роста. Но если зрительный нерв фиксирует хоть малейший проблеск света, то гипоталамус экстренно прекращает выработку мелатонина и все процессы циркадного ритма резко пресекаются. Таким образом, биологические ритмы «включаются» и «выключаются» с помощью света.
Правильнее всего они работают, когда мы ложимся спать до полуночи. Благодаря ночному сну организм человека осуществляет важнейшие процессы:
Спинномозговая жидкость выводит токсичные соединения;
Восстанавливаются миелиновые оболочки, необходимые для передачи сигналов между нейронами;
Возобновляются защитные механизмы.
Нарушения
Игнорирование биологических ритмов нарушает гармонию жизненно важных процессов, что ведёт к таким последствиям:
— Эмоциональная напряженность не ослабляется, что является главным генератором для возникновения стресса.
— Возрастает риск появления нервно-психических расстройств.
— Усиливаются процессы свободно-радикального повреждения.
— Повреждаются клеточные мембраны.
— Снижается уровень лептина в плазме, а уровень глюкозы и инсулина увеличивается.
— Происходят сдвиги в эндокринной системе.
Также исследования на грызунах показали, что нарушение генов циркадных ритмов влияет на раннее проявление «старческих» болезней и недугов, снижает эффективность работы иммунной системы и даже уменьшает продолжительность жизни.
Даже после одного дня сбоя биологических часов мы становимся вялыми, нетрудоспособными, чувствуем постоянную усталость и снижение внимания и концентрации. В результате мы просыпаемся уставшими и не готовыми к серьезной интеллектуальной работе.
Восстановление
Чтобы «завести» внутренние часы заново, важно соблюдать следующие правила:
— Ложитесь спать до 23:00;
— Помещение для сна должно быть проветриваемое, а воздух – увлажнённым;
— Подушка должна быть анатомическая и без натуральных, вызывающих аллергию компонентов;
— Жесткость ортопедического матраса должна быть средней;
— Исключите активность в ночное время суток (работа, прогулки, чтение, просмотр фильмов);
— Чтобы полностью перекрыть световое загрязнение, важно приобрести плотные шторы;
— Ужин должен быть легким и за 3 часа до сна, так как желудочно-кишечный тракт вырабатывает наибольшее количество сока и ферментов именно в первой половине дня. Пренебрежение этим правилом приведёт к затруднению переваривания и риску возникновения запоров, вздутию и тошноте;
— Во второй половине дня выбирайте напитки, не содержащие кофеин.
Если вы соблюдаете все правила, но бессонница все равно мучает вас, то возможно, вам стоит обратиться к специалисту сомнологу или врачу антивозрастной медицины.
Для диагностики качества сна используется метод пульсометрии, а при более серьезных случаях – полисомнографии.
Как починить свои биологические часы, чтобы хорошо спать и высыпаться
Нами управляют циркадные ритмы. Эти биологические часы влияют на то, как мы спим, расходуем энергию и перевариваем пищу. Разбираемся, как с ними подружиться.
Наш режим сна и график активности да и самочувствие в целом подчиняются суточным циклам. Поэтому иногда, что бы мы ни делали, бывает сложно собраться на работе после обеда или заставить себя пойти на тренировку утром. В этой статье разберемся, как подружиться со своими биологическими часами, чтобы использовать их себе на пользу.
Это первая из серии статей про режим сна и самочувствие. В них проверенная информация и простые рекомендации, которые помогут вам чувствовать себя лучше, не меняя образ жизни кардинально.
Содержание
Что такое циркадные ритмы
Около 20% всех наших генов «включаются» и «выключаются» во время одного полного цикла.
Главный механизм биологических часов — это супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса. Этот отдел мозга отвечает за реакцию на стресс, половое поведение, координацию действий и другие важные функции. Это ядро получает информацию от светочувствительных клеток сетчатки глаз и других рецепторов и на ее основе синхронизирует работу биоритмов.
Примерно так биологические процессы сменяют друг друга в течение дня
Также супрахиазматическое ядро сообщает эпифизу и эндокринной железе, когда пора вырабатывать гормон сна мелатонин. Концентрация мелатонина возрастает вечером, достигает пика ночью и снижается днем.
А с другим важным гормоном, кортизолом, обратная история. Его концентрация повышается к утру, когда нам нужно быть бодрыми, и снижается к вечеру, когда нас начинает клонить в сон.
Как работают наши внутренние часы
Гены, отвечающие за работу внутренних часов, называются period и timeless. Их активность колеблется в течение дня и регулируется петлевым механизмом обратной связи. Как только уровень белков, кодируемых этими генами, достигает определенного уровня, синтез этих белков прекращается. Уровень падает — синтез возобновляется.
На сон и бодрствование влияет свет
Свет и его отсутствие — главные, хотя и не единственные, регуляторы циркадных ритмов. Холодный синий свет от офисных ламп, экранов компьютеров, телевизоров и смартфонов сбивает эти ритмы. В итоге организм «думает», что световой день в разгаре. Красный и зеленый свет тоже негативно влияют на ход внутренних часов.
Циркадные ритмы «включаются» и «выключаются» светом. Яркий искусственный свет запускает каскады химических реакций и сбивает правильный режим дня.
Циркадные ритмы у человека — это не отдельный орган, их нельзя увидеть или почувствовать. Но они необходимы для здоровья и нормальной жизнедеятельности — и сохраняются даже у многих слепых людей.
Если смотреть по ночам сериалы, поздно и плотно ужинать, работать в ночную смену и ложиться спать с рассветом, слаженная работа генов и циркадных ритмов нарушается. Какие-то метаболические процессы запускаются позже обычного, а какие-то останавливаются совсем.
Как циркадные ритмы влияют на наше здоровье
Ночные смены могут повышать риск рака — при сбитых циркадных ритмах организму сложнее предотвращать образование опухолей. Международное агентство по изучению рака даже отнесло сменную работу к канцерогенам. Работа с постоянным ночным графиком, а не скачущим режимом, в этом плане может быть менее опасной.
Ученые связывают нарушения циркадных ритмов с серьезными, но предотвратимыми заболеваниями: диабетом 2-го типа, болезнями сердечно-сосудистой системы, ожирением, инсультом и раком. Чтобы понять, как развиваются эти болезни, нужно взглянуть на то, что происходит, когда мы нарушаем гигиену сна.
Как циркадные ритмы влияют на пищеварение
Желудочно-кишечный тракт вырабатывает наибольшее количество ферментов, желудочного сока и сопутствующих веществ в первой половине дня. Поэтому желательно завтракать плотно, но ужинать чем-то легким.
Также с утра наиболее активно работает перистальтика. Если плотно есть на ночь и поздно просыпаться, возрастает риск запоров, колик, вздутия и несварения, потому что процессы переваривания замедляются.
Как циркадные ритмы влияют на головной мозг
Здоровый сон — это время, когда мозг буквально промывается и очищается с помощью спинномозговой жидкости или ликвора. Эта жидкость выводит продукты обмена, в том числе токсичные соединения, которые ухудшают функции памяти. Также во сне активно восстанавливаются миелиновые оболочки — они нужны для передачи сигналов между нейронами.
Нарушение фаз сна прерывает эти важные процессы. В результате мы просыпаемся уставшими, вялыми и не готовыми к серьезной интеллектуальной работе. Если постоянно игнорировать свои биологические ритмы, это может привести к нервно-психическим расстройствам.
Как циркадные ритмы влияют на риск заболеваний
Бессонница, недосып и плохое качество сна ведут к гипертонии и развитию резистентности к инсулину, из-за чего повышается уровень глюкозы в крови. Эти симптомы, сигнализируют о нарушениях метаболизма и болезнях сердечно-сосудистой системы.
Исследования показывают, что люди, работающие в ночную смену, чаще страдают от ожирения, диабета 2-го типа и гипертонии.
Риск развития этих заболеваний возрастает и у людей с нарушенными циркадными ритмами.
Почему опасно нарушать циркадные ритмы
Низкое качество сна приносит и другие, менее очевидные проблемы. Невыспавшийся человек легко набирает вес и с трудом сбрасывает его. Ему чаще хочется сладкого и фастфуда, чем здоровой пищи, потому что организм пытается компенсировать недостаток энергии тягой к простым углеводам.
Также при нарушении биоритмов становится сложнее заснуть и проснуться, развивается зависимость от кофеина. Спать хочется как можно дольше, но сон перестает восполнять силы. Повышается риск депрессии, возникают перепады настроения в течение дня и всплески негативных эмоций. А организм становится более уязвимым к болезням и инфекциям.
Как завести свои внутренние часы заново
Хорошая новость: сломанные биологические часы можно отремонтировать. Вместе с правильным распорядком дня к вам вернутся продуктивность и здоровый сон. Восстановление циркадных ритмов и режима дня не означает, что нужно ложиться спать сразу после заката, особенно если вы «сова». Главное — избегать искусственного света и засыпать в промежутке времени, когда вырабатывается мелатонин, то есть с 12 до 4 ночи.
Облегчить засыпание поможет отказ от гаджетов за час-два до сна. Также вечером стоит включать лампы с теплым приглушенным светом вместо ярких ламп дневного света. Чтобы восстановить режим сна, нужно ложиться каждый день примерно в одно и то же время, даже если это выходной.
На заметку
Если вы часто чувствуете усталость и рассеянность в течение дня и плохо спите, возможно вы сбили свои биологические часы. Вот что поможет привести все в норму:
Генетика тоже может влиять на паттерны сна: например, бессонница может передаваться по наследству. Выявить генетическую предрасположенность к бессоннице и особенности метаболизма кофеина можно с помощью Генетического теста Атлас.
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