Биологические часы что это
Как работают наши биологические часы: существует ли «таблетка для сна»
Harry Campbell/Stanfod University
Если вы когда-нибудь совершали длительные перелеты из одного часового пояса в другой, то прекрасно знаете, какой дискомфорт доставляет джетлаг (от английских слов jet — реактивный самолет и lag — отставание) — синдром смены часовых поясов. Обычно он сопровождается усталостью, бессонницей, головной болью, потерей аппетита и другими неприятными вещами.
Можно ли «перевести» циркадные ритмы, чтобы последствия перелета из Москвы во Владивосток проходили быстро и безболезненно? Ученые исследуют этот вопрос (и сами суточные колебания активности организма) не один десяток лет. В 2007 году Шнобелевской премией в номинации «Авиация» были награждены аргентинцы Патрисия Агостино, Сантьяго Плано и Диего Голомбек. Они установили: хомячки быстрее восстанавливаются от джетлага, если им давать вещество под названием силденафил, известный под торговым названием «Виагра». Изначально силденафил синтезировали как препарат для улучшения кровотока в миокарде и лечения стенокардии и ишемической болезни сердца. Однако в ходе клинических испытаний было выяснено: влияние силденафила на сердечный кровоток минимально, зато он обладает выраженным действием на кровоток в области органов малого таза.
Но вернемся к хомячкам. Все животные были выращены при искусственном освещении: световой день длился 14 часов, а ночь — 10. Затем хомяков рассадили по отдельным клеткам, в каждой из которых было колесо для бега (чтобы лучше фиксировать часы активности грызуна). После 10-дневного пребывания в клетках и привыкания к беговым колесам хомякам устроили шестичасовой «сдвиг часовых поясов», который длился несколько недель: режим освещения клеток изменился так, как изменился бы суточный ритм человека при перелете из Нью-Йорка в Париж (то есть с запада на восток, с переводом часов вперед). При этом одна группа подопытных в день «перевода часов» получила порцию «Виагры», а вторая — нет. Ученые установили, что силденафил в дозировке 10 микрограмм на килограмм тела помог хомячкам на 50% быстрее восстановить сбитые циркадные ритмы. Меньшие дозировки «Виагры» работали хуже, но все равно немного ускоряли переход к нормальной работе организма.
Диего Голомбек полагает, что силденафил помог хомячкам справиться с джетлагом, потому что в организме увеличилось содержание молекулы под названием циклический гуанозинмонофосфат (cGMP). По мнению ученого, это на какое-то время ускорило биологические часы животных. Этим же объясняется и тот факт, что «Виагра» не помогла грызунам справиться с джетлагом при имитации перелета с востока на запад: благодаря лекарству ускорившиеся циркадные ритмы «нагнали» разницу во времени, но вот перевести биологические часы назад препарат не может.
Хотя авторы работы и рассматривали силденафил как вероятное лекарство от джетлага для людей, соответствующие исследования никогда не проводились. Правда, в 2013 году Skyscanner — система для поиска авиабилетов — провел опрос среди своих пользователей. В анкетировании приняли участие около тысячи пассажиров сингапурских авиалиний — 11% из них сообщили, что пробовали принимать «Виагру» как средство от джетлага, а 5% заявили, что препарат действительно помог справиться со сменой часовых поясов. Это, однако, ни в коем случае не свидетельствует об эффективности силденафила, и ученые рекомендуют принимать синюю таблетку от джетлага лишь при соблюдении двух условий: вы хомяк, и вы летите с запада на восток.
Несмотря на эти неутешительные новости, давайте все же разберемся: существуют ли эффективные методы борьбы с джетлагом? А заодно и выясним, как именно наш организм регулирует биологические часы. На первый вопрос в 2017 году довольно однозначно ответили Майкл Росбаш и Джеффри Холл, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине того года.
Нет никакой терапии или лекарства, которые по-настоящему помогали бы «перезагрузить» циркадные ритмы. Есть, конечно, препараты, которые рекомендуется принимать при джетлаге, но одним людям они помогают, другим — нет, так что я не могу сказать, что они эффективны. Лучшее, что можно сделать при джетлаге, — это спать.
Лауреат Нобелевской премии по физиологии 2017 года
Мы не умеем «перезагружать» наши биологические часы. Циркадные ритмы человека приблизительно равны не 24 часам, а 24 часам 15 минутам. На эти 15 минут наш организм ежедневно перезагружает циркадные ритмы, — но не больше. Мы не можем справляться с разницей во времени между часовыми поясами. И неизвестно, как именно работает механизм «перезагрузки».
Лауреат Нобелевской премии по физиологии 2017 года
Майкл Росбаш, Джеффри Холл и третий лауреат Майкл Янг удостоились Нобелевской премии 2017 года за «открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадным ритмом», — теми самыми биологическими часами. Однако первый кусочек генетического механизма циркадных ритмов обнаружили не они. Это в 1960–1970-х годах сделали Сеймур Бензер и Рональд Конопка, создавшие мутантных мушек-дрозофил с измененными циркадными ритмами: у одних — 28 часов, у других —19 часов, а у третьих ритм вообще отсутствовал. У всех насекомых был поломан один и тот же ген — это значит, что в неизмененном состоянии он отвечал за поддержание нормального, 24-часового, суточного ритма. Ученые назвали ген per, — от слова period, «период». Следующий же шаг в изучении биологических часов сделали Росбаш, Холл и Янг.
Гены содержат в себе множество разной информации, в том числе и о строении белков — для простоты можно сказать, что в генах записан «рецепт» их изготовления (то есть гены кодируют белки). Джеффри Холл и Майкл Росбаш исследовали отношения гена per с его белком PER и выяснили: ночью уровень белка достигает максимальной концентрации, после чего он блокирует работу собственного гена, прекращает синтез, а затем распадается в течение дня. Но чтобы «выключить» ген, белку надо проникнуть в ядро клетки — ведь именно там хранится генетический материал. Холл и Росбаш сумели показать, что ночью белок накапливается в ядре, но не смогли понять, как он туда попадает. Это сделал Майкл Янг — в 1994 году он открыл второй ген биологических часов под названием timeless (в переводе с английского — «безвременный»). В лаборатории Янга выяснили: цикл работы этого гена тоже равен 24 часам, а кодирует он белок TIM, который напрямую связывается с PER, помогает ему проникнуть в ядро и не дает разрушаться.
Этот механизм обратной связи и объясняет, как именно регулируются суточные колебания активности нашего организма. Конечно, есть множество других инструментов, которые вовлечены в работу биологических часов (например, ген doubletime, также открытый Янгом, задерживает накапливание белка PER и отлаживает циркадные ритмы, чтобы они совпадали с естественным циклом смены дня и ночи; ген cry, который под воздействием света разрушает белок TIM, после чего разрушается и оставшийся без «напарника» PER, и многие другие). Эти открытия совершили переворот в понимании ключевых механизмов биологических часов человека.
Что же касается наиболее эффективного лекарства от джетлага (помимо сна) — тут мнения разнятся. Кто-то полагает, что лучше всего действует целенаправленная подготовка организма к предстоящей смене часовых поясов (например, постепенное изменение режима дня за несколько суток до поездки, попытка проспать большую часть перелета или, наоборот, устроить себе 24-часовой бессонный марафон); кто-то советует не есть тяжелой пищи, кто-то — выпить побольше алкоголя или, наоборот, не пить ничего кроме воды. Все подобные рекомендации, как правило, основаны на личном опыте человека — и необязательно, что они помогут вам. А некоторые советы могут ухудшить ваше самочувствие — сутки без сна еще никого не делали бодрее, а алкоголь вреден в любых дозах.
Очень часто для нормализации циркадных ритмов советуют принимать мелатонин — это гормон эпифиза, который контролирует наши биологические часы в ответ на изменение ритма освещения. Уровни мелатонина меняются в организме с периодичностью в 24–25 часов, достигая максимума между полуночью и восемью часами утра. Маленькие дети имеют самые большие количества мелатонина в крови, но с возрастом уровень сильно понижается. Поэтому младенцы спят очень много, а старики страдают от бессонницы.
Препараты на основе мелатонина разрешены не во всех странах: так, в Австралии их можно выписывать только людям старше 55 лет для восстановления режима сна, в США препараты на основе мелатонина запрещены в качестве лекарства и попадают в категорию биологически активных добавок, но использовать их в составе продуктов питания нельзя. Впрочем, препараты этого типа изучены довольно хорошо, а результаты исследований опубликованы в сотнях научных статей. Ученые заключили, что мелатонин заметно увеличивает время сна у людей старше 55 лет, помогает им заснуть, не вызывает побочных эффектов и привыкания. В обзоре о работе в ночную смену ученым удалось найти лишь слабые подтверждения того, что мелатонин увеличивает продолжительность дневного сна. А вот для борьбы с джетлагом он действительно оказался очень эффективным — правда, этот вывод сделан на основании всего восьми исследований.
Так что мелатонин, хотя и работает, чудес не обещает: он может помочь вам уснуть пораньше и перенастроить режим дня под другой часовой пояс, но победить недосып — увы, нет. Кстати, если вы не хотите принимать сам препарат, попробуйте есть бананы, виноград или другую растительную пищу перед сном – мелатонин содержится во многих фруктах и плодах, хотя, конечно, и не в таких количествах, как в лекарстве. И помните про рецепторы на сетчатке глаза: когда вокруг светло, мелатонин вырабатывается в меньшем количестве, поэтому плотные шторы действительно помогут уснуть.
Биологические часы: что нужно делать, чтобы организм работал как отлаженный механизм
Всеми основными процессами в организме человека управляют биологические часы. Более того, в соответствии с определенными циклически повторяющимися ритмами функционируют все живые существа на планете. Знания об этом появились еще в древние времена. А сегодня есть много проверенной информации о том, как работают биологические часы, для чего нужно их соблюдать, и как настроить. В этой статье мы постараемся подробно и максимально понятно ответить на все эти вопросы.
Нет времени читать? Долистайте до конца страницы и прослушайте статью!
Почему важно учитывать биологические ритмы?
Знание и учет биологических часов имеют большое значение для человека. Если естественные ритмы сбиваются, то возникает десинхроноз, появляются и развиваются различные заболевания. Первые звоночки – повышенная утомляемость, сниженная работоспособность, раздражительность, подавленное состояние. То есть, при возникновении даже одного из этих симптомов, уже надо задуматься о том, что, вероятно, ритмы сбились. И в этой ситуации необходимо срочно перенастраиваться. Соблюдая режим биологических часов, можно отрегулировать настроение, поведение и самочувствие, сократить до минимума риск заболеваний и даже продлить себе жизнь.
Сердце, легкие, печень и остальные органы человека работают в определенном ритме. Есть суточные, недельные, месячные и годовые ритмы. Но наиболее важными для организма считаются суточные. Их еще называют циркадными ритмами. Они подчинены 24-часовому графику. Именно за такое время Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. В организме человека протекает несколько сотен биологических процессов. И все они происходят в соответствии с циркадными ритмами.
Биологические часы определяют эффективность сна, бодрствования и приема пищи. Другими словами – в одно время суток сон может быть весьма благоприятным для организма или вовсе бесполезным и даже вредным. Так и с остальным. А еще биоритмы следует учитывать при приеме лекарственных средств. Например, противоаллергические средства окажут наиболее эффективное действие во второй половине дня, когда в крови повышается содержание биологически активных веществ, провоцирующих аллергические реакции. А если взять, к примеру, глюкокортикоидные гормоны, то их лучше принимать утром, когда моделируется суточный ритм работы надпочечников.
Что управляет биологическими часами?
Примерно в середине головного мозга находится совсем небольшой отдел размером с рисовое зернышко. Его называют гипоталамусом. И около 20 тысяч нейронов, расположенных в этом отделе головного мозга, управляют биологическими часами. Гипоталамус работает как некий хронометр, регулируя и настраивая работу всех систем организма. Ученые выяснили, что делает он это с помощью сигналов окружающей среды, в частности – солнечного света. Именно поэтому считается, что правильно настроить биологические часы можно, если рано вставать и ложиться спать после заката.
Важность сна в ночное время
Конечно, не всем и не всегда удается отдых в ночное время суток. Но важность сна ночью часто недооценивают. Постоянный недосып приводит к печальным последствиям. Днем человек должен бодрствовать. В это время происходит переработка накопленных питательных веществ в энергию, необходимую для нормальной жизнедеятельности. Ночью же питательные вещества аккумулируются, происходит восстановление организма. Гормон роста, который способствует стимуляции анаболических процессов, вырабатывается ночью. При отсутствии нормального сна ночью у человека появляется повышенное чувство голода, тяга к сладостям и жирной пище, происходит нарушение обменных процессов.
Существуют индивидуальные особенности биоритмов. Например, всем известно разделение на сов и жаворонков. Жаворонки – ранние пташки. Они рано просыпаются, и их пиковая работоспособность отмечается в первой половине дня. Совы же любят поспать подольше, при этом наиболее работоспособны они в вечернее время. Говорят, что у жаворонков происходит опережение фазы сна, а у сов – отставание. Как правило, каждый человек может определить, к какому хронотипу он относится. И к своим биоритмам необходимо прислушиваться, чтобы чувствовать себя хорошо. Но следует отметить, что жаворонки по многим показателям здоровья опережают сов.
Как настроить биологические часы?
Если вы чувствуете себя физически здоровым, в течение дня вас не клонит в сон, у вас хороший аппетит, прекрасное настроение и много энергии, то вы находитесь в своем биоритме. Если же вы несколько не удовлетворены своим состоянием, то нужно что-то поменять. В первую очередь необходимо знать часы биологической активности органов. Улучшать работу основных органов рекомендуется в пик их активности:
Чтобы настроить биологические часы и чувствовать себя лучше, нужно соблюдать несколько простых правил:
Конечно, вы можете работать на износ, периодически выгорая эмоционально, проводить время с друзьями в шумных ночных клубах, не давая организму полноценный отдых. Но помните, что всё это может привести к проблемам со здоровьем. Гораздо лучше жить в естественном биологическом ритме и чувствовать себя здоровым и счастливым. И не забывайте, что большое значение имеет эмоциональное состояние. Негативные эмоции, стресс, переживания могут привести к сбою в работе биоритмов. Избавьтесь от негатива, пройдя курс «Детоксикация мозга». Снижение уровня стресса и устранение токсичных мыслей способствует улучшению сна и качества жизни в целом.
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