Наши внутренние часы

Неумолимое время окутывает все завесой таинственности. Мы знаем, что ночь сменяет день, осень — лето, а зима — осень, за ней весна. И потом все начинается заново. А вот за детством наступает отрочество, юность, зрелость, старость и… пути назад нет. Несмотря на цикличность многих природных явлений, по крайней мере, на уровне человека, наше индивидуальное время всегда устремлено вперед, а прошлое живет лишь в памяти до тех пор, пока она работает.

Даже то обстоятельство, что время является понятием относительным, как доказал Эйнштейн в своей теории относительности, не может изменить этих оценок, по крайней мере, на уровне человеческого восприятия. Возможно, поэтому время всегда приковывало к себе пристальное внимание человечества и было предметом исследования со стороны самых различных дисциплин: физики, философии, психологии, богословия, биологи и даже поэзии и изобразительных искусств. Можно было бы возразить, что время — это нечто внешнее по отношению к нам, поскольку смена дня и ночи происходит из-за вращения Земли, а времена года меняются из-за вращения Земли вокруг Солнца. И все же, время имеет для нас столь большое значение, что, даже если не обращать внимания на эти внешние перемены, эти циклы заложены в нашем мозгу, если не в генах. Мы называемых их циркадными ритмами. В переводе с латыни это означает то, что сменяет друг друга в течение дня. Наука о них называется хронобиологией.

Синдром смены часового пояса и карибский загар.

Чтобы понять, до какой степени мы связаны со временем, давайте проанализируем простой и обычный случай: отпуск. Давайте представим себе, что год у нас прошел успешно, и мы решили, допустим, отправиться отдохнуть в одну из стран Карибского моря. Когда мы, наконец, оказываемся на желанных песчаных пляжах или в каком-либо другом месте с разницей во времени в четыре или более часов, то первое, что мы чувствуем, это синдром смены часового пояса. Это проявляется в усталости, бессоннице или в слишком раннем пробуждении. Кто-то, возможно, скажет, что это лишь вопрос усталости, накопившейся за время пути, но главная причина заключается во внутренних часах нашего мозга. Несмотря на этот синдром, а может, по его причине, мы устремляемся на пляж, чтобы загореть. Воздействуя на кожу, солнечные лучи активизируют выработку меланина, темного пигмента. На первый взгляд, этого вполне достаточно для загара, при условии использования хорошего крема. Но меланоциты, клетки кожи, отвечающие за выработку меланина, следуют своему собственному внутреннему ритму, который не зависит от воздействия солнечных лучей.

В начале суток выделяется больше меланина, чем пополудни, а вечером этот процесс и вовсе останавливается. И это вполне объяснимо: в вечерние часы и ночью Солнце никогда не светит. Но самое интересное заключается в том, что, если мы переместимся в иной часовой пояс, то клетки продолжат выработку меланина в своем обычном режиме и только через 5-10 дней перейдут на новый распорядок дня. Происходит то же самое, что и с синдромом смены часового пояса: хотя еще далеко не вечер, циркадный ритм нашего мозга указывает на то, что должно стемнеть, и нас начинает одолевать типичная для позднего времени суток сонливость. Выделение меланина и синдром смены часового пояса. И это не единственные примеры того, как наш организм продолжает придерживаться своего собственного ритма. Это лишь видимая часть внутренних часов, которые задают наш ритм. Это особый механизм, расположенный в мозгу, который с помощью особых генов отмеряет время.

Отход ко сну.

Когда наступает ночь, наше тело готовится ко сну. Температура тела медленно понижается (она может снизиться на 2ºC), что помогает нам уснуть и замедляет обмен веществ, чтобы сберечь энергию. Температура тела начинает снижаться до того, как мы ложимся в постель, достигает своего минимума в полночь, а к утру вновь повышается, чтобы подготовить нас к пробуждению. И если в одну из ночей мы будем бодрствовать, цикл останется неизменным. Сам организм готовит нас к тому, что должно наступить. Вес тела также подвержен ежедневным циклическим колебаниям: утром он меньше, чем вечером. А цикличная деятельность нашего мозга продолжается ночью, а затем эти циклы повторяются изо дня в день. Первым это явление исследовал на нескольких детях, включая своего собственного сына, Юджин Асерински в 1951 году.

Каждая ночь состоит из нескольких циклов, во время которых сменяют друг друга фазы глубокого и легкого сна. Во время фаз 1, 2 и 3 сон постепенно становится все более глубоким, таким образом, его восстанавливающее действие ассоциируется с фазой 3, когда сон более глубокий. И все же наибольший интерес представляет та фаза, которая следует за фазой 3, поскольку во время нее мозг работает так, как во время бодрствования, но при этом сон наиболее глубокий и проснуться особенно трудно. Мышцы расслабляются в максимальной степени, но при этом наступает фаза быстрого сна, выражающаяся в быстром движении глаз. Именно тогда мы видим сны. Длится она около 10 минут, и после ее окончания начинается очередной полный цикл. Каждый новый цикл времени в фазе 3 становится более коротким. Поэтому принято считать, что больше всего мы отдыхаем во время «первого сна», который по сути дела является первым циклом сна.


Генетические и нейронные часы.

Циркадные ритмы возникают вследствие необходимости адаптации к ежедневному 24-часовому ритму и являются эндогенными, то есть, вырабатываются внутри самого организма. Они интегрированы в наши гены в результате эволюционного механизма адаптации. Большая часть физиологических и поведенческих характеристик людей обусловлена циркадными ритмами. Известны различные гены, отвечающие за эндогенный циркадный ритм, которые заставляют идти наши внутренние, или церебральные часы. Например, известны четыре гена — Clock, BMAL, PER и CRY-, чье последовательное взаимодействие спонтанно создает 24-часовые циклы. Но дело не ограничивается только ими: установлены более 150 элементов, которые взаимодействуют друг с другом, что позволяет установить эти циклы с предельной точностью.

Если посмотреть на проблему с нейронной точки зрения, то можно утверждать, что существует некая структура мозга, которая на основе генетических часов приводит в действие церебральные часы человека. Речь идет о так называемом супрахиазмальном ядре, то есть, группе нейронов, которые находятся в гипоталамусе и генерируют деятельность, которая никогда не останавливается, но при этом претерпевает ритмические колебания: при более высокой активности организм ведет себя, как в дневные часы, и наоборот. Эта система ответственна за генерацию эндогенных циркадных ритмов, синхронизацию их с внешними циклами и за обеспечение того, чтобы весь организм следовал определенному ритму, включая многие ритмы, связанные с поведением. Она также является связующим звеном между нервной и эндокринной системами, регулируя секрецию многих гормонов, передающих эндогенное время остальным частям тела.

Существует еще одна структура мозга, которая также участвует в регулировании циркадных ритмов: шишковидное тело. Размером оно с горошину и находится в центре мозга. В XVII веке философ и математик Рене Декарт написал о нем, исходя из его местоположения, как о возможном вместилище души. Шишковидное тело вырабатывает гормон под названием мелатонин в прямой зависимости от естественного освещения: только в ночные часы или в темноте. Следовательно, зимой меланина выделяется больше, чем летом, поскольку в это время года ночи длиннее. Таким образом, организм определяет, в каком времени года находится, приспосабливая к нему свои физиологические характеристики и обмен веществ, а также определенные аспекты поведения. Вы, наверное, замечали, что зимой организм просит одного, а весной совершенно другого?

Выставить точное время на часах.

Наши внутренние часы очень точны, но немного убегают вперед, как если бы в сутках было 25 часов. Поэтому необходимо постоянно выставлять на них правильное время. И это большое преимущество, потому что, если бы у нас не было механизмов установки точного времени, то мы никогда не смогли бы преодолеть синдром смены часового пояса. Для выставления точного времени наши внутренние часы используют различные способы, в частности, расписание приема пищи, физические упражнения и даже общественные связи. И все же в качестве главного механизма установки точного времени выступает солнечный свет.

Наши внутренние часы особенно чувствительны к свету дважды в день: на рассвете и закате. Если первые солнечные лучи не совпадают с рассветом на наших внутренних часах, и они продолжают показывать ночное время, то наши внутренние часы будут стремиться идти быстрее, чтобы выставить точное время. И наоборот, если лучи заката не совпадают с концом дня на наших внутренних часах, которые продолжают показывать дневное время, тогда они пойдут медленнее, чтобы так же выставить точное время. Но как это достигается?

До 90-х годов прошлого века считалось, что в сетчатке наших глаз было только два вида светочувствительных клеток: колбочки и палочки, позволяющие нам, соответственно, различать цвета и яркость света. Вырабатываемые сигналы передаются по зрительному нерву в заднюю часть коры головного мозга, где расположена зрительная зона. В середине 90-х годов, тем не менее, нашлись слепые лабораторные мыши, которые, несмотря на отсутствие колбочек и палочек, точно так же реагировали на свет: сидели неподвижно, когда в их помещение поступал свет, и проявляли активность, когда он гас, то есть вели себя так, как в обычных условиях. Исследования, проведенные на этих мышах, показали, что в их сетчатке, помимо колбочек и палочек, был еще один вид светочувствительных клеток, но эти клетки передают информацию не в кору головного мозга, а в супрахиазмальное ядро, о котором говорилось выше. Эти клетки не обеспечивают зрение, а служат для выставления точного времени на биологических часах.

Нарушение циркадных ритмов и риск заболеваний.

Соблюдение временного режима имеет решающее значение для здоровья. Уже давно известно, что в случае нарушения циркадных ритмов увеличивается предрасположенность к заболеваниям. Причина весьма проста. Ввиду связи, существующей между генами циркадных часов, структурами мозга, регулирующими физиологические ритмы и процессы обмена веществ, а также сам обмен веществ в нашем организме, нарушение циркадных ритмов (например, когда мы систематически нарушаем свой ежедневный распорядок) нарушает и обмен веществ, что, в свою очередь, приводит к нарушению восприятия времени. Главной причиной этих нарушений ритма являются изменения в распорядке дня. Нарушения обмена веществ могут повлиять на менструальные циклы у женщин, вызвать гипертонию, повышенное содержание холестерина в крови и даже способствовать диабету, тучности, онкологическим и сердечнососудистым заболеваниям. Данные нарушения часто наблюдаются у людей, работающих посменно и периодически меняющих смены. При каждой перемене смены мозг должен произвести глубокую перенастройку часов, но на это необходимо определенное время, в течение которого процессы обмена веществ могут быть нарушены.

Кроме того, следует помнить о том, что люди, страдающие такими хроническими заболеваниями, как гипертония, бессонница, диабет и другими, связанными с обменом веществ, в случае нарушения ими циркадных ритмов из-за изменений в распорядке дня, подвергают себя серьезному риску рецидива или обострения той болезни, которой страдают. Следует отметить, что это касается не только вышеперечисленных болезней. Было отмечено также, что у лиц, страдающих шизофренией или биполярным аффективным расстройством, может произойти ухудшение состояния. По сути дела, значительное число умственных заболеваний непосредственно связаны с нарушением циркадных ритмов. Например, до 70% пациентов с рассеянным вниманием страдают от задержки фазы сна, вызывающей, ко всему прочему, нарушения во временном ритме обмена веществ. Люди, предрасположенные к эпилепсии или страдающие мигренью, по этим же самым причинам тоже должны строго соблюдать распорядок дня. Всем этим пациентам соблюдение распорядка дня и правильного режима сна помогает задержать развитие болезни. Некоторым больным даже рекомендуют лечение ярким светом, в частности, при сезонной депрессии, когда яркий утренний свет помогает правильно настроить биологические часы и смягчить симптомы депрессии.

Не могу спать из-за стресса.

Мы знаем, что отсутствие сна может рассматриваться как фактор стресса. Бессонница вызывает стресс. Соответственно, и факторы стресса, особенно психологические и социальные, могут отрицательно сказаться на качестве и продолжительности нашего сна. Все зависит от гормона, который высвобождается в стрессовых ситуациях (CRH). Во время определенных фаз сна снижается активность одного из участков мозга, контролирующих реакцией на стресс и уровни глюкокортикоидов — основных гормонов, высвобождающихся в результате стрессовой ситуации. Бессонница вызывает повышение уровня глюкокортикоидов, что может привести к ослаблению некоторых видов энергии, накопленных в мозгу. Это, в свою очередь, может объяснить ослабление памяти при бессоннице. В различных работах показано, что бессонница не влияет на моторные способности организма, но отрицательно сказывается на когнитивно-перцептивных способностях и изменяет регулирование циркадных ритмов. Эти нарушения чаще проявляются при решении простых, пассивных и монотонных когнитивных задач.

Что происходит с людьми, которые по характеру своей работы постоянно страдают от недосыпания, изменения рабочих смен или ярко выраженного синдрома смены часового пояса? В ходе одного из наиболее известных исследований по данному вопросу было произведено сравнение экипажей самолетов двух авиакомпаний, осуществлявших межконтинентальные перелеты. В первой работникам предоставляли две недели отдыха после межконтинентального перелета с большой разницей в часовых поясах, а во второй — лишь пять дней. У тех, кто отдыхал меньше, были отмечены более высокие уровни глюкокортикоидов. Исследование показало, что, если повышенный уровень этих гормонов держится в течение длительного времени, это ведет к уменьшению гиппокампа (область мозга, отвечающая за консолидации памяти memoria), нарушению памяти и затрудняет подготовку к космическим полетам. Сокращение когнитивных способностей сильнее проявлялось после того, как повышенные уровни этих гормонов наблюдались у человека в течение пяти лет.

Что можно сделать?

В недавнем исследовании было доказано, что сон в течение периода, который наш мозг обозначает как день, и даже смещение времени сна на четыре часа всего лишь в течение трех дней подряд, нарушает формулу одной трети наших генов. Как лучше приспособиться к изменению распорядка дня и бессоннице?

Во-первых, тем, кто работает посменно, следует менять смены с интервалами во времени, чтобы организм и мозг могли привыкнуть к новому распорядку. Во-вторых, тем, кто часто ездит в отдаленные места, по возможности, лучше устанавливать некий усредненный распорядок дня, в особенности, если пребывание в новом месте недолгое. В-третьих, для преодоления синдрома смены часового пояса существуют природные средства, такие как кофе и чай, которые следует принимать в начале дня, а также успокоительные (включая мелатонин), которые принимают перед сном, чтобы таким образом убедить мозг в том, что наступила ночь. Не следует забывать и о физических упражнениях, улучшающих обмен веществ и повышающих умственную активность.

Как утверждают Тринитат Камбрас (Trinitat Cambras) и Антони Диес (Antoni Díez), научные сотрудники Барселонского университета, специализирующиеся на хронобиологии, в своей недавно выпущенной книге «Ритмы жизни» (Els ritmes de la vida) указывают, что «наш организм может стабильно генерировать и поддерживать циркадные ритмы. Но иногда само наше поведение, наши действия, распорядок дня и привычки могут вызвать их нарушение. В таком случае лучше всего задуматься о своем поведении и привычках, чтобы тем самым помочь организму восстановить нормальные циркадные ритмы. Можете быть уверены: наше здоровье также зависит и от стабильных биологических ритмов».

Авторы: Сервелл де Сис Эдуард Виета (Cervell de Sis Eduard Vieta) — доктор психиатрических наук, Франсеск Колом (Francesc Colom) — доктор психологических наук, Давид Буэно (David Bueno) — доктор биологических наук, Диего Редоблар (Diego Redolar) — доктор нейронаук, Энрик Буфилл (Enric Bufill), — нейролог, Ксаро Санчес (Xaro Sánchez) — доктор психиатрических наук.