Дарвиновский клуб 
Тема этой статьи – биоритмы, их причины и следствия. Вы узнаете, что такое биоритмы? Каковы из причины возникновения? И какую роль они играют для нашего организма?
Биологические ритмы
Само слово биоритмы происходит от двух греческих слов: bios – «жизнь» и rhythmos – «ритм» или «любое повторяющееся действие».
Наиболее важный ритм, который существует – это суточный ритм, или по-другому он ещё называется циркадный. Очень многие процессы завязаны именно на этом околосуточном ритме.
Но существуют и другие важные циклы, более долгосрочные. Например, ежегодные циклы миграции животных или цикл воспроизводства у некоторых организмов.
Также существуют и более короткие, чем суточные циклы. Например, 90-минутный цикл сна у людей или трехчасовой цикл продуцирования гормона роста.
Вообще, биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы, и именно поэтому они являются одним из наиболее общих свойств всех живых систем.
Биологические ритмы признаны важнейшим механизмом регуляции многих функций организма. С одной стороны, они имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию. С другой стороны, их осуществление очень плотно связано с факторами внешней среды.
Влияние Луны и Солнца на биологические ритмы
Больше всего споров вызывает влияние Луны на человека. Например, 28-дневный лунный цикл, приливы и отливы. Ученые во многих странах активно изучают влияние лунных циклов на человеческий организм. Нет ли обострений, связанных с психическими болезнями в полнолуние? Не проявляется ли агрессия в полнолуние? Не обостряются или какие-то болезни? Нет ли больше беременности или родов в какую-нибудь фазу Луны? Исследования показали, что нет никаких связей фазы Луны с организмом человека. Луна активно влияет на планету, но на нас с вами особенного влияния не оказывает.
Второе светило, которое также оказывает влияние на человека – это Солнце. На самом деле человек очень зависим не только от восходов и заходов, но и от 11-летнего цикла активности Солнца. Утверждение о наличии 11-летней цикличности в солнечной активности иногда называют «законом Швабе – Вольфа». Цикл характеризуется довольно быстрым увеличением числа солнечных пятен, а также другими проявлениями солнечной магнитной активности. Ученые отмечают, что в начале каждого 11-летнего цикла, например, проявляется гораздо меньше рахита и сезонной депрессии, и гораздо больше диагностируется рака кожи.
В начале солнечных циклов случаются многочисленные пандемии и эпидемии, возбудителями которых является повышенная солнечная активность.
Сезонный ритм
Рассмотрим еще один цикл — времена года. Всем известно, что весной жизнь животных активизируется и начинается период размножения. Зимой продуктивность естественным образом падает, а некоторые животные даже впадают в спячку и так далее.
Для человека тоже есть ряд закономерностей, связанных с временами года. Например, истинно сезонная депрессия, которая в странах с умеренным климатом начинается поздней осенью и длится зимой. С наступлением более длинного светового дня, с приходом весны все симптомы начинают исчезать.
Кстати, то, что с нами происходит зимой, включая и сезонную депрессию, некоторые биологи-эволюционисты считают адаптацией. То есть сезонная депрессия – это слишком хорошо адаптированный к зиме организм человека. Когда день становится короче, то физической активности требуется меньше. Человек увеличивает потребление пищи и время сна.
То есть все как бы замедляется. Активно жить в этих условиях становится тяжело, и ты стараешься максимально обеспечить свой организм, максимально ничего не делать и проводить это время в энергосберегающем режиме.
И сезонная депрессия – это просто такой перегиб, когда твой организм слишком далеко зашел в том, чтобы тебя к этому вредному времени года адаптировать.
Сезоны весна-осень фиксируют пики для многих заболеваний. Например, аллергического характера или связанных с сердечно-сосудистой системой. Это характерно для климата, где есть четыре времени года. Но не везде на планете присутствует такой климат. Мало того, не везде день и ночь сменяется именно так, как у нас в средней полосе.
Суточный цикл
Ученые провели исследования городских жителей арктических широт и Крайнего Севера. Для таких городов обычно предусмотрен большой компенсаторный эффект. Например, яркое городское освещение. Но что интересно, исследования показали, что, несмотря на изменение окружающего климата, у приезжих людей сохраняется сезонность цикла и чувство суточного часового ритма. Даже на полюсах у человека и сезоны и сутки более-менее стабильны.
Следовательно, у нас есть некий суточный цикл, который сохраняется даже в условиях, когда суток не видно. То есть утром люди склонны к пробуждению, причем все в разное время – каждый в своё.
В первой половине дня наблюдается пик роста кровяного давления и повышенная мозговая активность. Вторая половина дня характеризуется повышенной координацией и быстрой реакцией.
Что интересно! Наши российские хронобиологи говорят, что утренняя зарядка – это плохо. Это вредно. Во время активных физических упражнений в организме происходит выброс кортизола, к которому наш организм не готов. Поэтому утро – это плохое время для тренировок. А вот с 12:00 до 18:00 – это хорошее время для физических нагрузок. Это научно доказано. Даже один и тот же олимпийский спортсмен утром показывает худшие результаты, чем днем. После 18:00 активность человека падает, начинает выделяться мелатонин. Вечером человек засыпает, и уже где-то к середине ночи наступает глубокий сон.
Три хронотипа человека
Этот суточный цикл существует у каждого человека. Но у разных людей начинается в разное время. То есть это циркадная система, которая имеет индивидуальные отличия. Наиболее ярким их проявлением является тот самый хронотип, о котором люди частенько вспоминают, называя себя «совой» или «жаворонком».
Хронотип может быть ранним – это «жаворонки». Он может быть поздним – это «совы». Он может быть еще и промежуточным. Эту категорию людей называют «голубями». Большинство людей считают, что биологические ритмы каждого конкретного человека не закреплены в нем генетически, что можно перестроить свой хронотип и превратится из «совы» в «жаворонка».
Однако механизм, который обеспечивает включение/ выключение некоторых процессов, находится внутри каждого организма. За это открытие даже присудили Нобелевскую премию. Но чтобы понять суть открытия, нам придется понять, каким образом включаются и выключаются механизмы, связанные с нашей активностью.
Физиология и механизмы сна
Есть два ключевых центра мозга, которые регулируют цикл сна и бодрствования. Это супрахиазмальное ядро и эпифиз. Супрахиазмальное ядро – часть гипоталамуса, которая следит за тем, пора ли нам спать или нет. Ядро реагирует на фотоны, которые попадают на сетчатку глаза, поэтому лучше спать в полной темноте. Можно сказать, что супрахиазматическое ядро – это основной источник оценки происходящего, основной аппарат, реагирующий на время суток с помощью сетчатки.
На самом деле существует два косвенных влияющих пути, один из которых связан с серотонином. Вам знакомо состояние, когда вы чем-то встревожены и не можете заснуть? Вы лежите ночью в кровати, вы устали, но у вас мысли бегают по кругу, как бы зациклились, и заснуть не получается. Хотя и в комнате темно, и лежите в кровати, и прохладно, и все по правилам. Это значит, что к супрахиазматическому ядру, несмотря на то, что не приходят фотоны, приходят импульсы по другому пути.
Супрахиазматическое ядро – очень сложное название, да и работа у него непростая. Поэтому в научно-популярных статьях и средствах массовой информации избегают о нём рассказывать. Вот об эпифизе рассказывают много. Мы знаем, что это шишковидная железа, которая досталась нам от древних рептилий. У них она лежала так близко к поверхности мозга, что сама улавливала свет. У нас эпифиз теперь утоплен глубоко и получает информацию от супрахиазматического ядра. Далее эпифиз продуцирует мелатонин. Соответственно, эпифиз часто связывают с засыпанием.
Мелатонин и его действие
Современная наука сомнология объясняет действие мелатонина на наш организм. Это регулятор циркадного ритма всех живых организмов. К другим важнейшим функциям мелатонина относится его антиоксидантная активность в организме. Синтез и секреция мелатонина зависят от освещённости: избыток света понижает его выработку, а снижение освещённости – увеличивает.
Эпифиз выделяет примерно 80% мелатонина в человеческий организм. Еще 20 % выделяют внутренние органы и особенно желудочно-кишечный тракт. Вообще-то в организме человека мелатонин синтезируется из аминокислоты триптофана. При достаточном накоплении организмом мелатонина происходит засыпание.
Но есть ночные животные, например, грызуны, у которых мелатонин тоже выделяется в темноте, но он не заставляет их засыпать. То есть ночное животное без каких-то больших трудностей, наоборот, засыпает в отсутствии мелатонина. Вот поэтому некоторые сомнологи сомневаются в том, что мелатонин напрямую вызывает засыпание.
Нейромедиаторы
И вот пришло время познакомить вас с нейромедиаторами.
Медиаторы – это биологически активные вещества, выделяемые нервными окончаниями, которые служат посредниками в процессе химической передачи нервного импульса с одного нейрона на другой.
Медиаторы тормозного типа передают сигнал, который говорит, что дальше импульс передавать не надо. Перед засыпанием в мозге синтезируется большое количество гамма-аминомасляной кислоты. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) – главный тормозной медиатор в нервной системе человека.
Самым полноценным природным источником ГАМК является чай Габа. Габа Чай – это уникальный продукт, производимый на севере острова Тайвань. Сейчас он на пике популярности. Благодаря богатству молекулами ГАМК, он обладает большим списком преимуществ для здоровья человека. Это еще раз доказывает, что медиаторы могут не только синтезироваться в организме, но и попадать в него извне.
Таким образом, супрахиазмальное ядро (СХЯ) притормаживает работу моноаминов и мешает возбуждающей активности. Через СХЯ реализуется хронобиологическое действие мелатонина и, конечно же, его снотворные эффекты.
Наверняка многие знают, что сон не является напрямую отдыхом. Хотя во время сна мышцы действительно расслабляются и в целом активность мозга падает на 10-15%.
Мелатонин во многом полезен для организма, но он не вызывает напрямую засыпания. Это не то, что можно принять и просто заснуть. Это не снотворное как таковое. Мелатонин коррелирует по времени вечером засыпание. Но это не значит, что он его вызывает.
Аденозин
Что же тогда вызывает засыпание? Существует мнение сомнологов, что это аденозин. Полагают, что он играет основную роль в стимуляции сна и подавлении бодрости, поскольку его концентрация увеличивается во время продолжительного бодрствования организма и уменьшается во время последующего сна.
Когда аденозин накапливается в клетках в избытке, то гипоталамус оценивает организм как усталый. Это не обязательно должно происходить ночью. Например, человек не выспался за ночь, а в течении для выполнял тяжелую работу, то уже к середине дня он может чувствовать усталость и сонливость. То есть мелатонин в организме вообще не выделялся к этому моменту, а аденозин накопился.
Аденозин относится к группе агонистов, то есть веществ, которые могут связываться с рецептором и приводить к определенному эффекту.
Кофеин
Его противоположностью можно считать кофеин.
Кофеин – это природный аналог аденозина, который блокирует рецепторы аденозина в головном мозге и других органах, не позволяя этому веществу с ним связываться. Поэтому какое-то время рецепторы не слышат усталости. Если мы хотим в течение дня взбодриться, то следует выпить чашку кофе. Рецепторы блокируются, усталости какое-то время не чувствуется. Правда, потом кофеин все равно освобождает рецепторы, и усталость чувствуется даже больше, чем раньше.
Нобелевская премия по физиологии в 2017 году
Итак, посмотрев на супрахиазмальное ядро, медиаторы и опровергнув влиятельность мелатонина как агента сна, мы подошли к важному событию в области физиологии и медицины.
Нобелевская премия 2017 года была вручена за открытие и исследование молекулярных механизмов, управляющих циркадными ритмами — внутренними часами, которые работают в живых организмах, подстраивая жизнедеятельность к смене дня и ночи. В 1984 году ученые обнаружили, что наличие циклических изменений двигательной активности дрозофил определяется белком PER. Содержание белка PER в ночное время увеличивалось, а в дневное – уменьшалось.
Ученые показали, что белок блокирует сам себя: чем больше его накапливается в клетке, тем сильнее он подавляет транскрипцию собственного гена. При этом весь процесс закольцован и повторяется с периодом около 24 часов. В 1994 году этот механизм был уточнен, и оказалось, что белок PER может попадать в ядро клетки только в соединении с другим белком — TIM. Также был открыт ген DBT, который определяет скорость накопления белка PER, подстраивая ее под суточный цикл.
Простыми словами была открыта цикличная взаимосвязь трех белков. Когда у нас одного белка становиться очень много, он блокируется, а если его становиться слишком мало, включается его продуцирование.
Но что удивительно! Что эта взаимосвязь совершенно не зависит от супрахиазмального ядра и от накопления мелатонина. Она зависит от наличия света, то есть она фотозависима.
Наше тело имеет довольно много фоточувствительных белков, которые в принципе реагируют на то, находимся мы в освещенном помещении или нет. Тело улавливает свет на клеточном уровне, даже если на глаза надеть очень темную повязку.
«сова» или «жаворонок»?
У всех людей геном в принципе одинаковый. Один и тот же набор белков. Но мы все отличаемся. У нас, например, разный цвет глаз, волос и кожи. У нас у всех есть вот эти клеточные осцилляторы, если посмотреть на клетки нашего тела. Но если одна аминокислота внутри белка будет отличаться, то белок будет тот же самый, но будут небольшие отличия внутри периода.
Он в принципе будет выполнять те же функции. Он тоже будет накапливаться в клетке ночью, так же блокироваться утром. Белок будет работать по тому же принципу, но, возможно, в другом временном цикле.
Вот поэтому есть «жаворонки» и «совы». Одному человеку требуется одно количество времени для накопления белка, а другому – другое. То есть цикл будет тот же самый: слишком мало белка PER – организм засыпает и отдыхает. Но вопрос только в том, когда эта реакция наступает.
«Совам» трудно вставать с утра, и в нашем обществе, по данным исследований, таких людей большинство. «Жаворонки» предпочитают ложиться спать до 22 часов. Они составляют всего 8% в нашем обществе.
Ученые давно уже хотели посчитать, какое же соотношение хронотипов наблюдается среди людей. Выяснилось, что крайние случаи «сов» и «жаворонков» встречается не так уж и часто. Причем «сов» больше, чем «жаворонков». Основная масса людей занимает промежуточное положение между «совами» и «жаворонками».
Также выяснился интересный момент: на севере больше «сов», чем на юге. Ученые предполагают, что это адаптация к умеренному климату, к длинным ночам и длинным зимам.
Оказывается, «совы» тоже не просто так в эволюции появились. Ученые эволюционисты утверждают, что они появились в древности, чтобы охранять группу спящих людей от хищников, в последующем – от набегов врагов. В современном мире эти люди выполняют ночную работу на круглосуточном производстве и так далее.
Влияние часового пояса
Нужно заметить, что понятие «часовой пояс» вели в конце 19-го века в США. В России оно появилось в 1919 году, как и всё модное, прогрессивное.
Ученые провели очень интересные исследования и выяснили, что на западном краю любого часового пояса всегда гораздо больше «сов», чем на восточном краю того же часового пояса. То есть проявляется вот это тяготение к следующему режиму дня, потому что время немножко сдвинуто. К примеру, у всех еще 10:00, а у тебя уже 11:00. Поэтому наш организм пытается подстроиться.
Кроме этого, внутри часового пояса есть еще закономерности, связанные с образом жизни: горожане и деревенские жители. Исследование показали, что в сельской местности «жаворонков» всегда будет больше.
Можно ли сделать человека «совой»?
Носителями хронотипа «совы» являются люди, у которых более поздние часы выработки мелатонина. Причины до сих пор науке неизвестны. Либо ядро поздно посылает эпифизу сигнал, либо медленно работает сам эпифиз. Так или иначе, мелатонин вырабатывается позже, чем у «жаворонков».
Поэтому чисто на биологическом уровне причинами образования хронотипа «совы» могут быть:
- Рецепторы клеток не распознают мелатонин, не слышат сигналы к засыпанию.
- Нарушены гены PER, TIM и DBT.
В принципе, нарушение часовых генов могут иметь и более тяжелые последствия, чем изменение хронотипа. Последствия, связанные с «битыми» генами, влияют на продолжительность жизни, на репродуктивную функцию, на увеличение частоты опухолей, депрессивное состояние, ожирение и так далее.
Все больше исследователей приходят к выводу, что биологические и психологические особенности хронотипов также имеют наследственный характер. В среднем до 50% «совиности» наследуется. То есть два полноценных «жаворонка» не смогут родить полноценную «сову».
Остальные 50% хронотипа человека образуется по образу жизни, по тому, какой у него режим, какой у него график, привычки и так далее. В детстве большинство из нас вело совсем другой образ жизни, имело другой хронотип.
С возрастом физиологические привычки менялись, и постепенно менялся и циркадный ритм. Например, в период самоизоляции большинство людей достаточно легко изменили свой привычный распорядок дня, и только 40 % сохранили привычный образ жизни такой же, какой был до этого.
Это говорит о том, что, в принципе, все очень подвижно. Конечно же, существуют некие механизмы, некоторые приемы, позволяющие нам выстраивать и корректировать наши физиологические предпосылки. И случаи, когда человек из «совы» становился «жаворонком» и наоборот –известны.
Так что, если человеку хочется минимизировать тяжесть пробуждения в будни, разница между временем пробуждения в рабочие и выходные дни не должна быть больше двух часов.
Желательно не употреблять во второй половине дня ничего кофеиносодержащего. Кофеин действует шесть-восемь часов. Соответственно, за восемь часов до предполагаемого отхода ко сну не нужно употреблять кофе, чай, шоколад или энергетики.
Обязательно необходима регулярная физическая нагрузка за три-четыре часа до сна. За это время стресс от нагрузки уходит, человек успокаивается.
«Совам» нужно прекращать работу за компьютером за час-полтора до сна. У них и так мелатонин начинает вырабатываться позже, а голубое излучение компьютера воспринимается глазами как солнечный свет, и организм продолжает «думать», что за окном день. После бессонницы выходного дня можно два-три дня попринимать мелатонин в таблетках, чтобы отрегулировать циркадные ритмы.
Соблюдение режима, полезные привычки, умеренные физические нагрузки – все это формирует правильный и здоровый образ жизни.
Хочется заметить, что людям, относящимся к группе хронотипа «голуби» гораздо проще перестраиваться и менять свои физиологические привычки, связанные с режимом и распорядком дня.
Как лучше спать?
Несмотря на то, что эта статья посвящена биоритмам, но хочется рассказать, как эффективнее спать, чтобы утром чувствовать себя отдохнувшим.
Последние 10 лет в лаборатории Гарвардского университета под руководством Дмитрия Геращенко ведутся исследования фазы глубокого сна.
Вы, конечно же, знаете, что у нас есть медленный сон и быстрый сон. Во время быстрого сна мы видим сновидения, и он считается более глубоким и более важным для полноценного высыпания. Вы знаете, что чем больше фаза глубокого сна, тем лучше. То есть поспать всего 5 часов, 2 из которых – глубокий сон. Это гораздо лучше, чем поспать 10 часов, но глубоким будет только 1 час.
Это такая важная характеристика, которая даёт ощущение бодрости, лёгкости, готовности к выполнению сложных дневных дел.
Нейроны мозга работают с разной частотой как течение дня во время выполнения разных задач, так и в течение ночи во время сна. Ученый предположил, что активный ритм дельта во время глубокого сна необходимо удлинить с помощью резонанса. То есть сделать глубокий сон еще глубже.
Для этого нужно проигрывать звуки рядом с собой, которые по частоте соответствует этой фазе глубокого сна. Исследования показали необыкновенный результат. Люди за 6 часов высыпаются и чувствуют себя прекрасно, как будто они спали 10 часов.
Минус в том, что под эти звуки трудно засыпать, потому что они похожи на хрипение умирающего. Такие ужасные достаточно. Но Геращенко предлагает использовать их не в течение всей ночи, не засыпать под них, а как раз синхронизировать с разными приложениями, смартфонами и так далее, чтобы звук включался, когда вы находитесь в фазе глубокого сна. То есть для остальных фаз сна эти звуки будут бессмысленными.
Вот такое замечательное открытие, которое, скорее всего, в ближайшее время станет доступным всем.
В заключение хочется сказать: не важно, кто вы по хронотипу – «сова», «жаворонок» или «голубь». Сон жизненно важен для здоровья, настроения, умственной деятельности, качества работы и социальной жизни для любого человека. Средняя продолжительность сна человека зависит от многочисленных факторов: от возраста, пола, образа жизни, состояния здоровья, питания и степени усталости.
Поэтому этой части нашей жизни необходимо уделять пристальное внимание и заботиться о том, чтобы сон был здоровым. Хорошо высыпайтесь и будьте здоровы! От этого зависит продолжительность и качество вашей жизни!
