Что такое сон?
Долгое время считали, что сон — это просто отдых для перегруженной машины мозга, предохраняющий его от преждевременного износа. Однако сон — более сложное явление, чем просто перерыв после долгого дня. Треть своей жизни человек спит, и это является регулярной жизненно важной потребностью: не отдохнувший организм чувствует себя хуже, чем голодный. От этого вида отдыха зависят и настроение, и здоровье, и качество жизни, и умственная деятельность.
Сон - физиологическое состояние покоя живого организма, характеризующееся периодичностью, практически полным прекращением деятельности сознания, снижением мозговой активности и понижением реакции на окружающий мир.
Как физиологическое состояние, сон у всех людей имеет одинаковые свойства:
- заторможенность условных рефлексов;
- отсутствие реакции на внешние раздражители;
- уменьшение глубины и частоты дыхания;
- снижение температуры тела;
- уменьшение частоты и силы сердечных сокращений;
- понижение артериального давления;
- снижение скорости обменных процессов;
- спад активности пищеварительной и выделительной систем;
- понижение мышечного тонуса.
Сон отличается от патологических состояний человека (обморок, кома) своей обратимостью и возможностью быстрого перехода в бодрствование под влиянием внешних факторов. Сон составляет от четверти до трети нашей жизни и относится к физиологическому восстановительному периоду.
Структура сна
Большинство людей спят один раз в сутки, ночью. Со стороны сон выглядит достаточно монотонно, предсказуемо, даже скучно: человек ложится вечером в постель, закрывает глаза и остается в постели до утра. Однако на самом деле сон – явление очень динамичное. Это было доказано исследованием процессов, которые происходят у спящих в мозгу.
Обычная продолжительность ночного сна составляет 7-8 часов. Этот период состоит из нескольких (4-5) одинаковых «кусочков», которые называются циклами. Каждый цикл включает определенную последовательность фаз и стадий.
I стадия медленного сна (иногда ее также называют дремотой) наступает сразу после засыпания. Это самый поверхностный сон, который легко потревожить; если разбудить человека во время I стадии сна, он зачастую отрицает, что успел уснуть. По времени I стадия длится не более 5% от продолжительности всего сна.
II стадия медленного сна, во время сон постепенно углубляется, хотя это – все еще поверхностный сон. Его длительность достигает до 60% от всего времени сна.
Ранее в медленном сне выделяли еще две глубоких стадии – III и IV. Однако не так давно Американская Академия Медицины сна объединила их в одну – медленный глубокий сон. Он наступает после II фазы. В это время у человека максимально снижаются температура тела и частота сердцебиений, падает тонус мышц, выделяются многие важные гормоны. Это самый глубокий сон, разбудить человека в этот период сложнее всего.
После дельта-сна наступает быстрый сон. Момент перехода можно определить даже в том случае, если человек не «подключен» к энцефалографу. Достаточно просто посмотреть на спящего со стороны. Во время быстрого сна возникают быстрые движения глаз. Состояние мозга спящего в это время напоминает таковое при бодрствовании, учащается дыхание и сердцебиение.
Интересная особенность быстрого сна заключается в том, что у спящего падает тонус мышц тела – фактически он становится парализован. Предполагается, что назначение этого феномена в том, чтобы человек не повторял движения, которые он совершает в своих сновидениях.
После окончания стадии быстрого сна завершается и весь «сонный» цикл. Мозг на короткое время просыпается, а затем переходит к следующему циклу, который включает идентичную последовательность фаз.
Один цикл длится около 90 минут. Именно поэтому утреннее пробуждение легче всего происходит тогда, когда с момента засыпания происходит количество времени, кратное 1,5 часам. Человек просыпается на границе двух циклов сна, когда его сон наиболее поверхностный, и перейти к бодрствованию легче всего.
Как изучают сон?
До недавних пор у людей не было полного представления о механизмах сна и его значении в нашей жизни. До середины прошлого века у науки не было возможности исследовать сон. Только в 1925 году ученые выделили новый раздел медицины и нейробиологии – сомнология.
Сомнология - это наука, изучающая физиологию, структуру, функции и нарушения сна.
Первым проблемой сна заинтересовался американский нейрофизиолог Натаниэль Клэйтман в то время, когда эта тема, кажется, еще никого не интересовала. В 1925 году он основал в Чикаго первую в мире лабораторию, целенаправленно занимавшуюся физиологией сна. Клэйтман известен своими экспериментами по изучению сна, в которых он использовал себя в качестве субъекта. Однажды он провел без сна 115 часов. В какой-то момент, измученный и испытывающий галлюцинации, он прокричал: «Это потому, что они против системы». После он рассказывал, что ему казалось, что он яростно спорит с коллегой о профсоюзах. В 1938 году, изучая циклы сна и бодрствования, Натаниэль Клэйтман со своим напарником Брюсом Ричардсоном провел шесть недель под землей в пещере в Кентукки, пытаясь искусственно «растянуть» сутки на 28 часов. Но из попытки перестроить биологические часы ничего не вышло. Клейтман отмечал, что длительная депривация (недостаток или полное отсутствие) сна является формой пытки и говорил, что изможденный человек будет готов признаться в чем угодно, только бы ему позволили поспать.
В 1950 г. Клэйтман совместно с учеником Юджином Азеринским, изучая движения глаз во время сна, впервые описал наличие двух функционально различных фаз: REM-сон – период быстрого движения глаз во сне и NREM – глубокий сон, а также обнаружил наличие циркадных ритмов или периодов сна.
Более точное изучение сна началось после изобретения электроэнцефалографии (ЭЭГ) - технологии, которая позволяет фиксировать электрические сигналы, поступающие от нейронов. Ее «снимают» с помощью специальных датчиков, размещенных на голове пациента. В результате ученые получают волнообразные линии, по которым можно расшифровать биоритмы головного мозга — причем не только человеческого. Эксперименты проводились и на мышах, и на кроликах, и на других млекопитающих.
Проведение современных исследований трудно представить без использования специальных вычислительной техники и информационных технологий. Одним из инструментов сомнологии является полисомнография - метод, заключающийся в одновременной регистрации ЭЭГ, электроокулограммы, электромиограммы, электрокардио-граммы, двигательной активности (общей и в конечностях), дыхательных движений грудной клетки и брюшной стенки, ороназального потока, уровня сатурации кислорода в крови, выраженности храпа и некоторых других показателей. На основании анализа этих параметров строится гипнограмма, отражающая динамику стадий сна в течение периода ночного мониторинга.
Полисомнография как метод исследования появилась в 1968 году благодаря работе A. Ричфена и A. Калеса, которые впервые провели ночную множественную регистрацию биологических сигналов.
Значительный прогресс сомнологии и полисомнографии в конце прошлого века был достигнут в связи с внедрением современных технологий, созданием компьютерных программ, появлением возможности непрерывного, синхронного с полисомнографической записью видеонаблюдения за пациентом во время исследования.
Можно ли отказаться от сна?
В современном мире людям часто не хватает времени на все дела, которые они хотели бы сделать в течение дня. Тогда возникает вопрос, почему не отказаться от сна, ведь у человека появится очень много свободного времени? Да, человек больше не будет тратить треть своей жизни на простой отдых, но нарушение работы организма начинается с первых дней отказа от сна.
В 1964 году ученые решили провести эксперимент и выяснить, сколько суток человек может провести без сна. Ренди Гарднер, участник эксперимента, не спал 11 дней. Врачи отслеживали состояние Рэнди в течение его испытания. Вот что они зафиксировали.
Сутки без сна. Усталость, сонливость, сложности с концентрацией внимания, раздражительность. Все те неприятные ощущения, что знакомы каждому человеку, который хотя бы раз в жизни до утра праздновал Новый год или ночь напролет готовился к экзамену.
2 дня без сна. Трудности с фокусировкой глаз и признаки астереогноза, то есть трудности с узнаванием объектов только на ощупь.
3 дня без сна. Капризность, легкая атаксия, то есть нарушение координации движений, неспособность повторять простые скороговорки.
4 дня без сна. Раздражительность и временный отказ от сотрудничества, провалы в памяти и трудности с концентрацией внимания. Первые галлюцинации. Гарднеру показалось, что дорожный знак был человеком.
5 дней без сна. Различные галлюцинации.
6 дней без сна. Замедление речи и трудности с называнием обычных предметов.
7—8 дней без сна. Раздражительность, невнятная речь и усиление провалов в памяти.
9 дней без сна. Эпизоды фрагментарного мышления, в частности неспособность закончить начатое предложение.
10 дней без сна. Паранойя. Так, Гарднер сосредоточился на ведущем радиопередачи, который, по его мнению, пытался выставить его дураком.
11 дней без сна. Полное отсутствие эмоций, невнятная речь, лишенная интонаций. Невозможность сконцентрировать внимание, снижение умственных способностей.
Кроме того, в течение эксперимента врачи отмечали у Гарднера другие физические и психологические изменения.
Физические эффекты: повышенный аппетит, снижение температуры тела, дрожь, проблемы со зрением, головная боль, повышенная чувствительность к боли.
Психологические симптомы: раздражительность и агрессия, нарушения восприятия, плохая концентрация, потеря эмоционального контроля, сонливость и апатия, дезориентация во времени и пространстве, паранойя, бред.
Таким образом, отсутствие сна имеет большую опасность для организма.
Какое же значение имеет сон?
Сон оказывает восстанавливающее действие почти на все органы и системы организма — от мозга, сердца и легких до иммунной и нервной системы, во время сна отдыхают натруженные мышцы, кости. Далее я подробно расскажу, какие функции выполняет сон.
1. Защита от бактерий и вирусов
Доцент кафедры психиатрии и поведенческих наук Университета Калифорнии Арик Прэтер провел эксперимент, чтобы наглядно показать, как связаны сон и иммунитет. Опыт длился две недели, в течение которых добровольцам назально вводили бактерии обычной простуды. В результате исследования, оказалось, что среди заболевших в три раза больше тех, кто спит менее 7 часов.
Что происходит с иммунитетом, пока мы спим?
Во время сна в организме вырабатываются Т-лимфоциты — клетки, которые устраняют чужеродные бактерии. Недосып мешает создавать новые, поэтому всю энергию организм тратит, чтобы восстановить иммуномодулирующие клетки.
Активизируется производство цитокинов - гормоноподобные низкомолекулярные белки. Они участвуют в иммунорегуляции и помогают сформировать ответ, который очень важен для защиты от вирусов. Болеющим эта воспалительная реакция может помочь в выздоровлении, укрепляя врожденный и приобретенный иммунитет.
Здоровый сон не только помогает мозгу качественно обработать дневную информацию, но и укрепляет иммунную память. Пока мы спим, компоненты запоминают нежелательные антигены и быстрее реагируют на них, тем самым они делают наш организм устойчивым к повторным заболеваниям.
2. Улучшение памяти
Вспомним классическое домашнее задание — выучить стихотворение. Многие читали его несколько раз и ложились спать. Если удалось хорошо поспать, на утро мы получаем «свежую» голову и выученный стих. Весь этот процесс означает, что декларативная память успешно обработала информацию.
Декларативная память - тип памяти, при котором опыт и полученные знания воспроизводится произвольно.
Множество тестов показало, что новый материал лучше усваивается и запоминается, если человек ознакомится с ним перед сном, так как данный вид памяти отвечает за весь мыслительный процесс в целом. Более того, постоянный недосып замедляет работу декларативной памяти — не выспавшиеся люди воспроизводят на 40% меньше информации, чем те, у кого нет проблем со сном. Также отсутствие полноценного сна влияет на качество мыслей: те, кто спят меньше 7 часов, транслируют негативные факты в два раза чаще, чем хорошие новости. Получается, что недостаток сна в какой-то степени связан с возникновением неврозов и депрессий.
3. Запуск метаболизма
Чем меньше часов мы спим, тем больше у нас потребности в жирной, калорийной пище. Хронический недосып приводит к гормональным изменениям, а из-за чрезмерного напряжения организму нужно больше энергии, и он пытается ее взять другими способами, например, едой. Ученые из Лидса выяснили: недосып влияет на уровень сахара в крови, из-за чего контролировать перекусы сложнее.
За сытость или, наоборот, голод отвечают несколько гормонов — грелин, лептин, инсулин и кортизол. Если человек мало спит, то в первую очередь нарушается выделение лептина и грелина — главных регуляторов аппетита.
Лептин действует на рецепторы, тем самым подавляет аппетит и ускоряет метаболизм. Обычно уровень гормона снижается во время бодрствования и увеличивается во сне.
Грелин отвечает за ощущение голода, а из-за нехватки сна его секреция увеличивается, и приводит к повышенной выработке кортизола. В итоге ухудшается синтез глюкозы, возрастает чувствительность к инсулину, в ходе чего замедляется обмена веществ.
Во время фазы медленного сна регулируется метаболизм глюкозы, а она, в свою очередь, обеспечивает энергией и насыщает организм водой. Полноценный сон помогает почкам правильно работать и дает веществу попасть в мочу. А при правильном синтезе поджелудочная железа перерабатывает глюкозу самостоятельно.
4. Нормализация гормонального фона
Эмоции, психологическое состояние и красота в целом зависят от того, как работают гормоны. Наша эндокринная система многому обязана «гормону сна» — мелатонину. Он производится исключительно в темное время суток — снижение света увеличивает секрецию. Сетчатка глаза считывает информацию об окружающем мире и посылает сигнал в эпифиз (шишковидная железа) о смене времени суток. Поэтому очень важен спектр освещения вечером, так как в наших глазах есть светочувствительные клетки, содержащие пигмент меланопсин. Он воспринимается группой нейронов как холодный оттенок синего и замедляет синтез мелатонина. Искусственное комнатное освещение и излучение от гаджетов содержат оттенок-раздражитель, из-за чего не всегда получается быстро уснуть.
Мелатонин осуществляет множество физиологических процессов за счет специфических рецепторов иммуномодулирующего, тонизирующего и даже антидепрессантного действия.
Также он регулирует:
- Температуру тела;
- Кровеносное давление;
- Уровень кортизола;
- Репродуктивную функцию;
- Работу кишечно-желудочного тракта.
В зависимости от времени суток в организме вырабатываются разные гормоны
Недостаток мелатонина приводит к нарушению цикла сна, то есть к бодрствованию ночью, что напрямую связано с избытком кортизола.
Кортизол, или гормон стресса и активности, обычно вырабатывается утром перед пробуждением. Далее уровень гормона снижается в течение дня. Благодаря нему улучшается концентрация, кровообращение и синтез глюкозы - все это насыщает организм энергией и помогает преодолеть стресс.
Если все процессы исправны, мы чувствуем себя хорошо, а главным строителем «счастья» считается серотонин.
Гормон секретируется днем и влияет на количество мелатонина ночью. Когда его уровень в норме, мы чувствуем прилив сил, бодрость, ощущение подъема настроения. Его основная деятельность происходит в коре головного мозга, а также в слизистых оболочках кишечно-желудочного тракта, отсюда выражение «бабочки в животе». Создает гормон счастья ароматическая аминокислота триптофан, которую человек не вырабатывает самостоятельно, а получает на свежем воздухе или из продуктов с высоким содержанием вещества. Например, мясо птицы, рыба, молоко, темный шоколад.
Помимо настроения серотонин влияет на самообладание и эмоциональную устойчивость. Он контролирует восприимчивость мозговых рецепторов к стрессовым гормонам — адреналину и норадреналину. Люди с нехваткой серотонина подвержены тревожным состояниям.
Все химические процессы взаимосвязаны друг с другом, и чтобы наше тело оставалось сильным и здоровым важен гормональный баланс. Именно стрессовая нагрузка, вызванная низким мелатонином и высоким кортизолом — одна из главных причин усталости, тревоги и раннего старения. Здоровый сон помогает следовать биологическим ритмам — универсальному инструменту для адаптации в окружающей среде.
5. Обработка информации
Когда мы засыпаем, головной мозг не отключается. Правда, он почти полностью прекращает реагировать на любой внешний раздражитель. Взамен этот орган сосредоточивается на внутренних нуждах организма. Его основная задача заключается в сортировке и переработке полученной за день информации. После этого он отправляет уже упорядоченные данные на хранение в соответствующие ячейки. Процесс наведения мозгом порядка во время ночного отдыха считается своего рода генеральной уборкой. Именно она дает нам возможность проснуться с утра и посмотреть на проблему по другим углом, приняв более логичное и ясное решение.
Если человек регулярно недосыпает, мозгу остается слишком мало времени на обработку, структурирование и размещение в ячейках памяти накопленной информации. В итоге в голове - сплошной туман.
Ученые установили, что во время сна ткани и клетки мозга отчищаются от лишних веществ. Оказывается, токсичные вещества, проникающие в организм вместе с пищей либо из-за сбоев, спровоцированных стрессом, могут оседать не только в органах пищеварения, почках или печени. Они точно так же попадают и в мозговую жидкость – причем не только в головном, но и в спинном мозге. Во сне происходит съеживание окружающих нейроны глиальных клеток. Их размер сжимается. Таким образом, пространство между клеток увеличивается и по нему может пройти значительно больше жидкости.
Сон имеет очень большое значение для человеческого организма. Он оказывает восстанавливающее действие почти на все органы и системы организма. Сон имеет большое значение для иммунной системы человека, оказывает влияние на улучшение памяти. Также пока мы спим, в организме выделяются гормоны, влияющих на запуск метаболизма. Мелатонин – важный гормон для человека, выделяется только ночью во время сна, поэтому сон оказывает влияние на нормализацию гормонального фонда. Во время сна мозг человека не отключается, а обрабатывает новую информацию, что помогает лучше концентрироваться днем.
Но самое главное это то, что сон является не самым изученным явлением организма человека, и нам еще лишь предстоит изучить истинное значение сна.