Природа сна: зачем мы спим и как на нас влияет недосып

Научный журналист The Guardian расказывает, в чём важность этого биологического процесса.

Почему мы спим

Специализирующийся на сне психиатр Аллан Хобсон (Allan Hobson) как-то пошутил, что единственная известная функция сна — лечение от сонливости. Что не совсем так, но вопрос, отчего этот процесс так необходим, ещё не решён до конца.

Остаётся неясным, почему сон как эволюционная стратегия вообще возник. Ведь он должен был приносить существенную пользу, которая уравновесила бы значительный риск быть съеденным или остаться без пищи.

На основе имеющихся данных можно сделать вывод, что сон — это не роскошь, а необходимый для физического и психического здоровья процесс. Но учёные пока только начинают открывать другие его сложные и разнообразные функции.

Что в это время происходит в мозге

Мозг не выключается, последовательно чередуются две фазы сна. Каждая со своими особенностями: медленный (глубокий) и быстрый сон.

Глубокий составляет около 80% всего времени сна. Для этой фазы характерны медленные мозговые волны, расслабление мышц, спокойное глубокое дыхание.

Также во время медленного сна консолидируются воспоминания: недавние события переводятся на длительное хранение. Но не все подряд — менее важные воспоминания за прошедший день вычищаются. Связи между нейронами (синапсы) сокращаются в размерах, из-за чего слабые соединения «вырезаются» и эти впечатления забываются.

Остальные 20% составляет быстрый сон или фаза быстрого движения глаз (БДГ). Во время неё мы видим сны. Они могут длиться от нескольких секунд до часа. С течением ночи они становятся длиннее, но почти сразу же забываются.

В БДГ-фазе мозг очень активен, мышцы парализованы, увеличивается частота сердечных сокращений, дыхание становится неравномерным. Считается, что сновидения связаны с обучением и памятью, ведь после новых впечатлений мы обычно видим больше снов. Сокращение же времени быстрого сна связывают с риском возникновения деменции.

Сколько нужно спать

Часто говорят о восьми часах, но оптимальное количество сна варьируется для разных людей и разных периодов жизни. Исследователи из американского Национального фонда сна проанализировали 320 научных статей и составили подробные рекомендации.

Так, по их мнению, идеальное количество сна для взрослых — 7–9 часов, для подростков — 8–10 часов. Маленьким детям нужно спать дольше — 10–13 часов, а младенцам — до 17 часов.

Взрослый человек может какое-то время спать меньше и чувствовать себя нормально, если у него хорошее качество сна. Но когда процесс этот занимает меньше семи часов, появляются негативные последствия для здоровья. То же происходит и когда сна слишком много, хотя подобных случаев всё же крайне мало.

Как сон связан с суточными ритмами

В 1930-х годах американский нейрофизиолог Натаниэл Клейтман (Nathaniel Kleitman) провёл 32 дня в пещере на глубине 42 метров. Целью эксперимента было изучение внутренних часов человека. Он жил в полной изоляции, пытаясь продлить сутки до 28 часов.

И несмотря на строгий распорядок питания и сна ему это не удалось. Он всё равно чувствовал себя бодрым, когда его «день» примерно совпадал со световым. Температура его тела тоже колебалась в рамках 24-часового цикла. С этим же сталкиваются многие работающие посменно, особенно при нерегулярном графике.

Почему мы привязаны к 24-часовому циклу

За миллионы лет эволюции наша жизнь синхронизировалась с циклом смены дня и ночи, который вызван вращением планеты. Циркадные ритмы сформировались практически у всех живых организмов.

И они так прочно укоренились в нас, что работают даже без внешних сигналов. Например, стоящие в тёмном шкафу растения при стабильной температуре сворачивают и разворачивают листья, будто чувствуют солнечный свет, даже не получая его.

В 1970-х учёные обнаружили важную часть этих внутренних часов. Во время экспериментов с плодовыми мушками ими был выявлен ген period, активность которого циклично меняется в течение 24 часов.

И учёные, двое из которых затем получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине, удалось выяснить, как работает этот ген. Он запускает выработку специального белка (PER), который накапливается в клетках за ночь и разрушается днём. Уровень этого белка в клетке и используется как индикатор времени суток.

Как это проявляется

У человека обнаружили такой же ген, который экспрессируется в области мозга под названием супрахиазматическое ядро (СХЯ). Оно служит проводником между сетчаткой глаз и шишковидным телом в мозге, где вырабатывается гормон сна мелатонин. Поэтому когда темнеет, мы чувствуем сонливость.

СХЯ — это главные часы организма, но ещё существуют так называемые часовые гены. Они активны почти во всех типах клеток и контролируют деятельность примерно половины наших генов.

Активность некоторых клеток (крови, печени, почек, лёгких) меняется в зависимости от 24-часового цикла, даже когда клетки находятся в лабораторном сосуде. И практически на все процессы в организме — от секреции гормонов до подготовки пищеварительных ферментов и изменений давления до температуры — сильно влияет то, в какое время суток они обычно необходимы.

Лучше ли спали раньше

Плохой сон часто связывают с современным сидячим образом жизни, наличием электричества и использованием электронных устройств. Однако изучение сна у народов, занятых сейчас охотой и собирательством, опровергает это.

Исследователи народа хадза, проживающего в северной Танзании, обнаружили, что и там люди часто просыпаются по ночам, а индивидуальные режимы сна сильно отличаются. Так, за 220 часов наблюдения было зафиксировано всего лишь 18 минут, когда все 33 члена племени спали одновременно.

В итоге учёные пришли к выводу, что беспокойный сон может быть древним механизмом выживания, выработанным для защиты от ночных опасностей. Основная разница в том, что представители этого племени не беспокоятся из-за проблем со сном.

Что будет, если не высыпаться

В самых тяжёлых случаях недостаток сна может привести к смертельному исходу. К примеру, крысы, которым совсем не дают спать, умирают в течение двух-трёх недель.

Естественно, такой эксперимент не повторяли на людях, но даже день-два без сна могут вызвать у здорового человека галлюцинации и физическое недомогание.

Уже после одной ночи плохого сна когнитивные способности снижаются, страдают концентрация и память. В итоге мы склоняемся к импульсивным решениям и сиюминутным удовольствиям. А по данным одного исследования, недосып также повышает вероятность лжи и измен.

Как недосып влияет на физическое здоровье

Регулярное недосыпание имеет накопительный эффект. Его связывают с ожирением, диабетом, сердечными заболеваниями и деменцией. У людей, которые постоянно работают в ночную смену, на 29% чаще развивается ожирение, чем у тех, кто работает посменно. Кроме того, работа по ночам на 41% увеличивает риск сердечного приступа и инсульта.

Конечно, в этом случае сложно отделить влияние недосыпа от других факторов, например стресса и социальной изоляции. Тем не менее появляется всё больше доказательств прямого влияния недосыпа на здоровье. Уже выявлено, что он воздействует на метаболизм и баланс между жировой и мышечной массой.

Давно известно, что бессонница может быть симптомом деменции. Некоторые учёные также считают, что плохой сон — один из факторов, способствующих развитию болезни Альцгеймера.

Во время сна мозг избавляется от белков бета-амилоидов. И если спать мало, они накапливаются и со временем приводят к нейродегенеративным изменениям в мозге.

Спят ли все другие животные

Ответ зависит от того, что считать сном. Большинство учёных понимает под ним:

• состояние неподвижности;
• значительно более низкую реакцию, чем при бодрствовании.

На основе этих критериев исследователи пытались выявить неспящие виды, но достоверных доказательств пока нет.

Претендентом на это звание одно время была лягушка-бык. В 1967 году учёные провели эксперимент и оказалось, что эти лягушки одинаково реагируют на удар электрическим током в течение дня и среди ночи. Но эти результаты подверглись сомнениям.

Есть животные, которым нужно мало сна. Например, взрослые жирафы в сумме спят около получаса в день, по несколько минут за «подход». А некоторые животные могут спать только одной половиной мозга и благодаря этому сохранять активность. Такой однополушарный сон, к примеру, встречается у дельфинов, тюленей, ламантинов и некоторых птиц, а также, возможно, у акул.