Что такое циркадные ритмы человека? Это сложное и известное далеко не всем понятие, знание которого позволит разобраться в функционировании организма и понять, как и под влиянием чего работают его клетки. В статье рассматриваются суть человеческих циркадных ритмов, причины их нарушений и методы решения возникающих проблем.
Содержание
Циркадные ритмы – что это
Циркадными ритмами называются имеющие цикличность изменения активности протекающих в человеческом организме биологических процессов. Это некие «внутренние часы» человека, зависящие от освещения, смены ночи и дня, а также эндогенных (внутренних) факторов. Период у здоровых людей приближен к двадцати четырем часам и адаптирован под продолжительность суток: это продумала природа.
Циркадные ритмы присутствуют у многих обитающих на планете Земля живых организмов: животных, грибков, бактерий, растений и, конечно, людей. Основополагающим человеческим циркадным ритмом является цикл бодрствования и сна, позволяющий крепко спать в ночное время и бодрствовать днем.
Научные обоснования: как были открыты циркадные ритмы
О том, что активность живых организмов меняется в течение суток, сообщал еще Андростен, повествовавший о подвигах Александра Македонского: он упоминал о перемещениях листьев индийского финика (тамаринда). Уже в новое время Жан-Жак де Меран, бывший астрономом, замечал движения листьев мимозы. Причем он увидел, что перемещения повторяются с цикличностью даже без света. Это позволило ученому сделать предположения об эндогенной природе изменений, не зависящей от внешних факторов.
Чарльз Дарвин в конце девятнадцатого столетия выдвинул точку зрения, согласно которой природа циркадных ритмов является наследственной и влияющей на продолжительность циклов. Вывод подтвердился экспериментально после скрещивания видов фасоли с разными длинами ритмов. Зависимость от эндогенных факторов подтвердилась в 84-ом году прошлого века, когда в космосе проводились опыты над грибками Нейроспора густая.
Сеймунд Бензер и его преемник Рональд Конопка в 70-х годах прошлого двадцатого столетия проверяли, идентифицируются ли контролирующие циркадные ритмы гены. Они экспериментировали над мухами и выявили неустановленный ген, мутации которого нарушали биологические часы насекомых. Этому гену было дано название гена периода (Per).
Позже нескольким американским ученым удалось выделить ген периода и даже обнаружить кодируемый таким геном одноименный белок. Они установили, что такое белковое соединение накапливается за ночь, а потом деградирует за день. То есть уровень этого белка колебался синхронно протеканию циркадных ритмов. Выдвигалось предположение: белок Per блокирует действие одноименного гена, то есть присутствует петля обратной связи, посредством которой циклично и непрерывно белок регулирует свои концентрации и препятствует выработке.
В 94-ом году прошлого столетия Майклом Янгом был выявлен второй ген человеческих биологических часов, отвечающий за кодировку белка TIM, нужного для бесперебойного протекания биологических ритмов. Ученый доказал связь белков TIM и Per: оба этих соединения имеют способность проникать в клеточные ядра для блокировки действия гена Per, закрывать петлю обратной связи. Янгу удалось идентифицировать другой ген Doubletime, производящий кодировку одноименного белка, препятствующего накапливанию белка Per. Все гены действуют совместно и слаженно, чтобы корректировать протекание циркадных ритмов и адаптировать его под продолжительность суток.
В дальнейшем учеными выяснялись и иные составляющие механизма, обусловливающие функциональную стабильность. Определились дополнительные активирующие гены белки, выявилось влияние света на синхронизацию циклов. А в 2017-ом году за обнаружение механизмов, контролирующих циркадные ритмы, присвоена Нобелевская премия.
Как работают циркадные ритмы
Работа циркадных ритмов человека невероятно сложна: в ней принимают участие различные компоненты. Внешним главным сигналом поддержания 24-часовой цикличности является свет, распознаваемый особыми клетками сетчатки глазных яблок: они высылают сигналы в небольшой мозговой отдел, именуемый супрахиазматическим ядром и являющийся центром контролирования циркадных ритмов.
Описанные выше белки и гены взаимодействуют между собой, создавая петли обратных связей и провоцируя суточные колебания белковых соединений. Белки передают сигналы клеткам, регулируя их функционирование. Так, днем клетки получают питание, а ночью впадают в стадию голодания, во время которой самостоятельно удаляют поврежденные структуры, то есть восстанавливаются.
В регулировании циркадных ритмов человека участвуют и гормоны, вырабатываемые преимущественно двумя мозговыми отделами: эпифизом и гипоталамусом. Они синтезируют специфические гормональные вещества: расслабляющий и настраивающий на сон мелатонин ночью и бодрящий, помогающий проявлять активность и бодрствовать кортизол (а также адреналин, норадреналин). А сигналы о запуске синтеза тех или иных гормонов поступают из глазных яблок по нервным волокнам (сетчатка реагирует на разную степень освещенности).
Интересный факт! Инсульты, сердечные приступы и инфаркты происходят чаще в утренние часы как раз потому, что в этот период биологические часы повышают кровяное давление, помогая пробудиться человеку. Резкое увеличение вызывает нарушения у людей с сердечнососудистыми заболеваниями.
Значение циркадных ритмов
Влиянию циркадных ритмов подвержены практически все клетки человеческого организма. Происходящие циклические колебания позволяют адаптироваться к происходящим в окружающей среде изменением, принимать новые условия и выстраивать определенное поведение.
Циркадные ритмы действуют на многие протекающие в организме процессы и реакции:
- Теплообмен. В ночное время организм пребывает в спокойном состоянии, температура снижена, но после пробуждения она повышается, позволяя регулировать теплообмен.
- Кровообращение. В ночные часы оно замедлено, но перед рассветом ускоряется за счет увеличения кровяного давления, чтобы кровь поступила во все органы и запустила их активную работу.
- Обмен веществ. Днем он ускорен, к вечеру замедляется, а ночью имеет минимальную скорость, что позволяет экономить энергию и накапливать ее для бодрствования в следующий день.
- Гормональный фон. Днем вырабатываются одни гормоны, стимулирующие активную деятельность организма, а ночью – другие, снижающие активность и настраивающие на сон.
Особенности, характерные черты циркадных ритмов
Рассмотрим основные характерные черты циркадных ритмов:
- Большинство людей по циркадным ритмам попадает в двадцатичетырехчасовой цикл, равный длительности суток.
- Циркадные системы людей индивидуально отличаются, что обусловлено хронотипом. По такому показателю население планеты условно делится на «жаворонков» и «сов». Первые могут засыпать вечером и без проблем пробуждаться рано. «Совы» же, имеющие поздний хронотип, засыпают в среднем на два-три часа позже и достигают максимума физической и умственной активности во 2-ой половине дня. У многих «совиный режим» обусловлен особенностями жизненного ритма, но ученые выяснили, что примерно у одного человека из 75-и обнаруживаются мутации белка CRY1, задерживающего сонливость до утренних часов.
- Основным синхронизатором, непосредственно влияющим на циркадные ритмы, является свет: при стабильных условиях освещенности биологические часы человека идут бесперебойно. Но также есть и прочие влияющие на протекание внутренних процессов факторы: режим питания, физическая активность, социальное взаимодействие с окружающими, прием медикаментов.
Циркадные ритмы: их нарушения и последствия сбоев
Нарушения циркадных ритмов непосредственно связываются с расстройствами сна. Сбои провоцируются десинхронизацией экзогенных биоритмов (вынужденных перемен в суточных ритмах, изменений режима дня) и эндогенных (засыпаний и пробуждений). То есть связь между освещенностью и работой организма нарушается или прерывается. Возникают несоответствия, нарушающие режим сна. Ниже рассматриваются основные нарушения.
Задержка фазы сна
При синдроме задержки фазы сна засыпание и, соответственно, пробуждение, сдвигаются. Сместить период отдыха на ранние часы не удается, но продолжительность сна остается нормальной или сокращается из-за вынужденных вставаний по утрам (на работу).
Причины не изучены и достоверно неизвестны, но выделяют такие негативные факторы как мутации отвечающих за циркадные ритмы генов, перенесенные черепно-мозговые травмы или инфекционные заболевания мозга, индивидуально увеличенная длительность биоритмов, слабая или, напротив, высокая чувствительность к свету.
Специфической терапии нет, но для коррекции применяются методы:
- Хронотерапия. Человек ежедневно ложится спать на 15-20 минут раньше, постепенно доходя до оптимального времени засыпания.
- Медикаментозное лечение подразумевает прием препаратов на основе мелатонина. Гормон начинает действовать своевременно, вызывая желание лечь спать вечером, а не поздней ночью или под утро.
- Фототерапия – коррекция освещения. Вечером приглушается свет, убираются его яркие источники. А утром, наоборот, на глаза должно воздействовать полноценное освещение, посылающее сигналы в гипофиз.
Опережения фазы сна
Такое отклонение противоположно задержке фазы сна и сопровождается ранними проявлениями сонливости и пробуждениями. Вероятно, расстройство обусловлено теми же причинами, что и противоположная проблема, а именно генетическими мутациями, нарушениями работы центра регуляции циркадных ритмов (из-за инфекций, травм).
Лечение предполагает постепенное смещение фазы сна до достижения оптимального графика. Ранним вечером для устранения сонливости могут приниматься психостимуляторы, к примеру, кофеин. Также регулируйте освещение: постепенно снижайте его к моменту засыпания, избегая темноты раньше.
Нерегулярность ритмов
При таком нарушении нет стабильности ритмов бодрствования и сна: человек спит по несколько раз в день, не может полноценно отдыхать 7-9 часов ночью, часто просыпается.
Для устранения расстройства назначается гормональная терапия, включающая прием мелатонина на ночь: гормон вызывает естественную сонливость и помогает крепко спать в ночное время. Если сонное состояние сохраняется днем, назначаются психостимуляторы.
Расстройства сна при сменных рабочих графиках
Если человек работает посменно, то режим его бодрствования и сна не совпадает с естественными циркадными ритмами. Ночью сотрудник проявляет активность, противоречащую необходимости отдыхать.
Возникают симптомы, характерные для работающих посменно людей: усталость, бессонница, поверхностный, непродуктивный и не восстанавливающий силы сон, дневная сонливость, трудности при пробуждениях, сложности при вынужденных укладываниях в дневное время.
Если человек постоянно работает посменно, то он должен адаптироваться к таким условиям, меняя освещенность и соблюдая гигиену сна. Так, в периоды отдыха устраняются источники освещения, а в рабочие часы, напротив, включается яркий максимально приближенный к дневному свет. Перед сном можно принимать мелатонинсодержащие препараты, а при бодрствовании – психостимуляторы, к которым относится кофеин.
Джетлаг: проявления и методы решения проблемы
Джетлаг – введенный относительно недавно термин, предполагающий десинхронизацию циркадных ритмов из-за смен часовых поясов. Человек существует в одном поясе, потом при перелете попадает в иной, отличающийся на несколько часов. Биоритмы не могут быстро адаптироваться к переменам, возникают сбои. Состояние характерно для часто путешествующих (особенно на самолетах) людей.
Характерные проявления джетлага: сонливость в дневное время, поверхностный ночной сон с частыми пробуждениями, проблемы с засыпанием вечером, бессонница, сбои в работе желудочно-кишечного тракта и сердечнососудистой системы, ухудшение когнитивных функций (памяти, мышления, запоминания).
Как устранить последствия джетлага? Циркадные ритмы самостоятельно адаптируются к новому часовому поясу и восстанавливаются в течение нескольких суток. Если сбои сохраняются, на пять дней назначается мелатонин перед сном, способствующий засыпанию и полноценному сну. Также поддерживается оптимальное освещение. Если перелеты частые, мелатонин принимается постоянно.
К сведению! Отдельная разновидность джетлага – бессонница выходного дня. Человек как бы сдвигает засыпание и пробуждение в выходные, а в будни не может войти в привычный ритм.
Как устранить нарушения и наладить свои циркадные ритмы
Как же не допустить нарушений циркадных ритмов и наладить их? Следуйте рекомендациям:
- Поддерживайте оптимальный уровень света. В ночное время блокируйте все источники освещения: закрывайте плотными шторами окна, отключайте имеющие световую индикацию или мониторы приборы, отказывайтесь от гаджетов (их свечение мешает засыпать). А утром сразу обеспечивайте яркий свет, открывая окна или включая светильник. Также старайтесь пребывать в хорошо освещаемых местах в течение дня, избегайте полутьмы и темноты.
- Соблюдайте режим дня. Засыпайте и пробуждайтесь в одно время, избегайте дневных отдыхов. Если поспать днем необходимо, не спите дольше получаса.
- Регулируйте физическую активность. Днем больше двигайтесь, а за три-четыре часа до сна начинайте ограничивать физическую активность и сводить ее к минимуму.
- Поддерживайте грамотный режим питания. Переставайте употреблять пищу за три-четыре часа до сна, делайте последнее употребление еды легким, не перегружающим ЖКТ.
- Организуйте комфортную обстановку в спальне, удобное спальное место, чтобы ничего не мешало отдыхать полноценно.
- Не допускайте во второй половине дня бурных эмоций и стрессов, возбуждающих нервную систему и мешающих засыпать.
- Вовремя лечите любые возникающие заболевания, ответственно относитесь к здоровью.
Циркадные ритмы влияют на работу организма, поэтому старайтесь не допускать их нарушений. Следуйте данным в статье рекомендациям и будьте здоровы!
Загрузка...
