В 2017 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине получили американские ученые Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг. Они открыли и описали молекулярные механизмы циркадных ритмов — внутренних биологических часов, которые регулируют обмен веществ и многие другие процессы в организме. Разберемся, как устроены эти биологические часы, как они работают и что важно учитывать в повседневной жизни, чтобы поддерживать здоровье.
Что такое циркадные ритмы и как они работают
Циркадные ритмы — это регулярные изменения в работе организма, которые происходят в течение примерно 24-часового цикла. Они проявляются в физиологических процессах, поведении и даже когнитивных функциях. Проще говоря, это внутренний ритм, по которому живет наш организм и который связан с циклом дня и ночи.
Слово «циркадный» переводится с латыни как «примерно ежесуточный»: circa — «приблизительно» и dies — «день».
Главный фактор, задающий этот ритм, — свет. Но на него влияют и другие сигналы среды — режим питания, физическая активность, уровень стресса, температура и социальные факторы.
Циркадные ритмы есть почти у всех живых организмов — от микроорганизмов до растений и животных. У человека они существуют практически в каждом органе и ткани и вместе образуют согласованную систему, которая подстраивается под суточный цикл освещения.
Циркадными ритмами управляет система биологических часов — набор белков в нашем организме, синтез которых регулируют тысячи генов. Эти гены поочередно включаются и выключаются и формируют устойчивые 24-часовые циклы активности.
У позвоночных животных, включая человека, главный «центр управления» этой системы расположен в мозге. Это группа нервных клеток в гипоталамусе — супрахиазматическое ядро.
Оно получает сигналы о количестве света, попадающего на сетчатку глаза, и на их основе регулирует выработку гормона мелатонина. Вечером уровень мелатонина повышается, и возникает сонливость. Также супрахиазматическое ядро согласует циркадные ритмы разных органов и тканей, помогая организму работать как единой системе.
На какие физиологические процессы влияют циркадные ритмы
Циркадные ритмы — это не отдельный изолированный процесс, а система, которая влияет сразу на многие функции организма. В первую очередь, на сон и бодрствование, выработку гормонов, аппетит, пищеварение и суточные колебания температуры тела.
Но их влияние этим не ограничивается. Циркадная система помогает поддерживать тканевый гомеостаз — состояния, при котором ткани организма сохраняют стабильность и нормально функционируют.
Этот эффект связывают с работой разных систем организма: обменом веществ, нейроэндокринными сигналами, иммунными реакциями, контролем окислительного стресса, процессами восстановления тканей и аутофагией.
Иными словами, внутренние биологические часы помогают организму распределять ресурсы во времени — когда активнее тратить энергию, а когда восстанавливаться. Поэтому нарушения циркадных ритмов могут влиять на разные процессы — от качества сна и пищеварения до способности тканей обновляться.
Каков вклад генетики в работу циркадных ритмов
Поскольку циркадные ритмы регулируются белками, их работу в конечном счете определяют гены — они задают программу синтеза этих белков, как и предполагает центральная догма молекулярной биологии. В системе биологических часов у человека задействованы тысячи генов.
В основе молекулярных часов лежит самоподдерживающийся цикл регуляции генов. Белки CLOCK и BMAL1 образуют комплекс, который активирует транскрипцию генов Per и Cry. Затем синтезированные белки PER и CRY постепенно накапливаются и начинают подавлять активность комплекса CLOCK:BMAL1. В результате система сама себя сначала запускает, а затем тормозит — именно этот цикл обратной связи и создает примерно 24-часовые колебания.
Интересно, что генетика влияет и на индивидуальные особенности циркадных ритмов. Исследования на мышах и близнецовые исследования показывают, что хронотип и некоторые параметры суточных ритмов частично наследуются.
При этом не существует одного «гена жаворонка» или «гена совы». Циркадные особенности формируются работой целой сети генов, каждый из которых отчасти влияет на внутренние биологические часы.
Оксана Макеева, врач-генетик, кандидат медицинских наук, эксперт в области предиктивного генетического тестирования, генеральный директор Центра клинических исследований Неббиоло: «Хронотип — это не просто привычка рано или поздно вставать, а сложная биологическая характеристика, связанная с работой мозга и генетикой. Исследования показывают, что он формируется как полигенный признак и примерно на 40–50% определяется наследственностью.
Интересно, что хронотип меняется с возрастом: дети чаще «жаворонки», в подростковом возрасте происходит естественный сдвиг к более позднему режиму, а затем ритм постепенно возвращается к более раннему. Это не случайность, а часть биологической программы развития.
Разнообразие хронотипов — эволюционно полезная особенность. В популяции оно позволяло распределять активность в течение суток и повышало выживаемость группы. При этом современный ритм жизни чаще ориентирован на ранние хронотипы, поэтому «совы» нередко сталкиваются не с собственными ограничениями, а с несоответствием между биологией и социальным расписанием».
Нарушения в работе циркадных ритмов
Циркадные ритмы могут сбиваться, если внутренние биологические часы хуже синхронизируются с внешней средой. Это может происходить по разным причинам — от генетических особенностей до образа жизни.
На ритмы особенно сильно влияет свет. Например, синий свет вечером, даже слабый, в том числе от экранов устройств, может «сбивать» работу биологических часов.
Также значение имеют режим питания, уровень стресса, физическая активность, температура, некоторые лекарства и заболевания, особенно связанные с мозгом и нервной системой, например, болезнь Альцгеймера.
Нарушения возможны и при внешних изменениях — например при ночной работе или перелетах между часовыми поясами. В краткосрочной перспективе это часто проявляется сонливостью, ухудшением координации, снижением концентрации и способности к обучению.
Если такие сбои сохраняются долго, риск проблем со здоровьем растет. Может увеличиваться вероятность ожирения, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, расстройств настроения и некоторых видов рака. Уже существующие заболевания могут протекать тяжелее.
Иногда сбои циркадных ритмов становятся настолько выраженными, что их уже классифицируют как расстройства циркадных ритмов. Например:
- Синдром задержки фазы сна. Человек засыпает и просыпается намного позже других — обычно на два часа и более. В отличие от просто привычки поздно ложиться и вставать, здесь человеку сложно самостоятельно вернуться в режим. Из-за этого днем может появляться сонливость и снижаться работоспособность.
- Синдром ранней фазы сна. Человек засыпает на несколько часов раньше обычного и очень рано просыпается. Чаще встречается у пожилых людей, особенно при когнитивных нарушениях или деменции.
- Джетлаг. Возникает после перелетов через несколько часовых поясов. Организм не успевает быстро перестроить внутренние часы, из-за чего появляются бессонница и усталость.
- Расстройство сна при сменной работе. Развивается при нестандартном или постоянно меняющемся графике. Может проявляться бессонницей, трудностями с засыпанием и выраженной дневной сонливостью.
- Нерегулярный цикл сна и бодрствования. Организм не формирует устойчивый режим сна, поэтому периоды сна распределяются хаотично в течение суток.
Существуют ли «совы» и «жаворонки» и правда ли, что одни здоровее других
«Совы» и «жаворонки» — это разные хронотипы. Так называют врожденную склонность организма к более раннему или более позднему режиму сна и бодрствования.
Примерно у 60% взрослых хронотип промежуточный, или «нейтральный». Остальные люди примерно поровну делятся на утренний и вечерний тип.
У «жаворонков» сон и подъем происходят раньше, а пик активности приходится на первую половину дня. У «сов» те же процессы — засыпание, выработка мелатонина, повышение температуры тела — смещены на более поздние часы.
Иногда говорят, что быть «жаворонком» полезнее для здоровья. Но научные данные не подтверждают это однозначно.
Исследования показывают связь утреннего хронотипа с более высоким психическим благополучием, но сам по себе хронотип не влияет напрямую на риск ожирения или диабета 2 типа. Вероятно, дело в том, что привычные графики работы и учебы в современном обществе просто лучше совпадают с биологическими ритмами «жаворонков». Поэтому людям с вечерним хронотипом чаще приходится подстраиваться, и это может влиять на самочувствие.
Полностью изменить свой хронотип нельзя, но при необходимости ритм можно немного скорректировать. Например, постепенно сдвигать время подъема — на 15–30 минут в неделю. Так организму проще адаптироваться к новому расписанию.
При этом самым важным остается стабильный режим сна и бодрствования: если ложиться и вставать в одно и то же время, внутренние часы работают более устойчиво.
Важно отметить, что «совы» и «жаворонки» отличаются лишь небольшим сдвигом во времени сна и бодрствования. Одни ложатся и встают раньше, другие — позже, и обычно это не вызывает у них повседневного дискомфорта.
Иная ситуация возникает при расстройствах циркадных ритмов. Например, при синдроме задержки фазы сна человек не может просто «решить лечь пораньше». Попытки жить по обычному расписанию часто приводят к устойчивой дневной сонливости, трудностям с концентрацией и снижению продуктивности.
Что важно помнить про гигиену сна
Знания о циркадных ритмах и хронотипах помогают лучше понять особенности своего сна. Но на практике его качество во многом зависит от повседневных привычек. Поэтому так важна гигиена сна — простые правила, которые помогают поддерживать стабильный режим сна и бодрствования.
Полноценность сна
Основной ориентир — собственное самочувствие. Если утром вы просыпаетесь достаточно бодрым, днем сохраняете концентрацию и не испытываете постоянной сонливости, скорее всего, ваш режим сна вам подходит.
Есть и более объективные показатели, на которые ориентируются специалисты:
- Время засыпания: в норме менее 30 минут,
- Эффективность сна: не менее 85% времени в кровати человек действительно спит,
- Ночные пробуждения могут быть, но важно, чтобы после них удавалось снова уснуть примерно за 20 минут.
Косвенно оценить качество сна можно, задав себе несколько простых вопросов:
- Легко ли мне просыпаться по утрам?
- Не тянет ли меня в сон днем?
- Нужен ли мне постоянно кофеин, чтобы не заснуть?
- Бывают ли эпизоды непроизвольного засыпания?
Полезным инструментом может стать дневник сна. В нем можно фиксировать время отхода ко сну и пробуждения, ночные пробуждения, утреннее самочувствие, а также факторы, которые могли повлиять на сон — например, стресс, физическая нагрузка или кофеин.
Такие записи помогают заметить повторяющиеся закономерности и могут быть полезны врачу, если проблемы со сном сохраняются.
Гигиена сна
Режим имеет значение. Старайтесь ложиться спать и просыпаться примерно в одно и то же время каждый день — в том числе в выходные. Сильные сдвиги графика, например недосып в будни и «отсыпание» по выходным, могут приводить к так называемому социальному джетлагу. В этом случае внутренние биологические часы постоянно вынуждены перестраиваться, что может ухудшать качество сна и снижать концентрацию.
Синий свет от гаджетов может мешать сну. Свет от экранов устройств может подавлять выработку мелатонина — гормона который помогает регулировать цикл сна и бодрствования. Поэтому использование гаджетов перед сном действительно может влиять на засыпание. Иногда рекомендуют фильтры синего света или специальные очки, но их эффект, по данным исследований, довольно ограничен, если вообще есть.
Дневной сон — не всегда проблема. Есть миф, что дневной сон обязательно мешает ночному. Но это не всегда так. В разных культурах исторически были свои режимы сна: например, привычка делить ночной сон на два периода или устраивать дневной отдых. Такие особенности во многом связаны с климатом и образом жизни и сами по себе не считаются проблемой, особенно если режим остается регулярным.
Если короткий дневной сон не мешает вам засыпать вечером и вы хорошо чувствуете себя на следующий день, поводов для беспокойства обычно нет. Но если ночной сон ухудшается, имеет смысл временно отказаться от дневного сна и посмотреть, изменится ли самочувствие.
Когда привычки помогают, а когда стоит обратиться к врачу
В большинстве случаев людям без серьезных нарушений сна достаточно скорректировать повседневные привычки:
- Старайтесь ложиться спать и просыпаться в одно и то же время, в том числе в выходные.
- Поддерживайте комфортную среду в спальне: темноту, тишину и прохладную температуру (около 18 °C), а также подберите удобный матрас и подушку.
- По возможности не пользуйтесь гаджетами за час до сна — и попробуйте вместо этого читать, слушать музыку или медитировать.
- Ограничьте кофеин во второй половине дня, избегайте курения и алкоголя вечером и не ешьте тяжелую пищу прямо перед сном.
- Физическая активность полезна для сна, но интенсивные тренировки лучше завершать за 2–3 часа до отхода ко сну.
Если изменения привычек не помогают, а проблемы со сном начинают заметно влиять на самочувствие днем, стоит обратиться к врачу.
Сегодня хроническую бессонницу стараются не лечить только снотворными. Основным методом считается когнитивно-поведенческая терапия — подход, который помогает выстроить устойчивые привычки сна, скорректировать режим и уменьшить тревогу, связанную со сном.
