Нарушения цикличности сна и бодрствования

Сон (лат. somnus) — естественное физиологическое состояние, противоположное состоянию бодрствования, характеризующееся пониженной реакцией на окружающий мир, присущее млекопитающим, птицам, рыбам и некоторым другим животным, в том числе насекомым.

Помимо этого, словом «сон» называют последовательность образов (формируемых в течение фазы т. н. «быстрого сна»), которые человек может помнить, — сновидение.

Физиологически обычный сон отличается от других, похожих на него состояний — анабиоза и спячки у животных, гипнотического сна, комы, обморока, летаргического сна.

Сну предшествует процесс перехода от бодрствования — засыпание, заканчивается сон пробуждением.

Физиология сна

Суточная цикличность

Во сне повышается уровень анаболических процессов и снижается катаболизм.

Сон у человека в норме происходит циклически, примерно каждые 24 часа. Эти циклы называют циркадными ритмами. Они переопределяются каждые сутки, наиболее важным синхронизирующим фактором является уровень освещения. От естественного цикла освещённости зависит уровень концентрации специальных фотозависимых белков. Среди других возможных синхронизирующих факторов следует отметить солнечно-суточные вариации геомагнитного поля, достигающие сравнительно больших значений в средних широтах, а также суточные вариации электрического поля атмосферы Земли. Однако механизм воздействия этих факторов на циркадный ритм живого организма пока ещё недостаточно изучен (см. Магниторецепция, Электрорецепция), хотя известно, например, что геомагнитные бури нарушают циркадный ритм так же, как и резкая смена часовых поясов — при геомагнитных бурях уменьшается выработка мелатонина, гормона, регулирующего циркадный ритм.

Помимо ночного сна, в некоторых культурах существует физиологически обусловленный кратковременный дневной сон — сиеста.

Засыпание

Непосредственно перед сном наступает состояние сонливости, снижения активности мозга, характеризующееся:

• снижением уровня сознания;
• зевотой;
• понижением чувствительности сенсорных систем;
• снижением частоты сердечных сокращений, снижением секреторной деятельности желёз (слюнных → сухость слизистой рта; слёзных → жжение глаз, слипание век).

Профессор Ричард Р. Будзин (Буцин) в Лаборатории исследований сна много лет изучал расстройства сна и рекомендует методику быстрого засыпания, основанную на шести этапах. В годовом отчёте по клинической психологии он описал различные психологические подходы, которые были использованы для лечения бессонницы. Подобное лечение ещё раньше было названо лечением стимульным контролем. Советы включают в себя: ложиться спать, только когда хочешь спать, использовать постель только для сна, не лежать в постели больше 10 минут, если не получается заснуть — сделать так, чтобы кровать ассоциировалась только с быстрым засыпанием, просыпаться утром по будильнику в одно и то же время, не спать днем.

Структура сна

Сон — особое состояние сознания человека и животных, включающее в себя ряд стадий, закономерно повторяющихся в течение ночи (при нормальном суточном графике). Появление этих стадий обусловлено активностью различных структур мозга.

У здорового человека сон начинается с первой стадии медленного сна (Non-REM-сон), которая длится 5—10 минут. Затем наступает 2-я стадия, которая продолжается около 20 минут. Ещё 30—45 минут приходится на период 3-й и 4-й стадий. После этого спящий снова возвращается во 2-ю стадию медленного сна, после которой возникает первый эпизод быстрого сна, который имеет короткую продолжительность — около 5 минут. Вся эта последовательность называется циклом. Первый цикл имеет длительность 90—100 минут. Затем циклы повторяются, при этом уменьшается доля медленного сна, и постепенно нарастает доля быстрого сна (REM-сон), последний эпизод которого в отдельных случаях может достигать 1 часа. В среднем, при полноценном здоровом сне отмечается пять полных циклов. Последовательность смены стадий и их длительность удобно представлять в виде гипнограммы, которая наглядно отображает структуру сна пациента.

Медленный сон

Медленный сон (син.: медленноволновой сон, ортодоксальный сон), длится 80—90 минут. Наступает сразу после засыпания.

• Первая стадия. Альфа-ритм уменьшается, и появляются низкоамплитудные медленные тета-ритмы, по амплитуде равные или превышающие альфа-ритм. Поведение: дремота с полусонными мечтаниями, абсурдными или галлюциногенными мыслями и иногда с гипнагогическими образами (сноподобными галлюцинациями). Мышечная активность снижается, снижается частота дыхания и пульса, замедляется обмен веществ, и понижается температура, глаза могут совершать медленные движения. В этой стадии могут интуитивно появляться идеи, способствующие успешному решению той или иной проблемы или иллюзия существования их. В ЭЭГ могут регистрироваться острые вертексные волны, POSTS, изредка наблюдается гипнагогическая гиперсинхрония. В этой стадии могут отмечаться гипнагогические подёргивания.
• Вторая стадия. (неглубокий или лёгкий сон). Дальнейшее снижение тонической мышечной активности. Сердечный ритм замедляется, температура тела снижается, глаза неподвижны. Занимает в целом около 45—55 % общего времени сна. Первый эпизод второй стадии длится около 20 минут. В ЭЭГ доминируют тета-волны, появляются так называемые «сонные веретёна» — сигма-ритм, который представляет собой учащённый альфа-ритм (12—14—20 Гц). С появлением «сонных веретён» происходит отключение сознания; в паузы между веретёнами (а они возникают примерно 2—5 раз в минуту) человека легко разбудить. Эпизодически сонные веретена могут включаться в структуру 3-й и 4-й стадий. Повышаются пороги восприятия.
• Третья стадия. Медленный сон. Стадия классифицируется как 3-я, если дельта-колебания (2 Гц) занимают менее 50 % и 4-я стадия — если дельта составляет более 50 %.
• Четвёртая стадия. Самый глубокий медленный дельта-сон. Преобладают дельта-колебания (2 Гц). Третью и четвёртую стадии часто объединяют под названием дельта-сна. В это время человека разбудить очень сложно; возникает 80 % сновидений, и именно на этой стадии возможны приступы лунатизма, ночные ужасы, разговоры во сне и энурез у детей. Однако человек почти ничего из этого не помнит.

У здорового человека третья стадия занимает 5—8 %, и четвёртая стадия ещё около 10—15 % общего времени сна. Первые четыре медленноволновые стадии сна в норме занимают 75—80 % всего периода сна. Предполагают, что медленный сон связан с восстановлением энергозатрат. Исследования показали, что именно фаза медленного сна является ключевой для закрепления осознанных «декларативных» воспоминаний.

Быстрый сон

Быстрый сон (син.: быстроволновой сон, парадоксальный сон, стадия быстрых движений глаз, или сокращённо БДГ-сон, REM-сон). Это — пятая стадия сна, она была открыта в 1953 году Клейтманом и его аспирантом Асеринским. Быстрый сон следует за медленным и длится 10—15 минут.

На ЭЭГ наблюдаются быстрые колебания электрической активности, близкие по значению к бета-волнам пилообразной волны. В этот период электрическая активность мозга сходна с состоянием бодрствования. Вместе с тем в этой стадии человек находится в полной неподвижности вследствие резкого падения мышечного тонуса. Однако глазные яблоки очень часто и периодически совершают быстрые движения под сомкнутыми веками. Существует отчётливая связь между БДГ и сновидениями. Если в это время разбудить спящего, то в 90 % случаев можно услышать рассказ о ярком сновидении.

Электроэнцефалограмма отражает состояние активации и походит скорее на ЭЭГ 1-й стадии сна. Первый эпизод быстрого сна наступает через 70—90 минут от момента засыпания, длится 5—10 минут. По ходу сна длительность последующих эпизодов БДГ-сна нарастает, достигая под утро нескольких десятков минут. У взрослого человека доля REM-фазы составляет около 20—25 % общего времени сна. Фаза быстрого сна от цикла к циклу удлиняется, а глубина сна снижается. Часть прерванного быстрого сна должна восполняться в следующих циклах.

Предполагают, что быстрый сон обеспечивает функции психологической защиты, переработку информации, её обмен между сознанием и подсознанием.

Во время быстрого сна наблюдаются изменения в вегетативной сфере — усиление секреции гормонов надпочечников, усиление мозгового кровотока, изменение частоты сердечных сокращений, различные формы аритмий, подъёмы и падения артериального давления, изменения паттернов дыхания, эрекция полового члена или клитора.

Нейроанатомия сна

В мозге есть скопления нейронов, возбуждение которых вызывает развитие сна (гипногенные центры). Три вида структур:

1. Структуры, обеспечивающие развитие медленного сна:
   • Передние отделы гипоталамуса (вентролатеральное преоптическое ядро)
   • Неспецифические ядра таламуса
   • Ядра шва (содержат тормозной медиатор серотонин)
   • Тормозной центр Моруцци (средняя часть моста)
2. Центры быстрого сна:
   • Голубое пятно
   • Вестибулярные ядра продолговатого мозга
   • Верхнее двухолмие среднего мозга
   • Ретикулярная формация среднего мозга (центры БДГ)
3. Центры, регулирующие цикл сна:
   • Голубое пятно (стимуляция — пробуждение)
   • Отдельные участки коры больших полушарий

Функции сна

• Сон способствует переработке и хранению информации. Сон (особенно медленный) облегчает закрепление изученного материала, быстрый сон реализует подсознательные модели ожидаемых событий.
• Сон восстанавливает иммунитет, в том числе путём активизации T-лимфоцитов, борющихся с простудными и вирусными заболеваниями.
• Сон обеспечивает выведение из мозга вредных продуктов жизнедеятельности мозговых клеток . Функционирующая в мозге так называемая «глимфатическая система» наиболее активна в ночной период суток, во время фазы медленного сна.
• Есть предположение, что сон позволяет нейронам провести репарацию («ремонт») ДНК, повреждения которых неминуемо накапливаются в ходе функционирования нейронов.

Висцеральная теория сна утверждает, что во сне центральная нервная система занимается анализом и регулировкой работы внутренних органов.

Гигиена сна

Необходимая продолжительность

Средняя продолжительность сна человека зависит от многочисленных факторов: начиная от возраста, пола, образа жизни, состояния здоровья, питания и степени усталости, до внешних факторов (общий уровень шума, местонахождение и т. д.). При нарушениях сна его длительность может составлять от нескольких секунд до нескольких суток. Также бывают случаи, когда взрослому человеку требуется 12 часов, чтобы выспаться и восстановить запас сил после тяжёлой работы или бессонных ночей. Нарушение физиологической структуры сна считается фактором риска, который может приводить к бессоннице.

Детям для нормального развития необходим более продолжительный сон — до 18 часов в сутки для новорождённых с постепенным снижением нормы к подростковому возрасту. В 2015 году после двухлетних исследований, проведённых в США, появились заново пересмотренные рекомендации по необходимой продолжительности сна, представленные в таблице.

Оптимальный интервал суток

Индивидуальная потребность в необходимой продолжительности сна различна. Людям с относительно большой продолжительностью сна желательно в максимально возможной степени адаптировать свой повседневный ритм жизни к циркадному ритму, так как сон в «неправильное» время менее эффективен. Лучше всего, когда следующие два события близки к середине сна (установлено, что сон в период между этими двумя событиями наиболее эффективен):

• максимальная концентрация мелатонина в крови;
• минимальная температура тела.

Распространённое мнение, что сон до полуночи полезнее, чем сон после полуночи (существуют так называемые таблицы ценности часов сна), не подтверждается строгими научными данными. Многочисленные исследования показывают, что лучшее время для 8-часового сна — приблизительно с 22:00 до 6:00 по местному солнечному времени. Однако это время зависит от хронотипа человека — для «жаворонков» или для «сов» оно смещается в ту или иную сторону. Известным является факт изменения хронотипа с возрастом — по мере взросления (примерно до 20 лет) среди детей всё больше становится «сов». Поэтому интервал необходимого сна у подростков, например 9 часов, имеет тенденцию к смещению на более позднее время суток, что при традиционном начале учебного дня может приводить к хроническому недосыпу.

Другие условия

Исследования учёных подтверждают гипотезу о том, что освещение во время сна может способствовать ожирению и развитию различных заболеваний, в том числе онкологических. В качестве причины указывается недостаток мелатонина, выработка которого происходит в ночное время, а пик наступает около двух часов ночи по местному солнечному времени. Изменение светового режима нарушает суточный ритм выработки мелатонина и снижает его концентрацию в крови.

В регионах с продолжительным световым днём в летний период, а также в городах с интенсивным ночным освещением в ночное время суток желательно спать при плотно закрытых шторах. Кроме того, не следует засыпать при свете или включённом телевизоре. Лучше, если в помещении для сна будет полная темнота. Быстрому засыпанию, как показали эксперименты, способствует более низкая температура воздуха в помещении.

Влияние на жизнедеятельность

Отсыпание в выходные дни

Вопрос компенсации недосыпания в течение рабочей недели продолжительным сном в выходные дни исследовался в научных кругах. Шведские учёные установили, что риск ранней смерти у людей, которые спят менее 5 часов в рабочие дни, но отсыпаются в выходные, не превышает аналогичный показатель у людей, высыпающихся каждый день. Однако исследования американских учёных показали, что давление, уровень холестерина и другие важные показатели организма оказались хуже у тех, кто отсыпался в выходные дни, а не спал положенные 7—8 часов в течение всей недели. Кроме того, отсыпание в выходные дни может приводить к бессоннице, так как поздний подъём не способствует последующему необходимому засыпанию в привычное время.

Разная продолжительность сна в рабочие и выходные дни провоцирует ожирение, головную боль, хроническую усталость, повышает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, вероятность инсультов и инфарктов. Например, по поводу ожирения отмечается, что многие метаболические процессы подчиняются суточному ритму и для них важен нормальный сон. Нарушения сна приводят к повышению в организме уровня грелина (гормона голода) и снижению уровня лептина (маркера достатка энергии) — у человека неосознанно повышается аппетит. Это проверялось в лабораторных исследованиях и на животных, и на людях: хроническое недосыпание приводит к повышению аппетита, увеличению суммарного потребления калорий в сутки и лишнему весу.

Депривация сна

Лишение сна является очень тяжёлым испытанием. В течение нескольких дней сознание человека теряет ясность, он испытывает непреодолимое желание уснуть, периодически «проваливается» в пограничное состояние со спутанным сознанием. Этот способ психологического давления используется при допросах и рассматривается как изощрённая пытка.

Производительность труда

Согласно исследованиям, количество часов сна в течение ночи сильно влияет на производительность труда как в течение дня, так и в долгосрочной перспективе. Недосыпание в течение ночи приводит к когнитивным нарушениям. Ежедневное недосыпание приводит к накапливаемому с каждым последующим днём снижению производительности труда. При нормальном количестве часов полноценного ночного сна (7—8 часов) ежедневная производительность труда сохраняется на высоком и примерно одинаковом уровне.

Эффекты от фрагментированного и некачественного сна неотличимы от недостатка сна. Согласно исследованиям, проведённым профессором Майклом Боннетом в 1987 году, эффект от воспроизведения звука определённой тональности каждые 2—3 минуты во время сна сравним с полным отсутствием сна. Эффект сохранялся как при периодическом пробуждении подопытного, так и при продолжительном сне с реакцией в виде изменения активности электроэнцефалограммы мозга.

Сновидения

Сновидения возникают, как правило, в фазе быстрого сна. Новейшие исследования доказывают, что сновидения возникают также и во время медленного сна, но их продолжительность короче и они не такие эмоциональные.

Сиеста

Послеполуденный кратковременный сон-отдых — сиеста — является историческим элементом культуры многих народов. Чаще всего он встречается в жарких странах. Недавнее исследование, проведённое в Греции совместно университетом Афинской медицинской школы и Гарвардом, показало, что получасовой послеполуденный отдых-дрёма хотя бы трижды в неделю снижает риск гибели от сердечного приступа на 37 %.

Патология сна

• Диссомнии — нарушения ночного сна, например, бессонница (инсомния). Причины: неврозы, психозы, органические поражения мозга (энцефалит, эпилепсия), соматические заболевания.
• Апноэ во сне — психогенное либо механическое нарушение дыхания во сне.
• Гиперсомнии — непреодолимая патологическая сонливость. Примеры: нарколепсия, летаргический сон.
• Парасомнии. Причина: невроз. Примеры: сомнамбулизм (снохождение/лунатизм), скрежетание зубами, ночные кошмары, эпилептические припадки и т. д.
• Сонный паралич — состояние, когда паралич мышц наступает до засыпания или после пробуждения.

При стойких нарушениях сна бывают ситуации, когда необходимо вмешательство врача.

В новостных изданиях опубликованы несколько случаев многолетнего полного отсутствия сна у человека, но правдивость такой информации сомнительна.

Качество сна ухудшается с возрастом. По мере старения люди начинают хуже спать и чаще просыпаться, они теряют способность к глубокому восстанавливающему сну. Когда мозг стареет, то зоны, отвечающие за сон, начинают понемногу деградировать. Одновременно страдают когнитивные функции. Данные изменения организма начинаются примерно с 35 лет.

Управление сном

Осознанное сновидение

Иногда спящий человек может отдавать себе отчёт в том, что он находится во сне. Это может случаться как спонтанно, так и после различных тренировок. Такое состояние называется осознанное сновидение.

Фармакологические средства

Лекарственные средства иногда назначают симптоматически, так же, как и седативные препараты. Фармакологическая регуляция сна без назначения врача может быть очень опасна, кроме того, при длительном применении снотворных их эффект уменьшается. Тем не менее, злоупотребление снотворными и успокаивающими препаратами — распространённое и опасное явление в развитых индустриальных странах.

К числу успокаивающих и снотворных средств длительное время причисляли такие наркотики, как опиум и морфин, однако из-за опасности наркомании в настоящее время их в этом качестве не употребляют.

Очень долго, более 100 лет, в качестве снотворного средства использовали люминал и другие барбитураты.

Мелатонин является одним из наиболее современных препаратов, на который возлагают большие надежды из-за его физиологичности.

По данным последних исследований, дефицит магния часто приводит к нервозности, раздражительности, а также к бруксизму — непроизвольному скрежету зубами во сне. Также установлено, что магний способствует выработке мелатонина. Тем не менее, магний сам по себе играет самостоятельную роль в создании спокойного, комфортного состояния, снимая стрессы и расслабляя излишне напряжённые мышцы. Поэтому приём магния должен быть составной частью любой диетологической программы для улучшения сна.

Электросон

Электросон — метод нейростимулирующей терапии, при котором в результате воздействия на ЦНС пациента импульсным током низкой частоты и малой силы возникает состояние сонливости либо сна. Это метод лечебного воздействия на человека постоянным импульсным током, низкой частоты (1—160 Гц), малой силы (до 10 мA), с длительностью импульсов от 0,2 до 2 мс. Электросон оказывает транквилизирующee, седативнoe, а также стимулирующее и некоторые другие воздействия и рекомендуется как восстанавливающая процедура при широком спектре расстройств и заболеваний.

История изучения сна

В прошлом существовало множество различных теорий сна, которые формировались по мере развития естествознания, физиологии и медицины. В истории «науки о сне» важную роль сыграли исследования М. М. Манасеиной (1843—1903), ученицы физиолога И. Р. Тарханова. В 1870-х гг. она изучала значение сна для организма на щенках и пришла к выводу, что сон для организма важнее пищи. Научную теорию сна создал И. П. Павлов, показавший, что действительной причиной сна являются особые нервные процессы возбуждения и торможения, происходящие в головном мозге.

Современные представления о природе сна сформировались во второй половине XX века, после появления методов регистрации биоэлектрической активности головного мозга (электроэнцефалограмма, ЭЭГ), мышц (электромиограмма, ЭМГ) и глаз (электроокулограмма, ЭОГ). Крупным достижением в этой области было открытие в 1950-е гг. Н. Клейтманом, У. Дементом (США) и М. Жуве (Франция) явления «парадоксального сна».

Кроме физиологических особенностей сна, изучаются его психологические особенности. Для этого существуют методы субъективной оценки качества сна, к ним относятся, например, такие опросники: индекс тяжести сна — шкала, разработанная Ч. Морином для оценки качества сна при бессонице; опросник содержания мыслей перед сном Глазго разработан К. Харви и К. Эспи для оценки когнитивных руминаций перед сном, мешающих засыпанию при хронической инсомнии.

Новой областью изучения является функционирование генов, тем или иным образом связанных со сном. Так, в апреле 2017 года Университет штата Вашингтон опубликовал результаты экспериментов, показывающих связь между циклом засыпания и пробуждения у мышей и экспрессией гена FABP7, найденного у 3 видов млекопитающих, включая человека. Повреждение этого гена вызывало более прерывистый сон.

Американцы Джеффри Холл и Майкл Росбаш провели исследования на мушках-дрозофилах с целью обнаружения молекулярных механизмов, которые контролируют циркадные ритмы и в 1984 году смогли выделить и секвенировать ген, формирующий и управляющий этими механизмами. Ген отвечает за синтез белка PER, который вырабатывается и накапливается ночью. При достижении определённой его концентрации происходит блокировка процесса синтеза и постепенное разрушение PER в течение дня с последующим снятием блокировки и возобновления синтеза, что образует ингибиторную петлю по PER и формирует 24-часовой суточный цикл. Майкл Янг в 1994 году идентифицировал ещё несколько белков, обеспечивающих точную настройку клеточных часов. За эти открытия им в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине.

Сон у животных

Китообразные (в том числе дельфины), птицы и крокодилы обладают интересной способностью к одностороннему (однополушарному) сну. Они спят «наполовину»: с одним бодрствующим полушарием. Спящее и бодрствующее полушария меняются. Эта способность животных, живущих в море, объясняется необходимостью поддерживать дыхание — им требуется всплывать время от времени, чтобы набрать воздух, или же необходимостью не отбиться от группы. Бутылконосые дельфины и косатки в первый месяц жизни вообще не нуждаются во сне. У птиц и крокодилов функция одностороннего сна помогает обезопасить себя от врагов. Люди и другие наземные млекопитающие, во время сна полностью отключающиеся от окружающего мира, являются исключением. Вероятно, однополушарный сон возник у общего предка современных архозавров, а затем независимым образом сформировался у морских млекопитающих.

Птицы могут спать сидя, стоя, а некоторые даже на лету или «на плаву» (например, утки). Мигрирующие птицы выработали интересный механизм, который позволяет им спать во время длительных перелетов: каждые 10—15 минут птица залетает в центр стаи и лишь слегка машет крыльями. Она парит на воздушных потоках, которые создаёт вся стая. Потом птицы меняются местами. Стрижи во время зимовки более двухсот дней вообще не садятся на землю и не спят. Большие фрегаты спят по очереди одним полушарием мозга во время парения в потоках воздуха над океаном.

Лошади и овцы могут спать стоя или лёжа, однако во сне в положении стоя не проявляется фаза БДГ. Кошки спят около 16 часов в сутки. Жирафы спят на коленях, заворачивая шею вокруг ног, львы лежат на спине, сложив передние лапы на груди, крысы укладываются на бок, а хвост закручивают к голове. Так же спят и лисы. Летучие мыши засыпают, только подвесившись вниз головой.

Холоднокровные животные, вроде ящериц, черепах и рыб, тоже спят, хотя ранее считалось, что они просто замирают с наступлением ночи.

Некоторые позвоночные не спят вовсе.

Дыхание во сне

Дыхание во сне существенно изменяется в соответствии с фазой сна.

Существует тесная связь между сном ребёнка и различными формами расстройств дыхания. Сон ребёнка — это то состояние, при котором нарушения реализуются наиболее отчётливо, а в ряде случаев эти нарушения выявляются исключительно во время сна.

Интересные факты

• С 2008 года по инициативе Международной ассоциации медицины сна (англ. World Association of Sleep Medicine) ежегодно в пятницу второй недели марта отмечается всемирный день сна.
• В 2015 году ученые выяснили, что сон удваивает вероятность того, что человеку удастся вспомнить недавно забытую информацию. В ходе эксперимента ученые просили испытуемых выучивать по несколько слов на иностранном языке в день, а затем несколько раз проверяли, насколько хорошо люди усваивали информацию: в первый раз — непосредственно после заучивания слов, второй раз — после 12-часового перерыва, а третий — на следующий день, после полноценного ночного сна.
• Август Кекуле открыл во время сна формулу бензола.
• Существует миф, что Д. И. Менделеев открыл периодическую систему химических элементов во сне, хотя известно, что на самом деле она являлась результатом долгой работы.