Дмитрий Жуков - Стой, кто ведет? Биология поведения человека и других зверей
Рис. 9.1. Организация суточной ритмики физиологических процессов
СХЯ – супрахиазматическое ядро гипоталамуса, ВМЯ – вентромедиальное ядро гипоталамуса, ПВЯ – паравентрикулярное ядро гипоталамуса
Выделяют три системы ритмической организации процессов в организме человека и животных. В первой нервные сигналы, поступающие от супрахиазматического ядра, через вентромедиальное ядро гипоталамуса, управляют синтезом и секрецией гипоталамических гормонов в паравентрикулярном ядре гипоталамуса. Утренний (у человека) подъем секреции гормонов стресса – кортиколиберина, вазопрессина и окситоцина – связан с этой системой.
Во второй системе нервные сигналы, поступающие от сетчатки, через супрахиазматическое и вентромедиальное ядра гипоталамуса управляют секрецией гормонов эпифизом. Под действием мелатонина тормозится секреция гонадолиберина и тиреолиберина. Надо подчеркнуть, что на активность эпифиза влияет не только изменение освещенности в течение суток, но и сезонные колебания освещенности.
Эпифиз связан с гипоталамусом системой сложных связей
Причем большое значение имеет скорость изменения величины светового дня. С высокой скоростью его прироста связано увеличение половой активности весной, а также весенние и осенние обострения аффективных расстройств.
Нервная регуляция функций эпифиза осуществляется и по третьей системе – от супрахиазматического ядра через верхний шейный ганглий, который относится к симпатической нервной системе. Нервные сигналы, поступающие в этот ганглий, направляются и к периферическим органам, которые имеют свои собственные пейсмейкеры. Хорошо известно, что органы – сердце, кишечник и т. д., выделенные из организма и помещенные в физиологический раствор, обогащенный кислородом, какое-то время живут, т. е. демонстрируют функциональную активность. При этом она ритмически организована, что обусловлено наличием внутри этих органов собственных пейсмейкеров, т. е. водителей ритма.
Помимо освещенности (и скорости ее изменения) на биологические ритмы влияют и космические процессы: колебания электромагнитного поля Земли, электромагнитная активность Солнца.
Сон
Основной ритм жизнедеятельности человека – циркадианный, или околосуточный, организован как чередование бодрствования и сна. Сон – особое состояние организма, присущее всем животным. Природа сна, его механизмы и биологический смысл этого состояния изучаются и обсуждаются не одно тысячелетие. Одно из распространенных заблуждений заключается в представлении о сне как о перерыве в деятельности организма, отдыхе для него и психики. Современные научные исследования опровергли эту точку зрения и представили доказательства того, что сон – активный процесс и психическая активность существует постоянно на протяжении всего сна. В это время не происходит уменьшения средней частоты активности нейронов по сравнению с состоянием спокойного бодрствования. А на отдельных стадиях сна активность нейронов может быть выше, чем при бодрствовании в состоянии напряжения.
Для объективного изучения сна используется регистрация около десяти физиологических показателей
Для объективного изучения сна и его нарушений используется полисомнография – метод, который включает параллельную регистрацию данных электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электроокулограммы (записи движений глаз), электромиограммы (записи электрической активности мышц), электрокардиограммы, артериального давления, двигательной активности (общей и в конечностях), дыхательных движений грудной клетки и брюшной стенки, содержания кислорода в крови, выраженности храпа, температуры тела, эрекции пениса или клитора. Первые три из вышеперечисленных показателей являются основными для идентификации стадий и фаз сна. На основании их анализа строится гипнограмма, отражающая динамику стадий и фаз сна в течение периода регистрации.
Структура сна
Ночной сон состоит из нескольких циклов, каждый из которых длится примерно полтора часа и включает в себя две качественно различные стадии, которые называются «медленный сон» и «быстрый сон». Стадии быстрого и медленного сна есть не только у человека, но и большинства животных.
Сон человека состоит из полуторачасовых блоков, каждый из которых начинается стадией медленного сна и завершается стадией быстрого сна. Быстрый сон называется парадоксальным из-за сочетания активной ЭЭГ, мышечного расслабления, активации вегетативной нервной системы и быстрых движений глаз. Сновидения возникают во время быстрого сна
Медленный сон, в свою очередь, подразделяется на несколько стадий, различающихся по глубине сна. В первой стадии, стадии дремоты, исчезает альфа-ритм ЭЭГ – основной ритм бодрствующего человека, находящегося в спокойном состоянии. Альфа-ритм сменяется колебаниями разной частоты с низкой амплитудой. Во второй стадии на ЭЭГ регулярно появляются колебания с частотой 14–18 Гц, так называемые сонные веретена. Появление первых же веретен свидетельствует об отключении сознания. Но на этой стадии, в паузах между веретенами, человек легко просыпается при внешней стимуляции. Далее следует стадия так называемого дельта-сна, для которого характерны высокоамплитудные медленные волны – дельта-ритм ЭЭГ. Дельта-сон делится на две стадии: третью стадию медленного сна, в которой дельта-волны занимают 30–50 % от всего времени стадии, и четвертую – в ней дельта-волны занимают больше 50 %. Четвертая стадия – стадия наиболее глубокого сна. При этом максимально снижается мышечный тонус, дыхание и сердцебиение становятся редкими и регулярными, понижается температура тела и отсутствуют движения глаз. Во время четвертой стадии происходит наиболее полное отключение сознания от внешнего мира, и для пробуждения требуется достаточно сильная стимуляция. После того как человек проснулся, он с трудом ориентируется в пространстве (не сразу понимает, где находится) и во времени (неправильно оценивает, сколько спал). Дельта-сон преобладает в первую половину ночного сна.
Быстрый сон завершает полуторачасовой цикл сна. Для этой стадии характерны быстрые низкоамплитудные ритмы ЭЭГ, очень похожие на ритмы ЭЭГ бодрствующего человека. На фоне нерегулярной ЭЭГ отмечаются отрезки пилообразного тета-ритма. На этой стадии наступает глубокое расслабление скелетных мышц, что отражается в очень низкой амплитуде электромиограммы. Из-за сочетания активной ЭЭГ и мышечного расслабления стадию быстрого сна называют еще парадоксальным сном. На фоне общего расслабления происходят подергивания отдельных групп мышц (пальцев, рук, ног). Для стадии быстрого сна характерно усиленное хаотическое влияние симпатической и парасимпатической нервной системы на висцеральные функции, как говорят, происходит «вегетативная буря». Это выражается в аритмичном сердцебиении, а также колебаниях артериального давления. Дыхание тоже прерывисто: серии частых вдохов и выдохов чередуются с паузами в дыхательных движениях до 10 секунд. На этой стадии происходит эрекция полового члена у мужчин и клитора у женщин, а также усиление мозгового кровотока, что, по-видимому, связано со сновидениями, которые именно на этой стадии больше всего запоминаются. Наконец, на стадии быстрого сна происходят быстрые движения глазных яблок при закрытых веках. Поэтому эта стадия называется еще стадией БДГ-сна – быстрых движений глаз (в англоязычной литературе – REM, rapid eye movements). Этот физиологический процесс имеет важное диагностическое значение.
Итак, сон состоит из циклов продолжительностью 90–100 минут. Каждый цикл начинается медленным, а завершается быстрым сном. Ночной сон обычно состоит из четырех или пяти таких циклов. В двух первых циклах преобладает дельта-сон, а доля быстрого сна невелика. В последующих циклах увеличивается доля быстрого сна, а дельта-сон резко сокращается или может вообще отсутствовать. Процентное соотношение стадий сна у здорового человека примерно следующее: первая стадия медленного сна – 5–10 %, вторая стадия – 40–50 %, дельта-сон – 20–25 %, быстрый сон – 15–25 %.
Гуморальные факторы и сон
Отдельные стадии сна характеризуются особенностями не только электрических характеристик различных систем и органов, но и секреции гормонов.
Во время быстрого сна снижается секреция почти всех гормонов. На стадии медленного сна некоторые эндокринные системы активируются
Во время быстрого сна снижается секреция почти всех упоминавшихся в этой книге гормонов: адреналина и норадреналина, кортизола, АКТГ, кортиколиберина, тиреотропина, тиреолиберина, гонадотропных гормонов – лютеинизирующего и фолликулостимулирующего, гормона роста и пролактина. Во время медленного сна не меняется секреция эндорфинов, а секреция гормона роста и пролактина увеличивается. Так же как и при быстром сне, снижена секреция гормонов, регулирующих активность щитовидной железы и коры надпочечников. Секреция гонадотропинов во время медленного сна изменяется неодинаково. У взрослых она снижается, как и во время медленного сна, а у подростков, напротив, повышается. Различный характер секреции гормонов во время быстрого и медленного сна подтверждает различия в действии механизмов этих двух состояний и их возможное функциональное значение.
