Биоритмология

 Первые, еще  не вполне ясные сведения об  этой закономерности сна собраны  при исследовании отдыха железнодорожных  машинистов: оказалось, что продолжительность  дремоты и эффектные попытки  уснуть всегда зависят от времени  суток. Спустя несколько лет  Чарльз Сайслер и Эллиот Вайцман    стали анализировать «пещерные» записи   Шабера, просто предполагая существования внутренних часов, и попытались угадать   период путем   сведения к минимуму вариаций длительности сна в каждой фазе. Полученный таким образом «магический» период оказался в области   от 24 до 25 часов и совпал   с периодом ритма температуры тела.    

 Время засыпания  и пробуждения находится в  определенной зависимости   и напоминает перископ подводной лодки. Неизвестно когда ион впервые покажется над водой? Если всплытие почти вертикально или если волны очень пологие, прорыв на поверхность может, случится в любой точке волны. Но если траектория всплытия имеет большой наклон или если волны достаточно крутые, то прорыв никогда не произойдет на восходящем склоне волны.    

 Но если  волны будут круче – настолько,  что вода будет вздыматься  быстрее, чем подлодка – то, в этом случае восходящая часть  волны оказывается совершенно  не доступной для появления  из-под нее. На сто пробных  всплытиях все случаи протыкания  поверхности воды соберутся в  кучки, разделенный совершенно  пустыми интервалами, где волна  поднималась круче, чем путь  подлодки.    

 Полная длинна  волны, от одного пика до  другого, соответствует   длительности одного цикла   циркаднианных   часов. Волна соответствует какому-то ритму в человеческом мозге (никто пока не знает, какому именно), что, подобно температуре тела и десятку других физиологических   показателей, плавно поднимается и опускается в такт с циркадианным циклом. Это «нечто» задает тот порог, переступая через который, спящий (в данном случае всплывающая подлодка) просыпается. Разные участки волны соответствуют   изменения уровня порога пробуждения в разных фазах циркадианного   цикла. Эта модель показывает существование «запретных» фаз – фаз, при которых перископ никогда не сможет совершить прорыв.

Сотня подводных  лодок, всплывающих одна за другой, будут показываться на поверхности  не в виде непрерывной последовательности, а компактными группами, повторяющимися с периодом волны, словно волны, открывают  и закрывают ворота, – разумеется, если эти волны достаточно круты  по сравнению с траекторией всплытия   подводной лодке. Слабые ритмические воздействия, то есть более пологие волны, только модулируют последовательные прорывы перископов, не собирая их в дискретные кучи. Есть такая критическая крутизна волн, сверх которой часть цикла   становится строго запретной, как будто временно закрываются непроницаемые ворота.     

 Подобному  принципу, видимо подчиняется время  спонтанного пробуждения у мужчин  и   женщин. На протяжение суточного цикла нашего сознание переживает приливы и отливы. Пробуждение от сна, видимо наступает, когда что-то в мозге, постепенно изменяется на протяжение сна, достигает порогового уровня, который в свою очередь, как и все внутри нас, колеблется с циркадианным периодом. Если это что-то начинает плавно меняется в определенной фазе (в момент засыпания), оно достигает порога в более поздней, заранее предсказуемой фазе, – и вы проснетесь. Продолжительность вашего сна может меняется в довольно широких пределах в зависимости от времени засыпания. Она составляет в среднем 8 часов только потому, что люди обычно ложатся спать примерно в одной и той же определенной   фазе своего циркадианного цикла. Если ваш циркадианный ритм имеет большую амплитуду, ваш сон может оказаться коротким (всего 4 часа) или длинным (целых 18 часов), смотря по тому, в какой части   вы стартуете. можно переключится с самого короткого на самый длинный сон, отсрочив момент засыпания настолько, чтобы опоздать к минуемому ритма   изменения порога пробуждения. Следовательно, внутри циркадианного   цикла есть отрезок шириной в несколько часов, в котором вы практически наверняка не проснетесь сами по себе. Если по какой-либо причине   ваш организм не зависит так от фазы   (ритм порога пробуждения у вас более пологий), то длительность сна может определятся не столько временем суток, сколько иными факторами – скажем, усталостью. В этом случае по мере запаздывания   

 засыпание  продолжительность сна несколько  сокращается, а   далее, при еще большем запаздывание, понемногу возрастать: никаких разрывов плавной кривой, никаких запретных для пробуждения зон. Такое состояние возможно в результате длительного пребывания в условиях полярного дня (у эскимосов, живущих летом под открытым небом, ритмы сильно сглаживаются) или после трансмеридианного перелета (который временно сбивает и ослабляет циркадианные колебания).    

 Время окончание  сна и начала бодрствования  – это всего лишь полдела.  А вот как насчет времени  окончания бодрствования и начала  сна? Возможно, циркадианные закономерности  имеют отношение и к этой, второй  стороне вопрос, но несколько  иначе: время сна и время  бодрствования существенно различаются.  В циркадианном цикле существует  одна широкая зона, где спонтанное  пробуждение практически   запрещено, лишь узкий диапазон – на самом деле   два диапазона, относящихся друг от друга примерно на 12 часов, - где засыпание хотя и не запрещено по-настоящему, но происходит сравнительно редко. К тому же график, связывающий фазу пробуждения с длительностью последующего бодрствования, выглядит как снежная метель. Разброс точек огромен, но положение еще хуже: через облако точек невозможно   провести какую-либо определенную кривую, потому что в запретной для пробуждения   зоне их крайне мало, а то и вовсе нет.    

 Обнаружена  только обратная зависимость:  длительность бодрствования, предшествовавшего  данному засыпанию, удлиняется    примерно на час для каждого часа отсрочки начала сна. После некоторой определенной фазы засыпания длительность предшествовавшего бодрствования совершает резкие скачок, так как при этом фаза предыдущего пробуждения избегает запретную зону. Таким образом, обнаружена обратная зависимость, но не для последующего пробуждения. Однако при этом точки разбросаны вдвое шире, чем для предсказуемой фазы рассмотренной ранее закономерности   последующего пробуждения. Сон имеет тенденцию начинаться вблизи минимума температуры тела, – но только эта одна слабая статическая закономерность связывает его с циркадианным циклом. Вероятно, у человека волевой   контроль в большей степени распространяется на окончание бодрствования, чем на окончание сна, поэтому время засыпания зависит от многих факторов, а не только от циркадианнных часов.    

 Вся наша  повседневная жизнь строго укладывается  в 24-часовые рамки, в том  числе и интенсивность физиологических  функций,   колеблется в соответствие с наиболее заметным циклом   чередования сна-бодрствования. Этот факт имеет совершенно очевидные практические   следствия, но для их внедрения в клинику   десятилетия. Пример, лежащий на поверхности: ежедневное повышение и снижение   порога чувствительности наших зубов. Расположение их колебания во времени таков, что идти на прием к дантисту лучше после обеда, а в случае, если вы, скажем, только что прилетели из Японии в Чикаго, в дневные часы лучше вообще отказаться от его услуг. Эффективность обезболивания максимальна тоже после полудня: доза наркоза, необходимая утром, днем может оказаться избыточной. Аллергические реакции возникают быстрее и проявляются тяжелее в начале ночи, чем в полдень. Печень удерживает низкий уровень алкоголя в крови вечером гораздо лучше, чем утром.     

 Поставим  диагноз значительно проще, если  рассматривать клиническую норму  с учетом ее ритмичности. Скажем, нормальная температура тела  ночью ниже 36,6 о с, поэтому «нормальное»  показание термометра в 3 часа  ночи – симптом лихорадки.  Аддисова болезнь (бронзовая болезнь)  и болезнь Иценко – Кушинга  обусловлена нарушением функции  надпочечников (соответственно недостаточности  и избыточностью), поэтому для  их диагностики требуется измерять  уровень гормона кортизола (гидрокортизола) в крови. Теперь уже общепризнанно,  что проба на кортизол без  учета   времени забора крови   обессмыслена.     

 Не только  диагноз, но и терапевтические  меры могут быть более эффективными, если их строить на основе  циркадианного   цикла. Поскольку многие типы делящихся клеток   предпочитают определенное время суток для репликации ДНК, циркадианные вариации особенно ярко проявляются в токсичности   различных лекарственных препаратов и эффектах облучения,   применяемого с целью поразить делящиеся опухолевые клетки. Нет ничего особенного в том, что доза, при которой 80% популяции подопытных   организмов выживет в одно и тоже время суток, в другое окажется смертельным для тех же 80% осыбей. Эта мрачная статистика, однако, весьма перспективная, если стоит задача избирательно убить опухолевые клетки, не повредить здоровые. Эрхад Хаус с коллегами добился значительного повышения процента вживания среди мышей, больных раком, не увеличивая дозы лекарства, но   сконцентрировал ее в то время суток, когда опухолевые клетки предположительно более чувствительны, чем нормальные.    

 Врачи и  ветеринары, применяющие гормональную  терапию, давно знают, насколько  важно правильно выбрать время  для введения препарата. Например, при недостаточной функции   надпочечников больным обычно делают инъекцию кортизона по утрам, когда в норме активность коры   надпочечников максимальна. Если ежедневно требуема только однократная доза   препарата, утренние инъекции годится и для собак, но для кошек, у которых циркадианные ритмы организованны по-другому, кортизон следует вводить по вечерам. Введение кортизона в иное время суток   будет подавлять деятельность и без того ослабленных надпочечников, и пациент, в конце концов, станет жертвой хронического недуга – Аддисоновой болезни.     

 Ритмические  закономерности связывают   секрецию гормонов мозга, нарушение сна и более серьезные психические заболевания, включая клиническую депрессию. Томас Веер, Фредерик Гудвин и Норман Розенталь из Национального института здоровья в Бетесде и Даниел Крипке из Госпиталя управления ветеринаров в Сан-Диего предположили, что эти прежде неизлечимые болезни   часто являются   вторичным   следствием расстройства циркадианных ритмов. Уже показано, что некоторые виды депрессии поддаются лечению солнечным светом или его искусственным заменителем, поддаваемым в нужное время суток.    

 Считается,  что действие света опосредовано  его влиянием на секрецию мелатонина  – гормона, выделяемого в головном  мозге и тесно связанного с  циркадианными ритмами. Для нормального  ежедневного контроля секреции  мелатонина нужен свет, существенно  более яркий, чем тот, который  обычно бывает в помещениях. Однако  современный человек редко должным  образом «засвечивает» себя, причем  время пребывания на свету    у разных людей весьма различается. Остается только гадать, насколько могут быть распространены расстройства циркадианных ритмов. 
 

6.Подстройка биологических часов 
 

    Часы слишком хороши, если вы не имеете возможность их подстраивать. Некорректируемые биологические часы были бы совершенно бесполезны, если бы их период не был в точности равен периоду вращения Земли. И все же, даже если бы часы были устойчивы к температурным подскокам в случае лихорадки, холодной или жаркой погоды, не реагировали на гормональные и эмоциональные расстройства, некоторое различие между внутренним и внешним периодом было бы не исбежно. Очевидно, для поддержание синхронности недостаточно просто близости периодов. Для этого нужно ритмический сигналов, механизм ежедневного согласия и подстройки. Основа целесообразности любых биологических часов именно в такой подстройке фазы, в способности по сигналу перепрыгивать из одной временной зоны в другую и таким образом сохранять правильную фазу, не перемещаясь в пространстве, несмотря на неизбежное не совпадение периодов.

Этот процесс  называется захватыванием ритма. Один ритм может быть захвачен другим ритмом с иным периодом по средствам регулярного  повторяющегося сигнала. Для циркадианных ритмов обычным, естественным сигналом является свет. Под воздействием света  внутренние часы немного отстают    или, наоборот, уходят вперед. Существуют и   другие свойства настройки биологических часов, но подавляющие большинство живых существ приспособились к тому событию, которое надежнее всего повторяется каждый день, - к чередованию света и темноты – и выработали наибольшую чувствительность своих циркадианных часов именно к этому фактору.    

 Общая закономерность, – ведущая роль света как  сигнала времени – оспаривалась  только в отношении человека, частично потому, что люди, как  и большинство других организмов,   иногда в отсутствие регулярного цикла   освещения используют   для ориентации другие органы чувств. Но главная причина, заставившая усомнится в роли света для человека, состояла в том, что «дневной свет», использовавшийся в первых лабораторных экспериментах   по изучению изоляции от времени, оказался не столь эффективным для захватывания циркадианных ритмов человека по сравнению со светом такой же интенсивности для ритмов   других животных. Следует ли из этого заключить, что часы человека уникально безразличны к действию света? Отнюдь, скорее это говорит о том, что комнатный свет слишком слаб для биологических часов человека, чтобы приравнивать его к дневному.    

 Есть всякие  основания   предполагать, что ведущие циркадианнае часы у человека находятся в мозге и прямо связанны с глазами эпифизом (шишковидной железой). Альфред Леви с коллегами из Национального института здоровья в Бетесде установили, что свет подавляет секрецию   мелатонина в эпифизе у человека, как и у   других млекопитающих, но для горожан нужно на удивление много света, больше, чем бывает в помещении: для эпифиза у человека комнатный (электрический) свет – все равно, что ночь. Однако даже рассеянный свет с улицы сразу подавляет секрецию мелтонина. Этот гормон головного мозга имеет прямое отношение ко сну и к циркадианным часам. Например, у грызунов ежедневно инъекции мелатонина могут захватить и синхронизировать часы. Если окажется, что у человека мелатонин опосредует сдвиг фазы циркадианных часов, то данные Льюи будут представлять интерес для антропологов, специалистов по дизайну, для тех, кто работает в разные смены и совершает трансмеридианные перелеты. Пока лекарство для сдвига фазы будет создано и получит одобрение минздрава, для путешественников приятным средством может быть пребывание на солнцепеке.    Разумеется, солнечный свет не менее важен и для тех, кто никуда не ездит, но нуждается в ежедневной синхронизации своих внутренних ритмов. Неудача такой синхронизации может привести к сонливости в дневное время и бессоннице ночью - достаточно распространенным расстройством сна. В этой связи могут представлять интерес данные Даниэля Крипке с соавторами, которые исследовали количество, и распределение во времени света, падающего на среднего нормального человека в течение среднего дня. Оказалось, что даже на юге солнечной Калифорнии количество света столь мало и распределенною столь нерегулярно, что остается лишь диву даваться, каким образом современному человеку удается (и удается ли?) поддерживать свои циркадианные ритмы поддерживать в должном порядке.