Важность сна в поддержании здорового жизненного цикла животных (в том числе вида Homo Sapiens) сложно переоценить. Причем, речь идет не только о физиологическом здоровье, но и о высших нервных функциях, например, таких как способность к обучению. Так, группа ученых из университетов Цюриха (Швейцария) и Леувена (Бельгия) в 2017 году показала [1], что во время фазы глубокого сна происходят процессы, важные для достижения определенного уровня нейропластичности, что в свою очередь является необходимым условием успешного обучения.
Циклы сна и бодрствования регулируются двумя основными факторами.
Первый - химический: нейротрансмиттер аденозин (рисунок 1) связан с появлением чувства усталости и способен вызывать тормозные эффекты.
После ночи хорошего сна уровень аденозина в нервной системе и теле минимален. Чем больше мы находимся в состоянии бодрствования, тем выше его концентрация. Именно поэтому вечером мы чувствуем утомление, а также необходимость перестать активно двигаться и восстановить силы. Таким образом, аденозин играет роль защиты от перегрузки.
В этой связи интересно отметить, что один из самых популярных психотропных препаратов - кофеин является антагонистом аденозиновых рецепторов, т.е. присоединяясь к этим рецепторам, он не позволяет аденозину передать сигнал об утомлении далее в соответствующей нейронной сети. Что это означает с практической точки зрения: несмотря на то, что нам кажется, что кофеин дает нам энергию, это не так. Кофеин лишь блокирует чувство усталости, и система продолжает активно функционировать несмотря на то, что реально она значительно утомилась. В этом кроется одна из самых серьезных опасностей кофеина.
Второй фактор регулирования сна - циркадный, а именно циркадные ритмы (циркадные означает повторяющиеся примерно каждые 24 часа). Говоря очень упрощенно, именно циркадные ритмы определяют когда мы чувствуем бодрость и когда сонливость. В 2017 году Нобелевская премия по медицине была вручена трем ученым (Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, Michael W. Young, рисунок 2) за их открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадные ритмы [2].
Циркадные ритмы управляются многими обстоятельствами, среди них - физическая активность, состав и режим питания, и многое другое. Но самой важной "движущей силой" циркадных ритмов является свет, и в частности солнечный свет. Давайте рассмотрим немного подробнее как же это все работает.
Что происходит когда мы просыпаемся? В первую очередь мы открываем глаза. Глаз по праву считается одним из самых сложных сенсорных органов нашего организма. Меня всегда восхищало к какому элегантному решению пришла эволюция, решая проблему необходимости восприятия электромагнитных волн. Чтобы не загружать читателей слишком большим объемом информации в одном посте (о глазах можно делать отдельный курс), отметим, что на внутренней оболочке глаза - сетчатке находится группа нервных клеток, которые называются ганглионарные клетки (retinal ganglion cells). Среди них ученые обнаружили особые светочувствительные клетки (melanopsin retinal ganglion cells), активирующиеся при свете определенной частоты и силы [3, 4].
Сигнал из этих нервных клеток направляется в специальную область головного мозга - супрахиазматическое ядро (suprachiasmatic nucleus - SCN). Данная область гипоталамуса отвечает за управление выработкой мелатонина - гормона сна, необходимого для нормального процесса засыпания. Важно отметить, что сам мелатонин вырабатывается эпифизом (pineal gland), или шишковидным телом - специальной эндокринной железой, расположенной в области четверохолмия среднего мозга. Принцип работы данной схемы изображен на рисунке 3 [5]. Насколько нам известно, светочувствительные клетки сетчатки - единственный прямой канал управления выработкой мелатонина.
Как мы уже отметили, светочувствительные клетки сетчатки реагируют на свет определенной частоты и силы. Оптимальным для этого является солнечный свет в период, когда солнце находится низко над горизонтом (на рассвете). Таким образом утром (позже качество света изменяется), примерно в первые 30 минут после пробуждения важно, чтобы свет попал на сетчатку. Примерно 2-10 минут утреннего солнца должно быть достаточно для большинства людей. При таких условиях биологические часы, регулирующие циркадные ритмы, установятся в правильном (естественном) режиме.
Принимая во внимание специфику Хабра, можно полагать, что многие пользователи поинтересуются, активируют ли искусственные источники света ганглионарные клетки. В определенной степени активируют, но не оптимальным образом. Можете провести следующий эксперимент: измерьте количество люкс (сейчас существует большое количество приложений для смартфонов, способных измерять данный показатель) солнечного света и искусственного источника, доступного для среднестатистического покупателя на рынке в данный момент. После этого несложно посчитать как долго нужно смотреть на искусственный свет. Но повторюсь еще раз, клетки сетчатки очень тонко настроены именно на солнечный свет определенной частоты и силы, к тому же солнце все еще бесплатно.
В заключении, хотелось бы напомнить, что техника безопасности - прежде всего. Если вам нужны (солнечные) очки, носите их; если у вас есть заболевания глаз (глаукома, дегенеративное заболевание сетчатки, дегенерация желтого пятна и т.д), скорее всего вам нужно избегать любого яркого света. Если у вас есть любые сомнения, нет ничего лучше, чем обратиться к специалисту за советом. Только вы ответственны за ваше здоровье, будьте умны и разумны.
Список источников
[1] Fattinger, S., de Beukelaar, T., Ruddy, K. et al. Deep sleep maintains learning efficiency of the human brain. Nat Commun 8, 15405 (2017).
[2] https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2017/summary/
[3] David M. Berson, Felice A. Dunn, & Motoharu Takao (2002). Phototransduction by Retinal Ganglion Cells That Set the Circadian Clock. Science, 295(5557), 1070-1073.
[4] Rollag MD, Berson DM, Provencio I. Melanopsin, Ganglion-Cell Photoreceptors, and Mammalian Photoentrainment. Journal of Biological Rhythms. 2003;18(3):227-234.
[5] Vosko AM, Colwell C, Avidan A. Jet lag syndrome: circadian organization, pathophysiology, and management strategies. Nat Sci Sleep. 2010;2:187-198
