Циркадные ритмы реальны

Раньше мы верили, что наши циклы дня и ночи контролируются только внешним миром: утренний рассвет заставляет нас проснуться, а появление луны служит сигналом к тому, чтобы идти спать. Многие ученые не придавали никакого значения циркадной биологии вплоть до середины 1970-х годов.

Хотя о существовании внутренних часов у растений ученые знали с начала XVIII века, доказать гипотезу о том, что животными и людьми управляют внутренние механизмы (а не внешние), было трудно. Традиционно считалось, что человеческие существа, которые стоят на более высокой ступени развития, должны управляться какими-то другими факторами окружающей среды, помимо солнца и луны.

Общепринятую теорию подтверждают простейшие эксперименты с растениями: если растение поместить в темный подвал, оно продолжит каждый день поднимать и опускать листья, повинуясь определенному суточному ритму²¹. В дневное время многие растения поднимают листья, чтобы получить от солнца больше энергии, а ночью опускают листья, чтобы не расходовать энергию на их поддержание в поднятом положении. По той же причине многие цветы распускаются только днем, когда вокруг летают опыляющие их пчелы и птицы. Однако у некоторых растений, таких как жасмин во дворе моего дедушки, цветы раскрываются ночью. Дело в том, что эти растения опыляются ветром, а не животными.

Провести следующую серию исследований было гораздо труднее, и ученые начали с опытов на насекомых, птицах, а затем на животных. Они изучили процесс развития плодовых мушек от личинки до полной зрелости, который тоже является циркадным, потому что взрослые мушки появляются только утром, когда ветер слабее и влажность выше. Они изучили формы сезонных миграций птиц и циклы сна-бодрствования других животных. Кроме того, производились наблюдения за лабораторными мышами в контролируемой среде²². Когда грызунов помещали в темноту без каких-либо внешних указателей времени, животные продолжали просыпаться и засыпать, словно по часам, через 23 часа 45 минут. Было установлено, что циркадные ритмы многих растений и грибов тоже близки к 24 часам, хотя и отличаются на несколько минут.

Выяснить, есть ли такие же внутренние часы у людей, было почти невозможно, потому что не существовало никакого легкого способа устранения всех внешних сигналов времени, поступающих из окружающего мира. Тем не менее в 1950-е годы у исследователей появилась идея. Они дали испытуемому простой телефон, по которому он мог связаться только с одним человеком. Доброволец спустился в одну из глубоких пещер в Андах, взяв с собой лишь запасы еды, свечей и материалов для чтения на несколько недель. Каждый раз, когда его желание уснуть становилось достаточно сильным, он звонил человеку, находящемуся на другом конце провода, который записывал время звонка. Такой же звонок он совершал сразу после пробуждения. Исследование показало, что на протяжении нескольких недель, проведенных в пещере, его цикл сна-бодрствования сохранял точность часового механизма. Однако каждый день доброволец ложился спать чуть позже, то есть его внутренние сутки длились немного дольше 24 часов. Фактически его цикл сна-бодрствования был равен 24 часам 15 минутам. Предсказуемость данного цикла стала доказательством того, что управлять поведением человека могли только внутренние часы²³.

Небольшое несовпадение циркадных ритмов с длительностью суток не является удивительным и объясняется тем, что на большей части земного шара время от одного восхода солнца до другого не составляет ровно 24 часа. Дело в том, что вертикальная ось нашей планеты имеет наклон, поэтому на определенных отрезках годовой орбиты вращения вокруг Солнца ее Северное и Южное полушария оказываются обращенными к Солнцу на протяжении большей части суток. В соответствии с постепенным удлинением или укорачиванием дней в течение года меняется время восхода и заката Солнца. На экваторе величина этого изменения очень мала, но если вы живете в Бостоне, Стокгольме или Мельбурне, то за одни сутки время восхода солнца может измениться на несколько минут. Когда дни удлиняются и приближается лето, внутренние часы будят нас немного раньше, в момент восхода солнца. После того как мы перелетаем из одного часового пояса в другой, наш цикл сна-бодрствования постепенно приспосабливается к новому часовому поясу. Я привел лишь несколько примеров, объясняющих, почему у нас есть внутренние часы и как механизм их самокоррекции связан с изменением времени восхода солнца и длительности дня. После того как гипотеза о существовании внутренних часов была доказана, ученые высказали предположение о связи (или возможной связи) циркадных ритмов со светлым временем суток.

Суточные ритмы

Многие ученые, включая меня, продолжают изучать влияние суточных ритмов на физиологию, метаболизм и даже на когнитивные функции взрослых людей. Мы установили, что ритмичность, или строгая закономерность, наблюдается почти во всех аспектах нашей повседневной жизни.

Конечно, человеческие существа не цветут, как растения, и не мигрируют на дальние расстояния, как птицы, однако у нас тоже есть циркадные часы, которые отвечают за то, чтобы почти все процессы, связанные с нашим здоровьем, происходили в определенное время дня или ночи. Можно сказать, что наш организм запрограммирован на ежедневное выполнение действий в соответствии со строго определенными ритмами. В свою очередь, виды деятельности, которыми вы занимаетесь в вечернее время, оказывают особенно сильное воздействие на циркадные ритмы. Вот почему при работе с этой книгой вам следует иметь в виду, что самыми важными для жизни и здоровья окажутся те изменения, которые оптимизируют вашу деятельность в период с 6 часов вечера до полуночи.

Еще до того, как мы просыпаемся утром, внутренние часы готовят организм к пробуждению. Эта подготовка начинается с того, что шишковидная железа прекращает вырабатывать гормон сна мелатонин. У нас немного учащается дыхание, на несколько ударов в минуту возрастает частота сердечных сокращений и слегка повышается кровяное давление. Внутренняя температура тела поднимается на полградуса.

Наше общее самочувствие зависит от согласованности суточных ритмов. По утрам хорошее самочувствие означает, что мы чувствуем себя свежими и отдохнувшими после хорошего ночного сна, легко опорожняем кишечник, избавляясь от накопившихся за ночь токсинов, ощущаем бодрость, легкость и чувство голода. Вскоре после того, как мы открываем глаза, надпочечники увеличивают выработку гормона стресса кортизола, чтобы помочь нам энергично совершать утренние ритуалы. Поджелудочная железа готовится к высвобождению инсулина, чтобы справиться с завтраком.

После хорошего ночного сна и получения питательных веществ за завтраком мозг приходит в состояние готовности заниматься обучением и решением проблем в течение первой половины дня. В середине дня мы будем хорошо себя чувствовать, если объем выполненной работы окажется достаточным, чтобы мы были довольны результатами своих усилий. (Если вы не выспались, может возникнуть гнетущее ощущение, что вы попусту тратите время.) К концу дня мышечный тонус достигает пика, а после захода солнца температура тела начинает понижаться, в организме увеличивается выработка гормона сна мелатонина, организм готовится ко сну.

В вечернее время хорошее самочувствие означает снижение активности, чувство усталости и легкое погружение в глубокий сон. Сон не является для тела состоянием по умолчанию, в котором мозг просто отключается. На самом деле во время сна мозг очень занят. Он консолидирует воспоминания, основанные на сенсорной информации, полученной нами в течение дня, и сохраняет эту информацию путем создания новых синапсов, или связей, между нейронами. Кроме того, ночью мозг производит довольно много гормонов, в частности мелатонин и гормон роста человека²⁴. При дефиците сна производство гормона роста резко снижается, что особенно опасно для детей, так как может стать причиной задержки развития.

Суточные ритмы человека

Многие из функций нашего организма достигают пика в определенные периоды дня или ночи. Считается, что они регулируются нашими циркадными часами. Если нас полностью изолируют от естественного цикла дня и ночи, нормальное расписание этих ритмов будет сохраняться всего несколько дней.

Помимо прочего, ночью мозг занимается детоксикацией. Днем нервные клетки абсорбируют и перерабатывают питательные вещества, и в ходе этого процесса вырабатываются нежелательные токсичные побочные продукты. Во время сна эти токсины выводятся из мозга и в процессе нейрогенеза создаются новые клетки мозга. В этом отношении мозг можно сравнить с офисом: когда вы приходите в офис утром, у вас не возникает мысли о том, что кто-то работал там ночью, хотя на самом деле уборщики мыли полы, выносили мусор, системный администратор проводил апгрейд серверов, ремонтники меняли перегоревшие лампы освещения. Все эти работы должны выполняться для того, чтобы утром вы могли прийти и начать работать.