Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается

«Наша задача — выяснить механизм регуляции сна, — говорит его сотрудник Петер Ахерман. — Если мы будем больше знать о том, как организм управляет необходимой продолжительностью сна, нам станет яснее смысл сна». Во время бодрствования в нашем теле, прежде всего в мозге, накапливается множество веществ, которые там, собственно говоря, не нужны, или вырабатываются клетками и органами как сигналы усталости. Это, с одной стороны, побочные продукты обмена веществ, с другой — сигнальные вещества иммунной системы и нервных клеток, а также гормоны. Сейчас известно около двадцати вырабатываемых в организме веществ, влияющих на потребность в сне. Кроме того, нервные клетки больших полушарий со временем испытывают нарастающую потребность в синхронизации и переходят на медленноволновой рисунок активности, соответствующий легкому и глубокому сну. И только совокупность всех этих факторов приводит к тому, что потребность в сне повышается, и мы ощущаем тем большую усталость, чем дольше продолжается бодрствование.

Когда мы наконец засыпаем, каждая часть организма берет себе то, что нужно именно ей. Потребности у разных клеток и органов различны, но в целом их удовлетворение приводит к тому, что мы просыпаемся отдохнувшими.

Очевидно, для продолжительного выживания организм нуждается в периодическом обновлении. И, разумеется, не может быть случайным то обстоятельство, что отвечающий за такое обновление гормон роста вырабатывается исключительно в глубоком сне. Эти процессы существенно связаны между собой: в глубоком сне тело восстанавливается, и это восстановление удается ему в первую очередь благодаря гормону роста.

В постоянном обновлении нуждаются целые органы, например, мышцы и кожа, а также части иммунной системы. Похоже, каждая клетка нашего тела нуждается в сне для продолжения нормальной работы, но особенно велика эта потребность у нейронов мозга. Ведь им нужно пополнить запасы растраченной за день энергии, вывести побочные продукты, синтезировать новые белки и попытаться обезвредить опасные вещества, например, кислородные радикалы. Нетрудно догадаться, что такая форма активного отдыха сопряжена в большими затратами энергии. Поэтому нет противоречия в том, что мы во сне сжигаем почти столько же калорий, как во время бодрствования, и в то же время экономим энергию. Если бы мы одновременно еще выполняли дневную работу, расход энергии оказался бы чрезмерным.

Совершенно особую роль играет сон в процессе роста. Не приходится удивляться, что почти у всех высших животных новорожденные спят значительно больше, чем взрослые особи. Малыши должны расти, их организм порождает новые клетки в великом множестве не только для замены старых, больных, отслуживших свой срок клеток. Дефицит сна у детей может вызвать нарушения роста, что явно подтверждает: образование и рост новых клеток — одна из основных функций сна.

Сон особенно важен для созревания мозга. У новорожденных и грудных детей нервные клетки в огромном количестве дают отростки — аксоны, которые в свою очередь активно устанавливают новые контакты с соседями. Без этого невозможно запечатление новых взаимосвязей и различение важного и неважного, то есть обучение. Если какие-то участки мозга в этой чувствительной фазе оказываются невостребованными, они хиреют, поскольку их работа, очевидно, не нужна данному индивиду в его специфической окружающей среде. Мозг предпочитает в этом случае приберечь свои ограниченные возможности для других задач.

В одном из экспериментов исследователи, например, закрывали детенышам животных один глаз повязкой. В результате у подопытных деградировали нервные клетки на участке мозга, предназначенном для обработки впечатлений, поступающих от этого глаза. В этой адаптации созревающего мозга сон, видимо, также играет важнейшую роль. Американский нейробиолог Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета доказал в 2001 г., что эффект деградации неиспользуемых контактов в мозге усиливается вдвое, если животные спали после того, как глаз был отгорожен от внешних импульсов. «Сон в раннем возрасте играет важнейшую роль в развитии мозга», — заключает исследователь. По его мнению, сон значительно поддерживает пластичность молодого мозга, а скорее всего, является ее необходимым условием.

Этим, наверное, и объясняется тот факт, что даже у дрозофил молодые особи спят больше, чем взрослые — после окукливания они уже не увеличиваются в размерах, но нуждаются в более продолжительном сне, судя по всему, не для физического, а для интеллектуального роста.

Гипотеза о сне как природном способе по экономии энергии связана с зимней спячкой. У летучих мышей, сурков, хомяков и других животных, засыпающих на зиму, обмен веществ падает до минимума. Температура тела понижается почти до нуля, дыхание и пульс становятся очень редкими. В результате животные тратят лишь 1/50 часть энергии, необходимой им в состоянии бодрствования. В надежном укрытии за счет предварительно накопленного жира они переносят таким образом суровую зиму. Если бы животные бодрствовали, им все равно не удалось бы найти пропитание — и скорее всего, они пали бы жертвой первого голодного хищника.

На первый взгляд зимняя спячка очень похожа на настоящий сон. На самом деле это настолько экстремальное и одностороннее состояние, что оно несовместимо с другими, активными задачами сна — очевидно, необходимыми для выживания. Только так ученые могут объяснить курьезный факт: во время зимней спячки звери раз в несколько недель выходят из состояния оцепенения, их организм с огромными затратами энергии возвращается на несколько часов к рабочим температурам — и все это с единственной целью: поспать! Ведь «проснувшиеся» от спячки животные большую часть этого времени спят. Сон этот особенно глубок, причем его глубина зависит от того, сколько времени продолжался предшествующий период спячки. Очевидно, зимняя спячка вызывает у зверей дефицит сна, который становится в какой-то момент настолько острым, что приходится временно прерывать состояние сниженного обмена веществ.

Какова бы ни была причина, заставляющая животных выходить из зимней спячки, она представляет собой нечто, с чем организм не может справиться в состоянии полного охлаждения и минимального снабжения энергией. Это должен быть активный физиологический процесс, обычно происходящий во сне — и, несомненно, прямо связанный с тем, почему сон так важен для всех живых существ.

По некоторым признакам именно процессы, происходящие в мозге во время глубокого сна, заставляют животных даже во время зимней спячки проводить некоторое время во сне при нормальной температуре тела. Во всяком случае, исследователям удалось обнаружить, что мозг животных в такие периоды порождает тем больше волн глубокого сна, чем дольше продолжалась перед этим непрерывная спячка.