Как наш организм принимает решение о пробуждении, объяснили ученые

Почему мы просыпаемся до звонка будильника? Просто потому, что выспались? Однозначно нет, природа создала сложный механизм биоритмов, который и задает ритм сна и бодрствования. Разберемся, как он работает.

Каждый живой организм, в том числе и бактерии, живет согласно биологическим ритмам. Биологический процесс, продолжительностью около 24 часов, задает ритм всей жизни. Организм человека запрограммирован таким образом, чтобы бодрствовать днем и отдыхать, восстанавливаться в ночное время.

Подобные суточные биоритмы свойственны организмам, которые могут производить энергию под влиянием ультрафиолетового излучения солнца. Но помимо влияния солнца, циркадные ритмы имеют внутреннее происхождение. Именно они выполняют функцию так называемых биологических часов. В 1834 году ботаник Декандоль провел опыт над растением мимоза и определил, что цикл открытия-закрытия листьев составляет около 23 часов. Суточные ритмы дают возможность организмам предположить, что когда наступят день и ночь, произойдет смена времен года. Это позволяет им подготовиться к этим событиям. Главные «биочасы» находятся в нашем мозге – в отделе гипоталамуса. В зависимости от времени суток, эти часы и посылают нам определенные сигналы.

Внутренние органы человека также имеют собственные часы, которые отправляют сигналы в гипоталамус. Биологический хронометр имеется в каждой отдельной клетке – они живут по собственному ритму, а цикл его составляет 24 часа.

Кроме того, все живые организмы ощущают влияние годичных циклов. Зимой, когда день становится короче, организм вырабатывает гораздо больше гормона мелатонина, отвечающего за регуляцию бодрствования и сна. Реагируя на перемены внешней среды, организм начинает продуцировать повышенное количество антител, которые помогают ему бороться со свойственными зиме инфекциями. При нехватке солнечного света биочасы сбиваются с отлаженного ритма. За синхронизацию также отвечают сенсоры в глазах. Они реагируют на наличие света, направляя соответствующие импульсы в мозг.

Когда циркадный ритм не совпадает с природным, возникает так называемый «джетлаг» – биочасы привыкли функционировать в одном часовом поясе, а сам организм находится в этот момент в ином. На восстановление привычного режима человеку необходимо по одному дню на каждый час разницы во времени. Так, если разница во времени между странами составляет три часа, человеку, сменившему часовой пояс, потребуются три дня для восстановления. Кроме того, существует такое понятие, как «социальный джетлаг». Такое состояние наблюдается у людей, которые работают по «скользящему» графику. Если звонит будильник, а биочасы еще не подавали сигнал просыпаться, то это также называется состоянием социального джетлага.

Влияние биологических ритмов

Бодрствование и сон регулируются при помощи некоторых систем, в основе которых и лежат внутренние часы. В результате сложных биохимических реакций некоторые вещества в организме накапливаются до определенного уровня. На клеточном уровне – это белки типа TIM и PER, на более высоком – преимущественно мелатонин.

Наши суточные биоритмы имеют индивидуальные особенности, которые называются хронотипами. Ученые разделяют их на семь групп, однако, чтобы было удобней, их объединяют в три группы. «Жаворонки» просыпаются преимущественно рано, в 4-6 утра. Пробуждение у этого хронотипа легкое. Максимальная активность и работоспособность бывает по утрам и снижается к вечеру. Желание лечь спать возникает в период 20-22 часа. Наблюдается плохая адаптация к перемене распорядка дня. «Голуби» просыпаются в 6-8 утра. С 22 до 24 часов у них возникает сонливость. Пиков активности два – в 10-12 часов и в 16-18. «Совы» ложатся спать после полуночи и пробуждаются в 8-10 утра. Утром наблюдается плохая работоспособность, наибольшая активность – ночью и вечером. Эффективность хронотипов зависит от изменения трех гормонов – кортизола, серотонина и мелатонина. Например, у «сов» уровень мелатонина вечером находится на пике, тогда как у «жаворонков» он падает. За пробуждение отвечают «внутренние часы», которые есть у каждого из нас. Их регуляция происходит за счет сложных биохимических реакций. Внутренние часы есть как на клеточном уровне, так и на уровне всего организма. Они синхронизируются с «главными» часами в гипоталамусе мозга человека. В клетках за бодрствование отвечают белки PER и TIM. На уровне организма – гормоны мелатонин, кортизол и серотонин.