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

Итак, можно спорить о том, что появилось первым: сложная жи­вая регулирующаяся система с чередованием подъемов и спадов или организм, способный благодаря встроенным часам достаточно точно предсказывать периодические колебания внешних природных условий. В любом случае именно в этой циклической смене активности и покоя следует, вероятно, видеть природу сна.

Сон — это далеко не только покой. Конечно, для активного днем ор­ганизма имеет смысл ночной отдых — идет ли речь о человеке, пчеле или бактерии. Но это еще не значит, что ему нужен сон. Многие живот­ные активны круглые сутки, чередуя активность с периодами сна — на­пример, кошки, морские свинки и мыши-полевки, а также черви.

Самое важное свидетельство того, что сон — это не просто заполнение фаз покоя, состоит в его гомеостатической регуляции, то есть в том, что ор­ганизм старается поддерживать потребность в сне на постоянном уровне: тот, кто долго не спал, вынужден потом наверстывать упущенное и спать дольше, даже в неподходящее время суток. Следовательно, есть нечто, для чего организму недостаточно просто покоя. «Покой не может приспосаб­ливаться к обстоятельствам, а сон может», — говорит Ирен Тоблер.

Итак, чередование покоя и активности — очень древний биологичес­кий принцип, который и у современного человека отражается в сравни­тельно жестком суточном ритме внутренних часов. В какой-то момент эволюции — вероятно, когда появились первые сложные животные, име­ющие нервную систему и вынужденные координировать свой рост и ра­боту множества разнообразных органов — к этому ритму добавился сон.

Предпочтительным временем его работы стали заданные биологически­ми часами периоды покоя. Именно тогда, вероятно, за этим состоянием закрепились многие важные физиологические функции. Так постепенно сложилось то, что мы сегодня называем сном. «Это как с дыханием и ре­чью», — замечает Ян Борн. «Природа соорудила дыхательные пути для дыхания, и лишь потом догадалась использовать их еще и для речи».

Какая из многих функций сна является первичной, то есть исходной и, следовательно, самой важной — не знает никто. Но, судя по всему, сон очень рано включил в свою программу регуляцию баланса между кровообращением и обменом веществ, которая важна, в частности, для поддержания нормальной температуры тела. У позвоночных сложным циклическим процессом обмена веществ ведает мозг со своими при­датками, вырабатывающими гормоны, и работающей на бессознатель­ном уровне вегетативной нервной системой. После того, как чикагский невролог Карине Шпигель в 1999 г. доказала, что у здоровых молодых людей, вынужденных обходиться четырьмя часами сна в сутки, уже че­рез неделю наблюдаются болезненные изменения углеводного обмена и гормональной системы, стало окончательно ясно: без сна организм выходит из равновесия. Просто покоя ему недостаточно.

Сон экономит энергию

Что делают биологи, если хотят выяснить причину таинственного фено­мена, функция которого неочевидна из устройства органа или резуль­татов эксперимента? Они сравнивают множество различных существ, у которых наблюдается данный феномен, и ищут закономерности. Имен­но поэтому лос-анджелесский сомнолог Джером Сигел замерял про­должительность сна у такого количества разных млекопитающих. Его интересовали параллели у сходных видов и различия у несходных.

Обнаружив, что главными факторами, влияющими у млекопитаю­щих на продолжительность сна, являются размер тела и способ питания, он заключил, что сон должен играть большую роль в энергосбережении. Травоядные спят тем больше, чем сами они меньше. У плотоядных мле­копитающих такой прямой связи не наблюдается. Зато легко заметить, что они спят, как правило, больше, чем травоядные того же размера. Сигел, конечно, сразу заметил связь с «одним из самых несомненных соотношений в биологии млекопитающих», по его выражению: «у мел­ких животных высокая скорость обмена веществ; у крупных животных низкая скорость обмена веществ».

Мелкие млекопитающие в принципе затрачивают больше энергии на поддержание температуры тела, у них очень быстрый пульс и высо­кое кровяное давление — только потому, что такие животные обладают большим отношением поверхности тела к его объему. Очевидно, они должны экономнее обходиться со своими скудными ресурсами. Имен­но эта экономия достигается, по мнению Сигела, во сне. В самом деле, многие животные затрачивают во сне значительно меньше энергии, чем во время бодрствования: они забираются в теплое укрытие, почти не шевелятся, скорость обмена веществ у них снижается.

Но почему плотоядные и травоядные спят разное количество вре­мени? На это у Сигела есть сразу несколько ответов. Во-первых, рас­тительный корм содержит значительно меньше калорий, чем мясо, по­этому млекопитающим-вегетарианцам приходится проводить больше времени за едой. Кроме того, их способ добывания пищи менее утоми­телен. Поэтому они экономят не так уж много энергии, когда не ищут корма. Неудивительно, что больше всех в животном царстве спят мел­кие хищники, добывающие себе пропитание с большой затратой труда: у летучих мышей продолжительность сна составляет 20 ч в сутки1.

Тот факт, что сравнительно много спят и крупные хищники, напри­мер, львы, Сигел объясняет вторым преимуществом сна: он помогает скоротать время. Дневные животные, бродящие по ночам, или ночные животные, вышедшие на охоту днем, не находят добычи и напрасно подвергают себя опасности. Поэтому сон, «значительную часть суток подавляющий нормальное поведение», приносит огромную пользу и, несомненно, поощрялся в ходе естественного отбора. Когда ничего по­лезного сделать нельзя, самое полезное — спать.

Сон для тела

В конечном счете, идея периодической потребности в отдыхе, подде­рживающем внутреннее равновесие, а также целесообразное распре­деление затрат энергии в зависимости от обмена веществ и способа до­бывания пищи, ведет к распространенному тезису, что сон служит для отдыха. «На мой взгляд, в основном, поскольку дело касается людей, функция сна — это отдых», — убежденно заявляет Александр Борбели.

«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.