Сон человека: почему и зачем мы спим?

Полуэктов Михаил Гурьевич, врач-сомнолог, кандидат медицинских наук, доцент Первого московского медицинского университета имени И.М. Сеченова

До сих пор сон представляется загадочным состоянием, о природе которого спорят физиологи, химики, психологи и другие ученые мужи. По представлениям физиологов, которые приобрели популярность еще в XIX веке, сон возникает от того, что в вечернее время «кровь отливает от головы» - мозговым клеткам не хватает питания и они переключаются в режим торможения. Эта теория, активным поборником которой выступал французский физиолог Моссо, доказывалась опытом на кровати-весах. Когда человек, помещенный на эту кровать горизонтально, засыпал, головной конец кровати приподнимался. Но как выяснилось при дальнейшем наблюдении, через некоторое время сна кровь, наоборот, приливает к голове и изножье кровати приподнимается.

В 1937 году Альфред Лумис с коллегами предложили первую классификацию стадий сна человека, основанную на изменениях электроэнцефалограммы. Однако дальнейшее развитие нейрофизиологии показало, что для более точного определения стадий сна требуется регистрация большего числа показателей, чем только электрические потенциалы мозга. В 1953 году американскими учеными Натаниэлем Клейтманом и Юджином Азерински была открыта последняя, пятая стадия сна, названная быстрым сном. Установление четких критериев сна и бодрствования позволило определять, как функционируют физиологические системы организма – сердечно-сосудистая, нервная, дыхательная, мочеполовая и другие, в различные периоды сна. Это позволило получить ответ на многие вопросы, касающиеся назначения сна для человеческого организма.

К пониманию природы сна люди не могли прийти очень долгое время, так как отсутствовали методы объективной регистрации состояния организма во время сна. Это стало возможным лишь в XX веке, когда немецкий психиатр Ганс Бергер ввел в клиническую практику метод электроэнцефалографии (ЭЭГ). При использовании этого метода исследования с разных зон черепа регистрировались электрические токи, представляющие разность потенциалов между двумя электродами. Оказалось, что в различные периоды времени регистрации, в особенности если сравнивать сон и бодрствование, картина электроэнцефалограммы у одного и того же человека может существенно отличаться.

Психологические теории сна, в особенности, теория Зигмунда Фрейд, отказывались отвечать на вопросы о том, какое вещество или действие вызывают сон. Они считали, что потребность во сне запрограммирована изначально, так как человек время от времени должен погружаться в состояние свободы от внешнего мира, как это было в лоне матери. При этом, по мнению психолога, человек получает возможность переварить большое количество разнородной информации, полученной днем, и восстановить психическое равновесие.

Следующей популярной теорией возникновения сна стала теория гипнотоксина – «сонного яда». Французские психологи Лежандр и Пьерон предположили, что усиление к вечеру склонности к засыпанию может быть связано с накоплением в организме человека во время бодрствования некоего вещества – гипнотоксина. Когда же человек засыпает, этот «сонный яд» начинает нейтрализовываться и к моменту утреннего пробуждения исчезает из организма почти полностью. Ученые проводили опыты на собаках, которым не давали спать – когда те погибали, в мозгу у них действительно находили изменения, похожие на поражение при отравлении. Более того, если выспавшейся собаке переливали кровь от невыспавшейся, первая собака начинала проявлять признаки сонного поведения и засыпала. Тем не менее, несмотря на титанические попытки выделить «вещество сна», сделать это никому до сих пор не удалось.

Что такое сон?

Итак, что же представляет собой сон человека? Как обычно происходит переход от бодрствования ко сну? Обычно к вечеру человек начинает чувствовать усталость, отмечает снижение энергии, ухудшается умственная деятельность, притупляются эмоции. Это становится сигналом, что настало время отправляться в спальную комнату. Человек ложится на кровать, выключает свет и расслабляется. Через некоторое время осознание им окружающего начинает «меркнуть», появляются грезоподобные ощущения, после чего произвольное сознание «выключается» вплоть до пробуждения утром или ночью.

Если наблюдать за этим человеком с помощью специального прибора – полисомнографа, то исследователь может увидеть, как при переходе от бодрствования ко сну изменяется электрическая картина мозга – на смену быстрым и организованным электрическим потенциалам приходит разрозненная более медленная электрическая активность. В это время можно наблюдать также медленные, плавающие движения глазных яблок. Это первая стадия сна. Она занимает короткий отрезок времени – за ночь обычно 5-10 минут.

На смену первой фазе приходит вторая стадия сна. Ее достаточно легко определить по картине электроэнцефалограммы, так как в это время можно наблюдать специфические феномены: имеющие несколько пиков и впадин комплексы и очень специфические периоды быстрой электрической активности – веретена сна. Вторая стадия занимает обычно самую большую часть времени сна – около 50%.

При дальнейшем углублении сна вторая стадия переходит в 3-ю и 4-ю стадии – так называемый дельта сон. В этом периоде сна на электроэнцефалограмме определяются в большом количестве медленные высокоамплитудные электрические потенциалы. Дельта сон занимает обычно около 20% времени сна и завершает так называемый «медленный сон» - часть сна, которой характерна медленная электрическая активность, несвойственная состоянию бодрствования.

Далее обычно следует быстрый сон, который занимает в целом 20-25% всего сна. Определить быстрый сон только по одной электроэнцефалограмме невозможно. Это связано с тем, что биоэлектрическая картина быстрого сна очень сильно напоминает картину бодрствования. Однако, если понаблюдать за человеком в  состоянии быстрого сна, то становится ясно, что он спит – глаза прикрыты, спящий никак не реагирует на звуки, прикосновения. При этом можно отметить эпизодические подергивания рук или ног и резкие, быстрые движения глазных яблок под неприкрытыми веками. По названию этого феномена данная часть сна и получила название быстрый сон. Если разбудить человека в это время, то чаще всего (около 80% случаев) он расскажет о том, что видел сон – точнее, сновидение. От активных действий во время сновидения (когда во сне человек может бежать, сражаться, кричать и т.д.) организм предохраняется выключением тонуса поперечно-полосатой мускулатуры в этот период.

Стадии сна чередуются в определенном порядке, формируя так называемый цикл сна – сначала проходят четыре стадии медленного сна, завершает цикл быстрый сон. За время ночного сна обычно повторяется 4-6 циклов сна. Продолжительность такого цикла у взрослого человека  составляет 90 минут, у детей – около 60 минут. Абсолютно строго закономерность чередования стадий сна не выдерживается. Периодически во время сна человек может подбуживаться (на некоторое время переходить в более поверхностную стадию сна) из-за резкого звука или почувствовав неудобство или даже проснуться и сходить в туалет, но все равно через какое-то время цикл сна завершается и сменяется новым.

Другой важной закономерностью сна является разное соотношение медленного и быстрого сна в цикле, меняющееся с течением ночи. Профессор Теодор Штекманн пропагандировал тезис о том, что «один час сна до полуночи равен двум часам после». Действительно, в первые часы после засыпания разбудить человека обычно труднее, чем под утро. Это связано с тем, что в первую половину сна преобладает медленный сон, во вторую – быстрый. Именно поэтому мы чаще вспоминаем сновидения, если просыпаемся утром, а не среди ночи. В то же время общий восстанавливающий эффект выше у медленного сна, поэтому, поспав несколько часов в начале ночи, мы можем ощущать себя почти восстановившимися после дневного бодрствования.

Зачем нужен сон?

Предназначение медленного и быстрого сна было выяснено на основе многочисленных опытов, основанных на психических и физических нагрузках или на лишении той или иной части сна. Было показано, что физическая нагрузка, в особенности проводившаяся в вечернее время, приводит к увеличению количества медленного сна, преимущественно самых глубоких его стадий (3-й и 4-й). Применение умственной нагрузки приводит к увеличению количества глубоких стадий медленного сна и ускорению наступления быстрого сна. Биохимические исследования показали, что 80% суточного количества гормона роста (соматотропного гормона) выделяется в период глубокого медленного сна. А при некоторых нарушениях сна, когда количество глубокого медленного сна падает, например, при синдроме обструктивного апноэ сна, у детей отмечается задержка роста и набора веса. Таким образом, считается, что в наибольшей степени медленный сон, в особенности его глубокие стадии, ответственны за физическое восстановление организма человека.

Роль быстрого сна удалось определить в остроумных опытах лишением этой части сна, проводившихся на крысах. Животное помещалось на плавающую в воде платформу, удерживаться на которой она могла лишь активно балансируя. При засыпании и переходе в быстрый сон наступало снижение мышечного тонуса – при этом животное теряло способность удерживаться на платформе, падала в воду и тут же просыпалось. Таким образом удавалось значительно ограничить количество получаемого крысой быстрого сна. Далее проводились опыты по обучению животных пробираться в лабиринте к кормушке. Оказалось, что если наученную таким образом крысу затем лишить быстрого сна, то она забывала путь к вожделенной приманке. Этот опыт явился одним из ярких подтверждений важной роли быстрого сна для запоминания предшествующих событий у млекопитающих.

У людей опыты с лишением быстрого или медленного сна давали неоднозначные результаты, что связано со сложностью высшей нервной деятельности и формирования мотиваций. Чаще всего на фоне лишения быстрого сна испытуемые становились эмоционально неустойчивыми, иногда агрессивными. У некоторых возникали галлюцинации. Обобщая результаты этих опытов, можно утверждать, что быстрый сон необходим для процессов запоминания и сохранения психического здоровья человека. Сновидения, являющиеся спутником этой части сна, отражают глубинную психическую активность и в символической форме могут представлять нашему сознанию информацию о существующих внутрипсихических конфликтных ситуациях.

Почему человек засыпает?

Откуда же объективно берется состояние сна? Почему в середине дня обычный человек совершенно не чувствует тяги ко сну, а ночью, даже на ответственном посту, готов все отдать за сладостные мгновения сна?

Человеческий организм функционирует в двух режимах. Один из них – это хорошо изученное состояние бодрствования. Другой, соответственно, состояние сна. В состоянии сна и бодрствования почти все процессы жизнедеятельности происходят по-разному. Это очень хорошо видно на примере изменения электроэнцефалограммы: электрические процессы в мозге человека существенно отличаются не только при сравнении сна и бодрствования, но даже между различными стадиями сна. Так же разительно может отличается и деятельность других систем организма. Например, дыхание во время сна становится в 2-2,5 раза менее глубоким, чем в состоянии бодрствования, сердечный ритм во сне замедляется, уменьшается секреция гормонов стресса – кортизола, адреналина и вырабатываются гормоны, специфичные для сна – мелатонин, соматотропный гормон. Можно привести и массу других примеров.

Главным фактором инициации сна является изменение взаимодействия двух систем нейронов головного мозга – активирующей и тормозящей. Активирующая система, которая состоит из 8 центров, обеспечивает стимуляцию корковых и подкорковых отделов мозга. Это необходимо для того, чтобы сохранять достаточный уровень сознания, быстро реагировать на меняющиеся обстоятельства, обеспечивать слаженную реакцию внутренних органов на эти изменения, получать и использовать информацию. Если активирующая система повреждается, например при мозговом инсульте, человек погружается в кому. Основными «переносчиками» информацию от активирующих центров к другим отделам мозга являются ацетилхолин, норадреналин, глутамат, гистамин и ряд других субстанций.

Центров, относящихся к синхронизирующей системе мозга, или «центров сна», значительно меньше. Два из них являются главными – они находятся в области переднего мозга и гипоталамуса и содержат универсальное тормозное вещество гамма-аминомасляную кислоту и важный для сна пептид галанин. Человек начинает испытывать сонливость тогда, когда центры сна начинают интенсивно работать и подавляют деятельность активирующих мозговых центров. В дальнейшем включается самоподдерживающийся механизм, когда мозг начинает отключать себя от внешних раздражителей, в то же время заставляя корковые нейроны генерировать электрическую активность, свойственную состоянию сна. После того, как мозг достаточное время проработает в режиме медленного сна, сложное взаимодействие нейронных ядер ствола мозга запускает быстрый сон. Окончание быстрого сна завершает первый цикл сна, после чего вся последовательность стадий сна повторяется.

Исследователи предполагают, что большую роль в процессах инициации сна (медленного сна) играют два дополнительных фактора: накопление в течение дня медиатора аденозина (медиатор усталости) и усиление в вечернее время импульсации от внутренних часов организма (супрахиазменных ядер). Кроме этого на вероятность возникновения сна влияет и накопление «гормона сна» мелатонина, продукция которого начинает возрастать с уменьшением светового потока извне (когда начинает темнеть).

Для того, чтобы объяснить, почему человек каждый день засыпает, например в 0 часов, а не в 11 или 15 часов дня, предложена модель «двух процессов». Согласно ей, по мере бодрствования в организме накапливается некое вещество или комплекс веществ – гипнотоксин (вспомним опыты французских исследователей на невысыпавшихся собаках). На звание гипнотоксина претендует больше десятка субстанций, но ни одно из них еще не проявило однозначного снотворного действия в условиях эксперимента на человеке. Одновременно с увеличением содержания в организме этого гипотетического гипнотоксина к вечеру уровень мозговой активации, зависящий от деятельности внутренних часов, идет на спад. Таким образом открываются «ворота сна», нужно только войти в них. Если человек устранит внешние раздражители, примет расслабленную горизонтальную позу в постели, то, скорее всего, и произойдет запуск сна – центры сна начнут подавлять активирующие центры и наступит засыпание. В течение ночи, когда сон будет продолжаться, гипнотоксин постепенно нейтрализуется, а мозговая активность в соответствии с сигналами от внутренних часов начнет усиливаться. При этом наступит момент, когда «ворота сна» закроются – пробуждение окажется возможным даже от незначительного внутреннего или внешнего раздражителя и сон закончится.

Сколько нужно спать?

Может ли человек не спать совсем? Часто упоминается, что пытка лишением сна была самой страшной из тех, что применялась к человеку, заставляя его за несколько недель утрачивать «человеческий облик» и все рассказывать своим мучителям. В Книге рекордов Гиннеса в 1965 году был зарегистрирован первый (и единственный подтвержденный) рекорд пребывания без сна в течение 264 часов (11 суток), принадлежавший американскому студенту Ренди Гарднеру. Через 4-5 суток отсутствия сна испытуемый стал ощущать слабость, раздражительность, подозрительность, у него периодически случались галлюцинации. После окончания опытов Ренди поспал 14 ч. 40 мин., врачи признали его совершенно здоровым. В дальнейшем представители агентства Гиннеса отказались от регистрации подобного рода рекордов, поскольку они связаны с опасностью для жизни и здоровья. Тем не менее в 1977 году в Великобритании Морин Вестон, участвуя в марафоне кресел-качалок, сумела продержаться без сна в течение 449 часов (18,7 дней).

Ученые, занимающиеся сном, скептически настроены в отношении достоверности подобного рода рекордов. Чтобы доказать, что человек совершенно точно не спал все это врем, необходимо непрерывно регистрировать показатели полисомнограммы. В опытах на добровольцах было показано, что даже после 2-3 ночей без сна периоды «микросна» длительностью 10-30 секунд начинают вторгаться в обычную ЭЭГ бодрствования и чистого эксперимента не получается, ведь суммарно в сутки все равно набирается несколько часов сна. Скорее всего, сон является настолько жизненно необходимой мотивацией организма, что полностью исключить его появление в течение длительного времени просто невозможно.

Сколько же нужно спать человеку, чтобы высыпаться и чувствовать себя хорошо? В настоящее время считается, что потребность во сне закладывается генетически и после достижения человеком совершеннолетия практически не изменяется. Неправильным является утверждение, что пожилые люди меньше нуждаются во сне, чем молодые, просто у них оказывается больше причин спать плохо. Существуют исторические свидетельства о людях, которые спали очень мало и при этом активно работали и даже оказали значительное влияние на ход истории. Так утверждают, что Леонардо да Винчи спал 1,5 часа в сутки, Никола Тесла – 2 часа, Наполеон Бонапарт – 4 часа, Уинстон Черчилль и Томас Эдисон – по 4-6 часов. Проверить эти утверждения не представляется возможным. Учеными было проведено несколько исследований малоспящих людей, которые спали по 3-5 часов. Особенностью их сна было то, что самый глубокий сон – дельта-сон занимал у них не меньше половины времени всего сна, то есть эффективность сна у них была максимальной за счет ограничения времени менее важных стадий сна.

Считается, что для большинства людей «здоровой нормой» является сон в течение 7,5-8,5 часов. Чтобы определить личную, индивидуальную потребность во сне, на время «опытов» необходимо обеспечить себе максимально благоприятные условия и исключить внешние факторы, которые могут исказить картину, - работу, стрессы, неблагоприятные природный и социальный фон. Определять примерную продолжительность собственного сна следует на 2-3 неделе отпуска, «без излишеств», после того как хроническое недосыпание, характерное для многих активно работающих людей, будет компенсировано.

Характерным для современного общества является сознательное ограничение сна в пользу увеличения времени работы или, наоборот, времени отдыха в вечернее и ночное время. Этот эффект называют еще «эффектом Эдисона», отдавая должное знаменитому американскому изобретателю, усовершенствовавшему электрическую лампу накаливания с тем, чтобы выпускать ее в массовых количествах и, фигурально выражаясь, «превратить ночь в день». Точно определить, насколько долго человек может существовать в условиях ограничения сна без последствий для себя, пока не представляется возможным. Тем не менее уже сейчас получен ряд свидетельств о негативном влиянии длительного ограничения времени сна на здоровье.