Детоксикация и восстановление

После того как Хобсон и Маккарли выдвинули свою гипотезу, обнаружилось множество фактов, которые значительно усложнили объяснение сна как явления. Будучи эволюционно очень древним поведенческим состоянием, сон выполняет множество биологических функций. В нем задействованы механизмы, развившиеся в разные периоды и имеющие совершенно разные синергетические преимущества.

Только за последние пять лет стало ясно: одна из важнейших функций сна — детоксикация мозга. Нервная деятельность во время бодрствования генерирует нежелательные молекулярные побочные продукты, такие как белки бета-амилоиды. Их обнаружили в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.

Эксперименты с красителями и радиоактивно-помеченными бета-амилоидами показали: при засыпании значительно расширяется крошечное пространство между клетками. Из-за этого облегчается вывод нежелательных соединений из спинномозговой жидкости, которая связана с системой кровообращения и обеспечивает обмен веществ в центральной нервной системе.

Возможно, отмеченный эффект обусловлен больше положением тела, а не сном как таковым, но человек, как правило, спит лежа, и сон при этом обеспечивает быструю и эффективную очистку мозга от накопившегося за время бодрствования молекулярного мусора. Неудивительно, что короткий сон оказывает мощное восстанавливающее воздействие на внимание, а недосыпание является фактором риска развития болезни Альцгеймера. Как показало исследование 177 французских подростков, сокращение продолжительности сна коррелирует с ухудшением успеваемости и уменьшением объема серого вещества в разных областях коры головного мозга.

Нарушения сна и снотворное

Будучи сложной и жизненно важной биологической функцией, сон подвержен бесчисленным физиологическим и психологическим нарушениям. Основные патологии, прямо или косвенно связанные со сном, — ночное апноэ, синдром Веста[88], эпилепсия, ночные страхи, сомнамбулизм, синдром беспокойных ног, нарколепсия, катаплексия и повторяющиеся ночные кошмары, характерные для посттравматического стрессового расстройства (их мы рассмотрим ниже).

Сомнамбулизм и ночные страхи возникают во время медленного сна в начале ночи, а хорошо оформленные ночные кошмары с высоким уровнем тревожности, характерные для быстрого сна, появляются во второй ее половине. Нарушения обеих фаз сна связаны с тревогой, депрессией и психозом. У пациентов с неврологическими нарушениями (похожими на те, что были у кошек Мишеля Жуве) в фазе быстрого сна может развиться двигательное расстройство — явное проигрывание сновидений.

Наступлению сна препятствует ряд присутствующих в организме веществ, например орексинов, вырабатываемых мозгом. Их недостаток вызывает нарколепсию — нервное заболевание, для которого характерны чрезмерная сонливость, внезапное наступление быстрого сна и частая резкая потеря мышечного тонуса (катаплексия).

Подавляющие сон вещества, среди которых кофеин, получают из растений либо синтезируют в лаборатории. Вещества, напротив, вызывающие сонливость, вырабатываются самим организмом (аденозин, мелатонин и лептин) или производятся искусственно: алкоголь[89], барбитураты[90] и другие сильнодействующие препараты. Их применение может вызывать снижение качества сна. Это проявляется скорее во временном искусственном отключении мозга, чем в наступлении естественного периода покоя и санации памяти.

Сон состоит из разных физиологических состояний со специфическими показателями нейромедиаторов, и неудивительно, что указанные вещества, их аналоги и даже их биохимические предшественники (сырье, используемое для их производства) на него влияют. Людей с болезнью Паркинсона, у которых низка выработка дофамина, обычно лечат L-дофой — ее молекулы являются основой для синтеза дофамина. Такое лечение может вызвать яркие сны, которые пациенты описывают как настоящие галлюцинации.

Сон и спорт

Одна из областей, где наиболее активно применяется наука о сне, — спорт высших достижений. Интенсивная физическая нагрузка влечет обезвоживание, повреждение мышечных волокон и истощение биохимических источников энергии, таких как гликоген. Важно адекватно восстанавливать клетки и ткани с помощью сна, если спортсмен хочет сохранить силу, точность, выносливость и скорость.

В среднем у 18-летнего спортсмена скорость реакции на раздражители значительно выше, чем у 40-летнего, но различие нивелируется, если младшего лишить сна, а старшему дать как следует выспаться. Недостаток сна негативно влияет на выработку тестостерона, который увеличивает мышечную массу, причем как у мужчин, так и у женщин, и вырабатывается в основном во время сна.

Тренеры об этом знают, и поэтому в спорте высших достижений почти всегда используют специальные режимы сна как в рамках подготовки к соревнованиям, так и после них — для сокращения времени реакции, улучшения координации движений и пополнения метаболитов.

Нуно Кобра, тренер трехкратного чемпиона мира по автомобильным гонкам Формулы-1 Айртона Сенны[91], объяснял его выдающиеся результаты строгим режимом раннего отхода ко сну. В американском футболе стал обычен дневной сон, и такие звезды, как Том Брэди[92], прекращают какие бы то ни было занятия в 9 часов вечера, чтобы поспать 9 часов подряд.

Нейрогенез и регуляция гормонов

Одна из первых функций сна связана с его вкладом в созревание нейронов. У людей оно продолжается до начала подросткового возраста и локализуется, например, в зубчатой извилине — области, через которую в гиппокамп поступает информация от разных органов чувств. Лишение сна влечет воспаление нервов и снижение нейрогенеза в зубчатой извилине; и то, и другое связано с депрессией.

Другая важная роль сна — контроль уровня некоторых наиболее важных регуляторов метаболизма: гормона роста[93], необходимого для деления и развития клеток, и кортизола, отвечающего за реакцию на стресс. В первую половину ночи, в основном заполненную медленным сном, уровень гормона роста достигает пика, а уровень кортизола самый низкий.

Во второй половине, которая преимущественно проходит в фазе быстрого сна, гормональный профиль меняется на противоположный: выделение гормона роста прекращается, а содержание кортизола повышается, достигая пика в начале бодрствования. В нормальных условиях уровень кортизола остается низким до конца дня, но стрессовые ситуации могут повысить его в любой момент. Одно из многочисленных последствий такого повышения — ослабление синапсов в гиппокампе. А это вредит обучению и ранее приобретенным воспоминаниям.

Кроме того, сон тесно связан с аппетитом. У людей, которые мало спят, наблюдается гормональный дисбаланс — повышение грелина и снижение лептина. Это влечет повышенное потребление пищи и риск ожирения. Хроническое недосыпание вызывает разрушительное сочетание метаболических, гормональных, эмоциональных и когнитивных нарушений и является фактором риска разнообразных заболеваний — от головных болей до психоза, нарушения мозгового кровообращения, рассеянного склероза, эпилепсии, сомнамбулизма, болезни Альцгеймера.

Микрофлора, сон и настроение

Если сон подвержен значительным изменениям под воздействием химических веществ, то неудивительно, что на него влияют бактерии, вирусы, дрожжи и простейшие, образующие нашу микрофлору. Открытие этой связи датируется 1907 годом. Французские психофизиологи Рене Лежандр и Анри Пьерон провели новаторские эксперименты по переливанию спинномозговой жидкости собакам.

Одну из них — донора — предварительно лишали сна на срок до 10 дней; животное-реципиент депривации сна не подвергалось, но впадало в глубокий сон примерно через час после переливания. Лежандр и Пьерон сочли полученные результаты свидетельством накопления в бодрствующем мозге вещества, вызывающего сонливость.