CC BY
1381
СОН КАК ПРЕДМЕТ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ © И.М. Воронин, Е.В. Бирюкова, С.А. Поночевная
Сон - одна из самых сложных, скрытых и малоисследованных сторон жизни животных вообще и человека в частности. С давних времен сон был окружен ореолом таинственности, мифами, легендами и философскими рассуждениями. Всего лишь начало XX века, когда Н. Berger (1928) впервые зарегистрировал электроэнцефалограмму (ЭЭГ) человека во время сна и бодрствования, можно считать точкой отсчета научного изучения сна. Год спустя von Economo описал как отдельное заболевание поствирусное нарушение сна. Но лишь в 50-60-х годах применение полисомногра-фии и открытие отдельных стадий сна стало мощным импульсом к интенсивному и быстрому развитию науки о сне - сомнологнн.
Сон является неотъемлемой частью нормальной жизнедеятельности. Сейчас нет сомнений в том, что от его качества во многом зависит не только деятельность организма во время бодрствования, но и продолжительность жизни. К примеру, крысы, которых полностью лишали сна, погибали через 11 суток. В 60-х годах прошлого века впервые была показана закономерность между продолжительностью сна и смертностью у людей. Повышенная смертность от рака, сердечнососудистых заболеваний и суицидов наблюдалась в равной мере у коротко- и долгоспящих, что свидетельствовало о влиянии сна как на физическое, так и на психическое здоровье человека. Многочисленные медицинские исследования показали непосредственное влияние болезней, связанных со сном, на развитие сер-дечно-сосудистых, неврологических и психических заболеваний, снижение качества жизни и повышенную смертность у данной категории пациентов.
Для объективного изучения сна и его нарушений сейчас используется полисомнографня - метод, заключающийся в одновременной регистрации ЭЭГ, элек-троокулограммы, электромиограммы, электрокардиограммы, двигательной активности (общей и в конечностях), дыхательных движений грудной клетки и брюшной стенки, оро-назального потока, уровня сатурации кислорода в крови, выраженности храпа и некоторых других показателей. На основании анализа этих параметров строится гипнограмма, отражающая динамику стадий сна в течение периода ночного мониторинга.
В настоящее время установлено, что сон человека представляет собой циклический, неоднородный, по сути, и сложно организованный процесс. Он состоит из двух качественно различных состоянии - фазы медленного сна, называемого в англоязычной литературе NREM сном (от non rapid eye movement - сон без быстрых движений глаз), и фазы быстрого сна, именуемой REM сном (rapid eye movement - сон с быстрыми движениями глаз). В свою очередь NREM сон подразделяют на четыре стадии. Каждая из них отличается оп-
ределенными характеристиками ЭЭГ, многраммы, электрокардиограммы и разной динамикой физиологических показателей. Так, в NRF.M сне от стадии к стадии наблюдается прогрессирующее снижение частоты сердечных сокращений, системного артериального давления, периферического сосудистого сопротивления, давления в легочной артерии, дыхательного объема, инспираторного потока, минутной вентиляции легких и увеличение рефрактерности проводящей системы сердца.
REM сон, сменяющий медленный сон, характеризуется еще большим понижением мышечного тонуса, симпатической активацией, эпизодами брадикардии и тахикардии, гипо- и гипертонии, соответствующие, как правило, тоническим и фазическим составляющим REM сна, конкретными психическими переживаниями в виде сновидений. Все это делает REM сон также весьма неоднородным и нестабильным состоянием. По данным некоторых исследований, именно в эту фазу сна наиболее высока вероятность сердечно-сосудистых катастроф у больных людей.
На протяжении ночи циклическая смена NREM и REM сна прослеживается около 5 раз, но во многом определяется индивидуальными особенностями, которые на сегодняшний момент изучены недостаточно.
Более того, даже сейчас во многом остаются неясными глобальные проблемы - механизмы наступления, назначение сна в целом и каждой из его фаз в отдельности.
На сегодняшний момент предложено более 30 теорий функционального предназначения сна. А. Вейн и К. Хехт (1989) сводят их к трем основным типам: ком-пенсаторно-восстановительным, информационным и психодинамическим [1].
Согласно восстановительной теории, во сне происходит накопление потраченных во время бодрствования веществ и энергии [2, 3]. Особенная роль при этом отводится NREM сну, увеличение продолжительности которого следует за физическим или умственным напряжением во время бодрствования [4], а его длительность прямо пропорциональна длительности предшествующего бодрствования [5]. При этом наиболее распространена точка зрения о необходимости сна для восстановления активности центральной нервной системы [1,6].
Информационные теории сна основаны на взаимосвязи параметров сна с обучением [7-9]. По данным П. Латаша и Г. Манова (1975), NREM сон особенно важен для процессов памяти и фиксации заученного материала [10]. Некоторые авторы считают, что во время REM сна происходит упорядочивание посгупае-мой информации, и усиливаются процессы, ведущие к консолидации следов памяти [11]. Другие предполага-
ют, что во время быстрого сна происходит так называемое «негативное обучение», в ходе которого забывается ненужная информация [12].
В психо-динамическнх теориях ведущая роль отводится REM сну. Эту стадию связывают с обучением [13, И], с консолидацией информации [15], переносом краткосрочной памяти в долгосрочную [16] и с завершением обработки информации на более высоком уровне, которая была начата в медленном сне [17, 18]. М. Jouvet (1980, 1990) считает, что REM сон является каналом реализации генетически запрограммированных личностных особенностей и представляет третье состояние сознания [19, 20]. Имеются указания на преимущественное значение NREM сна в организации вербального обучения [17, 21].
В продолжение обсуждения роли отдельных фаз сна, следует отметить, что периодическая смена стадий сна предполагает постоянную смену функциональных состояний центральной нервной системы, необходимую ему для нормального функционирования [22]. Поэтому REM сну приписывается функция периодической активации мозга в течение сна, что предотвращает нежелательные изменения в функции и структуре нервных клеток, которые могли бы развиться в результате их бездеятельного состояния [23], а также функция поддержания сна в течение длительного времени [24, 25]. И. Карманова (1977) выдвинула гипотезу о роли RF.M сна в предотвращении чрезмерного углубления медленного сна. Согласно этой теории, быстрый сон можно рассматривать как своеобразный клапан, предохраняющий головной мозг человека от наступающего во время NREM сна недостатка кислорода и избытка двуокиси углерода [26]. Полагают также, что быстрый сон усиливает чувствительность и реактивность организма к событиям внешнего мира, что обеспечивает его безопасность [27]. Некоторые авторы считают, что функцией REM сна является выработка химического вещества, необходимого для оптимального развития NREM сна [28], или с репаративными процессами в головном мозге [29].
Выше отмечалось, что большинство исследователей отводят медленному сну восстановительную роль [30-33], особенно важную при стрессе [4]. Физиологическую роль имеет не только NREM сон в целом, но и его отдельные стадии. Поверхностные стадии рассматривают как переходный и подготовительный этап к обездвиживанию и переводу организма на сниженный уровень потребления энергии [34]. Вторая стадия отражает неполноту процесса ослабления нервно-психического напряжения и снижения энергетических затрат. Высказано предположение о том, что сонные веретена во время второй стадии NREM сна предохраняют сон путем подавления аксомоторной и моторной возбудимости [35]. Стадии глубокого медленного сна отражают процесс допустимо низкого уровня затрат энергии организмом.
Из всего сказанного выше следует тесная связь физиологии сна с физиологией высшей нервной деятельности, психологией, психофизиологией и педагогикой.
Наступление сна рассматривается сейчас как результат возбуждения специальных центров нервной системы на фоне общего торможения коры больших полушарий с ближайшей подкоркой. В экспериментах было показано, что сон и бодрствование определяются
активацией специфических центров головного мозга. Так, в конце 30-х годов прошлого века Bremer обнаружил, что ЭЭГ кошки с перерезкой, отделяющей спинной мозг от головного, после восстановления от операционного шока демонстрирует циклические чередования, характерные для сна и бодрствования. Сейчас считается, что одним из центров, регулирующих наступление сна и бодрствования, являегся ретикулярная формация, которая расположена в стволе мозга. Нейроны холинергнческих ядер ретикулярной формации, расположенные на уровне мосто-среднемозгового сочленения ядер, имеют высокий уровень активности во время бодрствования и REM сна, но инактивированны во время медленного сна.
В основе указанных физиологических изменений лежат нейрохимические реакции, которым посвящено значительное число научных работ. Ключевыми веществами, регулирующими сон, являются серотонин, ацетилхолин и норадренапин. Частичная бессонница может быть вызвана подавлением синтеза серотонина некоторыми химическими агентами, а введением предшественника серотонина ее можно устранить. Разрушение голубого пятна головного мозга приводит к полному исчезновению REM сна, но не влияет на медленный сон. Все это позволяет предположить, что серотонин приводит к торможению структур, ответственных за бодрствование. В регуляции процессов сна и бодрствования принимают участие и другие эргиче-ские системы головного мозга, медиаторы и гормоны. Это относится к аденозину, дофамину, гистамину, мелатонину, глутамату, пролактину, кортизолу, орекси-ну, опиоидам, катехоламинам, соматотропному, фолликулостимулирующему лютеинизизующему, тирео-тропному и адренокотикотропному гормонам [36].
В то же время серотонин, норадренапин и дофамин играют важнейшую роль в различных психофизиологических процессах, патогенезе депрессии и астении. С позиций интегральной индивидуальности человека вследствие соматического, физиологического и психического единства организма человека весьма перспективно изучение сна как индивидуально типологической категории.
В связи с этим не только научную, но и практическую ценность может иметь изучение взаимосвязи конституционального типа, высшей нервной деятельности, эмоциональной, когнитивной сфер и организации сна.
Сейчас на кафедре эту проблему разрабатывает С.А. Поночевная. На рис. 1-3 представлены зависимость структуры сна от пола, функциональной межпо-лушарной асимметрии, уровней экстра- и интроверсии.
Мы полагаем, что в основе обнаруженных отличий в архитектуре сна в обследованных группах лежат индивидуальные особенности биохимии мозга. Выяснение закономерностей наступления сна. его отдельных стадий сна, а также биоритмический механизм их чередования у различных людей в зависимости от физического, психического и пищевого поведения может помочь ответить на некоторые вопросы физиологии и патологии сна.
Несмотря на то, что естественная динамика физиологических показателей в различные стадии сна у здоровых лиц различного пола и возраста изучена достаточно полно, но проблема индивидуальной нормы, а
И
также реакции людей на различного рода воздействия в зависимости от их индивидуально-типологических особенностей до настоящего времени изучены мало.
Рис. 4. Динамика нормализованных показателей вариабельности сердечного ритма в различные стадии сна
стадия
1
стадия стадия 2 3
стадия
4
РЕМ
□ юноши Відевуїіми
Рис. I. Структура сна у здоровых юношей и девушек. РЕМ -REM сон; cl + с2 - продолжительность 1 и 2 стадий NRF.M сна (поверхностный сон); сЗ + с4 - продолжительность 3 и 4 стадий NRHM сна (глубокий сон); * - достоверные различия р < 0,05
X 1 X 250
X 2 а 200
л § 150
І с 100
о Я 50
5 0
ш
1
т
□ экстравер
□ интровер
/ /г f / & / / <f сг о <r
Рис. 2. Структура сна у экстра- и ннтровертов. РЕМ - КЕМ сон; с! + с2 - продолжительность I и 2 стадий ЫИЕМ сна (поверхностный сон); сЗ + с4 - продолжительность 3 и 4 стадий ЫЯЕМ сна (глубокий сон); * - достоверные различия р < 0,05
□ лево ■ право
Рис. 3. Структура сна при право- и левополушарной функциональной асимметрии. РЕМ - КЕМ сон; с! + с2 - продолжительность I и 2 стадий ЫКЕМ сна (поверхностный сон); сЗ + с4 - продолжительность 3 и 4 стадий ЫКНМ сна (глубокий сон); * - достоверные различия р < 0,05
На нашей кафедре начато изучение закономерностей динамики сердечного ритма и его вариабельности (Е.В. Бирюкова) и системной гемодинамики (Е. Рудакова) во время сна у здоровых юношей и девушек в зависимости от пола, соматотипа и психофизиологического статуса. В перспективе планируется исследование феномена кардиореспнраторного сопряжения и динамики артериального давления во время сна.
Полученные в работе Е.В. Бирюковой данные свидетельствуют о том, что по мере углубления медленного сна у здоровых обследуемых молодого возраста наблюдается снижение низкочастотной (LF) и рост высокочастотной (HF) составляющей спектра сердечного ритма (рис. 4), что свидетельствует о росте симпатических и уменьшении парасимпатических влияний на сердечный ритм. Во вторую стадию NREM сна и, особенно, в REM сон отмечается противоположная вегетативная динамика. Мы полагаем, что причинами данных сдвигов являются различная нейрохимия центральной нервной системы в отдельные стадии сна, а также изменения механики дыхания.
Традиционными экспериментальными моделями изучения сна являются его депривация (лишение), физическая нагрузка, некоторые химические вещества и сенсорные притоки.
Наибольшее число публикаций посвящено изучению влияния депривации сна на психофизиологические показатели. Есть данные, что при длительной депривации наблюдаются расстройства сна, поведения, психических процессов, аффективной сферы, неврологическая симптоматика, появление галлюцинаций [37], ухудшается запоминание материала, значимого для личности, угрожающего самооценке и самовосприятию [38], снижается устойчивость к стрессу [39], меняется характер психической защиты [40]. В то же время, динамика кардиоваскулярных и респираторных параметров на фоне депривации сна изучена мало, несмотря на то, что практическая значимость этой проблемы как экспериментальной модели при профессиональной отборе, например, для сменной работы, очевидна.
Е.В. Бирюкова и С.А. Поночевная в качестве экспериментального воздействия применяют 36-часовую депривацию сна и физическую нагрузку перед сном, что моделирует сменную работу. Тема этих работ нова и интересна.
Важно отметить, что изучение индивидуальных реакций организма на фоне сменной работы, длительных путешествий с переменой часовых поясов, просто сезонных изменений или циркадных - еще одна сторона физиологии сна, тесно пересекающаяся с хронобиологией человека и физиологией трудовой деятельности.
В последнее время наши биологические ритмы страдают из-за того, что труд становится все напряженнее, отдых короче, а жизнь вокруг все шумнее. Генетически запрограммированные ритмы физиологических функций нарушаются, и постепенно ухудшается самочувствие, снижаются творческие и физические силы, формируются болезни. Каждый год весной и осенью мы становимся заложниками перехода на летнее и зимнее время, что уменьшает расход электроэнергии, но ломает сложившиеся биоритмы и наносит непоправимый вред здоровью. Вспомним, наконец, Чернобыль, - авария случилась в час ночи из-за многочисленных ошибок операторов, связанных с работой в ночное время.
В контексте данной проблемы на нашей кафедре планируется изучение влияния сменной работы на структуру сна, развитие заболеваний, психофизиологические и кардиоваскулярные показатели, а также разработка способов коррекции патологических изменений. Решение этой задачи позволит улучшить профессиональный отбор и минимизировать негативные последствия при данном виде деятельности.
Таким образом, физиология сна представляет собой новую междисциплинарную науку, актуальность научных и практических аспектов которой для биологических наук не вызывают сомнений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вейн А.М., Хехт К. Сон человека. Физиология и патология. М.: Медицина, 1989.
2. Shapiro С.М. Energy expenditure and restorative sleep // Biol. Psychol. 1982. V. 15. P. 229.
3. Shapiro C.M.. Flanigan M.J. Function of sleep // Brit. Med. J. 1993. V. 306. P. 383.
4. Вейн A.M., Власов НА.. Дагчакян ИГ. и dp. Адаптивная роль дельта-сна // Физиология человека. 1985. Т. 2. С. 252-257.
5. Borbelv А. A two process model of sleep regulation // Human Neuro-biol. 1982. V. I. P. 195-204.
6. Moruzzi G. The functional significance of sleep with particular regard to the brain mcchanismcs underlying consciousness. Brain and con-scoius experience / Ed J. Eccles. N. Y.: Springer Fcrlag, 1966. P. 345.
7. Luceko M. Lengthening of REM sleep duration consecutivc to learning in the rat // Brain Res. 1970. V. 20. P. 319-322.
8. Fishbein IK. Ciutvcin B.M. Paradoxical sleep and memory storage processes // Behav Biol. 1967. V. 19. P. 425-464.
9. Fishbein W., Kastaniotis C.. Chat I man D. Paradoxical sleep: prolonged augmentation following learning II Brain Res. 1974. V. 79. P. 61-75.
10. Jlamaiu Л.П., Манов FA. Связь дельта-сна и физического компонента «быстрого сна» с сохранением и воспроизведением заученного перед сном рабочего материала // Физиология человека. 1975. Т. 2. С. 262.
11. Page! J.. Pegram У., Vangh S. et.al. The relationship of REM sleep with learning and memory in mice // Behav Biol. 1973. V. 9. P. 383-388.
12. Crick F., Mitchcson G. The function of dream sleep // Nature. 1983. V. 304. P. 111-114.
13. Dnvan EM. The programming (P) hypothesis for REMS // Phys Sci Res Papers. Bedford Mass: Aerospace Research l.ab. 1969. V. 388. P. 85.
14. McCralh M.J.. Cohen D.B. REM sleep facilitation of adaptive waking behavior: a review of the literature /' Psychol Bull. 1978. V. 85. P. 24.
15. Cautela J.. Baron M.G. Pavlovian theory of dreaming H Pavlovjan J. 1974. V. 9. P. 104.
16. Greenberg /?.. Pillard R.. Pearlman Ch. The effect of dream (Stage REM) deprivation on adaption to stress // Psychosom Med. 1972. V. 34. P. 257-262.
17. JIamaui Л.П. О функциональном назначении сна // Физиология и патология сна человека: Тез. науч.-прак. конф. М., 1975. С. 34.
18. Kulcsar 7L Л paradox alvas funkcioja a periodusok idoi poziciojanak idoipozicijnak fuggvenyeben // Magy pszichol Szemle. 1980. V. 37. P. 221.
19. Jouvet M. Paradixical sleep and the naturcnurturc controversy // Progr Brain Res. 1980. V. 53. P. 331.
20. Jouvet M. Explore Г empire des reves // Sci ct avcnir. 1990. V. 516. P. 24.
21. Ekstrand B.R. Effcct of sleep on memory // J. Exptl Psychol. 1967. V. 75. P. 64.
22. Ковров Г.В.. Посохов С И. Интегративный механизм организации сна И Актуальные вопросы сомнологии: Тез. докл. 2-й Всерос. конф. М.. 2000. С. 49.
23. Jouvet М. Ncurophysiology of the states of sleep // Physiol Rev. 1967. V. 47. P. 117.
24. Ephron U.S.. Carrington P. Rapid eye movement sleep and cortical homeostasis// Psychol Rev. 1966. V. 73. P. 500.
25. Dement W.C. The biological role of REM sleep // Sleep Physiology and Pathology. Philadelphia: Lippincott. 1969. P. 245.
26. Карманова H.F. Эволюция сна. Л.: Паука, 1977. 174 с.
27. Physiological basis of the alpha-rhythm / Andersen P.. Andersen S. A. (cds.). N. Y.: Appleton, 1968.
28. Feinberg /., Floyd T.C. Sleep cycles: much more than merely sleep-dependent // Sleep Bull. 1978. P. 197.
29. Демин И.П., Когап А.Б.. Моисеева НИ. Нейрофизиология и нейрохимия сна. J1.: Наука. 1978. 251 с.
30. Keyser С.. Hildwein G. Le rhythme circadicn de la consummation d oxygen et dc I activitc locomotrice du rat // Arch Sci Physiol. 1974. V. 28. P. 81.
31. Toutain P.L.. Toutain C., Webster A.J.F . McDonald J.D. Sleep and activity, age and fatness and the energy expenditure of confined sheep // Brit J. Nutr. 1977. V. 38. P. 445.
32. Walker J.М.. Garber A.. Berger R.G.. Heller H.C. Sleep and estivation (shallow torpor): continuous processes of energy conservation // Science. 1979. V. 204. P. 1098.
33. Horne J.A. Hail slow wave sleep: goodbye REM // Bull Brit. Psychol Soc. 1976. V. 29. P. 74.
34. Богословский M.M. Современные представления о природе и функциях сна // Журнал высшей нервной деятельности. 1998. Т. 48. С. 161-172.
35. Jamadori A. Role of spindles in the onset of sleep // Kobe J. Med. Sci. 1971. V. 17. P. 97.
36. Wauquier A.. Gallaird J.M.. Monti J.M.. Radulovacki M. Sleep: ncu-rotransmitters and ncuromodulators. N. Y.: Raven Press, 1985.
37. Dement W. The effect of dream deprivation I/ Science. I960. V. 131. P. 1705-1707.
38. Grieser C.. Greenberg R.. Harrison R. The adaptive function of sleep: The differential effects of sleep and dreaming on recall // J. Abnorm Psychol. 1972. V. 80. P. 280-286.
39. Greenberg R.. Pillard R.. Pearlman Ch. The effect of dream (stage REM) deprivation on adaption to stress // Psychosom Med. 1972. V. 34. P. 257-262.
40. Greenberg R.. Pearlman C. Cutting The REM nerve: an approach to the adaptive role of REM sleep // Pcrspcct Biol. Med. 1974. V. 17. P. 513-521.
