Доповідь
Сон: його сутність та функції
У людей і тварин сон і неспання ритмічно змінюють один одного. Про те, наскільки сон необхідний для життєдіяльності організму, можна судити хоча б з того, що повне позбавлення сну люди і тварини переносять набагато важче, ніж голодування, і дуже швидко гинуть. Був поставлений спеціальний досвід: одних собак повністю позбавили сну, а інших - їжі. Перші загинули на 5-ий день, а другі були живі і після двадцяти п'яти денного голодування. Про неодолімой силі сну складено багато прислів'їв, а в одній з російських загадок про сон говориться: "І рать, і воєводу в один мах перевалял". Що ж таке сон? Від чого він виникає, чому така велика потреба в ньому? Відповісти на це запитання намагалися не раз. На початку нашого століття французькі дослідники Р. Лежандр і А. Пьерон поставили досліди, з яких зробили висновок: причина сну - накопичення в крові протягом дня гіпнотоксіна, або "отрути сну". Швейцарський фізіолог В. Гесс у 1931 році висунув припущення про те, що існує особливий "центр сну", так як в його дослідах роздратування певних ділянок мозку викликало сон. Але дуже багато спостереження суперечили цим теоріям. Так, наприклад, зрощені близнюки, організми яких мали загальним кровотоком, могли спати в різний час. У сучасній науці найбільш широке визнання отримало вчення про сон, розроблене І.П. Павловим і його послідовниками. Експерименти показали, що і потреба в сні, і її фізіологія визначаються насамперед вищим відділом нервової системи - корою великих півкуль головного мозку, яка "тримає у своєму віданні всі процеси, що відбуваються в тілі". Нервові клітини, які складають кору великих півкуль головного мозку, мають порівняно з усіма іншими клітинами і органами тіла самої високою здатністю відповідати на найменші подразнення. Поступаючи через органи чуття в мозок із зовнішнього і внутрішнього середовища організму, ці роздратування збуджують діяльність коркових клітин, і вони посилають імпульси-розпорядження до виконавчих органів нашого тіла (м'язам, залозам і т.д.). Однак це найважливіше біологічна властивість клітин мозку - висока реактивність - має і зворотний бік: коркові клітини надзвичайно крихкі і швидко втомлюються. І тут як засіб самозахисту, оберігає ці ніжні клітини від виснаження і руйнування, виступає інший нервовий процес - гальмування, що затримує їх діяльність. Гальмування, так само як і протилежний нервовий процес - збудження не стоїть на місці: виникаючи в якій-небудь ділянці кори великих півкуль, воно може переходити на сусідні. А якщо йому не буде протистояти збудження в інших частинах кори, то гальмування може поширитися по всій її масі і навіть опуститися на розташовані нижче відділи мозку. Така розгадка внутрішнього механізму сну
Сон - це розлилося гальмування, що охопило всю кору великих півкуль, а при глибокому сні - спустити і на деякі нижележащие відділи мозку. Зрозумілі і причини сну. Сон виникає в умовах, сприятливих для перемоги гальмування над збудженням. Так, як снодійне діють і довго, ритмічно повторювані слабкі та помірні роздратування - цокання годинника, перестук коліс поїзда, тихий шум вітру, монотонна мова, неголосне одноманітне спів, - і повна відсутність подразнень в навколишньому середовищі, наприклад припинення шуму, виключення світла і т. п. Все, що знижує працездатність нервових клітин мозку, - стомлення, виснаження, перенесене важке захворювання - підвищує потребу у сні, збільшує сонливість. Поспостерігайте за собою, і ви переконаєтеся, що в результаті подразнень, що падають на мозок протягом дня, до вечора розвивається стомлення, а з ним і бажання спати - сигнал про наполегливому бажанні організму у відпочинку. Вивчення гальмування показало, що воно не просто перешкоджає подальшій роботі нервових клітин. Під час цього зовні пасивного стану (саме тільки зовнішнє, бо в цей самий час всередині клітини відбуваються активні процеси обміну речовин) клітини мозку відновлюють нормальний склад, набирають сили для подальшої активної роботи. У сні, коли загальмована переважна маса мозку, створюються найбільш сприятливі умови не тільки для відновлення працездатності нервових клітин мозку, найбільше потребують такої перепочинку, але і для відпочинку всього організму. При спокійному сні тіло сплячого нерухомо, очі закриті, м'язи розслаблені, подих загальмовано, контакт з навколишнім відсутній, але у всіх частинах, органах і системах організму в цей час відбуваються активні, життєво важливі процеси, що сприяють його самовідновлення. Багато хто з жалем говорять, що на сон доводиться витрачати, близько третини життя. Але це марна засмучення. Адже тільки завдяки сну ми можемо кожен день з новими силами успішно працювати і активно відпочивати - читати, грати в рухливі ігри, займатися спортом, відвідувати театри і т.п. Частина мозку, керуюча сном, називається ретикулярної формацією центрального ядра мозкового стовбура. Нейрони в цій частині головного мозку утворюють мережі з'єднань по всій центральній нервовій системі. У цій частині мозку домінують три типи нейронів. Вони виділяють нейротрасміттери норадренолін, допамін і серотонін. Вважається, що серотонін здатний виробляти в мозку зміни, що викликають сон. Інші викликають сон речовини виявлено в крові, сечі, цереброспінальної рідини і мозкової тканини. До них відносяться DSIP, пептид, що викликає дельта-хвильової сон, і "речовина S", яке може викликати повільний сон. Взаємодія між цими речовинами ще не зрозуміло. У мозку взаємодіють дві системи: система, що викликає сон, і система пробудження. Друга може брати гору над першою
Згідно з деякими визначеннями, сон - це складний комплекс фізіологічних і психофізіологічних процесів в організмі, особлива активність мозку; згідно зі спрощеною поведінкової дефініції, сон є поновлюване стан перцептуальной блокування і відсутність реакції на навколишнє середовище [27]. Під час сну виявляються два різних стани - повільний сон (non-rapid, NREM, без швидких рухів очей) і швидкий (REM, з швидкими рухами очей) сон, що відрізняються один від одного не тільки за вказаною ознакою, а й за характером ЕЕГ, а також по асоційованої зі сном динаміці різних фізіологічних і психофізіологічних функцій. Комплекс, що включає в себе повільний і швидкий сон, називається циклом сну. Протягом нічного сну відзначається кілька таких циклів.
Біологічне значення сну пов'язано з адаптацією до зміни освітленості (день-ніч). Організм здатний заздалегідь пристосуватися до майбутнього зміні зовнішнього світу. Сон є найважливіший механізм адаптації організму, його здатності адекватно відповідати на різні ендо-і екзогенні стимули шляхом перебудови біоритмів, що й обумовлює здоров'я людини. Розлади сну вносять свій внесок у погіршення стану фізичного і психічного здоров'я, в розвиток серцево-судинної патології, розладів дихання (наприклад, апное і гіпопное уві сні) які, у свою чергу, викликають порушення регуляції системи кровообігу і власне сну [40, 55] . Встановлено, що при адаптації до нових умов, спостерігається зміна структури сну. Вважають, що REM сон у складних ситуаціях потрібен для знаходження нових шляхів взаємодії організму з цією ситуацією. Можливо, також, що адаптація до нової ситуації відбувається під час неспання, а закріплення шляхів вирішення пошукової завдання - у швидкій фазі сну за рахунок блокування вхідної інформації [18].
Сон сприяє переробки і запам'ятовування інформації. У сні полегшується мобілізація механізмів пам'яті, оскільки знижена зовнішня інформаційна навантаження, викликана шумовими перешкодами та іншими факторами. Під час швидкого (парадоксального) сну з пам'яті виключається другорядна інформація. Швидкий сон і сновидіння необхідні для адаптації до інформаційно значимої інформації. Швидка фаза сну сприяє також покращенню мнестичних процесів. Крім того, показано, що сон (коли свідомість не контролює інтелект), є необхідною умовою включення інтуїції [9]. Під час сну у поетів, композиторів, вчених можуть активуватися творчі процеси, результати яких відбиваються у сновидіннях. Слід підкреслити, що подразники, що діють у сні, своєрідно відбиваються у змісті сновидінь. Чим сильніше і більш значуща для людини внутрішній або зовнішній подразник, тим менш виразне або менш емоційне буде зміст сновидіння, і навпаки. Слабкі подразники, такі як давно забуті враження, нейтральні залишки вражень, слабкі зовнішні подразники під час сну представлені в сновидіннях дуже вражаючими картинами, а сильні враження попереднього дня або сильні зовнішні подразники часто взагалі не представлені в сновидіннях [1].
В даний час розробляється уявлення, згідно з яким вища координація вісцеральних функцій здійснюється під час сну з залученням до цього процесу коркового рівня [15]. У дитини одночасно з циклічною організацією сну формуються механізми ауторегуляції мозкового кровотоку, спрямовані на підтримку циркуляторного гомеостазу мозку в цілому, так і на адекватне його кровопостачання в період посилення функціональної активності під час парадоксальної фази сну. Крім того, з розвитком циклічної організації сну тісно пов'язане формування в дитини терморегуляції і центральних механізмів регуляції серцевого ритму і ритму зовнішнього дихання [5].
Багатьма сомнологи отримані експериментальні та клінічні дані на користь захисної / відновлювальної функції сну [7, 11, 30, 36, 51], гіпотезу про яку на підставі своїх досліджень висловив ще в 60-70 роках минулого століття класик сомнології I. Oswald [49] . Сон, будучи вираженням внутрішньої інстинктивної потреби, знижує добові енергетичні витрати організму, нав'язуючи йому відпочинок.
Під час сну відбувається компенсація виникають у період неспання неузгодженостей пізнавальних, мнестичних, емоційних та інших психічних процесів [8]. Автори вважають, що сегменти стадій сну є важливими елементами, що відбивають функціональні можливості сну і мозку в цілому. Внутрішня організація сну визначається тим, що мозку необхідно відтворити загублені, налагоджувати існуючі та створювати різні варіанти в системі міжнейрональних взаємодії, зміненої в період попереднього неспання. Призначення сну як налагоджує механізму, в якому відпрацьовуються узгодження міжнейрональних і міжсистемної взаємодії, спрямоване на наведення порядку в діяльності мозку. Перетворення ж сну у відносний хаос в умовах реального життя, тим більше, стресу і інсомнія може бути причиною порушення структури сну.
У рамках нової концепції про відновлювальної функції сну лежить ідея про мембранної фазово-перехідною молекулярної «машині» (МФПМ) як ключовому ланці механізму екзоцитозу у швидких синапсах ЦНС. Найважливішим наслідком МФПМ механізму є необхідність періодичного зниження температури мозку, що й спостерігається в повільнохвильовий фазі сну, спрямованого на відновлення строго певного молекулярного складу мембран в активних зонах синаптичних закінчень. Відновлення неможливо без зниження температури мозку, а воно, у свою чергу, призводить до вимикання МФПМ механізму. Таким чином, відновна функція сну по фізичній причині несумісна з активним станом мозку при пильнуванні [17]. Такий погляд на роль системи терморегуляції відкриває нові перспективи у вивченні механізмів регуляції сну і в пошуках нових методів корекції його порушень.
Сон надає системний вплив на організм. У процесі сну відбувається перебудова діяльності нервових центрів, що регулюють стан гормональної сфери, інтенсивності обміну речовин, вісцеральних функцій. У період повільного сну реалізуються анаболічні процеси всього організму, включаючи головний мозок. Відбувається відновлення енергетичного потенціалу клітин [49]. Багатофакторна регуляція повільного сну (нейромедіатори, гормони, пептиди, простагландини та ін) забезпечує високу стабільність всіх фізіологічних процесів в цю стадію сну [6]. Під час швидкого сну інтенсивні синтетичні процеси йдуть переважно в тканині мозку [11, 19, 51]. У зв'язку з тим, що відразу ж після різних гострих стресорні впливів в експерименті відзначалося різке наростання представленості REM сну, що зберігається тривалий час при хронічних неспецифічних по відношенню до регуляції сну і неспання стресорні впливах, висловлено припущення, що під час швидкого сну відбувається відновлення тканини головного мозку після її пошкодження [11].
Сон виконує протекторну функцію, підвищуючи стійкість до стресів мозку та організму в цілому. Нормальний сон сприяє збереженню психоемоційного статусу людини. Депривація сну людини протягом 4-5 діб супроводжується порушенням поведінки, підвищенням дратівливості, психічними розладами. Найбільш значно змінюється поведінка людини при позбавленні його повільного сну: виникає підвищена збудливість, розв'язність. Може скластися враження, що людина, перш за все, потребує повільнохвильовий сні. Однак подібні результати отримані і при депривації швидкого сну. Позбавлення людини REM сну призводить до значних порушень психіки: підвищується дратівливість і емоційна розгальмування, з'являються галюцинації, а при поглибленні цього стану можуть з'явитися параноїдальні нав'язливі ідеї [4, 18]. Додамо, що сновидіння являють собою самостійний механізм психологічного захисту.
Хоча позбавлення сну протягом однієї ночі стимулює нейрогенез в гіпокампі [60], тривала депривація сну пригнічує проліферацію клітин гіпокампу [36].
Структура нормального сну
Структура сну у здорової молодої людини є зразком норми, на яку можна орієнтуватися, оцінюючи патерни сну людей різних вікових груп і з проблемами у випадку охорони здоров'я і самого сну. Відмінностей в його структурі у чоловіків і жінок у цьому віці нет.Медленний сон умовно поділяється на 4 стадії, що виділяються в основному по ЕЕГ. Паттерн ЕЕГ під час повільного сну в загальному описується як асинхронний, з характерною для різних його стадій формою хвиль у вигляді сонних веретен, К-комплексів або з високовольтажнимі повільними хвилями. Ці стадії змінюють один одного в міру поглиблення сну. NREM сон асоціюється з мінімальною або фрагментально ментальної активністю. Коротко повільний сон визначають як щодо неактивний, але все ще виконує регуляторну функцію при епізодично виникає м'язової активності [27]. Поріг пробудження зазвичай найнижчий в стадії 1 і найбільш високий - в стадії 4.
Стадія 1 (стадія дрімоти). Перший цикл нічного сну починається з 1-ї стадії NREM сну. Зазвичай вона триває 1-7 хвилин. У цю початкову стадію повільного сну людина може прокидатися від будь-якого, навіть дуже слабкого подразнення - легкого дотику, тихого вимовляння імені сплячої людини, обережного закривання дверей та ін На ЕЕГ відмічається зниження частоти і амплітуди альфа-ритму; на електроокулограма реєструються повільні рухи очей; відзначається зниження тонусу м'язів підборіддя. Ця стадія як перехідна виникає періодично протягом всієї ночі. Загальна ознака серйозного порушення сну - наростання кількості і тривалості (у відсотках від загальної тривалості сну) епізодів 1-й стадії NREM сну.
Стадія 2. Ця стадія сну триває приблизно 10-25 хвилин. Характерним її ознакою є сонні веретена і / або К-комплекси на ЕЕГ. У 2-ій стадії сну для пробудження потрібні більш інтенсивні стимули. Подразники, які викликають пробудження в 1-й стадії сну, ініціюють появу К-комплексів на ЕЕГ, але не пробуджують сплячого. У міру поглиблення сну на ЕЕГ поступово з'являються повільні (2 Гц) високовольтажние (≈ 75 мкВ) хвилі.
Стадія 3. Ця стадія в першому циклі сну триває всього кілька хвилин і переходить в стадію 4 на тлі наростаючого вольтажу і все більш вираженою повільнохвильовий активності.
Стадія 4. Зазвичай вона триває в першому циклі сну 20-40 хвилин. У стадіях 3 і 4 для пробудження людини потрібні набагато більш інтенсивні стимули, ніж у стадіях 1 і 2. Часто дослідники об'єднують стадії 3 і 4 і називають цей відрізок NREM сну повільноколивний, дельта-сном, або глибоким сном. Стадії 3 та 4 у другому циклі сну займають менше часу і можуть взагалі зникнути з пізніх циклів. При цьому стадія 2 подовжується і займає всю порцію повільного сну в циклі NREM-REМ сну.
Якщо протягом 1-2 циклів сну у здорових випробовуваних виявляється індивідуальна варіабельність представленості дельта-сну, то до 3-го циклу відсоток реалізації дельта-сну стає практично однаковим у всіх пацієнтів, що, мабуть, є відображенням процесу саморегуляції потреби в дельта -сні протягом трьох циклів сну [14].
Стадія 5, REM сон. Серія рухів сплячої людини зазвичай сигналізує про нинішньому переході до стадій легшого REМ сну. Може з'явитися короткий, 1-2-х-хвилинний, епізод 3-й стадії NREM сну, за якою слідує 5-10-хвилин стадії 2, переривається рухами людини, попередніми початку REM епізоду. REM сон в першому циклі нічного сну зазвичай короткий (1-5 хвилин). Поріг пробудження в 1-му циклі REM сну варіабельний, як і взагалі у всіх епізодах REM сну протягом ночі. Це пояснюють тим, що під час REM сну селективне увагу індивіда до внутрішніх стимулів перешкоджає реакції на зовнішні подразники, або тим, що зовнішній стимул включається в зміст сновидінь швидше, ніж настає пробудження. Зазвичай REM епізоди протягом ночі стають все тривалішими.
Середня тривалість першого циклу NREM-REМ сну приблизно 70-100 хвилин; другого і наступних - 90-120 хвилин. Епізоди повільного і швидкого сну впродовж нічного сну циклічно змінюють один одного. Але якщо в першу третину ночі домінують стадії 3 і 4 NREM сну, то REM епізоди найтриваліші в останню третину нічного сну. Пізно вночі, найчастіше в перехідні періоди в циклі NREM-REM сну, виникають короткі епізоди пробуджень. Їх тривалість недостатня для того, щоб людина могла вранці згадати факт пробудження. Припускають, що переважне розташування REМ епізодів в пізні стадії ночі у молодих здорових людей пов'язане з діяльністю ціркадіанного осцилятора і, зокрема, з ціркадіанних ритмом температури тіла [32, 61]. 3-я і 4-а стадії NREM сну не опосередковані циркадіанними процесами, але пов'язані з початком сну, тривалістю попереднього неспання і часу ó го протікання сну як такого [58].
Тривалість нічного сну детермінована генетично [41], а також процесами, асоційованими з циркадіанними ритмами. У цілому тривалість нічного сну залежить від величезного числа факторів, і тому так важко охарактеризувати «нормальний» патерн сну. Більшість молодих людей відзначають, що в будні дні вони сплять вночі близько 7,5 годин, а у вихідні дні трохи більше - 8,5 годин. Однак межиндивидуальная варіабельність і коливання тривалості сну від дня до дня досить велика. Серед найбільш значущих у людини факторів межиндивидуальной варіабельності тривалості нічного сну велику роль грає вольовий контроль (пізній відхід до сну, прокидання по сигналу будильника, і т.д.)
В якості узагальнення щодо структури сну у здорових молодих дорослих людей M. Carscadon і W. Dement [27] відзначають наступне:
1. Сон починається з NREM сну.
2. NREM і REM циклічно змінюють один одного з періодом близько 90 хвилин.
3. Глибокий сон (дельта-сон, 3-4 стадії повільного сну) переважає в першу третину ночі, що пов'язують з початком сну.
4. Епізоди REM сну переважають в останню третину ночі, що пов'язують з ціркадіанних ритмом температури тіла.
5. Неспання під час нічного сну у молодих здорових дорослих зазвичай займає менше 5% ночі.
6. Стадія 1 повільного сну найчастіше займає приблизно від 2% до 5% сну.
7. На стадію 2 NREM сну зазвичай доводиться 45-55% від усього часу нічного сну.
8. Стадія 3 повільного сну зазвичай займає приблизно 3-8% сну.
9. Стадія 4 NREM сну зазвичай займає 10-15% нічного сну.
10. На NREM сон в цілому припадає 75-80% сну.
11. REM сон, розвиваючись протягом ночі 4-6-ю дискретними епізодами, в цілому займає 20-25% сну.
Фактори, що визначають патерн сну у людини
Вік
Важливим для відновної медицини є також знання вікових особливостей структури сну і його тривалості, необхідної для підтримки якості здоров'я та життя. Найбільш сильним і постійним чинником, що обумовлює патерн стадій сну протягом ночі в різних популяціях людей, є вік (рис. 1, табл. 1)
Структура сну у дітей та підлітків. Саме виражене віково-залежне відмінність у структурі сну виявлено у новонароджених дітей. На рис. 1 видно, що загальна тривалість сну в онтогенезі людини поступово зменшується, найбільш швидко - від періоду новонародженості до підліткового віку. З віком латентний період сну подовжується (найбільш виражено у людей старше 70 років) і число пробуджень у них значно збільшується. Однак і у здорових дітей грудного віку сон може перериватися раптовими здригуваннями, рухами рук, часто лякають дітей. Крім того, у генезі неспокійного сну дітей перших місяців життя свою роль відіграє функціональна незрілість травного тракту, підвищене газоутворення в кишечнику і пов'язані з цим коліки.
Рис. 1. Зміна тривалості сну і неспання з віком
На першому році життя перехід від неспання до сну часто проходить через REM сон, званий у новонароджених активним сном. Циклічна зміна NREM-REM сну присутній у паттерні сну з першого дня життя дитини, але з періодом в 50-60 хвилин, у порівнянні з приблизно 90 хвилинами у дорослих.
У новонароджених слабо консолідована циклічність стадій нічного сну. Повний розвиток ЕЕГ-патерну NREM сну відбувається протягом 2-6 місяців постнатальної життя. Коли структурно-функціональна організація мозку дитини досягне рівня, при якому може підтримуватися повільно-хвильова, високо-амплітудна біоелектрична активність нейронів, відповідальних за сон, на ЕЕГ стають помітними 3-я і 4-а стадії NREM сну. У маленьких дітей ці стадії, інакше дельта-сон, максимальні за тривалістю, істотно укорачиваясь з віком. У дітей стадія глибокого сну відрізняється від такого у дорослих, особливо старечого віку не тільки кількісно, але і якісно. Так, маленьких дітей у 1-му циклі сну в цю стадію майже неможливо розбудити. Звуки в 123 дБ не викликали ніяких ознак пробудження навіть у дітей, чий вік у середньому становив 10 років [26, 29], не лише в першому, але і в наступних циклах сну.
Кількісні зміни стадії дельта-сну найбільш яскраво проявляються у підлітковому та юнацькому віці, коли на другому десятилітті життя тривалість стадії глибокого сну протягом ночі зменшується майже на 40%, навіть при постійній тривалості нічного сну [29]. I. Feinberg [33] припустив, що вкорочення з віком тривалості дельта-сну може йти паралельно зменшення щільності кортикальних сінапсов.В зв'язку з тим, що тривалість REM-сну у новонароджених найбільша, що досягає у дітей перших днів життя 50-80% від сумарного часу добового сну, процеси, асоційовані з REM-сном, мають велике значення для розвитку ЦНС і репаративних процесів в мозку [30]. Більш докладно ця тема розкрита в нашій роботі [2].
Пробудження протягом сну протягом життя помітно частішають. Це відноситься як до відносно тривалим епізодами нічного неспання, які індивід усвідомлює і може згадати після ранкового прокидання, а також до коротким пробуджень і, можливо, тим, про які людина згадати не може