Вопрос, на который должен был ответить эксперимент Клейтмана и Ричардсона, был простым: когда их биологические ритмы сна и бодрствования будут изолированы от ежедневного цикла света и темноты, станут ли они, вкупе с их температурой тела, непостоянными или останутся такими же, как у людей внешнего мира, находящихся под воздействием суточного светового ритма? В целом они провели тридцать два дня в абсолютной темноте. Во время этого эксперимента они не только обзавелись внушительной растительностью на лице, но и сделали два революционных открытия. Первое заключалось в том, что при отсутствии солнечного света люди, подобно гелиотропным растениям де Мерана, вырабатывают собственные эндогенные циркадные ритмы. То есть ни Клейтман, ни Ричардсон не опустились до беспорядочного чередования периодов бодрствования и сна, а демонстрировали предсказуемый и повторяющийся образец продолжительного периода бодрствования (примерно пятнадцать часов), прерывающийся примерно девятичасовым сном.
Вторым неожиданным и более важным результатом было то, что протяженность их неизменно повторяющихся циклов сна и бодрствования составила не привычные двадцать четыре часа, а стабильно дольше, чем привычные земные сутки. Цикл сна и бодрствования Ричардсона, которому было за двадцать, составил от двадцати шести до двадцати восьми часов. Цикл Клейтона, которому тогда было за сорок, был чуть ближе к двадцати четырем часам, но опять-таки больше суток. Таким образом, в условиях изоляции и в полной темноте внутренне генерируемые сутки каждого из них составили несколько больше двадцати четырех часов. Как неточные часы, Клейтман и Ричардсон к каждым проходящим реальным суткам начали прибавлять время, основываясь на собственном хронометраже.
Поскольку наш внутренний биологический цикл составляет не в точности двадцать четыре часа, а около того, потребовалось ввести новый термин: циркадный ритм – то есть ритм, период которого приблизительно равен протяженности суток, а не в точности двадцати четырем часам[7 - Этот феномен неточных внутренних биологических часов в настоящее время постоянно наблюдается у разных представителей животного мира. Однако не у всех видов период такой долгий, как у людей. У некоторых эндогенный циркадный ритм короче и длится менее двадцати четырех часов, когда животное, например хомяка или белку, помещают в полную темноту. У других, как и у людей, он дольше двадцати четырех часов.]. За семьдесят с лишним лет после плодотворного эксперимента Клейтмана и Ричардсона мы уже установили, что средняя продолжительность периода эндогенного циркадного ритма взрослого человека составляет примерно двадцать четыре часа пятнадцать минут. Не слишком далеко от 24-часового оборота Земли, но и не настолько точно, чтобы любой уважающий себя швейцарский часовщик был доволен.
К счастью, большинство из нас не живет в Мамонтовой пещере и не пребывает в ее постоянной темноте. Мы регулярно видим солнечный свет, который спасает наши вечно спешащие внутренние циркадные часы. Солнечный свет систематически подстраивает наши не совсем точные внутренние часы, каждый день подводя нас к точно, а не приблизительно двадцати четырем часам[8 - Даже совсем слабого солнечного света, проникающего через плотные тучи в дождливый день, достаточно, чтобы подкорректировать наши биологические часы.].
То, что мозг использует дневной свет для подстройки, – не случайное совпадение, ведь дневной свет – это самый стабильный регулярный сигнал в окружающей нас среде. С момента зарождения нашей планеты и каждый последующий день без исключения солнце всегда восходит утром и садится вечером. Действительно, причина, по которой большинство живых существ приняли циркадный ритм, – необходимость синхронизировать себя и свою деятельность, как внутреннюю (например, температуру), так и внешнюю (например, питание), с орбитальной механикой Земли, которая, вращаясь вокруг своей оси, регулярно чередует фазы света (солнце взошло) и темноты (солнце село).
Однако дневной свет – это не единственный сигнал, на который может среагировать наш мозг, чтобы перезагрузить биологические часы; хотя, наверное, самый главный и наиболее предпочтительный при его наличии. Мозг также может использовать другие внешние подсказки, если они достаточно стабильно повторяются: среди них еда, упражнения, колебания температуры и даже регулярное социальное взаимодействие. Все эти факторы имеют способность перезагружать биологические часы, позволяя им четче подстраиваться под 24-часовой цикл. По этой причине люди с определенной степенью слепоты не утрачивают полностью свой циркадный ритм. Несмотря на то что из-за слепоты они не получают световых подсказок, другие события действуют на них в качестве триггера[9 - Триггер (англ. trigger – спусковой крючок) – в русском языке изначально пусковая схема, термин из области радиосистем и электронной техники; здесь используется в широком смысле как причина возникновения события. – Прим. ред.]. Любой сигнал, который использует мозг с целью переустановки внутренних часов, называется zeitgeber – от немецкого «ритмоводитель», или «таймер». Таким образом, хотя свет остается самым надежным и, следовательно, основным таким ритмоводителем, существуют и другие, которые можно использовать в дополнение к смене дня и ночи или вместо нее.
24-часовые биологические часы, расположенные в мозге, называются супрахиазматическим, или надперекрестным, ядром. Как и в случае с большинством анатомических терминов, это название, пусть его и не так легко произнести, достаточно информативно: supra означает «над», а chiasm – «перекресток». Упомянутый перекресток образуют зрительные нервы, идущие от глазных яблок. Эти нервы встречаются в центре вашего мозга, где происходит частичный перекрест волокон зрительного нерва. Супрахиазматическое ядро расположено именно над этим пересечением, и не случайно. Оно анализирует световой сигнал, отправляемый из каждого глаза по зрительным нервам к коре затылочных долей мозга для визуальной обработки. Супрахиазматическое ядро использует эту надежную световую информацию, чтобы устранить неточность хода внутреннего времени и привести его к четко выраженному 24-часовому циклу, предотвращая какое-либо отклонение.
Когда я говорю вам, что супрахиазматическое ядро состоит из 20 000 клеток мозга, или нейронов, вы можете предположить, что это огромное количество, занимающее большой объем вашего черепного пространства, но на самом деле это совсем не много. Мозг состоит приблизительно из 100 миллиардов нейронов, так что относительно всего объема мозга супрахиазматическое ядро – крохотная область. Однако, несмотря на малые размеры супрахиазматического ядра, его влияние на мозг весьма заметно. Эти крошечные часики – главный дирижер симфонии биологических ритмов, как вашей жизни, так и жизни всех остальных видов. Супрахиазматическое ядро контролирует огромное количество образцов поведения, включая предмет нашего разговора в этой главе – ваше желание бодрствовать или спать.
Для видов, которые активны в течение дня, например для человека, циркадный ритм запускает в дневное время многие биологические процессы, давая вам возможность быть бодрым и активным. Затем эти процессы постепенно затихают и в ночное время окончательно сходят на нет, прекращая свое влияние. На рис. 1 показан пример циркадного ритма температуры вашего тела. Рисунок представляет график внутренней температуры тела, измеряемой ректально у группы взрослых испытуемых. С полудня (в левой части графика) температура тела начинает повышаться, достигая пика в послеобеденные часы. Затем траектория меняется, температура начинает падать, по мере приближения времени сна опускаясь ниже температуры полуденной точки отсчета.
Биологический циркадный ритм координирует снижение внутренней температуры тела по мере приближения вашего обычного времени сна. Нижнего порога температура достигает через два часа после начала сна. Однако этот температурный ритм не зависит от того, действительно ли вы спите. Если бы я всю ночь не позволял вам уснуть, ваша внутренняя температура все равно бы показала точно такой график. Несмотря на то что снижение температуры помогает стимулировать сон, она будет повышаться и понижаться независимо от того, спите вы или бодрствуете. Это классическая демонстрация предопределенного циркадного ритма, движение которого, как тиканье метронома, обязательно будет повторяться снова и снова. Температура – это один из суточных ритмов, которыми управляет супрахиазматическое ядро. Другие – бодрствование и сон. Таким образом, они находятся под контролем циркадного ритма, а не наоборот. То есть ваш циркадный ритм будет повторяться каждые двадцать четыре часа, независимо от того, спали вы или нет. В этом отношении циркадный ритм очень стабилен. Но посмотрим на разных людей и увидим, что их циркадные ритмы отличаются.
Рис. 1. Типичный 24-часовой циркадный ритм (внутренняя температура тела)
Мой ритм – это не ваш ритм
Хотя каждый человек внутренне неизменно следует 24-часовому циклу, его пиковые точки поразительно различаются. Некоторые приходят к пику бодрствования рано утром, а сонливость ощущают ранним вечером. Эти ранние пташки (утренний тип) составляют около 40 % населения. Они с удовольствием просыпаются на рассвете или сразу после восхода и тут же готовы приступить к работе, поскольку именно на это время суток приходится пик их работоспособности. Другие люди относятся к вечернему типу (примерно 30 % населения). Они предпочитают ложиться спать поздно и вставать поздним утром, а иногда спят до полудня. Остальные 30 % располагаются где-то между утренним и вечерним типами, с легким уклоном в сторону вечернего – к ним отношусь и я.
Вероятно, вам известны эти два типа людей как жаворонки и совы в просторечии. Совы, в отличие от жаворонков, как бы ни старались, просто не могут заснуть рано и засыпают лишь под утро. Бодрствуя допоздна, совы терпеть не могут просыпаться рано. В это время суток они еще не в состоянии действовать активно, потому что, хотя они вроде бы проснулись, их мозг все утро продолжает оставаться в сонном состоянии. Это особенно верно в отношении отдела головного мозга, называемого префронтальной корой, которая расположена в лобных долях и которую можно считать штаб-квартирой нашего мозга. Префронтальная кора управляет мыслительной деятельностью и логическим мышлением, а также помогает держать наши эмоции под контролем. Когда сова вынуждена просыпаться слишком рано, ее префронтальная кора остается нетрудоспособной, будто не подключенной к сети. Подобно остывшему двигателю, запущенному рано утром, ей требуется некоторое время, чтобы прогреться до рабочей температуры – до тех пор она не сможет эффективно функционировать.
Принадлежность взрослого человека к типу сов или жаворонков, известная также как их хронотип, в большой степени определяется генетикой. Если вы сова, то, скорее всего, один из ваших родителей (а то и оба) тоже сова. К сожалению, в двух случаях общество довольно несправедливо относится к совам. Во-первых, на них навешивают ярлык лентяев, ведь поскольку они засыпают лишь под утро, то и просыпаются довольно поздно. Во-вторых, сов критикуют (как правило, жаворонки), ошибочно считая, что такой график – это выбор самих сов, сделанный в силу их неорганизованности, и если бы они были более дисциплинированны, то без труда просыпались бы ранним утром. Однако для сов это вовсе не вопрос свободного выбора. Они привязаны к такому графику жесткой схемой собственной ДНК, так что это не их сознательная ошибка, а скорее генетическая судьба.
Второе – это прочно укоренившиеся в обществе несправедливые условия игры, касающиеся графиков работы, нацеленных на раннее начало, что, естественно, оказывается на руку жаворонкам и ставит в проигрышное положение сов. И хотя ситуация меняется к лучшему, обычные графики работ принуждают сов к неестественному ритму сна и бодрствования. Соответственно утром работоспособность сов невысока, и они не могут продемонстрировать свой истинный потенциал, поскольку пик их формы приходится на то время, когда рабочий день подходит или уже подошел к концу. Печальнее всего то, что совы чаще страдают недосыпанием, поскольку им приходится просыпаться с жаворонками, а заснуть они могут лишь поздним вечером. Таким образом, совы вынуждены, как говорится, жечь свечу с обоих концов и буквально сгорать на работе. Следовательно, из-за недосыпания у сов ухудшается здоровье, что включает в себя более высокий риск возникновения депрессий, тревожных расстройств, диабета, рака, сердечных болезней и инсультов.
В отношении таких людей общество должно внести изменения, которые предоставляли бы им удобства, похожие на те, которыми мы обеспечиваем людей с физическими ограничениями (например, слабовидящих). Нам требуются более гибкие рабочие графики, которые будут лучше приспособлены для всех хронотипов, а не только для одного.
Возможно, вы зададитесь вопросом, почему матушка-природа заложила в людях такую вариативность. Будучи социальными существами, разве не должны мы все быть синхронизированы и, следовательно, просыпаться в одно и то же время, чтобы максимально способствовать человеческому общению? Похоже, что нет. Как мы позже увидим в этой книге, людям, по всей вероятности, удалось развить привычку совместного сна не только в парах, но и в семьях, и даже в племенах. Оценивая это обстоятельство эволюции, можно понять пользу такой генетически запрограммированной вариативности во временных предпочтениях сна-бодрствования. В границах одной группы совы будут бодрствовать до часу-двух ночи и проснутся в девять-десять утра. А жаворонки пойдут спать в девять вечера и проснутся в пять утра. Таким образом, группа в целом остается уязвимой (то есть все ее участники спят) лишь в течение четырех часов, а не восьми, и при этом каждая из подгрупп имеет возможность полноценного восьмичасового сна. Таким образом, подобное разделение на 50 % повышает возможность выживания. Матушка-природа никогда не отказалась бы от биологического признака – в данном случае от полезной вариативности времени сна и пробуждения в пределах племени, – который мог бы увеличить шансы на выживание и общую выносливость вида. Она и не отказалась.
Мелатонин
Ваше супрахиазматическое ядро передает повторяющийся сигнал ночи и дня вашему мозгу и телу, используя циркулирующего в крови связного под названием мелатонин. Мелатонин имеет и другие названия, например гормон темноты или вампирский гормон. Не потому, что он наводит ужас, а просто потому, что вырабатывается ночью. Подчиняясь инструкции супрахиазматического ядра, содержание мелатонина в крови начинает повышаться с наступлением сумерек. В систему кровообращения это вещество поступает из эпифиза, или шишковидной железы, расположенной в глубине мозга. Мелатонин действует как мощный рупор, который разносит по мозгу и телу недвусмысленное послание: «Темно! Стало темно!» Так наш организм получает сообщение о наступлении ночи, а вместе с этим – команду о времени перехода ко сну[10 - Для ночных видов (летучие мыши, сверчки, светлячки или лисы) такой призыв раздается утром.].
Таким образом, мелатонин помогает регулировать выбор времени сна, сигнализируя всему организму о наступлении темного времени суток. Но на возникновение самого сна мелатонин оказывает небольшое влияние, в то время как относительно этого многие склонны заблуждаться. Чтобы уяснить это различие, давайте подумаем о сне как о 100-метровом олимпийском забеге. Мелатонин – это голос организатора забега, который объявляет: «На старт!» – а затем стреляет из стартового пистолета, командуя начать забег, но при этом сам в гонке (сне) не участвует. По этой аналогии участниками забега являются другие отделы мозга и процессы, которые активно генерируют сам сон. Мелатонин выводит эти порождающие сон участки мозга на стартовую линию сна.
По этим причинам мелатонин – не вспомогательное средство сна, по крайней мере для здоровых людей, не страдающих от синдрома смены часовых поясов (ниже мы рассмотрим этот синдром и помощь, которую в этом случае может оказать мелатонин). В лекарствах чистого мелатонина содержится совсем не много, если он вообще в них есть. Но мелатонин оказывает серьезный эффект плацебо, который нельзя недооценивать; эффект плацебо – это вообще самое надежное воздействие всей фармакологии. Не менее важно понимать тот факт, что отпуск мелатонина без рецепта во всем мире, как правило, никак не регулируется контролирующими органами, такими как американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Научные оценки безрецептурных торговых марок обнаружили, что концентрация мелатонина варьируется от 83 %, что меньше, чем заявлено на этикетке, до 478 %, что значительно превышает указанное количество [3].
Во сне концентрация мелатонина в течение ночи медленно понижается. С рассветом, когда солнечный свет проникает в мозг через глаза (даже сквозь закрытые веки), своего рода тормозная педаль действует на шишковидную железу, прекращая секрецию мелатонина. Отсутствие циркулирующего в крови мелатонина сообщает мозгу, что достигнута финишная прямая сна, а значит, пора признать забег завершившимся и позволить активному периоду бодрствования вернуться на оставшуюся часть дня. В этом отношении мы, люди, похожи на солнечные батареи. По мере приближения ночи прекращает работу солнечная тормозная педаль, блокирующая выработку мелатонина. Когда содержание этого вещества в крови повышается, поступает сигнал о начале очередной фазы темноты и на стартовую линию вызывается новый период сна.
На рис. 2 вы видите типичные показатели выработки мелатонина. Она начинается через несколько часов после наступления сумерек, затем быстро увеличивается, достигая пика около четырех часов утра. Чем ближе рассвет, тем интенсивнее снижается секреция мелатонина, падая к утру до неизмеряемого уровня.
Рис. 2. Цикл мелатонина
Сохраняйте ритм, оставайтесь дома
Появление реактивных двигателей стало революцией в перемещениях людей по всей планете. Однако это событие создало и непредвиденное биологическое осложнение. Реактивные самолеты проносились через часовые пояса так быстро, что наши биологические часы оказались не в состоянии следовать за их скоростью или хотя бы приспособиться к подобным переменам. Реактивные самолеты вызвали биологическую задержку во времени – джетлаг, или синдром смены часового пояса, расстройство биоритмов в связи с перелетом через несколько часовых поясов. В результате, оказавшись в отдаленном часовом поясе, мы в течение дня чувствуем себя усталыми и сонными, потому что наш организм, ориентируясь на внутренние часы, все еще считает, что пребывает в ночном времени. Биологические часы в таких случаях здорово отстают от действительности. Мало того, ночью мы порой не можем заснуть или плохо спим, постоянно просыпаясь, потому что наши внутренние часы уверены, что сейчас день.
Рассмотрим для примера мой недавний перелет из Сан-Франциско домой в Англию. Лондон на восемь часов опережает Сан-Франциско. Когда я прибываю в Англию, несмотря на то что электронные часы в лондонском аэропорту Хитроу показывают мне, что сейчас 9 часов утра, мои внутренние циркадные часы регистрируют совершенно другое, калифорнийское время, по которому в этот момент час ночи. Я уже должен крепко спать. И я буду волочить свой мозг и тело, отягощенные временной задержкой, через лондонский день в состоянии полной вялости. Каждая клеточка моего организма требует сна – сна, которым сейчас окутано население Калифорнии.
Однако худшее еще впереди. К полуночи по лондонскому времени я, уставший и желающий немедленно заснуть, наконец ложусь в постель. Но, в отличие от большинства лондонцев, я не могу погрузиться в сон. Хотя в Лондоне полночь, мои внутренние биологические часы считают, что сейчас, как в Калифорнии, всего четыре часа пополудни. В это время я обычно активно бодрствую, что я и делаю, лежа в своей лондонской постели. Пройдет пять или шесть часов, прежде чем вернется моя естественная потребность во сне… как раз в то время, когда Лондон начнет просыпаться, и я должен буду отправиться выступать с лекцией. Какой бардак.
Это синдром смены часового пояса: вы чувствуете себя усталым и сонным в течение дня в новом часовом поясе, потому что внутренние часы вашего организма и все его органы считают, что сейчас все еще ночь. А ночью вы не можете нормально спать, потому что ваш биологический ритм считает, что на дворе день.
К счастью, мой мозг и мое тело не остаются в таком рассогласованном состоянии навсегда. С помощью солнечного света я привыкну к лондонскому времени, но это не быстрый процесс. За день, проведенный в новом часовом поясе, супрахиазматическое ядро подстраивается к реальному времени примерно на один час. Таким образом, мне потребовалось восемь дней, чтобы после Сан-Франциско приспособиться к лондонскому времени, поскольку Лондон опережает его на восемь часов. К сожалению, после таких героических усилий со стороны моего супрахиазматического ядра, когда оно подтягивалось во времени вперед и наконец обосновалось в Лондоне, ему предстояло столкнуться с печальной новостью: теперь, по прошествии девяти дней, я должен лететь обратно в Сан-Франциско. Моим бедным биологическим часам придется снова испытать мучения такой перестройки, но теперь в обратном направлении!
Возможно, вы заметили, что труднее привыкать к новому часовому поясу, когда вы путешествуете на восток, чем когда летите на запад. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, перелет в восточном направлении требует, чтобы вы засыпали раньше, чем обычно, а это значит, что организм должен подчиниться приказу вашего мозга. Быстрое же перемещение на запад вынуждает вас бодрствовать значительно дольше, что с точки зрения сознания и прагматики гораздо легче. Во-вторых, не забывайте, что, когда ваш организм отрезан от влияния внешнего мира, период вашего естественного циркадного ритма несколько длиннее суток – примерно двадцать четыре часа и пятнадцать минут. Казалось бы, незначительная разница, но и она немного способствует искусственному продлению дня и отчасти мешает его сокращению. Когда вы путешествуете на запад – в направлении ваших более долгих суточных часов, – эти «сутки» длятся дольше двадцати четырех часов, и приспособиться к ним проще. Путешествие на восток, когда «сутки» вдруг становятся короче двадцати четырех часов, идет наперекор вашему более протяжному внутреннему ритму, поэтому и перестроиться сложнее.
Перемещаетесь вы на запад или на восток, в любом случае нарушение суточного ритма вызывает мучительное физиологическое напряжение мозга и серьезный биологический стресс для клеток, органов и основных систем организма. Такое влияние, конечно, не остается без последствий. Ученые проанализировали состояние членов авиаэкипажей, которые постоянно летают на дальние расстояния и практически не имеют возможности восстановиться. Проведя исследования, они получили два тревожащих результата. Первый: области мозга испытуемых, связанные с обучением и запоминанием, уменьшились в объеме. Это позволяет предположить разрушение клеток мозга, вызванное биологическим стрессом, связанным с перелетом в другой часовой пояс. Второй: их кратковременная память значительно ухудшилась. Они были гораздо более забывчивы, чем люди сходного возраста и биографических данных, которые редко путешествовали в другие часовые пояса. Дальнейшие исследования пилотов, бортпроводников и людей, работающих посменно, выявили еще более тревожные факты. Выявился более высокий, чем у обычного населения и даже у тщательно подобранных по сходным характеристикам людей, ведущих более оседлый образ жизни, уровень заболеваемости раком и диабетом второго типа.
Принимая во внимание столь вредные последствия, вы можете понять, почему некоторым людям, вынужденным часто менять часовые пояса, таким как пилоты и бортпроводники, хотелось бы снизить это негативное влияние. Зачастую, пытаясь справиться с этой проблемой, они начинают принимать мелатонин. Вспомните мой перелет из Сан-Франциско в Лондон. В тот день по прибытии мне было очень сложно уснуть, и ночью я не спал совсем. Отчасти это было связано с тем, что в ту ночь мой организм не вырабатывал мелатонин. Секреция мелатонина все еще ориентировалась на калифорнийское время и поэтому отставала на много часов. Но давайте представим, что по прибытии в Лондон я решил принять официально разрешенный препарат мелатонина. И вот что было бы потом. Скажем, в семь или в восемь часов вечера по лондонскому времени я принимаю таблетку мелатонина, запуская искусственное повышение концентрации этого вещества, которое было бы похоже на естественный рост мелатонина, происходящий у большинства людей к ночи. Мой мозг, введенный в заблуждение этим химическим фокусом, решает, что наступила ночь, и дает сигнал началу сонной гонки. Конечно, еще нужно будет приложить некоторые усилия, чтобы заснуть в это непривычное для меня время, но сигнал мелатонина значительно повышает вероятность сна в ситуации смены часовых поясов.
Потребность во сне и кофеин
Ваш суточный циркадный ритм – первый из двух факторов, определяющих режим бодрствования и сна. Второй – потребность во сне. Именно в этот самый момент в вашем мозге накапливается химическое вещество, называемое аденозин. И с каждой минутой бодрствования его концентрация будет увеличиваться. Чем дольше вы бодрствуете, тем больше аденозина накапливается в вашем организме. Подумайте об аденозине как о химическом таймере, который непрерывно регистрирует количество времени, прошедшего с того момента, как вы проснулись утром.
Последствие роста концентрации аденозина в мозге – усиливающееся желание спать. Это и есть потребность во сне – вторая сила, которая определяет, когда вы почувствуете сонливость и когда вам следует лечь спать. Обладая эффектом двойного действия, высокая концентрация аденозина одновременно «уменьшает громкость» сигнала из долей мозга, способствующих бодрствованию, и усиливает сигнал из участков, стимулирующих сон. В результате такого химического воздействия, когда концентрация аденозина достигает своего пика, вас охватывает неодолимое желание поспать[11 - Предположим, что у вас стабильный циркадный ритм и вы не перелетали через несколько часовых поясов, в случае чего вы можете испытывать трудности с засыпанием, даже если бодрствовали шестнадцать часов подряд.]. Это происходит с большинством людей после двенадцати-шестнадцати часов бодрствования.
Однако вы можете искусственно приглушить подаваемый аденозином сигнал ко сну, используя вещество, которое заставит вас чувствовать себя бодрее, – кофеин. Кофеин – это не пищевая добавка. Скорее это наиболее широко употребляемый (и злоупотребляемый) в мире психостимулятор. Это второй после нефти наиболее продаваемый товар на планете. Потребление кофеина представляет собой самый длительный бесконтрольный эксперимент, проводимый над человечеством, соперничать с которым может лишь потребление алкоголя, и он продолжается по сей день.
Кофеин успешно сражается с аденозином за привилегию проникнуть на приемный пункт аденозина, то есть в рецепторы мозга. Как только кофеин оккупирует эти участки, он не стимулирует их, подобно аденозину, вызывая в вас сонливость. Скорее кофеин блокирует и эффективно подавляет эти рецепторы, действуя как маскирующий агент. Это похоже на то, как человек затыкает уши, чтобы не слышать окружающего шума. Нападая на эти рецепторы и занимая их, кофеин блокирует сигнал сна, который обычно посылает мозгу аденозин. Развязка: кофеин вводит вас в заблуждение и заставляет чувствовать себя живым и бодрым, несмотря на высокий уровень аденозина, который без такого воздействия склонил бы вас ко сну.
Уровень циркулирующего кофеина достигает пика примерно через тридцать минут после приема внутрь. Однако проблема в том, что кофеин проявляет удивительную живучесть в человеческом организме. В фармакологии, когда обсуждается эффективность какого-нибудь лекарства, мы используем термин «период полувыведения». Сам термин указывает на время, которое требуется организму для выведения 50 % концентрации лекарственного средства. Средний период полувыведения кофеина составляет от пяти до семи часов. Скажем, вы после ужина, примерно в 19:30, выпиваете чашку кофе, – значит, к половине второго ночи 50 % кофеина, возможно, еще активно циркулируют в тканях вашего мозга. Другими словами, в половине второго вы только на полпути к полному очищению своего мозга от кофеина, который приняли за ужином.
Нет ничего хорошего в этих 50 %. Половина порции кофеина все еще достаточно действенна, и организму в течение ночи предстоит серьезная работа по выведению кофеина. Сон не придет легко и не будет спокойным, пока ваш мозг продолжает сражаться с противоборствующей силой кофеина. Большинство людей не осознают, как много времени требуется для расщепления лишь одной дозы кофеина, и, проснувшись утром, никак не связывают плохой сон и выпитую десятью часами ранее чашку кофе.
Кофеин содержится не только в кофе, определенных сортах чая и многих энергетиках, но также и в других продуктах – таких, как темный шоколад и мороженое; он также входит в состав некоторых лекарств, например в состав таблеток для похудения и болеутоляющих средств. Кофеин, являясь одним из самых распространенных виновников того, что люди не могут быстро уснуть и крепко спать, порой вынуждает ошибочно подумать о настоящем заболевании – бессоннице. Также имейте в виду, что пометка «декаф», «декофеинизированный», не означает, что продукт действительно не содержит кофеина. Одна чашка такого кофе содержит 15–30 % от дозы в чашке обычного напитка, а значит, его никак нельзя назвать бескофеиновым. Стоит вам выпить три-четыре чашки кофе без кофеина вечером, и это столь же отрицательно скажется на вашем сне, как и чашка обычного кофе.
Любая кофеиновая встряска тем не менее проходит. Кофеин выводится из организма с помощью ферментов печени[12 - Основной печеночный фермент, который метаболизирует кофеин, называется цитохром P450 1A2.], которая со временем изнашивается. Эта метаболическая способность в большой степени зависит от генетики [4]: у некоторых людей более эффективный вариант ферментов, разрушающих кофеин, что позволяет печени быстро вывести его из кровотока. Такие редкие люди могут выпить за ужином эспрессо и в полночь без проблем заснуть. Другим, однако, достались медленнее действующие разновидности ферментов, и их организму требуется гораздо больше времени, чтобы вывести такое же количество кофеина. В результате они очень чувствительны к воздействию этого вещества. Бодрящий эффект одной утренней чашки чая или кофе сохранится на большую часть дня, но, рискни они выпить вторую чашку хотя бы в полдень, им будет трудно заснуть вечером. С возрастом скорость выведения кофеина изменяется: чем старше мы становимся, тем больше времени требуется нашему организму, чтобы вывести кофеин, и таким образом мы с возрастом становимся более чувствительными к нарушающему сон кофеиновому эффекту.
Если поздно ночью вы пьете кофе, пытаясь взбодриться, вам следует быть готовым к неприятным последствиям, когда ваша печень начнет выводить кофеин из организма, – явлению, широко известному как кофеиновая абстиненция. Подобно тому как в игрушечном роботе заканчивается батарейка, так и уровень вашей энергии стремительно падает. Вам трудно работать и концентрироваться, и снова накатывает мощная волна сонливости.
И теперь мы понимаем, в чем причина. Все то время, что кофеин циркулирует в вашем организме, химическое вещество, вызывающее сонное состояние (аденозин), блокируемое кофеином, тем не менее продолжает накапливаться. Но ваш мозг не знает об этом приливе стимулирующего сон аденозина, потому что стена из кофеина, которую вы возвели, скрывает его от вашего восприятия. Но как только ваша печень разрушает кофеиновую баррикаду, вы получаете мощный ответный удар. На вас набрасывается та же невыносимая сонливость, которую вы ощущали двумя-тремя часами ранее, до того как выпили чашку кофе, и вместе с тем начинает действовать весь тот аденозин, который уже накопился в организме и ждал лишь исчезновения кофеина. Когда в результате расщепления кофеина рецепторы наконец освобождаются, аденозин врывается в мозг и захватывает рецепторы. Как только это происходит, вас охватывает сильнейшее желание спать, стимулированное аденозином, – начинается упомянутая выше кофеиновая абстиненция. И если только вы не выпьете еще кофе, чтобы отразить атаку аденозина, – что уже приблизит вас к зависимости, – вам будет очень, очень трудно продолжать бодрствовать.
Чтобы убедить вас в том, насколько сильное воздействие имеет кофеин на человеческий организм, я расскажу о тайном исследовании, проведенном NASA в 1980-х годах. Ученые подвергали пауков воздействию различных наркотиков, а затем наблюдали, какую паутину они плели [5]. В исследовании использовали такие наркотики, как ЛСД, амфетамин, марихуана и кофеин. Результаты, которые говорят сами за себя, можно увидеть на рис. 3. Исследователи заметили, что, когда паукам вводили кофеин, они становились совершенно неспособны сплести конструкцию, хотя бы напоминающую нормальную функциональную паутину, – даже по сравнению с действием других наркотиков.
Стоит отметить, что кофеин – стимулятор и единственное вещество, вызывающее привыкание, которое мы, не задумываясь, даем нашим детям. К последствиям такого легкомыслия мы обратимся ниже.
Рис. 3. Воздействие различных наркотиков на плетение паутины
В ногу, не в ногу
Оставим ненадолго кофеин. Вы можете предположить, что два фактора, которые регулируют ваш сон, – суточный циркадный ритм супрахиазматического ядра и стимулирующий сон сигнал аденозина – сообщаются друг с другом, чтобы объединить свое воздействие. На самом деле этого не происходит. Это две разные и отдельные системы, не зависящие друг от друга. Они не спарены, хотя и ориентированы друг на друга.
Рис. 4 иллюстрирует 48 часов слева направо, два дня и две ночи. Пунктирной линией обозначен циркадный ритм, известный также как Процесс-Ц. Как синусоида, она периодически падает и снова поднимается. Циркадный ритм начинает усиливать свою активность за несколько часов до вашего пробуждения. Он внедряет в наш мозг и тело бодрящий сигнал. Подумайте об этом как о приближающемся издалека марширующем оркестре: сначала сигнал слабый, но постепенно он нарастает и нарастает. Ближе к полудню у большинства здоровых взрослых людей активирующий сигнал циркадного ритма достигает своего пика.
Теперь посмотрим, что происходит с другим контролирующим сон фактором – аденозином. Это вещество вызывает потребность во сне, также известную как Процесс-С, представленный на рис. 4 сплошной линией: чем дольше вы бодрствуете, тем больше аденозина накапливается, вызывая усиливающуюся потребность во сне. Ближе к полудню вы бодрствовали всего лишь несколько часов, и концентрация аденозина повысилась незначительно. При этом активизирующий сигнал циркадного ритма находится на подъеме. Это сочетание мощного посыла энергии от циркадного ритма вкупе с низким уровнем аденозина приводит к восхитительному ощущению активного бодрствования. (По крайней мере, должно, если прошлой ночью вы хорошо выспались. Если же вы чувствуете, что к середине утра у вас закрываются глаза, то, вероятнее всего, вы недосыпаете или качество вашего сна оставляет желать лучшего.) Расстояние между кривыми будет прямым отражением вашего желания спать. Чем оно больше, тем сильнее вам хочется спать.
Рис. 4. Два фактора, регулирующие сон и бодрствование
Например, вы проснулись в восемь часов, и расстояние между пунктирной линией (циркадный ритм) и сплошной линией (потребность во сне) в 23:00 проиллюстрировано двойной вертикальной стрелкой на рис. 5. Эта минимальная разница означает, что желание поспать – слабое, а желание активно бодрствовать – очень сильное.
Рис. 5. Импульс к бодрствованию
Однако к одиннадцати часам вечера ситуация становится абсолютно иной. Вы бодрствовали уже пятнадцать часов подряд, и ваш мозг насквозь пропитан аденозином (обратите внимание, как на рис. 6 резко поднялась сплошная линия). Помимо этого, пунктирная линия циркадного ритма опускается, переводя вас на пониженный уровень активности и бдительности. В результате разница между двумя линиями значительно возрастает, что и показывает двойная вертикальная стрелка на рис. 6. Такая комбинация высокой концентрации аденозина (и сильной потребности во сне) и снижающейся кривой циркадного ритма (и понижения уровня активности) вызывает сильное желание спать.
Что же происходит с накопившимся аденозином, когда вы все-таки засыпаете? Во сне, когда у мозга появляется шанс вывести дневную дозу аденозина, происходит его активное расщепление. В течение ночи сон снижает силу желания сна, нивелируя действие аденозина. Примерно через восемь часов здорового сна у взрослого человека аденозиновая очистка завершена. Именно в тот момент, когда этот процесс завершается, марширующий оркестр вашей циркадной активности снова, к счастью, возвращается и снова приближается его заряжающее энергией влияние. Когда в утренние часы аденозин уже выведен из организма, эти два процесса меняются местами, а кривая циркадного ритма начинает расти (что обозначено соприкосновением двух линий на рис. 6), мы окончательно просыпаемся. После ночи полноценного сна вы опять готовы выдержать шестнадцать часов бодрствования с присущей этому времени физической активностью и ясным мышлением.
Рис. 6. Импульс ко сну
День независимости и ночь
Случалось ли вам работать всю ночь или гулять, отказавшись ото сна, и бодрствовать весь следующий день? Если случалось, то вы можете вспомнить, что возникали моменты, когда вы чувствовали себя сонно и отвратительно; но были и другие, когда, несмотря на более долгое, чем обычно, бодрствование, вы парадоксальным образом чувствовали себя даже более бодрым. Почему? Никому не советую проводить эксперимент на себе, но оценка бодрости человека в течение суток при полном лишении сна – тот способ, с помощью которого ученые могут продемонстрировать, что две силы, определяющие, когда вы хотите бодрствовать, а когда спать, – суточный циркадный ритм и побуждающий ко сну сигнал аденозина – независимы и могут быть разведены.
Рассмотрим рис. 7, который показывает такой же временной отрезок в сорок восемь часов, два фактора, о которых идет речь, – суточный циркадный ритм и стимулирующий сон сигнал аденозина – и разницу между этими графиками. В этом сценарии наш волонтер собирается бодрствовать всю ночь и весь следующий день. По мере течения бессонной ночи потребность во сне, вызываемая аденозином (верхняя линия), поднимается постепенно, как поднимается уровень воды в раковине, заткнутой пробкой, при открытом кране. Она не будет снижаться в течение ночи, поскольку испытуемый не спит.
Рис. 7. Приливы и отливы при депривации сна
Оставаясь в бодрствующем состоянии и блокируя выведение аденозина, которому способствует сон, мозг не в состоянии избавиться от химического давления сна. Уровень аденозина продолжает подниматься. Это должно означать, что чем дольше вы бодрствуете, тем более сонным себя чувствуете. Но это не так. Несмотря на то что в течение ночи сонливость будет повышаться, а бодрость достигнет минимального уровня приблизительно в пять-шесть утра, потом у вас откроется второе дыхание. Как такое возможно, если уровень аденозина и соответствующая потребность во сне продолжают увеличиваться?
Ответ кроется в вашем суточном циркадном ритме, который предлагает короткий период спасения от сонливости. В отличие от потребности во сне, ваш циркадный ритм не обращает внимания на то, спите вы или бодрствуете. Его неспешные ритмичные подъемы и спуски продолжают движение в строгом соответствии со временем суток. Неважно, какую потребность во сне ощущает ваш организм. Суточный циркадный ритм, как обычно, совершает свой цикл, не замечая продолжительного отсутствия сна.
Если вы вновь посмотрите на рис. 7, мучения ночной смены, которое вы ощущаете примерно в шесть утра, могут объясняться сочетанием высокой аденозиновой потребности во сне и низшей точки вашего циркадного ритма. Расстояние, отделяющее эти две линии в три часа ночи, – большое, оно обозначено первой вертикальной стрелкой на рисунке. Но если вы сможете перейти эту точку максимального спада бодрствования, вы спасены. Утренний подъем циркадного ритма приходит вам на помощь, в течение утра постепенно наращивая силы и энергию, что временно может заглушить растущую аденозиновую потребность во сне. Когда примерно в одиннадцать утра ваш циркадный ритм достигает своего пика, расстояние между двумя соответствующими линиями на рис. 7 сокращается.
Все приводит к тому, что в одиннадцать утра вы ощущаете себя гораздо менее сонным, чем в три часа ночи, хотя период бодрствования значительно увеличился. К сожалению, это второе дыхание длится недолго. По мере того как тянется день, циркадный ритм начинает идти на спад, в то время как растущая концентрация аденозина усиливает потребность во сне. День подходит к концу, наступает вечер, временный подъем бодрости безвозвратно уходит, и вы подвергаетесь мощному удару аденозина. К девяти вечера дистанция между двумя линиями на рис. 7 продолжает расти. Запасы введенного внутривенно кофеина или амфетамина заканчиваются, и сон вот-вот возьмет свое, вырывая ваш мозг из ослабевшей хватки бодрствования и погружая его в долгожданную дремоту.
