Циркадные ритмы: что это такое и как они работают

Сон и бодрствование, выбросы гормонов, пищеварение — многие процессы в теле цикличны и зависят от времени суток. В основе этой синхронизации лежат циркадные ритмы.

Что за циркадные ритмы

Циркадные ритмы — это физические, ментальные и поведенческие изменения, которые подчиняются 24-часовому циклу. Их изучает хронобиология — наука о циклических биологических процессах.

Циркадные ритмы регулируются внутренними биологическими часами — системой из нескольких звеньев. Главный дирижер — супрахиазматическое ядро, которое находится в гипоталамусе в мозге. Это скопление из 20 000 нейронов, к которым по зрительным нервам поступают сигналы от сетчатки глаза о том, что на нее попадает свет.

В ответ на импульс от зрительных нервов гипоталамус реагирует двумя путями: контролирует выработку гормонов и действует напрямую на другие органы с помощью нервных связей.

Вот как это работает днем: на сетчатку попадает свет, рецепторы воспринимают его и передают сигнал гипоталамусу. Он тормозит выработку мелатонина в эпифизе, потому что спать еще рано, и с помощью нервных связей стимулирует пищеварение, поскольку основные приемы пищи происходят днем. А ночью — всё наоборот.

Главные часы как бы сверяются с внешней средой и подстраивают под нее внутренние процессы. Когда-то это обеспечивало выживание человека как биологического вида: при свете проще заметить опасность и убежать от хищника, чем в темноте. Поэтому день — это время труда и охоты, а ночь — время сна в безопасности.

Генетика циркадных ритмов

Кроме главных биологических часов, есть периферические, которые сверяются с главными и подчиняются им, но при этом имеют способность к автономности. Даже если связи между центром и периферией нарушатся, циркадный механизм продолжит работать, потому что биологические часы встроены в ДНК клеток всех органов и тканей нашего тела.

Гены циркадных ритмов — это участки ДНК, на которых записана инструкция о работе важных для этих процессов белков. Циклы одного человека могут отличаться от циклов другого, потому что у людей эти белки синтезируются по-разному. А еще с генами могут происходить мутации и тогда циклы сбиваются. Некоторые формы нарушений сна передаются по наследству.

В 1960–1970-х годах в экспериментах на животных ученые обнаружили ряд генов, мутации в которых приводят к системным нарушениям циркадных ритмов — наследственным патологиям сна и засыпания. Например, нарколепсия зачастую связана с семейной историей.

Циркадные ритмы — это не только про свет и сон

Помимо цикла сна-бодрствования цикличность свойственна таким параметрам и процессам, как температура, пики выброса гормонов в кровь, уровень артериального давления, метаболизм и регенерация тканей, психическое состояние и даже консолидация памяти — процесс перехода информации из кратковременной памяти в долговременную.

Свет — не единственный рычаг внешнего воздействия на циркадные ритмы. Температура окружающей среды, приемы пищи, социальные взаимодействия и физическая активность также оказывают влияние на то, как протекают циклические процессы в теле.

Социальная жизнь порой диктует правила, под которые адаптируются наши внутренние часы, но они не сбиваются, и на смену одной фазе цикла приходит другая. Пример таких внешних перебоев — джетлаг от смены часовых поясов при авиаперелете.

Существуют ли «совы» и «жаворонки»

Внутренние часы человека могут отставать или опережать циклы дня и ночи, и поэтому одни люди начинают день раньше, а другие ложатся спать позже. И в том, что кто-то «жаворонок», а кто-то «сова», тоже виновата генетика. В течение жизни эти склонности могут меняться: например, человек в студенчестве мог без проблем работать по ночам, а на пенсии просыпается в пять утра.

Несоответствие собственных ритмов общепринятому режиму дня и работы может быть проблемой, поэтому ученые пытаются придумать средства адаптации и терапии для «сов» и «жаворонков». Многие не ждут науку и действуют сейчас: предпочитают офису фриланс, чтобы иметь возможность не мучить внутреннюю сову и работать, когда комфортно.