Сон, свет и циркадные ритмы взаимосвязаны. Они играют важную роль в обмене веществ, функционировании митохондрий, метаболических и психических расстройствах. С биологической точки зрения тут все довольно сложно, однако я постараюсь донести до вас суть и приведу примеры доказательств того, что все эти факторы играют определенную роль в теории мозга.
Когда мы спим ночью, наше тело и мозг переходят в состояние отдыха и восстановления. Общий уровень обмена веществ и температура тела снижаются, в то время как клетки выполняют жизненно важные для краткосрочного и долгосрочного здоровья функции поддержания и ремонта. В мозге происходит множество изменений в нейронах, которые, как считается, играют роль в обучении и закреплении памяти. Без сна клетки могут прийти в негодность и начать неправильно работать.
Сон – часть общей метаболической стратегии организма. Он регулируется циркадными ритмами. Как в мозге, так и практически во всех клетках есть «часы», которые управляют многими биологическими процессами. В конечном счете все они связаны с обменом веществ. Область гипоталамуса под названием «супрахиазматическое ядро» (СХЯ) играет здесь ключевую роль. СХЯ улавливает свет, поступающий в наши глаза, и генерирует гормональные и нервные сигналы. Эти сигналы, в свою очередь, влияют на периферические часы во всех клетках организма, включая и выключая тысячи генов по всему телу. Циркадный ритм в основном определяется двумя факторами – светом и пищей. Он синхронизируется с циклами света и темноты, а также питания и голодания.
Оптимальная продолжительность сна для взрослого человека составляет около 7–9 часов в сутки, причем точное значение у каждого индивидуальное. Это зависит от возраста, уровня активности и других факторов. Младенцам и детям требуется больше сна, так как их организм активно растет. Пожилым людям сна нужно меньше. Когда люди болеют, их потребность в сне временно увеличивается, так как он помогает сохранить энергию. Сон позволяет направлять метаболические ресурсы на функции роста, поддержания и восстановления.
Когда безопасность человека находится под угрозой, сон должен подождать. Отдых и восстановление никогда не будут важнее выживания. Причем это касается не только физического выживания, но и социального статуса. Все, что может вызвать у нас беспокойство, включая большинство психологических и социальных факторов стресса, может привести к нарушению сна. Это нормальное явление, а не расстройство.
Все проблемы со сном можно разделить на три группы: избыток, недостаток или плохое качество сна. Любая из них может привести к нарушению обмена веществ и вылиться в обострение всех психических и метаболических расстройств. Так, нехватка сна может усугубить симптомы депрессии, мании, тревоги, деменции, СДВГ, шизофрении и наркологических расстройств. Кроме того, недостаток сна может привести к обострению метаболических расстройств. У больных диабетом возможно повышение уровня сахара в крови. У людей с ожирением – прибавка в весе. У тех, кто перенес сердечный приступ, он может повториться. Все это примеры усугубления существующих заболеваний из-за проблем со сном. Между тем нарушения сна также могут быть факторами, способствующими развитию таких расстройств. Было проведено множество исследований, в ходе которых нормальных, здоровых людей подвергали депривации сна. Экстремальная депривация сна может привести к депрессии, тревоге, когнитивным нарушениям, мании и психозу. Генетические исследования выявили связь между генами, отвечающими за работу внутренних часов, и аутизмом, биполярным расстройством, шизофренией, депрессией, тревогой и наркологическими расстройствами [1].
Долгосрочные исследования людей, не получающих достаточного количества сна, показали, что у них чаще развиваются все известные метаболические расстройства. Кроме того, недосып может привести к развитию или обострению эпилепсии или болезни Альцгеймера.
Сон находится в цикле обратной связи с психическими и метаболическими расстройствами. Они сами по себе могут привести к нарушению сна, что впоследствии способно вызывать их обострение. Хорошо известно, что проблемы со сном являются распространенным симптомом большинства психических расстройств. Менее известно, что подобные проблемы также чаще встречаются у людей с ожирением, диабетом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, болезнью Альцгеймера и эпилепсией.
Существует множество различных типов нарушений сна, включая обструктивное апноэ во сне, когда ночью дыхательные пути перекрываются и люди на какое-то время перестают дышать, а также синдром беспокойных ног, когда люди не могут перестать двигать ногами по ночам. Между тем самым распространенным нарушением является обычная бессонница.
Таким образом, мы видим сильную двунаправленную связь между нарушениями сна, психическими и метаболическими расстройствами. Известно, что проблемы со сном приводят к стрессовой реакции и повышению уровня воспаления. Я уже говорил о том, как это может повлиять на психические и метаболические расстройства, но это еще не все. В нашем распоряжении имеются данные, указывающие на наличие цикла обратной связи между митохондриями, сном и циркадными ритмами.
СОН И ЦИРКАДНЫЕ РИТМЫ ВЛИЯЮТ НА ФУНКЦИЮ МИТОХОНДРИЙ
Работа митохондрий синхронизирована с нашими циркадными ритмами. Выработка энергии снижается ночью, чтобы мы могли выспаться. Днем она снова возрастает, предоставляя нам возможность заниматься своими делами.
Исследователи выявили особый белок DRP1, который играет центральную роль в слиянии митохондрий и производстве АТФ [2]. Циркадные часы контролируют этот белок, который, в свою очередь, синхронизирует работу митохондрий с нашим суточным ритмом. Любопытно, что DRP1 необходим для обратной связи с циркадными часами. В таком случае, возможно, митохондрии способны влиять на сами часы через этот механизм обратной связи.
В другом исследовании на мышах изучалось воздействие сна на функцию митохондрий в четырех различных областях мозга. Было обнаружено, что у мышей, подверженных депривации сна, происходило нарушение митохондриальной функции во всех четырех областях мозга, но особенно в гипоталамусе – отделе, который, как известно, регулирует обмен веществ и многие гормоны, такие как кортизол [3].
Гормоны также играют свою роль в сне и митохондриальной функции. Аномальные уровни кортизола в течение ночи могут быть вызваны проблемами со сном. Они же могут повлиять на работу мозга и привести к когнитивным нарушениям [4]. Мелатонин, уровень которого повышается ночью и снижается утром, напрямую стимулирует митофагию. Было продемонстрировано, что недостаток мелатонининдуцированной митофагии связан с когнитивными нарушениями у мышей [5]. Следовательно, проблемы со сном приводят к митохондриальной дисфункции, которая, в свою очередь, способствует когнитивным нарушениям, влекущим развитие болезни Альцгеймера. Эта гипотеза была подтверждена другой исследовательской группой, которая девять месяцев подвергала мышей депривации сна, а затем изучила их митохондриальную функцию и отложения бета-амилоида. Как и следовало ожидать, у мышей, которым не давали высыпаться, наблюдались повышенные уровни митохондриальной дисфункции и бета-амилоидных бляшек по сравнению с контрольной группой [6]. Это исследование помогает нам понять, почему хронической недосып является известным фактором риска развития болезни Альцгеймера.
Еще один пример – помните NAD? Этот метаболический кофермент контролируется циркадными часами и напрямую влияет на активность митохондрий, стимулируя производство АТФ [7]. Таким образом, если у вас нарушен циркадный ритм, то будут проблемы с выработкой NAD, что, в свою очередь, приведет к нарушению митохондриальной функции и проблемам с психическим и метаболическим здоровьем.
МИТОХОНДРИИ ИГРАЮТ РОЛЬ В КОНТРОЛЕ РЕЖИМА СНА
В регуляции сна участвует множество нейронов и нейромедиаторов, однако многие аспекты этого процесса остаются не изученными.
Тем не менее последние исследования явно указывают по крайней мере на одну прямую роль митохондрий. В статье, опубликованной в журнале Nature в 2019 году, рассматривались нейроны, которые, как известно, вызывают сон у плодовой мушки, чтобы определить, что заставляет их включаться и выключаться. Другими словами, что заставляет этих мух засыпать? Исследователи обнаружили, что это митохондрии. Уровень РФК в этих органеллах был напрямую связан со специфическими рецепторами, вызывающими сон. Исследователи резюмировали важность этого открытия: «Энергообмен, окислительный стресс и сон – три процесса, которые независимо друг от друга влияют на продолжительность жизни, старение и дегенеративные заболевания, что автоматически связывает их между собой» [8]. Что эти исследователи оставили без внимания, так это психические расстройства, которые также связаны со всем перечисленным.
Другая группа ученых рассматривала плодовых мушек с дефектами митохондрий и обнаружила, что у них тоже нарушены циркадные ритмы и режим сна – это еще больше подчеркивает важную роль митохондрий [9]. Исследование на людях с митохондриальными дефектами показало, что почти у 50 % из них наблюдались нарушения дыхания во сне [10].
СВЕТ ВЛИЯЕТ НА МИТОХОНДРИИ И МОЗГ
Свет стимулирует митохондрии, причем разные длины световых волн оказывают разное воздействие. Например, красный свет, как правило, стимулирует производство АТФ. Синий наоборот, подавляет выработку АТФ и увеличивает выработку РФК [11]. В зависимости от длины волны свет будет влиять на разные митохондриальные белки. При воздействии слишком большого количества света любого спектра митохондрии могут производить слишком много РФК. Этот окислительный стресс способен повредить как сами митохондрии, так и все остальное в клетке.
Самый яркий пример негативного воздействия чрезмерного количества света дают нам клетки кожи. Когда люди загорают, фотоны света стимулируют митохондрии в их коже. При чрезмерном воздействии это может привести к преждевременному старению кожи (родинки и морщины) или даже к раку кожи [12]. Считается, что митохондрии играют во всем этом важную роль.
Своим воздействием свет влияет и на мозг. Это происходит как минимум за счет трех механизмов.
1. Я уже рассказывал вам о СХЯ. Оно реагирует на поступающий в глаза свет и рассылает по всему организму циркадные сигналы, которые, в свою очередь, влияют на работу митохондрий.
2. Воздействие света на кожу увеличивает содержание уроканиновой кислоты (УКК) в крови. УКК попадает в мозг, где стимулирует нейроны, вырабатывающие глутамат, тем самым напрямую влияя на такие когнитивные функции, как обучение и память [13]. Таким образом, воздействие света способно помочь вам лучше думать.
3. Исследователи могут воздействовать красным и ближним инфракрасным светом на кожу головы и даже на слизистую носа. Эта терапия получила название фотобиомодуляции мозга. Воздействие этих световых волн стимулирует производство АТФ, изменяет уровень кальция и способствует эпигенетическим изменениям за счет прямого воздействия на митохондрии. Принято считать, что тем самым повышается метаболическая способность нейронов, оказывается противовоспалительное действие и стимулируется нейропластичность [14].
Как только современные люди не портят свой режим сна! Мы берем с собой в постель телефоны, читаем в постели – разумеется, при свете лампы. Мы просыпаемся посреди ночи и включаем компьютеры и телевизоры, допоздна играем в игры или смотрим сериалы. Работаем в ночную смену, засиживаемся допоздна, чтобы успеть в срок сдать важный проект. Мы веселимся всю ночь напролет, летаем по всему земному шару и страдаем от смены часовых поясов. Все это неизбежно влияет на наши циркадные ритмы и режим сна, тем самым оказывая негативное воздействие на обмен веществ.
Некоторым очень сложно уснуть. В их голове без конца крутятся тревожные и беспокойные мысли. Одни просыпаются посреди ночи в панике и не могут вернуться ко сну. Другие громко храпят и постоянно просыпаются. Им не дают покоя флешбэки о жестоком обращении в детстве. Они боятся спать. Их кровать становится камерой пыток. Это также нарушает нормальный обмен веществ.
Каждый день сон, свет и циркадные ритмы оказывают важное влияние на симптомы, которые у нас наблюдаются. У людей с аффективными расстройствами перепады настроения могут зависеть от времени суток: у них происходят так называемые суточные колебания настроения. Кто-то просыпается с чувством глубокой депрессии, однако в течение дня его настроение постепенно улучшается. Люди с деменцией могут становиться возбужденными и более растерянными ночью. Аналогично по ночам могут усиливаться симптомы шизофрении. Теория «от тела к мозгу» объясняет эти хорошо известные явления с помощью митохондрий и обмена веществ.
Времена года также могут влиять на симптомы. Считается, что люди с сезонным аффективным расстройством, которые склонны впадать в депрессию в зимние месяцы, прежде всего страдают от недостатка солнечного света. У страдающих биполярным расстройством маниакальные и депрессивные эпизоды также могут зависеть от времени года. Теория «от тела к мозгу» предлагает объяснение и этим изменениям.
Нормальный режим сна играет важнейшую роль для нашего психического и метаболического здоровья. Оцените свой режим сна, ответив на следующие вопросы (любой отрицательный ответ будет тревожным сигналом).
• Удается ли вам поспать 7–9 часов каждую ночь?
• Хорошо ли вы спите в течение ночи?
• Просыпаетесь ли вы отдохнувшим?
• Можете ли вы хорошо выспаться без применения таблеток или других веществ?
• Чувствуете ли вы себя достаточно бодрым и внимательным в течение дня? (Если вы часто спите днем или клюете носом, то это тревожный сигнал.)
Если у вас хронические проблемы со сном, поговорите с вашим лечащим врачом, чтобы определить, что может быть их причиной. Возможно, у вас обструктивное апноэ во сне, синдром беспокойных ног, гормональный дисбаланс или какая-то другая проблема, мешающая нормально спать по ночам. Определенную роль в лечении могут сыграть такие вещи, как гигиена сна и когнитивно-поведенческая терапия бессонницы (КПТ-И). Вы можете расспросить о них своего врача или почитать в интернете.
Снотворные средства, включая безрецептурные добавки, такие как мелатонин, полезны в качестве временной меры в необычных стрессовых ситуациях. Однако следует помнить, что подобные препараты нарушают нормальную архитектуру сна. Это может лишить вас некоторых полезных свойств естественного отдыха. Кроме того, со временем они могут нарушить обмен веществ и функцию митохондрий, так что при длительном применении препараты только усугубляют ваши проблемы.
⇨ Попробуйте нормализовать свой сон без использования таблеток. Если вы употребляете снотворное в течение многих лет, вам может понадобиться профессиональная помощь, чтобы отказаться от него.
Теперь оцените, достаточно ли вы получаете дневного света (любой отрицательный ответ может быть сигналом о проблеме).
• Подвергаетесь ли вы воздействию дневного света бо́льшую часть дней (в том числе через окно)?
• Вы бываете на улице?
• Вы открываете шторы днем?
• Вы спите в затемненной комнате без света или с минимальным освещением?
• Стараетесь ли вы, находясь в постели, не пользоваться мобильным телефоном или планшетом и не смотреть телевизор?
Исправление любых проблем с воздействием света – его недостатка днем или избытка ночью – может сыграть свою роль в лечении.
Фототерапия – это метод лечения, который заключается в том, что пациент каждое утро сидит по несколько минут перед яркой лампой. Для этого используются специальные лампы с яркостью 10 000 люкс (единица измерения освещенности), которые имитируют воздействие естественного солнечного света, но при этом совершенно безопасны для глаз. Фототерапия применяется при самых разных расстройствах, включая сезонное аффективное и биполярное расстройства, большое депрессивное расстройство, послеродовую депрессию, бессонницу, травматические повреждения мозга и деменцию [15]. Любопытно, что световое воздействие может помочь даже в лечении ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний [16]. Фототерапия помогает регулировать циркадные ритмы и способствует нормализации сна, что, как вы теперь знаете, может оказать сильное воздействие на обмен веществ и митохондрии. Должен вас предупредить, что в моей практике у некоторых пациентов с биполярным расстройством в результате фототерапии развивалась гипомания и даже мания, так что используйте ее с осторожностью, если у вас бывали маниакальные состояния в прошлом.
Я также упомянул фотобиомодуляцию мозга. Этот метод все еще считается экспериментальным, однако изучается для лечения различных заболеваний, таких как деменция, болезнь Паркинсона, инсульт, травматические повреждения мозга и депрессия.
• Сон, свет и циркадные ритмы взаимосвязаны.
• Все они играют важную роль в обмене веществ, работе митохондрий, психическом здоровье и здоровье обмена веществ.
• Очень важно выявить точную причину наблюдаемых у вас проблем со сном, так как она может потребовать специфического лечения.
• Существует много методов регулирования сна.
• Для некоторых людей определенную роль в лечении может сыграть контроль освещенности и/или применение фототерапии.
Калеб жил в городе, населенном представителями высшего среднего класса, и жил довольно неплохо, хотя его родители и были в разводе (один из пунктов в списке неблагоприятного детского опыта). Кроме того, в его семье были случаи психических заболеваний – его мать, отец, тети, дяди, бабушки и дедушки страдали от депрессии, суицидальных мыслей, наркомании, биполярного расстройства и/или шизофрении. Еще с дошкольного возраста он начал испытывать трудности. Когда ребенок подрос, у него были все признаки СДВГ: периодически он выходил из себя и часто отвлекался. Школьная программа давалась ему плохо, и он то и дело закатывал истерики.
Калеб начал проходить психотерапию. Его родители и учителя что только не испробовали, но ничего не действовало. Он начал принимать стимуляторы для лечения СДВГ, которые помогали примерно на одну неделю, а затем начались проблемы со сном. От этого стало только еще хуже. Применялись разные дозировки и стимуляторы, однако ситуация со сном не улучшалась. Пытались попробовать снотворные препараты, но родители решили вместо этого прекратить давать ему стимуляторы.
В школе все стало еще хуже. Калеб был умным и способным мальчиком, так что проблема была явно не в уровне развития. Он получал поддержку по индивидуальной программе обучения (IEP) и в конце концов был зачислен в специальную группу для детей, испытывающих социальные и эмоциональные проблемы. Он начал жаловаться на хроническую депрессию. От расстройства мальчик ранил себя острым карандашом, а когда ему становилось особенно тяжело, угрожал покончить с собой. В седьмом классе и школьное руководство, и его лечащий врач рекомендовали ему стабилизатор настроения для лечения предполагаемого биполярного расстройства. Родители отказались от назначенного и вместо этого решили попробовать «метаболический» вариант лечения.
Мы выбрали два метода лечения, которые отталкивались от метаболических проблем, лежащих в основе биполярного расстройства. Прежде всего решили разобраться с инсулинорезистентностью. Последние пару лет Калеб неуклонно прибавлял в весе, особенно в области талии, что является признаком инсулинорезистентности. После школы он объедался сладостями, «чтобы справиться со стрессом после тяжелого дня», а вечером «в качестве лакомства» получал десерт. Учитывая, какой стресс у него вызывала учеба в школе, родители были не против. Чтобы решить эту проблему, мы рекомендовали отказаться от всех сладостей в течение учебной недели. Он не был в восторге от этого, но согласился попробовать. Второе вмешательство было направлено на улучшение регуляции циркадных ритмов и режима сна, которые, как известно, играют определенную роль при биполярном расстройстве. Каждое утро он по 30 минут подвергался фототерапии. Было доказано, что она помогает при биполярной депрессии как минимум некоторым людям, при этом почти не имея побочных эффектов [17]. У него уже была привычка играть по утрам в компьютерные игры, «чтобы проснуться», так что мы, не меняя его привычный распорядок, просто ставили рядом лампу, пока он играл. Уже через месяц ситуация начала улучшаться. Калеб перестал устраивать в школе истерики. Его депрессия пошла на спад, а концентрация внимания улучшилась. В целом в школе ему стало проще. На следующий год, в восьмом классе, он получил лучшие оценки за всю свою жизнь – одни пятерки. В 2020 году, через два года после начала лечения, он поступил в среднюю школу во время пандемии COVID-19. Хотя многие его сверстники страдали от депрессии, тревоги и социальной изоляции, у него все складывалось хорошо. Он продолжил учиться на одни пятерки и после первого семестра перестал заниматься по индивидуальной программе IEP. В новой школе не могли поверить, что она вообще когда-то была нужна этому прилежному, образцовому ученику.
Калеб придерживается этого плана лечения уже четыре года и продолжает преуспевать. Очевидно, что этот конкретный план не подходит для всех детей, испытывающих трудности, однако Калебу он помог. Теория мозга объясняет нам, как и почему.