Циркадные ритмы у человека

Хронотипы и обучение в онлайн-школе

Обучение в домашней онлайн-школе «Фоксфорда» одинаково комфортно для всех «птичек». И вот почему:

  • Меньшее количество учебных часов, чем в обычной школе. Сравниваем: пятиклассник в домашней онлайн-школе «Фоксфорда» тратит в неделю 14 часов на вебинары и 5 — на самостоятельные занятия. В обычной школе нагрузка порядка 24-25 часов в неделю. При этом выполнять домашние задания представитель каждого хронотипа может в наиболее продуктивное для себя время, подстраиваясь под свои биологические часы.
  • Больше свободного времени по утрам. Сборы в школу и дорога до неё — это 1,5-2 часа бесценного времени. Именно их не хватает «совам», чтобы выспаться, а «жаворонок» может потратить утренние часы на самостоятельное изучение материала вместо тряски в автобусе или метро. Занятия в «Домашней школе Фоксфорда» начинаются не раньше 10 утра по московскому времени — можно полноценно выспаться, позавтракать и настроиться на учёбу. 
  • Возможность сосредоточиться. На онлайн-занятиях школьник находится дома и раздражающие факторы в виде шума назойливых соседей по классу, холода, яркого или, наоборот, тусклого света, которые ещё больше снижают уровень концентрации «сов» по утрам, отсутствуют. Можно создать идеальные условия для учёбы дома и полностью погрузиться в материал.
  • Возможность просмотреть запись занятий. Все онлайн-занятия доступны в записи: «сова», например, может дополнительно посмотреть вечером тему, которая трудно далась утром, а «жаворонок» — освежить знания с утра.
  • Привычка планировать. Большее количество свободное время и занятия для самостоятельного изучения дают возможность выстраивать жизнь исходя из своих биоритмов. Понимание, как эффективно учиться в школе, используя особенности своего организма, поможет и во взрослой жизни. 

Что такое циркадный ритм

Условия жизни на Земле за три с лишним миллиарда лет, которые она существует, менялись (было холодно и жарко, мокро и сухо и так далее), но одно оставалось почти неизменным — 24-часовые сутки, смена дня и ночи, вызванная вращением планеты вокруг своей оси. За все это время жизнь приспособилась к закатам и рассветам и обзавелась собственными внутренними часами. Этим циркадным (от лат. circa — «вокруг, примерно, около» и dies — «день») ритмам безжалостно подчинены очень многие процессы в организме: помимо сна и бодрствования, это, например, обмен веществ, гормональный уровень, температура тела и даже (опосредованно, конечно) поведение.

О том, как важны для нас естественные «внутренние часы», говорят многие исследования. Например, искусственное продление светового дня может вызывать ожирение и связанные с ним заболевания вроде диабета. В разное время суток организм, по-видимому, по-разному подвержен инфекциям: биологические часы животных влияют на способность вирусов к репликации и распространению между клетками. С циркадными ритмами может быть связано даже восприятие цветов — это показали на примере того самого платья, из-за которого в 2015 году чуть не разругался интернет.

Суточные ритмы

Многие ученые, включая меня, продолжают изучать влияние суточных ритмов на физиологию, метаболизм и даже на когнитивные функции взрослых людей. Мы установили, что ритмичность, или строгая закономерность, наблюдается почти во всех аспектах нашей повседневной жизни. Конечно, человеческие существа не цветут, как растения, и не мигрируют на дальние расстояния, как птицы, однако у нас тоже есть циркадные часы, которые отвечают за то, чтобы почти все процессы, связанные с нашим здоровьем, происходили в определенное время дня или ночи. Можно сказать, что наш организм запрограммирован на ежедневное выполнение действий в соответствии со строго определенными ритмами. В свою очередь,

Вот почему при работе с этой книгой вам следует иметь в виду, что самыми важными для жизни и здоровья окажутся те изменения, которые оптимизируют вашу деятельность в период с 6 часов вечера до полуночи.

Еще до того, как мы просыпаемся утром, внутренние часы готовят организм к пробуждению. Эта подготовка начинается с того, что шишковидная железа прекращает вырабатывать гормон сна мелатонин. У нас немного учащается дыхание, на несколько ударов в минуту возрастает частота сердечных сокращений и слегка повышается кровяное давление. Внутренняя температура тела поднимается на полградуса.

Наше общее самочувствие зависит от согласованности суточных ритмов. По утрам хорошее самочувствие означает, что мы чувствуем себя свежими и отдохнувшими после хорошего ночного сна, легко опорожняем кишечник, избавляясь от накопившихся за ночь токсинов, ощущаем бодрость, легкость и чувство голода. Вскоре после того, как мы открываем глаза, надпочечники увеличивают выработку гормона стресса кортизола, чтобы помочь нам энергично совершать утренние ритуалы. Поджелудочная железа готовится к высвобождению инсулина, чтобы справиться с завтраком.

После хорошего ночного сна и получения питательных веществ за завтраком мозг приходит в состояние готовности заниматься обучением и решением проблем в течение первой половины дня. В середине дня мы будем хорошо себя чувствовать, если объем выполненной работы окажется достаточным, чтобы мы были довольны результатами своих усилий. (Если вы не выспались, может возникнуть гнетущее ощущение, что вы попусту тратите время.) К концу дня мышечный тонус достигает пика, а после захода солнца температура тела начинает понижаться, в организме увеличивается выработка гормона сна мелатонина, организм готовится ко сну.

В вечернее время хорошее самочувствие означает снижение активности, чувство усталости и легкое погружение в глубокий сон. Сон не является для тела состоянием по умолчанию, в котором мозг просто отключается. На самом деле во время сна мозг очень занят. Он консолидирует воспоминания, основанные на сенсорной информации, полученной нами в течение дня, и сохраняет эту информацию путем создания новых синапсов, или связей, между нейронами. Кроме того, ночью мозг производит довольно много гормонов, в частности мелатонин и гормон роста человека. При дефиците сна производство гормона роста резко снижается, что особенно опасно для детей, так как может стать причиной задержки развития.

Суточные ритмы человека. Многие из функций нашего организма достигают пика в определенные периоды дня или ночи. Считается, что они регулируются нашими циркадными часами. Если нас полностью изолируют от естественного цикла дня и ночи, нормальное расписание этих ритмов будет сохраняться всего несколько дней.

Помимо прочего, ночью мозг занимается детоксикацией. Днем нервные клетки абсорбируют и перерабатывают питательные вещества, и в ходе этого процесса вырабатываются нежелательные токсичные побочные продукты. Во время сна эти токсины выводятся из мозга и в процессе нейрогенеза создаются новые клетки мозга. В этом отношении мозг можно сравнить с офисом: когда вы приходите в офис утром, у вас не возникает мысли о том, что кто-то работал там ночью, хотя на самом деле уборщики мыли полы, выносили мусор, системный администратор проводил апгрейд серверов, ремонтники меняли перегоревшие лампы освещения. Все эти работы должны выполняться для того, чтобы утром вы могли прийти и начать работать.

Внутренние биологические часы

Циркадные ритмы у человека — необходимость, определяющая не только время, но и вид предпочтительной деятельности в каждый час и минуту. Самым важным аспектом можно назвать полноценный сон, все привязано к суточному ритму, даже способность засыпать и стремление выспаться.

Обычный период ритмов — околосуточный, примерно равен 24 часам, но все индивидуально. Циркадные ритмы имеют эндогенную природу и обусловлены исключительно внутренними процессами в организме. Однако внешние факторы опосредовано могут сказываться на состоянии людей. Так, например, яркий свет может стать причиной незапланированного пробуждения и возбуждения специфических отделов ЦНС, что не позволит уснуть еще раз. Бодрствование, которого не должно было быть в этот время, «обнуляет» суточный ритм.

Даже официальная медицина признает, что есть люди-жаворонки, которые бодры уже ранним утром, так как их ритмы короткие, а есть совы, с длинными ритмами, которые утром не могут быть активны и тому есть физиологическое пояснение.

Нарушение циркадных ритмов имеет негативные последствия. Наглядно такие изменения можно проследить на фоне необходимости дальнего переела, когда летящий страдает от джетлага, синдрома дальних путешествий, с характерными симптомами: усталость, разбитость, потеря ориентации, бессонница, апатия. В аналогичную ситуацию попадают те, кто работает вахтовым методом на севере или часто дежурит ночью.

Медицинское значение циркадных ритмов нельзя переоценить. Постоянные попытки повлиять на собственный суточный ритм приводят к таким последствиям, как хроническое нарушение сна и сердечного ритма, депрессивные состояния, биполярные расстройства, онкологические заболевания.

Естественно, нестабильность циркадных ритмов приводит к снижению работоспособности и производительности. Недостаток сна и ригидность ритма снижает способность к концентрации и логическому мышлению. При этом человек устает в несколько раз быстрее, а упадок сил чувствуется острее. Кроме того, возможны проблемы интимного характера.

Циркадные ритмы у человека

Критерии[править | править код]

Чтобы называться циркадным, биологический ритм должен соответствовать четырём общим критериям:

  1. Ритмы чередуются ежедневно (имеют 24-часовой период). Чтобы держать след времени дня, часы должны быть в том же самом пункте в то же самое время каждый день, то есть повторяться каждые 24 часа.
  2. Ритмы должны сохранятся и при отсутствии внешних (эндогенных) реплик. Ритм сохраняется в постоянных условиях с периодом приблизительно 24 часов. Объяснение для этого критерия должно отличить циркадные ритмы от простых ответов до ежедневных внешних реплик. Ритм не может быть назван эндогенным, если это не было проверено в условиях без внешнего периодического входа.
  3. Ритмы могут быть приспособлены под соответствие местному времени (entrainable). Ритм может быть перезагружен при возобнавлённой подверженности внешним стимулам (типа света или температуры), процесс, названный захватом. Объяснение для этого критерия должно отличить циркадные ритмы от других вообразимых эндогенных 24-часовых ритмов, которые являются свободными к сбросу внешними репликами и, следовательно, не удовлетворяют цели оценить местное время. Путешествие поперек часовых поясов иллюстрирует способность человеческих биологических часов приспособиться к местному времени; человек будет обычно испытывать реактивную задержку прежде, чем захват их циркадных часов внесёт это в синхронизацию с местным временем.
  4. Ритмы поддерживают циркадную периодичность по диапазону физиологических температур (температурную компенсацию). Некоторые организмы, живущие в широком диапазоне температур, и тепловой энергии затронут kinetics всех молекулярных процессов в их ячейке (йках). Чтобы держать след времени, циркадные часы организма должны поддержать примерно 24-часовую периодичность несмотря на изменение kinetics, собственность, известная как температурная компенсация.

Циркадные часы

Суточная циркуляция энергии в органах

5:00 — 7:00 Толстая кишка.
Просыпайтесь, туалет, медитация.

7:00 — 9:00 Желудок.
Завтрак, прогулка, усвоение пищи.

9:00 — 11:00 Селезенка.
Четкое мышление, лучшее время для концентрации. Преобразование пищу в Ци.

11:00 — 13:00 Сердце.
Основная пища дня, прогулка, лучшее кровообращение.

13:00 — 15:00 Малая кишка.
Усвоение пищи, низкий уровень энергии, короткий сон, работа.

15:00 — 17:00 Мочевой пузырь.
Энергия восстановлена, работа и учеба.

17:00 — 19:00 Почка.
Упражнения, легкий ужин. усвоение питательных веществ. Восстановление костного мозга.

19:00 — 21:00 Перикардиум.
Легкое чтение, массаж стоп.

21:00 — 23 :00 Три части туловища.
Эндокринные и метаболические балансировки.

23:00 — 1:00 Желчный пузырь.
Сон, релиз желчи, восстановление клеток.

1:00 — 3:00 Печень.
Глубокий сон, очищение печени и крови.

3:00 — 5:00 Легкие.
Глубокий сон, сны и воспоминания, очищение легких.

Скачать печатную версию часов можно на нашем сайте 

Купить настенные часы можно на сайте наших партнеров https://www.xn--24-6kcca2hd6be1b.xn--p1ai

Циркадные ритмы у человека

Часы в мозге

Как показывает практика, механизмы смены сна и бодрствования можно объяснить даже детям — «„Проснись!“ — „Усни…“ — „Проснись!“ — „Усни…“ — „Проснись!“» . — Ред.

У дрозофил нашли подобие «гена сна», что описано в статье «Бессонные ночи дрозофилы» . Чисто теоретически это может привести к тому, что потребностью во сне можно будет управлять, но вряд ли мы это когда-то увидим. — Ред.

Есть предположение, что изначально (много миллионов лет назад) циркадные ритмы помогали организмам не умирать от кислорода, которого в тот момент в атмосфере стало аномально много для тогдашних обитателей планеты — «Прообраз биологических часов» . — Ред.

Циркадные ритмы у человека

Рисунок 1. Влияние супрахиазматического ядра гипоталамуса на работу различных клеток организма. Функционирование клеток всех типов тканей подчиняется центральному ритму, который задаёт супрахиазматическое ядро гипоталамуса. Оно «следит» за тем, чтобы сигналы от нервной и эндокринной систем приходили к клеткам в одно и то же время — фактически, синхронизирует их. Кстати, то же можно сделать и вне организма: выращивая в культурах несколько образцов различных тканей человека, можно эти культуры синхронизировать, если имитировать сигналы SCN. Такая синхронизация активности культур различных типов клеток одного и того же человека представлена на графиках.

В ходе исследований посмертных срезов мозга здоровых пожилых людей выяснилось, что с возрастом нейроны SCN дегенерируют. Изменяется и структура LC. Кроме того, активность лобных долей коры значительно падает с возрастом (и степень снижения этой активности напрямую отражается на интеллекте), что показано в исследованиях фМРТ . Всё это приводит к тому, что со временем у людей исчезают острые пики активности при бодрствовании. То есть пожилые, конечно, бодрствуют, но внимательность и скорость мышления у них не так хороши, как раньше. Вероятно, причина этого — постепенное ухудшение работы мозговых регуляторов сна и бодрствования.

У пожилых по сравнению с молодыми эффективность сна снижена. С этим может быть связана старческая сонливость, возникающая даже тогда, когда человек определённо выспался. Судя по всему, возрастное падение качества сна не вызвано какими-то конкретными патологиями, это просто часть обычного процесса старения. Впрочем, так ли неизбежно само старение, вопрос.

Кроме того, старые хуже переносят вынужденный пропуск сна. Это показали эксперименты, в ходе которых 12 мужчин возрастом 21–31 год и 11 мужчин возрастом 61–70 лет не спали 40 часов (рис. 2)

У пожилых субъективное ощущение сонливости было сильнее, чем у молодых, да и внимание из-за недосыпа падало заметнее

Другой эксперимент с такой же длительностью провели в 2005 году . Его результаты тоже представлены на рисунке 2 (закрашенные серым области). В нём двум группам участников-мужчин (опять пожилым и молодым) нужно было в течение 40 часов то спать по 75 минут, то бодрствовать по 150 минут, притом делать это по расписанию. Такой искусственный режим должен был выявить, насколько сон у людей одной возрастной группы более эффективен, чем у испытуемых из другой группы. Нетрудно догадаться, что молодые во время эксперимента и после него чувствовали себя лучше, чем пожилые, потому что лучше высыпались.

Циркадные ритмы у человека

Рисунок 2. Субъективное восприятие качества сна и бодрствования у молодых и пожилых мужчин во время 40-часового эксперимента по лишению сна , а также эффективность сна во время эксперимента с множеством эпизодов сна . Пожилые раньше начинают чувствовать сонливость, и субъективно она проявляется сильнее (тёмно-серая линия). Молодые более устойчивы к депривации сна (светло-серая линия). Кроме того, субъективно сон молодых (светло-серые закрашенные области) более эффективен, чем сон пожилых (тёмно-серые закрашенные области).

, рисунок адаптирован

Хронотип и успехи в школе

«Жаворонкам» и «голубям» живётся проще в современном городском ритме. Совам по утрам трудно быть концентрированными, вникать в новый материал и быстро реагировать на изменения. В то же время этому хронотипу проще работать с объёмными домашними заданиями: к вечеру их работоспособность достигает пика, тогда как «жаворонки» и «голуби» уже начинают спать на ходу. 

Однако по словам учёных,  ярко выраженный хронотип имеется всего у 20% людей. Остальные находятся как бы на стыке и при необходимости могут скорректировать свои биологические часы в нужную сторону.

Кроме того, многие люди, особенно школьники и студенты, ошибочно причисляют себя к «совам». Зачастую отсутствие бодрости по утрам связано с недостаточным количеством сна, а вечерняя бодрость и бессонница до полуночи — с активным использованием ноутбуков и телефонов вечером. Яркий экран и постоянный поток информации мешают мозгу настроиться на плавный отход ко сну.

Циркадные ритмы гормонов и нейромедиаторов

Мелатонин

Мелатонин сильнее других коррелирует с циркадными ритмами и секреция его происходит в условиях отсутствия света. Поэтому уровень мелатонина растёт в вечернее время, достигает максимума в середине ночи, и снижается в утреннее время. Такая регуляция даёт мелатонину возможность регулировать и синхронизировать не только биологические ритмы, такие как температура и давление, но и запускать аркуатный осциллятор. Этот осциллятор есть структура гипоталамуса, которая принимает участие в формировании пищевых привычек.

Концентрация мелатонина растёт к году и сохраняется на высоком уровне до подросткового периода. У младших школьников ночью количество мелатонина выше, чем днём в 40 раз. У детей этот гормон не только продлевает сон, но и подавляет синтез половых гормонов. Во время наступления полового созревания уровень мелатонина в крови существенно снижается. Количество мелатонина ночью выше, чем днём, всего в 10 раз.

Уровни глюкозы и инсулина

Циркадные ритмы поджелудочной железы имеют огромное значение для регулирования секреции инсулина и стабилизации уровня сахара в крови. Ученые в своих «мышиных опытах» доказали, что блокирование часовых генов приводит к ожирению и диабету второго типа. 6 ноября 2015 года в журнале «Science» вышла статья, из которой стало ясно, что учёными обнаружены тысячи генов в поджелудочной железе, которые задают ритм в зависимости от суток. 

Вот взгляните на циркадный ритм концентраций глюкозы и инсулина у диабетиков II типа и у здоровых людей. Стрелками показано время приёма пищи. 

Циркадные ритмы у человека
Изображение с сайта infomedik.info

Скорость секреции инсулина у диабетиков 2 типа и у здоровых людей: 

Циркадные ритмы у человека
Изображение с сайта infomedik.info

Кортизол

Это глюкокортикоид, синтезируемый надпочечниками. Гормон стресса.

Его максимум наступает в 6 часов утра, а минимум в 8 часов вечера.

Именно поэтому некоторые учёные и тренера рекомендуют тренироваться по вечерам. И именно поэтому первый прием пищи должен быть в 6-7 часов утра, а последний не позже 6 часов вечера. В течение дня колебания уровня кортизола кратковременные.

Гормон роста

Было проведено контролируемое исследование, в котором учавствовали 32 женщины с нормальной массой тела. Через неделю поздних ужинов у них проявились негативные метаболические изменения, которые приводят к ожирению: изменение температуры тела, уровня кортизола, снижение переносимости глюкозы, уменьшение расхода калорий в состоянии покоя и сниэение утилизации углеводов, а так же нарушение выработки гормона роста. Гормон роста расщепляет жиры и метаболизирует нутриенты. В нормальных условиях он вырабатывается поздно вечером перед сном и достигает максимума около полуночи-2 часов ночи. Поздний ужин изменяет вырботку гормона и удерживает его на низком уровне. Именно из-за гормона роста рекомендуется углеводную пищу кушать с утра, а белковую вечером. На углеводы инсулин реагирует сильнее, чем на мясо, рыбу, яйца, и именно белковый приём пищи вечером поспособствует секреции соматотропина.

Тестостерон

Имеет несколько суточных пиков:

  • 06-07 часов утра;
  • 12 часов дня;
  • 18 часов вечера.
  • Своего минимума тестостерон достигает в 21 часам вечера.

Плотность крови

Достигает максимума к 12-15 часам дня. На это же время приходится пик концентрации эритроцитов, гемоглобина, гематокрита. Максимальная концентрация лекоцитов приходится на 3 часа ночи. Отсюда несложны вывод: плотность крови коррелирует с ЧСС.

Частота дыхания

На минимуме в 3 часа ночи, и на пике в 15 часов дня. Поэтому, по всей видимости, с утра физическая выносливость больше. Хотя, пик физической выносливости, как это ни странно, приходится на 3 часа ночи, когда уровни реакции, внимательности, силы, болевого порога достигают минимума.

Сила мышц

Мышечная сила антагонист выносливости, поэтому пик её приходится на 15 часов дня. Увеличение мышечной силы достигает максимума, если тренить с 16 часов до 19:30.

История открытия

Впервые об изменении положения листьев в течение дня у тамаринда (Tamarindus indicus) упоминает описывавший походы Александра Македонского Андростен.

В Новое время в 1729 году французский астроном Жан-Жак де Меран сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой (Mimosa pudica). Эти движения повторялись с определённой периодичностью даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет, что позволило предположить эндогенное происхождение биологических ритмов, к которым были приурочены движения листьев растения. Де Мейрен предположил, что эти ритмы могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека.

Декандоль в 1834 году определил, что период, с которыми растения мимозы совершают данные листовые движения, короче длины суток и составляет примерно 22-23 часа.

В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. Предположение о наследственной природе циркадных ритмов было подтверждено окончательно опытами, во время которых скрещивались растения фасоли, периоды циркадных ритмов которых различались. У гибридов длина периода отличалась от длины периода у обоих родителей.

Эндогенная природа циркадных ритмов была окончательно подтверждена в 1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая (Neurospora crassa), проведёнными в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.

В 1970-е годы Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка изучали, можно ли идентифицировать гены, которые контролируют циркадный ритм у плодовых мух. Они продемонстрировали, что мутации неизвестного гена нарушают циркадные часы мух. Неизвестный ген получил название ген периода — Per (от англ. period).

В 1984 году Джеффри Холл и Майкл Росбаш, работающие в тесном сотрудничестве в Брандейском университете в Бостоне, и Майкл Янг из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке смогли выделить ген Per. Затем Джеффри Холл и Майкл Росбаш обнаружили, что белок PER, кодируемый геном Per, накапливается в течение ночи и деградирует в течение дня. Таким образом, уровень белка PER колеблется в течение суток синхронно с циркадным ритмом. Учёные предположили, что белок PER блокирует активность гена Per. Они обосновали, что с помощью ингибирующей петли обратной связи белок может препятствовать своему собственному синтезу и тем самым регулировать собственный уровень в непрерывном циклическом ритме. Однако, чтобы блокировать активность гена Per, белок PER, который продуцируется в цитоплазме, должен был каким-то образом достигнуть клеточного ядра, где расположен генетический материал, — этот вопрос оставался невыясненным.

В 1994 году Майкл Янг обнаружил второй «часовой ген» циркадного ритма, timeless, кодирующий белок TIM, который требовался для нормального циркадного ритма. Майкл Янг показал, что когда белок TIM связан с белком PER, оба белка могут проникать в ядро ​​клетки, где они блокируют активность гена Per, таким образом замыкая ингибирующую петлю обратной связи. Майкл Янг идентифицировал ещё один ген, doubletime, кодирующий белок DBT, который задерживал накопление белка PER. Совместное действие обнаруженных генов обеспечило понимание, как корректируется циркадный ритм для более точного соответствия 24-часовому циклу.

В последующие годы были выяснены другие молекулярные компоненты механизма, объясняющие его стабильность и функционирование. Были определены дополнительные белки, необходимые для активации гена Per, а также механизм, посредством которого свет может синхронизировать цикл.

В 2017 году Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг были удостоены Нобелевской премии за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм.

Это интересно: Аппендицит — симптомы и диагностика. нужен ли аппендикс?

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий