Центральные часы называются циркадными ритмами, поскольку они регулируют биологические ритмы, происходящие в организме человека с периодичностью 24-часового цикла. Слово «циркадный» происходит от латинского circa diem – «около суток». Эти биологические часы настроены довольно точно: их цикл – 24 часа и 11 минут. А их главная функция – координировать деятельность триллионов клеток нашего организма и головного мозга, чтобы обеспечивать их активность в течение дня и запускать процессы очистки и восстановления ночью.
У этих часов замечательная стабильность, их не так легко сбить внешними факторами – ведь тогда такие вещи, как пробуждение среди ночи или короткий дневной сон могли бы нарушать множество важных процессов в нашем организме. Эта устойчивость абсолютно необходима для нормального функционирования нашего тела и мозга. Она нарушается, когда мы сокращаем продолжительность сна до уровня ниже биологических настроек наших часов. В современном мире эти устойчивые часы сбиваются с хода гораздо чаще, поскольку они не успевают адаптироваться к слишком быстрым изменениям, навязываемым извне. Например, когда мы совершаем перелет через несколько часовых поясов, или когда работаем в разные смены, придерживаемся разного режима сна в рабочие и выходные дни, или когда страна переходит с зимнего времени на летнее и наоборот. Чем стабильнее ваши часы, тем труднее вам справляться с такими нарушениями ритма.
Один внешний фактор особенно сильно влияет на наши биологические часы: это свет. Чувствительность к свету необходима для организма: она позволяет нашим внутренним часам с их циклом в 24 часа 11 минут синхронизироваться с 24-часовым суточным циклом нашей планеты и регулярно «переводить» свои стрелки в соответствии со сменой светлого и темного времени суток. Если бы этого не было, разница в 11 минут могла бы вызвать большие проблемы. Но на самом деле их вызвало изобретение искусственного света. Электрический свет, и особенно свет современных плоских экранов, который бьет с близкого расстояния прямо в наши глаза, нарушает ход наших биологических часов. При этом самый серьезный сбой вызывает воздействие света определенного спектра в переходный период между бодрствованием и сном{278}.
Биологические часы есть даже у самых простых организмов, у растений и у бактерий, состоящих всего из одной клетки. В медицинском институте нам рассказывали об опытах Жан-Жака д’Ортуса де Майрана. Этот ученый жил в начале XVIII века. Вот какой он провел эксперимент. Майран поставил в темный шкаф мимозу и наблюдал за ней в небольшое отверстие. Ученый обнаружил, что листья растения продолжали закрываться и открываться в темноте – и делали это с идеальной синхронностью. Так был сделан вывод, что растение не только подчинялось внешней смене дня и ночи, но и имело свой внутренний механизм, который продолжал некоторое время реализовывать этот 24-часовой цикл даже в отсутствие света.
Эти часы – не просто метафора. Исследователи смогли установить точное местонахождение «центральных биологических часов» у человека. Оказалось, что главным генератором циркадных ритмов является особое скопление клеток в гипоталамусе – так называемое супрахиазматическое ядро (СХЯ). Клетки этого ядра получают информацию от специальных клеток в наших глазах, которые не используются для зрения, но очень чувствительны к свету. Супрахиазматическое ядро содержит всего 20 000 нейронов, но оно чрезвычайно важно для нашего организма, поскольку играет роль метронома, регулятора ритма. Это «задающий генератор синхроимпульсов», который синхронизирует деятельность всех миллиардов клеток нашего тела.
Эти часы очень мощные. Когда исследователи поместили несколько таких нейронов в стеклянные контейнеры с питательным раствором, то обнаружили: даже вне тела и под воздействием постоянного света или темноты те продолжали держать свой ритм. Хотя, будучи отключенными от своей сети, через некоторое время сбивались. Отсюда оставалось сделать маленький шаг до того, чтобы увидеть, что в других клетках нашего организма также имеются крошечные часы. Однако все они синхронизируются через центральные часы. Эту функцию выполняют 20 000 нейронов. Все вместе они образуют «задающий генератор синхроимпульсов», который синхронизирует триллионы «ведомых генераторов тактовых импульсов»: он влияет на то, когда генам надо дать своим клеткам указания размножаться, выводить свои продукты жизнедеятельности в кровяное русло и т. д. Легко представить, какой хаос творился бы без такого центрального регулирования, если бы каждая из триллионов клеток организма занималась своими делами, когда ей вздумается.
Вот уже несколько десятилетий нам известно, что нарушения режима сна – такие как нехватка сна и работа по сменам – повышают вероятность развития диабетов, некоторых видов рака и особенно заболеваний желудочно-кишечного тракта. Сейчас мы понимаем, что в основе этих заболеваний, помимо прочего, лежит рассогласование нашего внутреннего часового механизма. Некоторые клетки теряют контакт с центральными часами и начинают бесконтрольно размножаться (рак). Другие клетки теряют контакт и начинают производить и выбрасывать свою продукцию в кровь (сахарный диабет) или в кишечник, когда им вздумается{279}.
Вот несколько важных гормонов, которые вырабатываются в организме в 24-часовом ритме и координируются центральными часами:
Мелатонин: его называют гормоном сна{280}. Он играет важную роль в синхронизации наших внутренних часов с внешним циклом смены дня и ночи, а вернее – светлого и темного времени суток. Мелатонин вызывает сонливость, улучшает настроение, обладает противовоспалительным действием и множеством других эффектов, не все из которых хорошо изучены на данный момент. Этот биологический продукт – очень древний с точки зрения эволюции. Он вырабатывается в организме не только млекопитающих, но и большинства других живых существ. Его вырабатывают даже растения, и этот процесс также следует циркадному ритму.
Лептин: этот гормон тормозит аппетит и создает ощущение сытости.
Грелин: повышает аппетит и заставляет нас чувствовать голод.
Кортизол: гормон стресса. Он подавляет иммунную систему, регулирует накопление и использование организмом жиров, сахара и белков – например, для формирования мышц и костей.
Гормон роста: полностью соответствует своему названию и отвечает именно за рост. Это – одна из причин, почему ученые беспокоятся о долгосрочных последствиях хронического недосыпания у детей и подростков. Но гормон роста играет важную роль и для здоровья взрослых, поскольку влияет на содержание сахара в крови, на иммунную систему, производство белков, удержание кальция в костях и многое другое.
Тестостероиды: отвечают за функционирование половых органов, потенцию, половое поведение, влечение, сексуальные мысли и чувства, мужскую структуру тела, рост мышц и костей, за мужское здоровье в целом. Недавние исследования показали: выработка организмом тестостерона в гораздо большей степени зависит от продолжительности сна, чем от циркадных ритмов{281}.
Гормоны щитовидной железы: регулируют энергетический баланс, рост костей, температуру тела и метаболизм сахара, жиров, белков и витаминов.
Гормоны паращитовидной железы: регулируют множество параметров, важных для роста костей, таких как уровень кальция, фосфатов и витамина D в крови.
И многое другое: биологические часы влияют на действие и побочные эффекты многих лекарственных препаратов, а также на периоды подъема и спада активности нашего головного мозга.
Поскольку эти часы регулируют практически все клетки нашего тела, многие процессы в нашем организме следуют строго установленной схеме в рамках 12-часового или 24-часового периода. Это такие процессы, как выработка и восстановление энергии, температура тела, кровяное давление, потребление кислорода, выработка пищеварительных ферментов и т. д. Они воздействуют на физиологию нашего мозга и, таким образом, влияют на наше мышление и поведение{282}, память, эмоции и т. д. Эти часы очень устойчивы. Когда они рассинхронизируются с внешней средой – например, из-за перелета через несколько часовых поясов (синдром джетлага), социальной десинхронизации (несоответствие между биологическими часами человека и его распорядком дня) или посменной работы, им требуется несколько циклов чередования дня и ночи (особенно воздействия дневного света), чтобы перевести свои «стрелки».
Глядя на вышеприведенный список, легко понять: нарушать выверенный ход этих часов, пренебрегая режимом сна и бодрствования или сокращая необходимое время сна, – плохая идея. Ведь это может разбалансировать и вывести из строя весь организм.
