Модуль 3.2 · Циркадный ритм

Циркадный ритм

Тело — это не пассивная система, реагирующая на сонливость. Это биологические часы, регулирующие десятки гормонов и физиологических процессов по $24$-часовому циклу. Дирижирует мини-структура в мозге — $SCN$ ($suprachiasmatic \ nucleus$), $\sim 20\,000$ нейронов. Три главных гормона-исполнителя: мелатонин (готовит ко сну), кортизол (готовит к действию), температура тела (модулирует обмен). Свет — главный $Zeitgeber$ («задаватель времени»), синхронизирующий внутренние часы с внешним миром.

Циркадная система — это не «биология сна». Это $24$-часовая программа всего организма. Сон в неё встроен, как и метаболизм, иммунитет, настроение. Когда программа сбивается, страдают все процессы. Тилль Роенненберг · $LMU \ Munich$, автор «$Internal \ Time$»

Раздел 1 · SCN

$SCN$ — главные часы в мозге

$SCN$ — крошечное скопление нейронов в гипоталамусе, $\sim 1$ мм$^3$. Главные часы организма. Каждый нейрон $SCN$ имеет собственный $\sim 24$-часовой цикл (на самом деле $\sim 24{,}2$ ч у человека), а вся структура синхронизирует периферические часы в каждой клетке тела.

Как $SCN$ работает

Молекулярные часы: гены $CLOCK$, $BMAL1$, $PER$, $CRY$ образуют петли обратной связи с периодом $\sim 24$ ч. Открыто в $2017$ — Нобелевская премия Холлу, Росбашу, Янгу.
Световой вход: специальные клетки сетчатки ($ipRGC$, открыты $2002$) реагируют на синий свет $460$–$480$ нм. Сигнал идёт прямо в $SCN$ через $RHT$ ($retinohypothalamic \ tract$).
Периферические часы: в печени, мышцах, жировой ткани, поджелудочной — есть свои часы, которые $SCN$ синхронизирует. Без $SCN$ они десинхронизируются.
Свободный период: в полной темноте (бункерные эксперименты) ритм продолжается, но «дрейфует» в $\sim 24{,}2$ ч. Без света мы постепенно сдвигаемся в сторону «совиного» режима.

Что регулирует $SCN$ через подчинённые часы

Сон / бодрствование
Температура тела (вариация $\sim 0{,}5°C$ за сутки)
Гормоны: мелатонин, кортизол, $GH$, $TSH$, грелин, лептин
Метаболизм: инсулиновая чувствительность, экспрессия ферментов печени, секреция желчи
Иммунитет: количество $T$-клеток, провоспалительные цитокины
Когниция: память, внимание, реакция

Десинхронизация ($SCN$ ↔ периферия) — корень многих проблем «современной жизни»: ночные смены, искусственный свет вечером, нерегулярный график еды. Цена: $+50\%$ риск $ССЗ$, $+30\%$ диабета, $+40\%$ риск некоторых раков ($Mongrain \ 2018$ обзор).

Раздел 2 · 3 дирижёра

Мелатонин, кортизол, температура

Три главных циркадных сигнала. Мелатонин и кортизол — антагонисты: когда один высок, другой низок. Температура тела следует за ними. Понять, как и когда они колеблются, — значит понять, почему вы засыпаете именно в 23:00, а бодрствуете в 11:00.

Мелатонин пик $02$–$04$ Производится шишковидной железой. Старт синтеза за $2$–$3$ ч до сна ($DLMO$ — $dim \ light \ melatonin \ onset$). Свет вечером подавляет его на $50$+ $\%$. Сигнал «темно — пора спать».

Кортизол пик $07$–$09$ $CAR$ ($cortisol \ awakening \ response$) — пик через $30$ мин после пробуждения. Готовит к действию: повышает сахар крови, давление, мобилизует ресурсы. Минимум $\sim 22$:$00$.

Температура тела пик $16$–$18$ Минимум $\sim 04$–$05$ ($\sim 36{,}3°C$), максимум $\sim 17$–$18$ ($\sim 37{,}0°C$). Падение температуры $\to$ сонливость. Прохладная спальня ($18$–$20°C$) ускоряет засыпание.

$GH$ (гормон роста) пик $00$–$02$ $\sim 70\%$ суточной секреции $GH$ происходит во время $N3$-сна, особенно в первые $2$–$3$ часа ночи. Поздний отбой = меньше $GH$.

$TSH$ (щитовидка) пик $22$–$00$ Подготовка к замедлению ночью. Дисрегуляция $TSH$ — один из ранних маркеров $shift$-$work$ работников.

Грелин / лептин $gh \uparrow$ утром Грелин (голод) растёт перед обычным временем еды. Лептин (сытость) пик ночью. Сбитый ритм $\to$ еда ночью, голод утром, переедание.

Раздел 3 · Хронотипы

$3$ хронотипа: жаворонок, средний, сова

Не все циркадные системы тикают одинаково. $15$–$20\%$ людей — жаворонки ($morning \ types$), $60$–$65\%$ — промежуточные, $15$–$20\%$ — совы ($evening \ types$). Хронотип наполовину генетический ($PER1$, $PER3$ варианты), наполовину возрастной — подростки совы, пожилые жаворонки.

$MSF$ — мера хронотипа

$MSF$ ($mid$-$sleep \ on \ free \ days$) — середина сна в свободные дни (выходные без будильника). Метрика Тилля Роенненберга, $2007$. Если вы спите без будильника с 00:00 до 08:00, ваш $MSF = 04$:$00$.

MSF

$MSF = \dfrac{T_{отход} + T_{подъём}}{2}$ (в свободные дни)

Категории по Роенненбергу: $MSF \leq 03$:$00$ — жаворонок, 03:00–05:00 — промежуточный (большинство), $\geq 05$:$00$ — сова, $\geq 06$:$30$ — крайняя сова.

Характеристики $3$ хронотипов

Жаворонок

$\sim 15$–$20\%$ людей. $MSF \leq 03$:$00$.

Просыпается 05:00–07:00 без будильника
Пик активности $09$–$12$
Спать хочется 21:00–22:00
«Социально выгодный» хронотип в школе/офисе

Промежуточный

$\sim 60$–$65\%$. $MSF$ 03:00–05:00.

Просыпается 07:00–09:00
Пик активности $11$–$14$
Спать хочется 22:30–23:30
Гибкий, адаптируется к графику

Сова

$\sim 15$–$20\%$. $MSF \geq 05$:$00$.

Просыпается 09:00–11:00 без будильника
Пик активности $15$–$19$
Спать хочется 00:00–02:00
Социально невыгодный при $9$-к-$5$ графике

Возраст и хронотип

Дети ($0$–$10$): преимущественно жаворонки
Подростки ($13$–$18$): биологический сдвиг к совам — отбой 00:00, подъём 10:00. Школа в 08:00 — социальный jet lag.
Молодые взрослые ($18$–$25$): пик «совиности», $MSF$ часто $> 06$:$00$
Взрослые ($25$–$60$): постепенно сдвиг обратно к среднему
Пожилые ($60$+): $advanced \ phase$, ранний подъём 05:00–06:00, отбой 21:00

Совы не «ленивые». Их биологические часы запаздывают на $2$–$3$ часа от жаворонков. Заставлять сову вставать в 07:00 — это как заставить жаворонка работать ночью. Социальный $jet \ lag$ убивает совам больше лет, чем курение многим.

Тилль Роенненберг · $LMU \ Munich$

Раздел 4 · Визуализатор

$24$-часовая визуализация гормонов

Главный интерактив модуля. Введите ваше время отхода ко сну и подъёма — увидите $24$-часовые кривые мелатонина, кортизола и температуры для вашего графика. Заштрихованная зона — окно сна. Гормоны сдвигаются вместе с этим окном.

Визуализатор · 24 часа

Мелатонин, кортизол, температура

Привязка к середине сна ($MSF$ из вашего графика). Кривые смещаются с фазой: ранний график $\to$ ранние пики, поздний $\to$ поздние. Цель: понять, в какое время суток вы биологически «спите», «работаете», «отдыхаете».

Отход ко сну

Подъём

Мелатонин Кортизол Температура Окно сна

Ваш хронотип по $MSF$

Промежуточный

$MSF = 03$:$00$

Стандартный хронотип. $MSF$ 03:00–05:00 — большинство населения. Биологически подходите к стандартному графику $9$-к-$5$. Совы и жаворонки имеют другие потребности.

Раздел 5 · Свет как Zeitgeber

Свет — главный синхронизатор

$SCN$ синхронизируется с $24$-часовым внешним циклом через $Zeitgeber$ («задаватели времени»). Главный — свет. Слабее работают: время еды, активность, температура, социальные ритмы. Понимая, как свет настраивает часы, можно осознанно сдвигать фазу для решения проблем со сном или $jet \ lag$.

Какой свет работает

Интенсивность: $> 1\,000$ люкс для сильного эффекта. Дневной свет $-$ $10\,000$+. Лампы в комнате $-$ $50$–$300$ люкс (мало).
Спектр: синий свет $460$–$480$ нм — самый мощный сигнал. Экраны, $LED$-лампы, утреннее небо.
Время: свет утром сдвигает фазу вперёд (раньше). Свет вечером сдвигает назад (позже). Это $PRC$ — $phase \ response \ curve$.
Длительность: $30$–$60$ мин яркого света утром даёт значительный эффект.

Практические правила света

Утром: $15$–$30$ мин дневного света в течение часа после пробуждения. Зимой в РФ — $light \ therapy$ лампой $10\,000$ люкс.
Днём: яркое освещение в офисе/доме. Поднимает кортизол, бодрит, защищает от depression.
Вечером: димминг ($< 100$ люкс) за $1$–$2$ ч до сна. Тёплый цвет ($< 3\,000K$). $f.lux$ / $Night \ Shift$ на устройствах.
Ночью: полная темнота. Даже свет от уличного фонаря через окно подавляет мелатонин на $\sim 15$–$30\%$.

Эффект: одно лишь это правило ($+$ свет утром, $-$ свет вечером) часто решает $50\%$ проблем со сном без таблеток.

Раздел 6 · Jet lag

$Jet \ lag$ — десинхронизация часов

$Jet \ lag$ — несоответствие внутренних часов (фазы $SCN$) и внешнего времени (новый часовой пояс). Симптомы: усталость днём, бессонница ночью, нарушение пищеварения, плохое настроение. Восстановление: $\sim 1$ день на $1$ час разницы при правильной стратегии.

Восток vs запад

Биологические часы человека идут с периодом $\sim 24{,}2$ ч — на $0{,}2$ ч длиннее астрономических суток. Поэтому сдвиг назад (на запад) даётся легче, чем сдвиг вперёд (на восток). Это асимметрия.

Маршрут (часов)	Восстановление	Стратегия
Москва → Калининград (–1)	$\sim 1$ день	Не требует подготовки
Москва → Лондон (–3)	$2$–$3$ дня	Поздний обед в самолёте, прогулка вечером
Москва → Нью-Йорк (–7)	$5$–$6$ дней	Прибытие $\to$ свет на улице до вечера, без дневного сна
Москва → Владивосток (+7)	$7$–$8$ дней $\uparrow$ сложнее	За $3$–$5$ дней до — отбой раньше на $1$ ч/день
Москва → Токио (+6)	$6$–$7$ дней	Утром $-$ яркий свет, вечером $-$ мелатонин $0{,}3$–$0{,}5$ мг
Москва → Сидней (+7, ещё $24$ ч полёт)	$10$+ дней	$+$ короткий сон в самолёте, мелатонин по графику новой зоны

$5$ работающих стратегий $jet \ lag$

Свет в нужное время. Восток: яркий утром. Запад: яркий вечером. Это самый сильный сигнал для часов.
Мелатонин $0{,}3$–$0{,}5$ мг за $30$ мин до целевого отбоя в новой зоне. Не $5$ мг — это передозировка, эффект хуже.
Подготовка за $3$–$5$ дней: смещайте отбой/подъём на $30$–$60$ мин/день в сторону новой зоны.
Еда по местному времени с момента посадки. Time-restricted eating в новом окне ускоряет адаптацию периферических часов.
Активность: лёгкое кардио в первой половине нового дня. Помогает в синхронизации.

Социальный $jet \ lag$

$Social \ jet \ lag$ — разница между $MSF$ в рабочие и выходные дни. Если в будни $MSF = 03$:$30$ (отбой $00$, подъём $07$), а в выходные $MSF = 06$:$00$ (отбой $02$, подъём $10$), социальный $jet \ lag = 2{,}5$ ч.

$> 2$ ч социального $jet \ lag$ $\to$ риск ожирения $+ 33\%$, депрессии $+ 60\%$, $ССЗ$ $+ 22\%$
Совы страдают больше всего: они всю неделю в $jet \ lag$ от своего графика
Решение: максимальная регулярность отбоя/подъёма, даже в выходные ($\pm 1$ ч)

Что забрать из модуля 3.2

$I$ $SCN$ — главные часы в мозге. $\sim 20\,000$ нейронов, период $\sim 24{,}2$ ч. Синхронизируют периферические часы во всех тканях. Десинхрон $\to$ риск $ССЗ$, диабета, рака.

$II$ $3$ дирижёра: мелатонин (пик $02$–$04$), кортизол (пик $07$–$09$), температура (пик $17$–$18$). Знать их фазу = знать оптимальное время для сна, работы, тренировок.

$III$ $3$ хронотипа: жаворонок ($\sim 15$–$20\%$), средний ($\sim 65\%$), сова ($\sim 15$–$20\%$). Половина генетика, половина возраст. Подростки $-$ совы, пожилые $-$ жаворонки.

$IV$ Свет — главный $Zeitgeber$. $> 1\,000$ люкс утром $\to$ сдвиг вперёд. Тёмный вечер $\to$ нормальный мелатонин. Одно это правило решает $50\%$ проблем со сном.

$V$ $Jet \ lag$: $\sim 1$ день на $1$ ч разницы. Восток сложнее запада. Социальный $jet \ lag$ $> 2$ ч (будни vs выходные) $\to$ риск ожирения $+ 33\%$.