Циркадные ритмы

Материал из BrainstormWiki
Перейти к: навигация, поиск

Тема сна и его устройства и регуляции - страшно обширна, и его исследователи обычно выглядят так, как прекрасная сомнолог из франции на фото. Прежде чем я сам превращусь в такое и доведу всю группу до подобного состояния, отмечу только, что "естественный 25 часовой цикл сна у человека", вегетативный или иной - по моим представлениям, миф

О нем писал Олег Кагарлицкий тут

https://www.facebook.com/groups/241251962734458/permalink/668661993326784/

Эти данные вошли в кучу учебников и справочников по следам исследований в конце семидесятых с людьми в условиях изоляции - в отсутствии часов и внешних проявлений смены дня и ночи, когда люди спали "когда им захочется, но раз в день" - этот день получался длиной в 25 часов примерно. В это время эффект "подстройки" циркадного ритма от естественного света, через супрахиазматическое ядро был известен недавно (открыли на крысах в 1972), и считалось, что неяркий искусственный свет на это ядро эффекта не оказывает.

Неверно.


Так как испытуемые использовали неяркий свет по своему разумению, они на самом деле подстраивали свои циркадные ритмы. Эффект замедления похож на тот, который вы можете испытать, если будете говорить в микрофон и слушать себя с небольшой задержкой - вы будете тянуть речь. Так и цикл сна затягивался. Это артефакт эксперимента (их там несколько, но оставим это пока). Более поздние исследования Charles Czeisler и других уверенно дают внутренний цикл очень близкий к 24 часам.

Charles A. Czeisler et al.: Stability, Precision, and Near-24-Hour Period of the Human Circadian Pacemaker. Science, 1999


Если убрать свет вообще, люди спят по 30 часов кряду и чувствуют себя плохо.

Циклические процессы в нормальной физиологии

Wheel.jpg

Циркадных процессов у всех живых существ много, пример приведен на картинке с колесом. На условном 24 часовом круге показаны точки максимума концентрации или значения - "акрофазы" разных параметров. Самыми часто и легко наблюдаемыми и цитируемыми являются

  • кортизол, дающий пик прямо перед пробуждением
  • мелатонин, с пиком посреди сна
  • и температура тела, с пиком во второй половине дня

Практически все, что на этом колесе показано — в норме уверенно синхронизируется со сном, потому что регулируется централизованно, разными механизмами. Самый очевидный из них — гормональный (вот TSH (ТТГ), LH (ЛГ) - вырабатываются гипофизом, который контролируется гипоталамусом, а "часами" для гипоталамуса служит то самое супрахиазматическое ядро — оно там же, рядом).


.

Супрахиазматическое ядро и entrainment

Hypothalamus.jpg

Супрахиазматическое ядро называется таким трудным словом потому, что располагается над "хиазмой" зрительного нерва — зрительным перекрёстом (поэтому его ещё можно называть надперекрёстным ядром, но так никто не делает — недостаточно научно звучит, наверное) вот прямо от зрительного нерва там к этому ядру есть маленькое ответвление, которое позволяет ему "замечать" смену дня и ночи.

(у черепах, например, для этой цели есть отдельный "третий" теменной глаз вообще)

Lightzeitgeber.jpg
Melatoninzeitgeber.jpg

Супрахиазматическое ядро само по себе является довольно высокосинхронизированными часами, способными поддерживать свой собственный — эндогенный — ритм с периодом чуть более 24 часов (точнее считается что 24 часа 11 минут, раньше ошибочно писали про 25 или даже 26 часов) Однако в норме эти часы "подводятся" сменой дня и ночи (вторая картинка); как и мы когда-то подводили часы по сигналам точного времени...

Это называется "entrainment"



Это кстати не единственный метод — циркадные процессы настолько тесно связаны, что entrainment можно получить и путем администрации мелатонина, например — или даже питанием по регулярному режиму. Некоторым экспериментаторам удавалось сначала разрушить циркадный ритм у крыс, удаляя супрахиазматическое ядро, а потом восстановить его в значительной степени, выдавая им корм в жестком режиме


Режим дня рулит.






.

Циркадные часы и сон

Циркадный ритм, на самом деле, не определяет сон.

Вот кортизол, мелатонин и прочие радости — подчиняются центральному циркадному регулированию (должны), а сон — более сложная конструкция На первой картинке представлена самая упрощенная модель, о двух процессах...

Twoprocesssleep.jpg

Жирной линией представлен циркадный ритм, в норме зависящий от супрахиазматического ядра, а пунктиром — гомеостаз сна. Этот механизм зависит от того, насколько мы выспались накануне. Чем меньше выспались — тем сильнее желание заснуть (что очевидно). Степень "невыспанности" измеряют по глубине начальной медленноволновой фазы сна, которая, как считается, не зависит от циркадного ритма. В норме, задуманной природой, при жизни на свежем воздухе поближе к экватору все ритмы надежно синхронизированы.

Abnormalities.jpg

В реальности бывают нарушения — вторая картинка, особенно обращаем внимание на третий график, показывающий десинхронизацию всего со всем. Возвращаясь к графикам Charles Czeisler из статьи, которую я привел в первом посте этой серии — они в разных протоколах экспериментов измеряли не только чередование сна и активности, но и циркадный ритм, — по температуре (всегда), мелатонину и кортизолу (в некоторых случаях)

И нашли, что циркадные часы у здоровых людей, грубо говоря, плевать хотели на их протоколы, поддерживая тот самый эндогенный ритм в 24 с небольшим часа несмотря ни на что. Не у всех, правда...

Социальные сигналы как zeitgebers

Мы уже отмечали здесь, что свет является не единственным источником, корректирующим внутренние часы циркадного ритма. Уже Юрген Ашофф, отец хронобиологии, и тот самый автор экспериментов в бункере над самим собой и сыновьями, которого я критиковал за видимо неверный вывод о 25 часовом периоде - еще в 71 году вот пишет в Science о том, что социальные сигналы не менее успешно корректируют циркадный ритм, чем свет

Aschoff et al: Human Circadian Rhythms in Continuous Darkness: Entrainment by Social Cues. Science, 1971

Такие внешние "корректоры" - "источники точного времени" называют (видимо в честь немца Ашоффа) zeitgebers - задатчики времени. Если будете искать материалы по хронобиологии - это отличное ключевое слово, однозначно отбирающее статьи именно по этой теме Итак, социальные сигналы тоже дают время. Когда все едят - к ним присоединяются и невыспавшиеся. Когда все играют - тоже, когда все успокаиваются - ну, вы поняли. Это вот уже вероятно опосредовано корой, как и предполагал с самого начала Олег

И здесь вполне можно предположить, что для аутистов:

  • социальные zeitgebers гораздо труднее в восприятии
  • в условиях, когда свет надежным сигналом не является (осень/зима у нас), иные zeitgebers должны бы играть большую роль,но если они не упорядочены, то с этим беда
  • в условиях типичного городского ребенка осенью происходит грандиозный слом структуры социальных zeitgebers - вместо каникул в школу/сад, из деревни в город и т.п,

Существует уже много лет теория [Ehlers. Frank & Kepfer, 1988] о том, что именно социальные zeitgebers и их сезонные изменения вызывают депрессивные эпизоды в биполярном расстройстве, например.


Установление циркадных ритмов в развитии

Нам конечно же должно быть интересна схема развития циркадных ритмов у младенцев. Приведем таблицу из хорошего обзора Gena Glickman (мы использовали схемы сна и циркадных ритомов из него же)

SleepDevelopment.jpg

Gena Glickman: Circadian rhythms and sleep in children with autism. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2010

Аномальное развитие сна как предиктор аутизма?

А вот это некоторая (очевидная) дыра в текущем научном знании

Известно что в нормальном развитии есть определенные фазы установления элементов циркадного ритма и цикла сна/бодрствования у детей (см. предыдущую секцию)

Люди, пишущие обзоры по сну аутистов, упрямо цитируют результаты одного и того же японца - Masaya Segawa, он известен описанием редкого Segawa syndrome - генетически обусловленной дистонии с циркадными вариациями...

Вот он утверждает, что у аутистов на первом году жизни циркадные ритмы устанавливаются с почти 5-месячным запаздыванием.

Так как аутизм диагностируют позже, чем это происходит, метод исследования -опрос родителей, что имеет очевидные недостатки. И оригинальная работа на японском, что не добавляет мне энтузиазма ее читать. Однако чего-то никто не взялся перепроверить. Зато цитируют.

Я приведу, тем не менее, очень интересную его работу по развитию сна и его связи с аутизмом и другими отклонениями в развитии, хотя бы за альтернативное мышление. Работа несколько безапелляционна, написана уже патриархом научной школы, но интересна все же (опубликована в безвестном японском журнале с очень низким IF)

Masaya Segawa: Epochs of development of the sleep–wake cycle reflect the modulation of the higher cortical function particular for each epoch. Sleep and Biological Rhythms, 2006

Литература

  1. Aschoff et al: Human Circadian Rhythms in Continuous Darkness: Entrainment by Social Cues. Science, 1971 Одна из основополагающих статей об установлении free-running циклов без явных zeitgebers
  2. Gena Glickman: Circadian rhythms and sleep in children with autism. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2010 Хороший обзор, использовавшийся в этой странице
  3. Simonne Cohen et al: The relationship between sleep and behavior in autism spectrum disorder (ASD): a review. J Neurodev Disord. 2014 Еще обзор сна в аутизме
  4. Cortesi F et al: Sleep in children with autistic spectrum disorder. Sleep Med. 2010 И еще