Физиологическое значение сна. Мозговые волны

Обновлено: 17.05.2024

Вопрос о том, для чего нашему организму нужен сон, на первый взгляд, кажется странным. «Безусловно, сон нужен человеку для того, чтобы как следует отдохнуть!» - таков будет предсказуемый ответ. Однако здесь же возникает ещё ряд вопросов. Например, почему период сна является таким продолжительным, а само состояние имеет чёткие биологические ритмы?

Известно, что обычного покоя тела и мышц для полноценного отдыха нам недостаточно. Нужно, чтобы органы чувственного восприятия временно «отключились» от внешней среды. Такое состояние у физиологов получило название «покоя» или «сниженной реактивности».

В последние годы исследователи сна открыли несколько уникальных факторов, не укладывающихся в ранее принятые схемы представления о природе сна и сновидений. В 80-х года прошлого столетия в Московском медицинском институте В. Ротенбергом и С. Кобриным было проведено изучение сна пациентов, страдающих полной атрофией мышц. Несмотря на то что, вследствие основного заболевания, пациенты не нуждались в долговременном телесном отдыхе, продолжительность их сна не сокращалась. Это означает, что сон, как таковой, не являет собой состояние обычного покоя, а отдых тела вовсе не означает обязательного компонента физиологии сна.

Появилось свободное время?

Тогда используй его! Получи дополнительное образование!

Медленный или быстрый сон?

Во второй половине прошлого века появился такой важный и информативный метод исследования работы мозга как электроэнцефалография. Благодаря ему физиологи смогли провести разграничение между различными фазами сна, однако чётких признаков, достаточных для того, чтобы определить сон, как таковой, выявлено не было. Дело в том, что проявления, свойственные для разных фаз сна, могут встречаться и при других состояниях, в которых периодически свойственно оказываться человеку и другим живым существам. Например, при определённых стадиях гипноза, отдельных патологических процессах и введении некоторых лекарственных веществ на энцефалограмме можно наблюдать ряд изменений, аналогичных тем, которые происходят в естественном сне.

Известно, что ночной сон состоит из четырёх неоднозначных циклов. Первая половина ночи характеризуется глубоким и медленным периодом, а под утро начинается парадоксальная фаза, часто сопровождающаяся яркими сновидениями. В парадоксальной фазе у человека наблюдается высокая активность психики: глазные яблоки двигаются, а активность нервных клеток ретикулярной формации становится выше.

Один из очевидных признаков состояния сна — это его ритмичность. Под ритмичностью понимают то, что физиологические симптомы сна чередуются между собой в определённой последовательности, что позволяет отличить сон, как таковой от иных состояний сознания сноподобного типа. Критерием «нормального» сна в данном случае принято считать цикличность четырёх стадий, завершающуюся парадоксальной фазой.

Таким образом, основываясь на полученных данных, можно вывести следующее определение сна. Сон — это особое, наследственно запрограммированное состояние живого существа, главной характеристикой которого является смена нескольких стадий подряд, чередующихся между собой.

В чём же заключается суть такого циклического чередования? Учёные неоднократно пытались понять, что будет, если человека лишить сна на долгое время. Безусловно, подобного рода опыты на людях не проводили, для этого использовали лабораторных животных. Сутки без сна — не так опасно для организма, в худшем случае появляются раздражительность, разбитость и усталость. Но если лишить человека сна на двое-трое суток подряд, последствия для организма и психики могут быть необратимыми и очень печальными.

Рассмотрим, какие опыты проводились на животных, когда исследователи временно пытались лишить их медленной фазы сна. Американские специалисты в 80-е годы прошлого столетия (в частности, А. Речшаффен и его коллеги) установили, что если животное разбудить, когда оно начинает засыпать, наступает так называемое «временное дробление» сна на короткие фазы. Аналогичные опыты на обезьянах проводили и российские учёные. Такое явление было названо чередующимся однополушарным медленным сном. Именно участки мозга, отвечающие за медленный сон, при условиях хронической депривации (лишения возможности заснуть), со временем адаптируются к новой ситуации, и критического уровня не наступает.

Критичным является угнетение не медленной, а парадоксальной фазы, что и показали как опыты Речшаффена, так и российских специалистов. Спустя несколько недель без сна подобные опыты неизбежно приводили к тому, что подопытные животные умирали от физического и психического истощения. Электроэнцефалографические исследования показывали резкое снижение амплитуды энцефалограммы незадолго до смерти животного (примерно за сутки). Это свидетельствует о необратимости патологических процессов в мозге.

Итак, подобны непростые в психологическом отношении опыты лишний раз подтверждаю наличие медленной и парадоксальной фаз сна, о которых более 40 лет назад говорил учёный М. Жувэ.

Физиологические механизмы сна

И.П. Павлова и его коллег всегда волновал вопрос: существует ли в головном мозге «центр сна»? Во второй половине текущего столетия был проведён ряд исследований, свидетельствующих о том, что в нашем мозге имеются несколько систем так называемой тонической деполяризации, обеспечивающих его активность в состоянии бодрствования. Их как минимум пять или шесть, а расположены они на всём протяжении условной мозговой оси. Также местом зон бодрствования являются стволовая ретикулярная формация, дорзальные ядра шва, голубое пятно и несколько других мозговых отделов.

Логически следует вывод о том, что если в мозге есть «бодрствующие» центры, то обязательно должны присутствовать и «сонные». Однако всё далеко не так просто. Центры, отвечающие за бодрствование, природа наделила механизмом обратной связи с особыми видами нервных клеток, тормозящих активные нейроны. Примечательным является то, что эти клетки находятся в разных мозговых отделах, но больше всего их сконцентрировано в ретикулярной формации. Медиатор, выделяемый этими клетками, получил название гамма-аминомасляной кислоты. Именно она является главным «тормозящим» мозговым веществом.

Почему нельзя полностью подавить медленный сон?

В нормальном состоянии у человека и животных наблюдается смена активности покоем, а бодрствования — фазой медленного сна. Он охватывает весь головной мозг полностью, а если поставить живое существо в сложные условия депривации, бодрствование и медленный сон начнут «включать» компенсирующие механизмы, восстанавливая постоянство внутренней среды организма. Следовательно, если медленный сон отвечает за оптимизацию работы внутренних органов, истина о том, что здоровый сон — это источник долголетия, подтверждается лишний раз.

Физиологическое значение сна. Мозговые волны

Гордеев Кирилл Сергеевич 1 , Ермолаева Екатерина Львовна 1 , Жидков Алексей Андреевич 1 , Илюшина Елена Сергеевна 1 , Федосеева Любовь Алексеевна 1
1 Нижегородский государственный педагогический университет им. К. Минина

Аннотация
Раньше учёные считали, что сон - это физиологическое состояние, характеризуемое потерей активных психических связей субъекта с внешним окружающим миром. Однако сейчас физиологи рассматривают сон, как важнейший процесс жизнедеятельности, во время которого активность мозга часто превышает дневные уровни. В этой статье рассмотрены физиологические аспекты сна и выяснена его роль в жизнедеятельности человека.

Сон - это функциональное состояние, характеризующее снижением двигательной активности, которое необходимо для восстановления способности мозга для аналитико-синтетической деятельности.

Существуют следующие объективные признаки сна:

Потеря субъектом активного сознания, выключение его активных связей с окружающим миром;
Фазовые изменения высшей нервной деятельности. Фазовые состояния ясно проявляются при переходе ко сну от бодрствования. И.П. Разенков определял три фазы, характеризующиеся нарушением закона физической силы раздражителей: уравнительная, парадоксальная и наркотическая;
Изменение поведения, утрата активной, целенаправленной деятельности, то есть принятие телом определенной позы;
Полиметрия. Изменение электроэнцефалограммы и других вегетативных показателей организма: электрокардиограмма, дыхание, температура тела, артериальное давление, показатели газообмена и т.д.

Во время сна периодически друг друга сменяют две фазы: фаза быстрого или парадоксального сна и фаза медленного сна. Первое проявление быстрого сна протекает 6-10 минут. Затем наступает фаза медленного сна. Парадоксальный сон с интервалами 80-90 минут периодически сменяет фаза медленного сна. Быстрому сну отводится ¼ часть всего сна, он возникает примерно 6-7 раз за ночь, и с последующим проявлением его длительность увеличивается, достигая перед пробуждением 20-30 минут.

В быстрой фазе сна мозг находится в деятельном состоянии, это проявляется в быстром движении глазных яблок, подергивании конечностей и век, а также учащении пульса и дыхания. В состоянии быстрого или парадоксального сна субъект находится в глубоком сне, его нельзя разбудить сильными раздражителями, но возможно это сделать с помощью малейшего шороха. Если спящий проснётся в эту фазу, то он легко вспомнит о содержании своего сновидения.

Фаза медленного сна наоборот способствует забыванию сновидений, которые появляются в этот период в менее ярком реальном образе. Длится фаза от 1 до 1,5 часа, в течение этого времени снижается частота сердечного сокращения, кровяное давление и температура тела. Сердцебиение и дыхание становятся регулярными. В последующем, когда бессознательное состояние становится ещё глубже, спящего возможно пробудить только громкими звуковыми сигналами или сильными толкающими движениями.

В мозге отсутствуют лимфатические сосуды, выполняющие очистку органов человека от ненужных, переработанных питательных веществ. Пространство вокруг мозга заполняет цереброспинальная жидкость, (далее ЦСЖ). ЦСЖ попадает внутрь мозга вдоль кровеносных сосудов, она устраняет отходы из пространства между клеток мозга. Затем жидкость вместе с отходами сбрасывается в кровь. Этот процесс происходит наиболее быстро и эффективно только тогда, когда человек спит. Во время сна клетки мозга сокращаются и освобождают пространство, пропуская ЦСЖ, и позволяя ей очистить мозг от отходов. Когда человек бодрствует мозг откладывает процесс очищения от межклеточных отходов на потом. Продукт обмена - это белок амилоид, производимый мозгом. У больных Альцгеймером амилоид собирается и накапливается в межклеточном пространстве мозга. Поэтому полноценный, регулярный сон, составляющий 6-9 часов в сутки необходим для человека. Это своеобразная профилактика когнитивных изменений и деменции.

Сон выполняет важнейшие функции. Во-первых, очищение центральной нервной системы от метаболитов. Во-вторых, удаление накопившейся за день ненужной информации и эмоциональная перестройка, проявляющаяся в снижении возбудимости очагов мотивационного возбуждения. В-третьих, переход информации кратковременной памяти в долговременную, поэтому учить материал перед сном намного эффективнее. Таким образом, во сне активизируются многие вегетативные функции и протекают процессы, необходимые для нормального функционирования организма. Данные процессы не могут осуществляться при бодрствовании, поэтому человеку необходимо каждые сутки соблюдать правильный режим сна. Когда человек ложится спать его тело отдыхает, разум видит сны, а мозг продолжает работать. От качества сна зависит здоровье мозга, который регулирует работу всех остальных органов человека.

Фазы сна и что важно о них знать

Циклы, стадии и ритмы ночного отдыха Словосочетание «фазы сна» звучит красиво и загадочно, интригуя познавательным подтекстом, скрытым за емким понятием. Вы наверняка слышали, что сон бывает быстрым или медленным, но также наверняка не помните всех тонкостей упомянутых определений. А поскольку качество ночного отдыха с каждым годом приобретает все большую ценность, не лишним будет заново освоить физиологию фаз сна и разобраться, в чем отличие между быстрым и медленным сном

Какие бывают фазы сна

Научная схема структуры человеческого сна включает две главные фазы: медленный сон (он же медленноволновой, ортодоксальный или Non-REM-сон) и быстрый (БДГ или REM-сон — аббревиатура от определения «быстрое движение глаз» / rapid eye movement).

Сон здорового человека при нормальном графике в соответствии с биологическими ритмами представляет собой цикл из двух базовых фаз (каждая из которых, в свою очередь, имеет определенные стадии), несколько раз повторяющийся в течение ночи. Фазы сна человека имеют разную продолжительность по времени и особые функциональные задачи, обусловленные активностью мозговых структур.

Как устроены фазы и циклы сна

Засыпая, человек погружается в фазу медленного сна, а точнее, в ее первую стадию, которая длится 5-10 минут. Фактически это «прелюдия» отдыха, переход тела из активного состояния к полному расслаблению: снижается частота дыхания и пульса, замедляется обмен веществ, движение глаз под веками, понижается температура, замедляются волны мозга, мышцы расслабляются (иногда с импульсивными подергиваниями).

Затем наступает вторая стадия, которая длится около 20 минут — неглубокий или легкий сон, во время которого продолжает снижаться мышечная активность, температура, сердечный ритм, а глаза прекращают двигаться. Стадия легкого сна, повторяясь, как и прочие, несколько раз, занимает примерно 45-55 % общего времени ночного отдыха.

Еще по 30-45 минут приходится на третью и четвертую стадии — наступает глубокий дельта-сон. Сердцебиение и дыхание переходят к самому медленному ритму, мозговые волны и мышцы полностью расслаблены. Именно в этот период человека очень трудно разбудить, он/она крепко спит и даже если разговаривает в забытьи, потом ничего не помнит.

После этого спящий человек возвращается ко 2-й стадии медленного сна, которую сменяет первый короткий сеанс быстрого сна продолжительностью примерно 5 минут. Описанная последовательность стадий называется циклом, первый из которых насчитывает 90-100 минут, и, в среднем, здоровый сон длится 4-5 полных циклов, в зависимости от возраста и потребностей организма. Говоря о нормах для конкретной фазы сна, стоит отметить, что при повторении циклов доля медленного сна уменьшается, а быстрого — возрастает.

Чем важна фаза медленного сна

Во время медленного сна, а особенно в третью и четвертую стадии, организм восстанавливает энергетические и физиологические ресурсы, запуская процессы регенерации клеток, улучшения кровоснабжения мышц, общего укрепления иммунной системы. Пока мы крепко спим, гипофиз трудится, выделяя важные для тела вещества, такие, например, как гормон роста, способствующий развитию и восстановлению мышечной и костной ткани.

Кроме того, глубокий сон помогает структурировать безудержный поток поступающей в него информации, позволяя мозгу формировать осознанные воспоминания, поддерживая кратковременную/долговременную память и общее обучение.

Что происходит в фазу быстрого сна

Фаза быстрого или парадоксального сна характеризуется повышенной активностью головного мозга, что проявляется в быстром движении глазных яблок, подмеченном исследователями. Активность мозга, как и частота пульса, в эти минуты приближается к состоянию бодрствования, дыхание учащается.

Во время фазы быстрого сна мозг фильтрует полученную за день информацию, отбрасывая ненужную и второстепенную. Ученые-сомнологи считают, что проснувшиеся на этапе БДГ-фазы, более творчески настроены и готовы к решению незаурядных задач. А еще мы видим сны — 80% сновидений происходят во время быстрого сна, и те, кто просыпается в этот период, обычно помнят, что снилось и в подробностях описывают увиденное.

Как высыпаться, учитывая фазы сна

Качественный ночной сон не менее важен, чем правильное питание и регулярные воркауты. Недостаток сна, по выводам ученых, вызывает самые разнообразные проблемы со здоровьем — от лишнего веса, преддиабета и депрессии до снижения иммунитета и сексуального влечения.

Самый эффективный метод, гарантирующий крепкий и здоровый сон — соблюдение режима. Учитывая личные потребности и зная, сколько циклических повторений фаз сна организму требуется, чтобы хорошенько отдохнуть, определите час, когда вам лучше просыпаться, а когда лучше засыпать, и следуйте этому графику, отправляясь в постель и покидая ее в одно и то же время — ежедневно и при любых условиях.

Вот еще несколько советов, которые помогут высыпаться, не нарушая циркадного ритма и следуя тому, как фазы сна сменяют друг друга по часам:

упражняйтесь — как минимум 20-30 минут в день, избегая тренировок за несколько часов до сна;

во второй половине дня пейте только воду и напитки без кофеина — кофе, алкоголь и никотин затрудняют полноценный ночной отдых;

настраивайтесь на отдых после долгого дня — почитайте книгу или примите ванну;

избавьтесь от яркого света и громких звуков в спальне — от телевизора, ноутбука и, желательно, смартфона;

если не спится, не лежите в постели, ворочаясь, а лучше встаньте и займитесь чем-нибудь спокойным, например, почитайте, пока снова не начнет клонить в сон;

подумайте о замене подушек, одеяла, покупке мягкого и «дышащего» постельного белья или перестановке кровати — возможно, чтобы спать как дитя, вам нужно гнездышко покомфортнее.

Электроэнцефалография сна

Сон — особое состояние сознания человека и животных, необходимое для биологического, биохимического и функционального восстановления, включающее в себя ряд фаз (стадий), закономерно повторяющихся в течение ночи. Их появление и продолжительность обусловлены изменениями активности различных структур мозга. Исследуя значение сна для млекопитающих, М. М. Манасеина в 70х годах XIX века пришла к выводу, что сон для организма важнее пищи. Во сне происходят важные нейрофизиологические процессы, которые затрагивают не только восстановление функциональной активности нервных клеток, но и активную интеграцию, и перевод информации из различных нейронных систем. Сон обеспечивает отдых организма, способствует переработке и хранению информации. Сон (особенно медленный) облегчает закрепление изученного материала, быстрый сон реализует подсознательные модели ожидаемых событий. Сон отражает приспособление организма к изменению освещённости (день-ночь).

Продолжительность сна обычно составляет 6—8 часов в сутки, но возможны изменения в довольно широких границах (4-10 часов). При нарушениях сна его длительность может составлять от нескольких минут до нескольких суток. Продолжительность сна у новорожденных, взрослых и пожилых людей составляет 12—16, 6—8 и 4—6 ч в сутки соответственно. Длительность сна менее 5 ч (гипосомния) или нарушение физиологической структуры считаются факторами риска бессонницы.

Лишение сна является очень тяжёлым испытанием. В течение нескольких дней сознание человека теряет ясность, он испытывает непреодолимое желание уснуть, периодически «проваливается» в пограничное состояние со спутанным сознанием.

У здорового человека сон начинается с первой фазы медленного сна (Non-REM сон), которая длится 5-10 минут. Затем наступает 2-я стадия, которая продолжается около 20 минут. Ещё 30-45 минут приходится на период 3-4 стадий.

После этого спящий снова возвращается во 2-ю стадию медленного сна, после которой возникает первый эпизод быстрого сна, который имеет короткую продолжительность — около 5 минут. Вся эта последовательность называется циклом. За весь период нормального ночного сна прослеживается около пяти полноценных циклов.

Медленный сон (Non-REM сон)

I фаза

Характеризуется уплощением электроэнцефалограммы за счет уменьшения выраженности альфа-ритма. Появляются низкоамплитудные тета-волны, по амплитуде равные или немного превышающие альфа-ритм. Визуально электроэнцефалограмма выглядит как десинхронизированная с наличием полиморфной медленноволновой активности. В дальнейшем могут регистрироваться острые вертексные волны, (вертекс-потенциал, к-комплекс), в виде одиночных или групповых негативных острых волн, выраженных преимущественно в области центрально-теменных отведений, амплитудой до 200 мкв.

Рис.1. I - фаза сна 1

Регистрируется переход от I фазы медленного сна, характеризуемой уплощением ритмов ко II фазе - сонных веретен.

II фаза

На электроэнцефалограмме преобладают невысокие тета волны, К-комплексы и «сонные веретёна». К-комплексы представляют собой вспышки из двуфазных волн. Первая волна негативная. К- комплексы преимущественно выражены в центральных отведениях. Сонные веретена или сигма-ритм, представляют собой учащённый альфа-ритм (12—14—20 Гц). С появлением «сонных веретён» происходит отключение сознания, но в паузы между веретёнами (а они возникают примерно 2—5 раз в минуту) человека легко разбудить. Эпизодически сонные веретена могут включаться в структуру третьей и четвертой фаз, повышая пороги восприятия.

Рис.2. II- фаза сна 2

Регистрируются сонные веретена в затылочных и теменных отведениях, К-комплексы.

Рис.3. II-фаза сна, К-комплексы 3

III фаза

Медленный сон. Эта стадия характеризуется постепенным исчезновением сонных веретен и нарастанием индекса медленноволновых колебаний дельтадиапазона. В III стадии сна индекс дельта-колебаний (2 Гц) составляет менее 50 %, но постепенно нарастает. После достижения его значения более 50 %. сон переходит в IV фазу сна.

Рис.4. III фаза сна 4

Отмечается появление волн дельта - диапазона индексом не более 50% в эпохе записи.

IV фаза

Самый глубокий медленный дельта-сон. Преобладают дельта-колебания (2 Гц). Третью и четвёртую стадии часто объединяют под названием дельта-сна. В это время человека разбудить очень сложно; возникают 80 % сновидений, и именно на этой стадии возможны приступы лунатизма, ночные ужасы, разговоры во сне и энурез у детей. Однако человек почти ничего из этого не помнит.

Рис.5 IV фаза сна 5

Индекс дельта - волн нарастает и составляет более 50% в эпохе

V-фаза или быстрый сон (REM-сон)

Быстрый сон (син.: быстроволновой сон, парадоксальный сон, стадия быстрых движений глаз, или сокращённо БДГ-сон, REM-сон). Представляет собой пятую стадию сна. Она была открыта в 1953 г. Клейтманом и его аспирантом Асеринским. На ЭЭГ регистрируются быстрые колебания электрической активности, близкие по значению к бета-волнам пилообразной формы. Визуально эта стадия сна напоминает первую стадию медленного сна или состояние бодрствования. Вместе с тем в этой стадии человек находится в полной неподвижности, вследствие резкого падения мышечного тонуса. Однако глазные яблоки очень часто и периодически совершают быстрые движения под сомкнутыми веками, что проявляется на ЭЭГ в виде продолженного окулографического артефакта.

Продолжительность фазы быстрого сна от цикла к циклу удлиняется, снижая общую глубину сна. При этом, быстрый сон прервать труднее, чем медленный, хотя именно быстрый сон ближе к порогу бодрствования. Прерывание быстрого сна воспринимается исследуемым тяжелее, чем нарушение медленного сна, пациент чувствует себя уставшим и не отдохнувшим, поэтому часть прерванного быстрого сна должна восполняться в последующих циклах.

Быстрое движение глаз создает специфические артефакты, преобладающие во фронтополярных и лобных отведениях, иногда формирующих «пилообразную» форму.

ФИЗИОЛОГИЯ СНА

Сон - универсальное явление живой природы. Это физиологическая потребность организма. Человек спит одну третью часть жизни. Во время сна снижаются активность сознания, реакции на сильные раздражители, тормозится условно - рефлекторная деятельность организма, урежается частота сердечных сокращений, падает АД, дыхание становится редким и поверхностным, снижается интенсивность обмена веществ и температура, работа ЖКТ и почек, снижается мышечный тонус.
Во время сна изменяется электрическая активность головного мозга.

Анализ электроэнцефалограммы свидетельствует о том, что сон - неоднородное состояние:
1. сон А (медленный, ортодоксальный) - дельта - волны - состояние дремоты, в момент засыпания, появляются сноподобные галлюцинации

2. сон В (быстрый, парадоксальный) - бета - ритм - общее расслабление мышечной мускулатуры, снижение обмена веществ и работы внутренних органов, на этом фоне прилив крови к головному мозгу, усиление в нем обменных процессов, скорости прохождения нервных импульсов - изменяются сердечные сокращения, дыхание, АД, человек видит сны - БДГ фаза - фаза быстрого движения глаз во время просмотра снов - парадокс на фоне общей расслабленности, у мужчин происходит эрекция, у женщин возбуждение клитора, человек помнит сны этой фазы

Существуют теории, объясняющие возникновение сна:
1. гуморальная (теория ядов сна) - сон - следствие самоотравления мозга продуктами обмена веществ, которые накапливаются при бодровствования ( молочная кислота, СО2,аммиак); гормон серотонин при накоплении вызывает сон - гипногенный фактор
2. нервная (Павлов) - вертикальная теория сна - развитие сна связано с деятельностью нейронов коры; в них постоянно развивается утомление, которое создает условия для развития торможения; вначале оно возникает в ограниченной группе клеток коры, если оно не встречает на своем пути очага возбуждения, то распространяется на всю кору и подкорковые образования; сон - внутреннее торможение
3. циркуляторная - перераспределение крови - кровь идет в мозг, что вызывает бодрствование
4. гистологическая - изменяется форма дендритов и нарушаются контакты между синапсами

Сон по Павлову:
• активный - возникает под действием длительных монотонных раздражителей - колыбельная, стук колес поезда
• пассивный - человек засыпает самостоятельно

Условно в ЦНС различают центры сна и бодрствования, которые работают поочередно. Они являются антагонистами. При нарушении их взаимодействия развивается летаргический сон.

Читайте также: