медосмотр, медкнижка, медицинская справка
5.3. Инфрадианные ритмы у человека. Блум Ф. Мозг, разум и поведение (+ Лейзерсон А., Хофстедтер Л.)
Более продолжительные циклы обычно труднее охарактеризовать и изучить, нежели те, период которых равен суткам или меньше их. У многих животных сезонные изменения в выработке гормонов сопровождаются целым рядом сдвигов в поведении и физических изменений. У самцов оленей, например, весной и летом начинают расти рога, которые позже становятся могучими и ветвистыми. С помощью этих рогов олени сражаются с соперниками, борясь за гарем в сезон спаривания. По окончании этого сезона самец теряет свои рога. Подобные четкие признаки показывают исследователю, когда у животных-самцов нужно изучать циклические изменения в уровне тестостерона.
У людей рога не растут, поэтому незначительные месячные, квартальные или годичные изменения в секреции гормонов, а также в локальной активности нервных клеток могут остаться незамеченными. Вот почему мы располагаем меньшей информацией об этих ритмах.
Репродуктивный цикл у женщины
Продолжительность женского репродуктивного цикла составляет около 28 дней. Каждый цикл начинается с того, что некоторые нейроны в преоптической области гипоталамуса (составляющего часть "континента" среднего мозга) приступают к выделению гонадолибертов - факторов, стимулирующих секрецию гонадотропных гормонов.
Через кровеносные сосуды, соединяющие гипоталамус с гипофизом, гонадолиберины (фоллиберин и люлиберин) поступают прямо в переднюю долю гипофиза, где в надлежащее время вызывают усиленный синтез и секрецию 2 гормонов - фолликулостимулирующего (ФСГ) и лютеинизирующего (ЛГ).
ФСГ воздействует на яичник и стимулирует рост фолликула - полого пузырька, содержащего яйцеклетку, или яйцо. (Все яйца, которые будут произведены женщиной в течение жизни, присутствуют в яичниках уже в самом начале ее репродуктивного периода; там они созревают и выходят из яичника по 1 в месяц). По мере роста фолликул секретирует все больше эстрогена; этот гормон в свою очередь опять воздействует на гипофиз, тормозя дальнейшую секрецию. Кроме того, эстроген стимулирует выработку лютеинизирующего гормона, под воздействием которого стенки фолликула лопаются и высвобождают зрелое яйцо. Выход яйца называется овуляцией. Все эти события занимают от 10 до 14 дней.
После выхода яйца остатки фолликула претерпевают ряд изменений и превращаются в желтое тело. Под действием лютеинизирующего гормона желтое тело выделяет большие количества гормона прогестерона, который усиливает кровоснабжение стенки матки, подготавливая ее для имплантации яйца в том случае, если произойдет оплодотворение. Прогестерон оказывает также обратное воздействие на гипофиз - дает сигнал, тормозящий секрецию лютеинизирующего гормона. Если оплодотворения не произошло, уровень прогестерона падает, желтое тело уменьшается в размерах, а слизистая матки, подготовленная для принятия яйца, отторгается во время менструации.
Механизм, контролирующий инфрадианный репродуктивный цикл у женщин, не вполне ясен. У некоторых животных эстральный цикл приурочен к циркадианным ритмам. (Репродуктивный цикл называют эстральным, если выстилающая матку слизистая рассасывается; если же она отторгается, цикл называют менструальным). У самок хомячков, например, овуляция в норме происходит каждые 96 часов. Но если содержать их в постоянном полумраке, их циркадианные циклы сна и бодрствования удлиняются с 24 до 25 часов, а эстральные циклы - до 100 часов. Таким образом, замедление циркадианного ритма обусловливает и большую продолжительность астрального цикла.
У женщин существует некоторая связь между циркадианным ритмом температуры тела и инфрадианным репродуктивным циклом. Об этом знает любая женщина, пытавшаяся путем учета температурных ритмов способствовать зачатию или предупредить беременность. Повышение температуры тела, измеренной сразу после пробуждения, на 0, 2°С или больше по сравнению со средней температурой за 5 предыдущих дней означает, что происходит овуляция.
Некоторые факты свидетельствуют о том, что репродуктивные процессы у человека, вероятно, подвержены какому-то влиянию циркадианных ритмов.
Рис.93. Тот факт, что зачатие более вероятно в определенные часы суток, даже если оплодотворение происходит в чашке Петри, пока еще не получил никакого объяснения.
Из 1 отчета о попытках имплантировать в матку женщины яйцеклетку, оплодотворенную в пробирке, можно узнать, что успешный результат имел место в 4 из 79 попыток. При этом все 4 случая успешного оплодотворения произошли между 10 часами вечера и полуночью, что составило 100% успеха для этого 2-часового периода (Elliott, 1979), Причина этого столь же мало понятна, как и факторы, определяющие время наступления большинства более крупных событий, связанных с репродуктивным циклом.
Сезонные ритмы
Сезонные ритмы, наблюдаемые у перелетных птиц и впадающих в спячку грызунов, в настоящее время хорошо изучены. Как мы убедились, эти ритмы генетически запрограммированы, но в некоторых случаях на них могут влиять и факторы внешней среды, такие как свет и температура.
Хотя у людей не бывает сезонных миграций и зимней спячки, некоторые из них все же испытывают своеобразную сезонную депрессию. В летние месяцы они находятся в хорошем настроении, деятельны, оптимистично смотрят на жизнь; однако с приходом зимы настроение у них ухудшается, они впадают в депрессию, апатию и пессимизм и чувствуют, что неспособны справиться с жизненными обстоятельствами.
Томас Уэр и его коллеги из Национального института психического здоровья изучали этот вид депрессии и пришли к выводу, что в его основе, вероятно, лежат нарушения сезонной ритмичности (Wehr et al., 1979). Они высказали предположение, что люди с сезонными психическими отклонениями по какой-то причине не могут должным образом приспособиться к сезонным изменениям, когда дни становятся короче.
Исследователи предположили далее, что за зимнюю депрессию могут быть ответственны эпифиз и связанные с ним структуры мозга. У людей участками мозга, реагирующими на общую освещенность, являются, как полагают, супрахиазменные ядра, находящиеся в гипоталамусе (ниже рис.95; см.также рис.65). Нейроны этих ядер посылают сигналы (через несколько синапсов спинного мозга и симпатической нервной системы) эпифизу, в котором происходит превращение серотонина в мелатонин. (Напомним, что у некоторых животных концентрация мелатонина в ходе циркадианного цикла повышается только после наступления темноты). В порядке эксперимента сезонную депрессию пробуют лечить, подвергая больного за несколько часов до наступления дня воздействию мощного источника света, содержащего волны всего спектра. И хотя неясно, имеет ли мелатоиин какое-либо отношение к депрессии и результатам такого лечения, искусственное удлинение дня как будто помогает пациентам преодолеть депрессию.
Научные разработки в этой области носят весьма гипотетический и экспериментальный характер, так как механизмы, управляющие биологическими ритмами у человека, выявить очень трудно. И тем не менее каждый день приносит новые знания, и исследователи уже могут сформулировать достаточно обоснованные теории о пейсмейкерах (водителях ритма) человеческого мозга.
Пейсмейкеры мозга млекопитающих - супрахиазменные ядра
В конце 1960-х гг. физиолог Курт Рихтер провел ряд экспериментов на крысах, пытаясь найти участки мозга, ответственные за ритмичность. Он разрушал отдельные области мозга - всего более чем в 200 различных местах - у сотен крыс, а затем следил за нарушениями циркадианных ритмов в потреблении пищи, питье, характере активности у каждого животного. В результате длительной серии опытов Рихтер установил, что нарушения суточных ритмов у крыс возникают при повреждении определенной части гипоталамуса.
В те же годы было проведено другое исследование, поставившее ученых втупик. У крыс с циркадианными ритмами, приуроченными к световому циклу, в лабораторных условиях не наблюдалось нарушения ритма даже при повреждении зрительных проводящих путей между сетчаткой и мозгом. Очевидно, механизм биологических часов, находящийся у крысы, по мнению Рихтера, в гипоталамусе, получал информацию о свете и темноте, минуя обычные зрительные каналы.
Эта загадка была вскоре разрешена в результате анатомических исследований, которые показали, что существует особый нервный путь, соединяющий сетчатку каждого глаза с гипоталамусом. Этот путь ведет от глаз прямо к 2 небольшим скоплениям нейронов в гипоталамусе - так называемым супрахиазменным ядрам. Эти ядра лежат непосредственно над зрительной хиазмой, где перекрещиваются нервные волокна, идущие от каждого глаза. Вооруженные этой информацией, 2 исследовательские группы вскоре доказали, что супрахиазменные ядра - это важнейшие гипоталамические структуры, необходимые для осуществления нормальной циркадианной ритмичности у крыс.
Образования, аналогичные супрахиазменным ядрам, были позднее обнаружены у всех млекопитающих от утконоса до шимпанзе. И в гипоталамусе человека тоже имеются супрахиазменные ядра (рис.95).
Рис.95. На этом разрезе мозга, проходящем в срединной плоскости, можно видеть, что супрахиазменное ядро расположено над формация зрительным перекрестом в основании гипоталамуса.
Показаны также широко дивергирующие аксоны, исходящие из 1 источника - ретикулярной формации.
Каждое супрахиазменное ядро (их всего 2 - по 1 с каждой стороны гипоталамуса) состоит приблизительно из 10000 небольших, плотно уложенных тел нервных клеток со слабо ветвящимися дендритами. Многие соседние нейроны образуют синапсы друг с другом в переплетении локальных сетей. Синапсы между близко расположенными нейронами - явление, не характерное для мозга, но, как полагают многие ученые, наши нейронные часы должны состоять именно из таких плотно упакованных взаимодействующих клеток. По-видимому, нейроны этих ядер выделяют несколько различных медиаторов, но пока в больших количествах здесь обнаружен только серотонин, который приходит от ядер шва по путям типа дивергентных сетей с 1 входом.
Входные и выходные пути супрахиазменных ядер проследить довольно трудно из-за плотного расположения нейронов. Известен тракт, идущий от сетчатки, а также входные связи от 1 из отделов гипоталамуса и от ядер шва в стволе мозга. Ядра шва содержат серотонинэргические нейроны, которые и служат источником больших количеств серотонина в супрахиазменных ядрах.
Нейроны, тела которых находятся в супрахиазменных ядрах, посылают свои аксоны к другим ядрам гипоталамуса (которые, возможно, тоже являются пейсмейкерами), а также к гипофизу и (через полисинаптическую сеть) к эпифизу и тем частям мозгового ствола, которые, как известно, участвуют в регулировании сна.
Данные о том, что супрахиазменные ядра действительно сами генерируют ритмы, были получены в экспериментах на крысах (S.Inouye, H.Kawamura). При регистрации электрической активности нервных клеток этих ядер и других областей мозга у нормальных животных во всех исследованных участках был обнаружен ритм спонтанных разрядов, соответствовавший циркадианному циклу сна и бодрствования. После того как все нервные связи между супрахиазменными ядрами и остальными частями мозга были перерезаны, циркадианный ритм активности сохранился только в этих ядрах. Результаты опытов ясно указывают на роль супрахиазменных ядер как пейсмейкеров, по крайней мере у крыс.
В отношении человека единственными данными являются клинические описания расстройств поведения у больных с опухолями мозга, которые, как выяснилось при вскрытии, были локализованы в области супрахиазменных ядер. При опухолевых поражениях переднего края 3-го желудочка и зрительного перекреста (место расположения этих ядер) отмечались серьезные нарушения ритма сна и бодрствования (Fulton, Baily, 1929).
Другие пейсмейкеры
Хотя супрахиазменные ядра определенно играют важнейшую роль в регулировании циркадианных временных систем, имеются данные о существовании также и других ритмоводителей у млекопитающих. Так, например, у обезьян саймири с поврежденными супрахиазменными ядрами исчезают ритмы питания, питья и активности, но остается неизменным суточный цикл температуры тела. Это показывает, что колебания температуры находятся под контролем какого-то другого пейсмейкера.
Дополнительные данные в пользу того, что у млекопитающих функционирует не 1 пейсмейкер, были получены при обследовании таких людей, как Мишель Сиффр (см.выше), живущих в изоляции. Тот факт, что у испытуемых наблюдается спонтанная десинхронизация, т.е. несовпадение циркадианного ритма температуры тела и цикла сон-бодрствование, указывает на существование по меньшей мере 2 пейсмейкеров. Имеются определенные наборы ритмов, которые в таких экспериментах никогда не десинхронизируются и, следовательно, должны быть подчинены общему ритмоводителю. В 1 такой набор входят ритмы сна и бодрствования, температуры кожи, концентрации гормона роста в крови и содержания кальция в моче (рис.96).
Предполагается (хотя это отнюдь не доказано), что эту группу ритмов контролируют супрахиазменные ядра. Во 2-ю группу показателей, варьирующих согласованно даже тогда, когда происходит десинхронизация других функций организма, входят циклы сна с БДГ, внутренней температуры тела, уровня кортизола в крови и калия в моче. Пейсмейкер, контролирующий эти ритмы, по-видимому, более устойчив, чем тот, от которого зависит ритм сна и бодрствования. В тех случаях, когда ритмы становились свободнотекущи-ми, т.е. при отсутствии внешних времязадателей, эта группа редко отклонялась от 24, 8-часового цикла (Moore-Ede et al., 1982).
Рис.96. Внутри каждой из этих 2 групп ритмов не происходит десинхронизации при их свободном протекании. Это означает, что ритмы каждой группы, по-видимому, регулируются 1 пейсмейкером. (Moore-Ede, Sulzman, Fuller, 1982).
На многие вопросы о биологических часах у человека и других млекопитающих мы пока не можем ответить: сколько их, как они взаимодействуют между собой и есть ли в организме "главный ритмоводитель", по которому устанавливаются и "проверяют время" все остальные. Больше знаний нужно и для того, чтобы помочь в диагностике и лечении расстройств, которые могут быть связаны с десинхронизацией ритмов.
Ритмы и психические нарушения
Новые данные о биологических ритмах наводят на мысль, что десинхронизация может играть некоторую роль в возникновении психических расстройств. Наиболее полно изучены 2 из них - депрессия и бессонница.
Депрессия
Депрессия у больных почти всегда циклична, хотя сами циклы подвержены значительным индивидуальным вариациям. (Депрессия и маниакально-депрессивный психоз будут более подробно рассмотрены в главе 9). Когда исследователи изучили цикличность сна у людей, страдающих депрессией, они обнаружили существенные отклонения в характере электроэнцефалограммы. У многих больных БДГ-фаза наступала гораздо раньше, чем у здоровых людей. Создавалось впечатление, что у больных нарушены нормальные соотношения между "быстрым" сном и остальными фазами, а также ритмом сон бодрствование (напомним, что эти ритмы, по-видимому, контролируются 2 различными ритмоводителями).
Располагая этой информацией, Фредерик Гудвин, Томас Уэр и их коллеги решили посмотреть, смогут ли они восстановить нормальную синхронность этих ритмов и приведет ли это к снятию депрессивного состояния. Экспериментаторы стали укладывать пациентов спать на 6 часов раньше обычного, чтобы добиться согласования их циклов БДГ/неБДГ и сон/ бодрствование. Для ряда больных этот способ оказался эффективным. Примерно через 2 недели после того, как установилось более раннее время отхода ко сну, признаки депрессии исчезли, но всего лишь временно. Фазы ритмов вскоре вновь разошлись, и депрессия вернулась.
Хотя лишение сна - далеко не идеальный способ лечения депрессии, тот факт, что он все-таки помогает, указывает на возможную роль нарушений функций мозговых часов, контролирующих ритм сна и бодрствования, в развитии депрессивного состояния. Конечно, столь же вероятно и то, что нарушение сна есть результат каких-то болезненных процессов, вызывающих наряду с этим и депрессию. Например, 1 из современных теорий связывает депрессию с аномалиями в работе тех синапсов мозга, в которых медиатором служит норадреналин (см.гл.9). Предполагается, что норадреналин - 1 из главных медиаторов, контролирующих цикл БДГ-сна. Если эта. гипотеза подтвердится, можно будет понять аномалии в циклах БДГ-сна, часто наблюдаемые у лиц, страдающих депрессией.
Лечение, основанное на знании биологических ритмов, оказалось, однако, более успешным не при депрессии, а при бессоннице определенного типа.
Бессонница, связанная с задержкой фазы сна
В первоначальном сообщении о бессоннице, связанной с задержкой фазы сна, лечащим врачом был описан следующий случай:
Больной 24 лет, студент, плохо засыпал с детства. Ему редко удавалось уснуть раньше 1.30, а утром он просыпался с большим трудом, несмотря на звонки будильника и старания матери. Когда он поступил в колледж, он стал засыпать не раньше 5.30-6 часов утра, хотя регулярно гасил свет в 1-2 часа ночи. По выходным и праздничным дням он нередко спал до 3 часов дня. В 23 года из-за крайней сонливости и усталости в течение дня ему пришлось прекратить свое образование и обратиться за медицинской помощью.
В отличие от людей с другими видами бессонницы лица, страдающие подобным расстройством сна, обычно крепко спят в течение полных 8 часов и просыпаются вполне отдохнувшими, если только период их сна не нарушается жестким распорядком дня. Они просто не могут ложиться спать в более раннее время и, пытаясь приспособиться к общепринятому режиму, постоянно страдают от недосыпания и усталости.
Чарлз Цейслер, который обследовал также рабочих различных смен на заводе в штате Юта, предложил новую схему лечения. Если больной не в состоянии передвинуть время отхода ко сну на более ранний час, то, может быть, ему следует ложиться спать все позже и позже, постепенно перенося это время на утренние, потом на дневные часы и в конце концов лечь спать в нормальное время. Цейслер предписывал своим пациентам в течение недели каждый раз ложиться спать на 3 часа позже, чем накануне, пока время отхода ко сну не совпадет с желаемым. После этого больные должны были строго следовать новому распорядку дня, чтобы закрепить новую установку биологических часов.
Молодого человека, о котором шла речь в начале этого раздела, на 4 недели положили в больницу. Специфическое лечение в данном случае состояло в том, что ему ежедневно сдвигали начало периода сна на все более позднее время, пока оно не совпало с 10 часами вечера. Просыпался он теперь в 6 часов утра. Новый распорядок поддерживали в течение недели, а затем больного выписали. Дома он на протяжении 2 месяцев строго придерживался нового режима сна и бодрствования и в итоге прекрасно приспособился к нему. Вернувшись в колледж, он уже не испытывал прежних периодов дневной сонливости. Он мог теперь посещать утренние занятия, и его жизнь вошла в нормальную колею.
Функции биологических часов
Биологические часы, о которых мы говорили, выполняют ту же функцию, что и любые другие часы, - они измеряют время. Хотя точное число и размещение этих хронометров в нашем организме пока еще остается загадкой, известно, что наиболее подходящий кандидат на эту роль - супрахиазменное ядро - находится в гипоталамусе. Мы надеемся, что в недалеком будущем ученые смогут объяснить во всех деталях, как работают компоненты этого пейсмейкера - нервные сети, связи с другими структурами, медиаторы, которые он секретирует или получает, - для поддержания верного хода часов нашего организма.
Биологические часы измеряют время таким образом, чтобы нервная система могла приводить нужды организма в соответствие с условиями среды. Для обитателей нашей планеты наиболее заметной особенностью окружающей среды является суточный цикл света и темноты. Почти все ритмы, которые мы рассматривали, прямо или косвенно связаны со сменой дня и ночи. Даже сезонные ритмы, такие как миграции и зимняя спячка, зависят от каждодневных ритмов.
Все ритмы - это генетически запрограммированные продукты эволюции, позволяющие организму адаптироваться к окружающей среде. Однако программа не есть нечто жесткое: она позволяет организмам реагировать на некоторые изменения внешних условий, в частности на колебания количества света, связанные с изменениями длины дня на протяжении года. Даже для людей цикл света и темноты - это эффективный фактор поддержания биологических ритмов по установленному образцу. У людей, изолированных от световых и социальных сигналов, биологические часы переходят на свободнотекущий ритм и синхронность ритмов нарушается.
Социальные сигналы могут быть не менее важны для людей, чем любые другие времязадатели, ведь люди - это в конце концов "общественные животные", как назвал их Эллиот Аронсон. В 1 исследовании, проведенном НАСА, 2 группы добровольцев, в каждой из которых было по 4 человека, находились в условиях постоянного освещения, что обеспечивало возможность свободного течения их ритмов. Члены каждой группы синхронизировались друг с другом, причем в 1 группе поддерживался цикл, равный 24, 4 часа, а в другой - 24, 1 часа. Когда 1 из испытуемых переводили из группы в группу, у него можно было наблюдать постепенное смещение фаз и синхронизацию ритмов с ритмами его новых товарищей. 1 только присутствие других людей уже обусловило такую синхронизацию (Vernikos-Danellis, Winget, 1979).
Добровольцы, в течение нескольких месяцев жившие в пещерах в полной изоляции, не только испытывали физический дискомфорт из-за десинхронизации биологических ритмов, но и сильно страдали эмоционально от столь длительного одиночества. Мишель Сиффр вел дневник на потяжении всех 6 месяцев полной изоляции. На 77-й день (который, по его мнению, был 63-м) он вспоминает, что после предыдущего 2-месячного пребывания в одиночестве он "испытывал острый физический и эмоциональный стресс". Он пишет, что теперь приблизительно в тот же срок не чувствует себя таким несчастным, но отмечает "слабость памяти; я не помню, что было вчера. Даже события сегодняшнего утра куда-то исчезли. Если я сразу же не записываю все, что со мной происходит, то тут же об этом забываю…" На 94-й день одиночества он пишет: "Я переживаю самый отчаянный период в моей жизни. Вынести столь долгое одиночество свыше человеческих сил".
Таким образом, одиночество наложило свой отпечаток как на эмоциональное состояние человека, так и на его мышление и память. Эти аспекты деятельности человеческого мозга тесно взаимосвязаны, и мы будем обсуждать их в главах 6 и 7.
5, 3, инфрадианные ритмы у человека, блум ф, мозг, разум и поведение, лейзерсон а, хофстедтер л, 5, 3, инфрадианные, ритмы, у, человека, блум, ф, мозг, разум, поведение, лейзерсон, а, хофстедтер, л, медосмотр, медкнижка, медицинская справка
5; 3; инфрадианные ритмы у человека; блум ф; мозг; разум и поведение лейзерсон а; хофстедтер л; 5; 3; инфрадианные; ритмы; у; человека; блум; ф; мозг; разум; поведение; лейзерсон; а; хофстедтер; л;