Физиология изменений организма человека в фазы сна

Структура сна

Существует два типа сна: медленный и быстрый. В свою очередь, медленный сон делят на 4 фазы в зависимости от его глубины. Каждый из них имеет уникальные характеристики, включая различия в моделях мозговых волн, движениях глаз и мышечном тонусе. Циклы сна изучаются с использованием электроэнцефалографии (ЭЭГ), которая отслеживает электрическую активность головного мозга.

В процессе сна медленный и быстрый сон сменяются циклически. Механизм перехода одного типа в другой еще не понятен, но нерегулярные циклические или отсутствующие стадии сна связаны с определенными нарушениями. Например, вместо засыпания через фазу медленного сна, как это обычно бывает, люди с нарколепсией входят непосредственно в быстрый сон.

Циклы сна

Засыпание начинается с 1й фазы медленного сна – дремоты, затем следуют 2ая фаза – сонные веретена, 3ая – дельта-сон, после 4ая – глубокий сон и, наконец, наступает быстрый сон, который циклически снова меняется на медленный, что продолжается до момента пробуждения. Медленный сон составляет 75-80% общего времени, проведенного во сне, а быстрый составляет оставшиеся 20-25%. Средняя продолжительность первого цикла сна медленный-быстрый сон составляет 70-100 минут. Второй и более поздние циклы более продолжительны – примерно 90-120 минут. С течением ночи в норме у взрослых длительность быстрого сна увеличивается и составляет последнюю треть цикла, 2ая фаза медленного сна становится наиболее длительной, а фазы 3 и 4 медленного сна иногда могут вообще исчезнуть.

Фазы медленного сна

Четыре этапа сна медленного сна связаны с разной активностью мозга и физиологией.

Фаза 1 – дремота – выполняет переходную роль в циклическом режиме сна. Помимо новорожденных и лиц с нарколепсией и другими специфическими неврологическими расстройствами, эпизод сна здорового человека начинается с дремоты. Этот этап обычно длится от 1 до 7 минут в начальном цикле, составляя 2-5% от всего сна, и он легко прерывается громким звуком. Активность мозга на ЭЭГ в первой стадии переходит от бодрствования с бета-ритмом, к альфа-ритму (сразу после закрытия глаз), а после к тета-ритму, который характеризуется частотой 3-8Гц и амплитудой до 150 мкв.

Фаза 2 – сонные веретена

Данная фаза длится 10-25 минут в первом цикле и удлиняется с каждым последующим циклом, в конечном счете составляя 45-55% сна. Человек, находящийся в фазе 2, требует более интенсивных стимулов, чем на 1й фазе, чтобы проснуться. Активность мозга на ЭЭГ показывает появление короткие периоды альфа-ритма, сменяемого медленными волнами большой амплитуды (К- комплексы).

Фаза 3 – дельта-сон

Чаще она наблюдается в течение первой трети ночи. Дельта-сон в начальный цикл длится всего несколько минут, а от всего сна составляет 3-8%. ЭЭГ показывает дельта-волны частотой 2Гц и амплитудой до 160 мкв.

Фаза 4 – глубокий сон, который длится приблизительно 20-40 минут в первом цикле и составляет около 10-15% сна. Порог возбуждения является самым высоким для всех стадий медленного сна. Этот этап характеризуется устойчивым дельта-ритмом частотой 0,5-2Гц и высокой амплитудой на ЭЭГ.

Быстрый сон

Определяется наличием десинхронизированной (низкоамплитудной) активности мозга, мышечной атонии и быстрых движений глаз. Во время начального цикла период быстрого сна может длиться 1-5 минут; однако он постепенно увеличивается в течении сна.

Физиологические изменения во время медленного и быстрого сна

Во время медленного сна (по сравнению с бодрствованием):

·      мозговая активность снижается;

·      замедляется ритм сердца;

·      снижается артериальное давление;

·      мышечный тонус не изменяется;

·      температура тела снижается;

·      сексуальное возбуждение случается редко.

Во время быстрого сна (по сравнению с медленным сном):

·      повышается тонус моторных и сенсорных областей;

·      повышается давление;

·      растет частота сердечных сокращений;

·      незначительно повышается температура тела;

·      возможность сексуального возбуждения повышается.

В дополнение к данным физиологическим изменениям, существуют другие изменения систем организма, которые возникают во время сна. Как правило, они благоприятно переносятся у здоровых людей, но они могут подвергать опасности людей с различными патологическими состояниями. Физиологические изменения происходят в следующих системах:

Сердечно-сосудистая: изменения артериального давления и частоты сердечных сокращений возникают во время сна и, в основном, определяются вегетативной деятельностью нервной системы. Кроме того, существует повышенный риск инфаркта миокарда утром из-за резкого увеличения частоты сердечных сокращений и артериального давления, которые сопровождают пробуждение.

Активность симпатического нерва: снижается в процессе медленного сна; также происходит всплеск активности симпатического нерва из-за кратковременного повышения артериального давления и частоты сердечных сокращений, следующих за K-комплексами. По сравнению с бодрствованием наблюдается повышение активности во время быстрого сна.

Дыхание: во время сна особенно учащается во время быстрого сна. Данные о вентиляции во время быстрого сна неясны, но они предполагают, что гиповентиляция (недостаточная вентиляция легких, приводящая к уменьшению содержания кислорода и увеличению содержания углекислого газа в крови) происходит аналогично тому, как во время медленного сна. Этому способствует снижение мышечного тонуса глотки. Кроме того, во время быстрого сна происходит уменьшение движений грудной клетки и повышение сопротивления верхних дыхательных путей из-за потери тонуса в межреберных мышцах и мышцах дыхательных путей. В более обобщенном плане, вентиляция и дыхательный поток проявляют менее выраженные адаптивные реакции во время сна. Кашлевой рефлекс, который обычно реагирует на раздражители в дыхательных путях, подавляется во время сна.

Церебральный кровоток: медленный сон связан со значительным снижением кровотока и метаболизма, тогда как общий кровоток и метаболизм в период быстрого сна сравнимы с бодрствованием.

Почечная недостаточность: снижается выделение натрия, калия, хлора и кальция во время сна, что продуцирует более концентрированную и малую по объему мочу. Изменения, которые происходят во время сна в функции почек, являются сложными и включают изменения в почечном кровотоке, клубочковой фильтрации, секреции гормонов и симпатической нейрорегуляции.

Эндокринная система: эндокринные функции, такие как секреция гормона роста, гормонов щитовидной железы и мелатонина, находятся под влиянием сна. Секреция гормона роста обычно происходит в течение первых нескольких часов после начала сна, тогда как секреция гормонов щитовидной железы происходит поздним вечером. Мелатонин, который вызывает сонливость, вероятно, уменьшая эффект супрахиазматического ядра, зависит от цикла день-ночь и подавляется днем.