Протягом однієї доби на Міжнародній космічній станції можна спостерігати 16 світанків і стільки ж заходів Сонця. Виникає питання: а коли ж мають лягати спати й прокидатися астронавти на орбіті? Щоб на нього відповісти, треба розібратися, чому і як ми спимо.
Що таке сон?
15 березня у світі відзначається Міжнародний день сну. Перебування у спокійному несвідомому стані — біологічна потреба більшості тварин на Землі, й людина не є винятком. Процес цей настільки природний, що ми навіть не замислюємося над тим, що можемо потрапити в ситуацію, коли саме середовище створить для нього значні проблеми.
Проте місце, де зі сном стабільно виникають проблеми, існує. Міжнародна космічна станція (МКС) здійснює оберт навколо нашої планети приблизно за 90 хвилин. Це означає, що на її борту за добу 16 разів настає темрява, яку з повним правом можна назвати ніччю.
Виникає питання: як астронавтам, що перебувають на борту МКС, треба спати? 16 разів по 45 хвилин або так само, як вони робили це на Землі, чи тоді, коли вони захочуть? Аби це зрозуміти, варто заглибитись у біологію. Насправді сон — достатньо складний процес. Він має кілька фаз, під час яких активуються різні ділянки мозку. При цьому в різних живих організмів функції сну та його перебіг можуть сильно відрізнятися. Тому надалі варто говорити саме про сон людини.
Людина — одна з відносно небагатьох істот на Землі, яка спить лише один раз на добу. Цю особливість подарували нам наші предки — денні примати. Нічна активність для них була не лише безглуздою, а й небезпечною, тому вони використовували цей час для відпочинку.
У принципі, ми можемо заснути у будь-який час, коли наше тіло зможе повністю розслабитися — наприклад, сильно втомившись. Проте саме вночі нам це зробити легше, ніж удень, і саме в цей час відпочиває більшість людей.
Науковці абсолютно точно встановили, що така ситуація має біологічну природу. За сонливість у тваринному світі Землі відповідає гормон мелатонін. Ця хімічна речовина виробляється залозою епіфізом і здатна зв’язуватися з особливими рецепторами у нашому мозку та пригнічувати його активність, створюючи умови для спокійного відпочинку.
Циркадні ритми
Але чому мелатонін виробляється саме у вечірній час і вночі? Відповідь на це запитання зазвичай зводять до слів «циркадні ритми». Так називають коливання рівня гормонів у організмі, що повторюються кожного дня і задають ритм біохімічної активності органів.
При цьому варто зауважити, що цикл «сон-бадьорість» — лише один із кількох циркадних ритмів. Інші можуть відповідати, наприклад, за те, що ми відчуваємо голод у певні години та знаємо, що настав час вечеряти.
Циркадні ритми є не лише у людини. Власне, ідея про те, що активність біологічних об’єктів протягом доби визначається якимось «внутрішнім годинником», з’явилася спочатку щодо рослин. А 1984 року під час експериментів із грибами виду нейроспора густа було доведено, що циркадні ритми справді існують і мають ендогенну природу, тобто прямо не залежать ані від освітлення, ані від обертання Землі.
У тому ж році Джефрі Голл і Майкл Росбіш, що працювали у Бостоні, змогли визначити, що раніше виявлений у мух-дрозофіл ген PER кодує білок PER. Останній виявився універсальним для всіх живих істот і мав цікаві особливості. За допомогою достатньо простого механізму він міг стимулювати власне виробництво. Ця речовина накопичувалася в організмі вночі й розкладалася весь день, аби ввечері знову почати вироблятися.
У різних організмів PER взаємодіє з різними білками, створюючи велику кількість комбінацій того, що може відбуватися. Але загалом це біохімічний годинник, вбудований безпосередньо в живі клітини. Сам по собі він не потребує додаткового «підзаведення» від зовнішніх факторів і може відносно впевнено «тримати ритм» незалежно від того, що відбувається навколо, але впливати на нього в разі необхідності все ж можливо.
Сам по собі білок PER не впливає на загальну активність мозку. Проте він виробляється у гіпофізі, розноситься по всьому організму людини й діє на всі залози, де виробляється решта гормонів. І вплинути на епіфіз, що розташований поруч всередині людського мозку, йому навіть легше, ніж на щось іще. Саме він є тим годинником, з яким наш організм звіряється, щоб визначити, коли треба виробляти мелатонін, аби заснути.
Чи можна «підкрутити стрілки» на біологічному годиннику?
Іноді можна почути, що за відсутності зміни природного освітлення людський цикл «сну-бадьорості» становить 25 годин. Цю цифру встановили в одному з перших експериментів, у яких досліджувалися циркадні ритми. З цієї роботи вона потрапила до багатьох публікацій.
25-годинний циркадний ритм людини дуже люблять використовувати прихильники теорії, що стверджує, начебто людство не розвинулося на Землі, а було привезене інопланетянами з якоїсь іншої планети. Бо як інакше пояснити те, що він не збігається зі звичною 24-годинною добою?
Насправді пояснення значно простіше. У першому експерименті учасники мали можливість самостійно визначати, коли вимикати ввечері світло. Користуючись нею, вони залишали його на довше і таким чином трохи подовжили свій цикл «сну-бадьорості».
Так було виявлено, що хоча циркадні ритми й генеруються «внутрішнім годинником» підкорегувати їх цілком можливо. Подальші експерименти показали, що їхню тривалість у людини можна штучно змінити від 20 до 28 годин без настання якихось негативних наслідків.
Ключем до всього виявилося таки освітлення. Клітини наших очей постійно відправляють біохімічні сигнали до супрахіазматичного ядра — частини гіпоталамуса, де й відбувається синтез білка PER. Якщо ввечері світла забагато, синтез білка пригнічується, якщо ж його багато вранці — прискорюється розпад. Так біохімічний годинник підлаштовується під реальні умови.
При цьому посилають сигнали до гіпоталамуса не тільки палички та колбочки, які відповідають за зір, а й особливі гангліонарні клітини. Завдяки цьому чимало навіть повністю сліпих людей можуть змінювати свої циркадні ритми.
Що ж робити на МКС?
Виходячи з усіх цих знань, варто розглядати проблему сну на МКС. Очевидно, ідея спати багато разів по 45 хвилин протягом доби зовсім невдала. Має бути один період часу, коли вироблятиметься мелатонін. Цей гормон не вміє вмикатися/вимикатися по команді та швидко. Його присутність в організмі спричиняє зниження когнітивних навичок, уваги, посилення втомлюваності. Все це — зовсім не те, що потрібно астронавтам.
З тих самих причин невдалою є й ідея спати тоді, коли заманеться. Для нормальної роботи у людини має бути чіткий розпорядок дня. А ось встановити, яку частину доби можна визначити як «ніч», аби саме в цей час висипатися, можна як завгодно.
Власне, вигадувати щось оригінальне й не потрібно. МКС живе за всесвітнім часом, який у цілому збігається з гринвіцьким. Тож ті години, які в Лондоні вважаються нічними, є такими й на станції. Аби створити необхідні умови, автоматика в цей час закриває всі ілюмінатори, заважаючи сонячному світлу потрапляти всередину, а лампи на самій станції трохи приглушують, створюючи ілюзію сутінок.
Хоча насправді астронавти на все це покладаються достатньо слабко. В умовах низької гравітації потреба у сні зазвичай знижується, тож відпочивати вони можуть лише 5–6 годин на добу. Очевидно, все це узгоджується із лікарем, який слідкує за їхнім станом.
Загалом для кожного астронавта години сну визначаються окремо. У кожного з них є власний спальний мішок спеціальної конструкції. Його призначення — зовсім не зігріти людину всередині. На МКС підтримується постійна температура, проте там відсутня гравітація, яка би «притискала» тіло космічного мандрівника до якоїсь поверхні. І якщо уві сні астронавт почне літати по відсіках станції, то може отримати травми.
Саме для того, щоб цьому запобігти, спальний мішок оснащений системою ременів. За їхньою допомогою астронавт перед сном може зафіксувати себе на якійсь поверхні. На якій саме — неважливо, адже в умовах невагомості кожна з них із повним правом може вважатися хоч підлогою, хоч стелею.
Під час сну астронавти стикаються зі ще однією проблемою. Спати можна лише з активною вентиляцією. В іншому випадку відсутність руху повітря призводить до того, що навколо голови утворюється бульбашка з вуглекислого газу і людина може задихнутися.
Однак вентиляція не може працювати тихо — її звук місцями сягає 65 дБ. В таких умовах астронавти вимушені одягати перед сном беруші. Ну і, звичайно, не всім підходить зменшене освітлення: потрібна повна темрява, аби циркадні ритми не збивалися. Організують її для себе астронавти по-різному. Хтось просто вдягає на очі світлонепроникну пов’язку, хтось влаштовується спати у власному відсіку для сну розміром із невелику шафу. Там можна не тільки отримати бажану відсутність світла, а й забезпечити приватність, аби тебе ніхто не турбував, поки ти відпочиваєш.
Тільки найцікавіші новини та факти в нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
