Сон. Биологическое значение и структура сна. Современные представления о механизмах сна

ФГБОУ ВПО 

Национальный  исследовательский университет  «МЭИ»

 

 

 

 

 

 

Реферат по курсу «Биофизика» на тему

«Сон. Биологическое значение и  структура сна. Современные представления  о механизмах сна»

 

 

 

 

 

 

 

                                                      проверил: профессор Иванов Е.А.

                                           выполнила: Петрова Ю.В.

 

 

 

 

 

Москва, 2013г.

Оглавление

 

1. Введение
2. Общие сведения о сне
3. Структура сна
4. Биологическое значение сна
5. Современные представления о механизмах сна
6. Заключение
7. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

            Сон играет огромную роль в жизни людей. Ни один живой организм не может постоянно находиться в состоянии бодрствования, его органы и системы устают и нуждаются в периодическом отдыхе. Именно этим отдыхом и является сон. Кроме того, это один из основных физиологических суточных ритмов, который присущ всем млекопитающим.

             На сон тратится почти треть жизни человека, но мало кто задумывается над его значением. Необходимо хорошо понимать, что такое сон и как он важен для здоровья и нормальной психики.  Во время сна отдыхает мозг, отдыхают мышцы, ослабляются все органы чувств - зрение, слух, вкус, обоняние, осязание.

            Ученые считают, что взрослому человеку необходимо спать около 7 часов в сутки. Но некоторым достаточно и меньше, например Альберту Эйнштейну требовалось всего 4 часа, Наполеону Бонапарту – 2, а некоторые даже после 8 часов чувствует усталость и вялость.

            В данном реферате я попробовала разобраться в том, что же за явление такое «сон», какова его структура и значение.

 

 

 

 

 

 

 

2. Общие сведения

 

            Сон (с латинского somnus) – это особое состояние человеческого организма, характеризующееся резким падением активности ряда физиологических процессов, почти полным исчезновением реакций на внешние раздражители, ослаблением активности анализаторов (закрытие глаз, тишина, удобная поза), выключением сознания и механизма поддержания естественной позы.

             Во время сна отмечаются изменения мышечного тонуса (большинство мышц спящего человека расслаблено), резкое ослабление всех видов чувствительности — зрения, слуха, вкуса, обоняния, кожной чувствительности. Безусловные и условные рефлексы заторможены. Уменьшается поступление к тканям крови, что сопровождается снижением интенсивности обмена веществ на 8—10% и понижением температуры тела.

Сон в норме происходит циклически, примерно каждые 24 часа. Эти циклы называют циркадными ритмами. Причем некоторая часть головного мозга продолжает работать, создавая у спящего человека так называемые сновидения - это возникающие во сне образные представления и воспринимаемые как реальная действительность.

               Современные представления о  сне сформировались во второй  половине XX века, после того как появился прибор, позволяющий регистрировать активность головного мозга – электроэнцефалограф.

            Первыми проанализировать деятельность мозга спящего человека решили ученые Чикагского университета Н.Клейтман и Ю.Азеринский. Результаты электроэнцефалограмм ряда пациентов позволили ученым заметить ряд закономерностей, сделать выводы о структуре сна и дать научное определение этому процессу.

              Итак, сегодня сон понимают как естественный, регулярный физиологический процесс, имеющий строго организованную циклическую структуру, свойственный человеку, млекопитающим, птицам и насекомым, при котором наблюдается минимальный уровень деятельности мозга и снижение активного взаимодействия организма с окружающей средой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Структура 

               По своим физиологическим проявлениям сон неоднороден. Выделяют две фазы сна: фазу медленного (спокойного или ортодоксального) и быстрого сна (активного или парадоксального). Каждая фаза имеет свои особенности ритмики на электроэнцефалограмме (ЭЭГ).

               Рассмотрим фазу медленного сна (ФМС). Она разделяется на 4 стадии, которые различаются биоэлектрическими, электрофизиологическими, вегетативными, электроокулографическими и поведенческими (глубина сна, пороги пробуждения) характеристиками:

1 стадия – дремота, характеризуется исчезновением альфа-ритма, являющегося признаком спокойного, расслабленного бодрствования, снижением амплитуды ритмов ЭЭГ, появлением на электроокулограмме медленных движений глаз.

2 стадия - сон средней глубины, проявляется на ЭЭГ ритмом «сонных веретен», при котором отдельные колебания потенциалов с частотой 13—16 в 1 с группируются в «пачки», напоминающие форму веретена. При этом урежается частота дыхания и сердечных сокращений.

3 и 4 стадии - дельта-сон. Он характеризуются появлением медленной ритмики (дельта-волн) на ЭЭГ. В третьей стадии дельта-волны сочетаются с «сонными веретенами», в четвертой — дельта-ритм доминирует. Дельта-сон отличается наиболее высокими порогами пробуждения, еще большим урежением частоты дыхания и сердечных сокращений.

               При медленном сне наступает уменьшение частоты дыхания и ритма сердцебиений, расслабление мышц и замедление движений глаз. По мере углубления медленного сна общее количество движений спящего становится минимальным. В это время его трудно разбудить.

               В фазе быстрого сна (ФБС), наоборот, учащаются дыхание и ритм сердца, повышается двигательная активность спящего, движения глазных яблок становятся быстрыми (в связи с чем этот вид сна и получил название "быстрый"). Быстрые движения глаз свидетельствуют о том, что спящий в этот момент видит сновидения. И если его разбудить спустя 10 - 15 минут после окончания быстрых движений глаз, он расскажет об увиденном во сне.

 При  пробуждении в период медленного  сна человек, как правило, не  помнит сновидений. Несмотря на  относительно большую активизацию  физиологических функций в быстром  сне, мышцы тела в этот период  бывают расслабленными, и разбудить  спящего значительно труднее. 

                Таким образом, быстрый сон, с одной стороны, является более глубоким по сравнению с медленным, а с другой стороны, судя по активности физиологических функций, - более поверхностным. Поэтому он и получил название парадоксального сна.

              Для ФБС характерно низкоамплитудная ритмика ЭЭГ: сочетание медленных и высокочастотных ритмов, резкое снижение тонуса мыши шеи и диафрагмы рта, неустойчивость вегетативных показателей.

                Структура сна циклична: на протяжении ночи последовательность стадий  повторяется в среднем 3-5 раз. Как правило, максимальная его глубина при каждом таком цикле убывает к утру. Каждый цикл состоит из ФМС и ФБС. В среднем ФМС составляет 75—80% длительности сна, при этом первая стадия — около 10%, вторая — 45—50%, дельта-сон — примерно 20%. Фаза быстрого сна занимает 20—25% всей продолжительности сна. В норме ФБС повторяется примерно через каждые 1,5 ч и длится в среднем 20 мин, причем с каждым разом все больше.

                 Люди непременно видят сны. Те, которые отрицают их наличие, просто не помнят, что им что-то снилось. Сюжет, яркость, эмоциональная насыщенность сновидения зависят от многих факторов (эмоциональных особенностей, наличия и значимости стрессогенных факторов, пола, возраста, профессии и т.д.).

                  Сон – это активный процесс, в организации которого принимают участие ряд структур мозга, объединенных в синхронизирующие центры:

- скопление нейронов в продолговатом мозге и мосте мозга, активность которых тормозит деятельность активирующих систем ретикулярной формации;

- преоптическую область гипоталамуса, оказывающую аналогичное действие;

- ядра зрительного  бугра, включающие деятельность  таламокортикальной системы, которая  генерирует «сонные веретена»  и также тормозит функционирование  активирующих систем мозга.   

         Важную роль в организации сна играют и нейрохимические процессы. В частности, нейромедиаторы (серотонин, норадреналин, ацетилхолин, гамма-аминомасляная кислота и др.), а также многие нейропептиды активно участвуют в организации бодрствования или различных фаз и стадий сна.

 

 

 

4. Биологическое значение сна

 

       Несомненно, сон важен для сохранения жизни, он обеспечивает отдых организма, это было доказано опытами по лишению сна. В 1892 году в экспериментах русской ученой М. М. Манасеиной собаки, лишенные сна, умирали через 2-3 недели.

 А у человека на пятые  сутки без сна происходит следующее:

• Ухудшается слух и зрение
• Нарушается координация движений
• Концентрация внимания резко снижается
• В отдельных случаях появляются галлюцинации

            Считается, что сон можно понимать как состояние, которое подготавливает организм, в первую очередь мозг человека, к предстоящей активной деятельности.

            Так же сон играет большую роль в процессах метаболизма. Полагают, что медленный сон способствует восстановлению внутренних органов, а быстрый – восстанавливает пластические свойства нейронов головного мозга.

             Сон способствует переработке и запоминанию информации. По мнению британского врача, биолога и нейробиолога Ф. Крика во время парадоксального сна из памяти исключается вся второстепенная информация, то есть происходит процесс реверсивного обучения. Сон облегчает закрепление изученного материала. Если какая-то информация заучивается непосредственно перед засыпанием, то спустя 8 ч она вспоминается лучше.

               Сон - активный физиологический процесс. Активность мозга во время сна часто превосходит дневные уровни. Активность нейронов ряда структур возрастает, активируется ряд вегетативных функций. 

              Биологическое значение сна связано с приспособлением к изменению освещенности (день - ночь). Организм способен заранее приспособиться к ожидаемому воздействию внешнего мира, активность всех систем снижается в определенные часы согласно режиму труда и отдыха. К моменту пробуждения и в начале бодрствования активность органов и систем возрастает и соответствует уровню поведенческих реакций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Современные представления о механизмах сна

 

              Согласно современным научным данным, сон представляет собой разлитое торможение коры больших полушарий, возникающее по мере расходования нервными клетками своего биоэнергетического потенциала в течение периода бодрствования и снижения их возбудимости. Распространение торможения на более глубокие отделы мозга - средний мозг, подкорковые образования - обуславливает углубление сна.

Человеческий мозг работает всегда, даже во сне. Биотоки мозга отражают биохимические процессы, происходящие в клетках, и свидетельствуют об активной деятельности мозга. Регистрируются они при одновременном отведении из многих точек головы на электроэнцефалограмме.

               Существуют различные теории, объясняющие причины и механизмы сна.

       1)  Гуморальная теория, в качестве причины сна рассматривает вещества, появляющиеся в крови при длительном бодрствовании. Доказательством этой теории служит эксперимент, при котором бодрствующей собаке переливали кровь животного, лишенного сна в течение суток. Животное-реципиент немедленно засыпало. В настоящее время удалось идентифицировать некоторые гипногенные вещества, например пептид, вызывающий дельта-сон. Но гуморальные факторы не могут рассматриваться как абсолютная причина возникновения сна. Об этом свидетельствуют наблюдения за поведением двух пар неразделившихся близнецов. У них разделение нервной системы произошло полностью, а системы кровообращения имели множество мест соединений. Эти близнецы могли спать в разное время: одна девочка, например, могла спать, а другая бодрствовала.

         2) Подкорковая и корковая теории сна. При различных опухолевых или инфекционных поражениях подкорковых, особенно стволовых, образований мозга, у больных отмечаются различные нарушения сна - от бессонницы до длительного летаргического сна, что указывает на наличие подкорковых центров сна. При раздражении задних структур субталамуса и гипоталамуса животные засыпали, а после прекращения раздражения они просыпались, что указывает на наличие в этих структурах центров сна.

            В лаборатории И.П.Павлова было установлено, что при длительной выработке тонкого дифференцировочного торможения животные часто засыпали. Поэтому ученый рассматривал сон как следствие процессов внутреннего торможения, как углубленное, разлитое, распространившееся на оба полушария и ближайшую подкорку торможение (корковая теория сна).