Сон и нарушения метаболизма

Для того чтобы выжить, люди, помимо пищи, воды и кислорода, нуждаются в регулярном сне. Мы тратим около одной трети нашей жизни на сон, при этом его количество и качество во многом определяют состояние нашего здоровья.

Сон – это периодически возникающее состояние, подверженное циркадной ритмической активности, проявляющееся изменением активности головного мозга и  реакции на раздражители. По сравнению с состоянием бодрствования сон характеризуется меньшей восприимчивостью к внешним стимулам. Он легко обратим, т.  е. возврат к бодрствованию происходит быстро в отличие от состояния потери сознания или комы.

Наряду с питанием и физической активностью cон является одним из трех основополагающих факторов, определяющих образ жизни человека. Многие показатели метаболизма существенно изменяются после засыпания по сравнению с периодом бодрствования.

Сон до сих пор остается во многом загадкой, т. к. до конца не изучены механизмы, вызывающие его и поддерживающие. Известно, что сон состоит из нескольких фаз: медленного сна (поверхностного и глубокого) и быст­рого сна – фазы быстрого движения глазных яблок (rapid eye movement – REM-cон). Фазы составляют цикл сна, который повторяется 4-5 раз за ночь. Активность головного мозга отличается в разные фазы, можно определить фазу сна по данным электроэнцефалограммы.

После засыпания происходит погружение в поверхностный сон, который затем углубляется и переходит в глубокий. Цикл сна заканчивается REM-сном.

Поверхностный сон состоит из двух фаз. В начале первой фазы происходит переход от бодрствования ко сну. В это время человека легко разбудить. Движение глаз замедляется и мышечная активность снижается. Люди, пробудившиеся от этой фазы сна, часто помнят фрагментарные визуальные образы. Иногда при засыпании возникают миоклонии, которым часто предшествует ощущение падения.

Во второй фазе поверхностного сна движения глаз останавливаются и мозговые волны становятся медленнее, со случайными вспышками быст­рых волн, называемых веретенами сна.

Далее наступает фаза глубокого сна. Появляются медленные мозговые волны, называемые дельта-волнами, которые перемежаются с более быстрыми волнами. Во время 4-й фазы почти исключительно регистрируются дельта-волны. Во время глубокого сна человека очень трудно разбудить.

Люди, проснувшиеся в эту фазу, чувствуют себя дезориентированными в течение нескольких минут и часто не понимают, где находятся. Во время медленного сна снижаются артериальное давление и частота сердечных сокращений, замедляется частота дыхания. Глубокая фаза сна оказывает ингибирующее влияние на гипоталамо-гипофизарно-адреналовую (ГГА) ось [1]. Секреция гормона роста в период сна примерно в 3 раза превышает таковую во время бодрствования [2] и особенно выражена в фазу глубокого сна [3]. При уменьшении длительности медленноволнового сна повышается риск ожирения. Перекрестное исследование с участием 2745 мужчин старше 65 лет, которым была проведена полисомнография, показало, что независимо от общей продолжительности сна именно продолжительность медленноволнового сна обратно пропорциональна индексу массы тела (ИМТ) и окружности талии [4].

Во время REM-сна активность мозга так же высока, как и во время бодрствования. Другое его название – парадоксальный сон, именно в эту фазу чаще возникают сновидения. Как следует из названия, в эту фазу происходит быстрое движение глаз из стороны в сторону. Э

то явление можно отследить и измерить с помощью электроокулографии.

Дыхание становится более быстрым и нерегулярным во время REM-сна по сравнению с периодом медленного сна, а частота сердечных сокращений и артериальное давление увеличиваются до уровня, характерного для состояния бодрствования. Температура несколько снижается. Кроме того, во второй половине сна, пре­имущественно в фазу REM-сна, значительно увеличивается уровень кортизола [5].

Тонус мышц снижается уже во время медленного сна, во время REM-сна возникает атония – практически полное отсутствие мышечного тонуса. Оно возникает из-за того, что импульсы мозга, которые ­контролируют движение мышц, полностью подавлены. Остаются только импульсы, контролирующие движения глаз и другие важные функции, отвечающие за работу серд­ца и легких, которые позволяют дышать и поддерживают жизнь.

Многие из физиологических функций, такие как волновая активность мозга, дыхание и частота сердечных сокращений, достаточно изменчивы во время бодрствования и в период REM-сна, при этом в медленной фазе сна они приобретают более стабильный характер (рис. 1).

Рис. 1. Изменение ряда параметров в различные фазы сна

Продолжительность сна

Потребность во сне зависит от возраста и несколько отличается у разных людей. Время сна можно считать оптимальным, если нет дневной сонливости и бодрость сохраняется в течение дня. На практике это требует определенного минимального количества сна, кроме того, очень важно, чтобы на каждую фазу сна приходилось достаточно времени, особенно глубокого медленного сна и быстрого сна. Как правило, в среднем взрослый человек нуждается в 8 ч сна в сутки. Есть люди, их примерно 5% от всего населения, которым нужно менее 6 ч, чтобы выспаться, и есть люди (6-10%), которые нуждаются в продолжительном сне – более 9 ч.

В мире наблюдается эпидемия депривации сна (снижения его продолжительности). В настоящее время средняя продолжительность сна у взрослых людей, проживающих в странах Запада, составляет 6,8 ч, а столетие назад она достигала 9 ч. При этом 30% взрослых заявляют, что они спят менее 6 ч в сутки. Употребление кофеинсодержащих напитков во второй половине дня также может нарушать процессы засыпания. Все это способствует снижению продолжительности сна. По некоторым оценкам, 80% населения земного шара в настоящее время нуждается в будильнике, чтобы просыпаться каждое утро.

Наряду с депривацией сна в мире отмечается тенденция к быстрому росту распространенности метаболических заболеваний. Таким образом, можно предположить, что между этими процессами имеются причинно-следственные связи, способствующие быстрорастущей распространенности метаболических нарушений.

Уменьшение продолжительности сна ассоциировано с набором веса и развитием ожирения, что связывают с увеличением потребления калорий, возникающим на фоне ограничения сна [6]. В исследовании с участием более 3 тыс. пациентов было обнаружено, что уменьшение количества сна (менее 5 ч за ночь) у пожилых мужчин и женщин ассоциировалось с повышенным ИМТ. Длительность сна 5 ч и менее в сутки по сравнению с продолжительностью сна 7-8 ч была связана с 3,7-кратным увеличением вероятности ожирения среди мужчин и с 2,3-кратным увеличением среди женщин [7].

Механизмы, объясняющие влияние уменьшения продолжительности сна на метаболическую дисрегуляцию и вызывающие нарушение обмена веществ, могут быть многофакторными. С одной стороны, возникает ряд гормональных, метаболических и поведенческих изменений, приводящих к увеличению потребления пищи. Нарушается секреция таких гормонов, как ­лептин и ­грелин, которые регулируют аппетит и чувство голода.

Лептин, циркулирующий гормон, секретирующийся адипоцитами, действует на специфические рецепторы гипоталамуса, тем самым подавляя аппетит и ускоряя метаболизм. У людей уровни лептина обычно низкие во время бодрствования и повышаются во время ночного сна. Лишение сна приводит к снижению секреции лептина и чувствительности к инсулину.

Кроме того, депривация сна также увеличивает секрецию грелина, который высвобождается из желудка и вызывает ощущение голода, изменяется секреция кортизола и гормона роста, что оказывает влияние на регуляцию глюкозы и чувствительность к инсулину.

С другой стороны, было показано, что при лишении сна возникает симпатическая стимуляция [8], изменяется иммунный ответ и увеличивается уровень провоспалительных маркеров, таких как IL‑6, TNF-α и CRP, что также может способствовать метаболической дисрегуляции [9, 10].

Снижение продолжительности сна может не только изменить потребление и расход энергии, но и уменьшить эффективность гипокалорийной диеты у лиц с избыточной массой тела. Так, в одном из исследований, в которое были включены пациенты с избыточной массой тела (ИМТ – 27,4±2,0 кг/м², средний возраст – 41±5 лет), им в течение 14 дней была назначена одинаковая диета с умеренным ограничением калорий, но при этом одна подгруппа имела возможность ночного сна в течение 8,5 ч, а другая – только 5,5 ч. В результате на фоне гипокалорийной диеты и сокращения сна до 5,5 ч по сравнению с гипокалорийной диетой и 8-часовым сном были отмечены уменьшение жира на 55% в общем объеме потерянного веса (1,4 кг при 8,5 ч сна и 0,6 кг при 5,5 ч сна; p=0,043) и увеличение потери тощей массы тела на 60% (1,5 кг и 2,4 кг соответственно; p=0,002) [11].

Таким образом, достаточная продолжительность сна способствует поддержанию безжировой массы тела в периоды снижения потребления энергии, а недостаточный сон может снизить эффективность типичных диетических рекомендаций по снижению веса и метаболического риска.

Сокращение времени сна:

•  повышает аппетит;
•  увеличивает суточную калорийность питания на 300-500 калорий [12];
•  увеличивает потребность в жирной, сладкой, соленой пище и пище с высоким содержанием крахмала;
•  приводит к нерегулярному приему пищи и частым перекусам;
•  ассоциировано с сокращением потребления овощей [13].

Риск развития метаболического синдрома повышен на 41% у лиц, которые спят менее 6 ч за ночь [14], и на 50% у тех, кто спит менее 5 ч [15]. Кроме того, если вследствие нарушения сна возникают и сохраняются метаболические изменения, то это может способствовать возникновению или ухудшению течения сахарного диабета (СД) 2 типа. Сон менее 5 ч в 2 раза повышает риск заболеть ожирением и СД 2 типа. Так, в одном из исследований было показано, что недостаточный сон (4 ч за ночь) в течение 4 ночей уменьшает чувствительность жировой ткани к инсулину на 30%, а общую чувствительность к инсулину – на 16% [16].

Продолжительность сна снижается и при инсомнии. Инсомния является расстройством сна, при котором трудно заснуть или проспать всю ночь без пробуждений. Люди, страдающие этим нарушением сна, имеют один или несколько из следующих симптомов: трудности с засыпанием, пробуждения в ночное время и проб­лемы с повторным засыпанием, пробуждения слишком рано утром, чувство усталости после пробуждения.

Первичная инсомния означает, что человек испытывает проблемы со сном, которые непосредственно не связаны с каким-либо другим недугом. При вторичной инсомнии причинами ее могут быть какое-либо заболевание, болевой синдром, прием медикаментов или алкоголя, что само по себе может вести к нарушениям метаболизма.

Проблемы с засыпанием и поддержанием сна, а также потребность в дневном сне ассоциированы с уменьшением потребления белка и клетчатки в рационе. Качество сна также влияет на риск возникновения СД 2 типа. Доказано, что бессонница ассоциирована с ­повышенным риском развития СД 2 типа. В систематическом обзоре показано, что при трудностях с засыпанием риск СД 2 типа возрастает на 57% (относительный риск (ОР) 1,57; 1,25-1,97; р<0,0001), а при затруднениях в поддержании сна – на 84% (ОР 1,84; 1,39-2,43; р<0,0001) [17].

К метаболическим расстройствам ведет как недостаток сна, так и его избыток. Риск нарушений обмена веществ повышается и у лиц, которые спят более 9 ч. Возможно, это связано с наличием патологии сна, например нарушения дыхания во сне, которое изменяет структуру сна, приводит к частым пробуждениям и увеличивает потребность во сне.

У больных, страдающих таким расстройством сна, как нарколепсия, когда отмечается чрезмерная дневная сонливость из-за потери нейронов, продуцирующих гипокретин, также выявляется тенденция к повышению ИМТ и увеличению риска ожирения [18].

Были выполнены систематический обзор и метаанализ, которые подтвердили, что на основании как количества, так и качества сна можно предсказать риск развития СД  2 типа. В данный метаанализ было включено 107 756 участников из 10 исследований с 3586 случаями заболевания СД 2 типа. Показано, что короткая продолжительность сна (≤5-6 ч/ночь) ведет к увеличению ОР развития СД 2 типа на 28% (ОР 1,28; 95% ДИ 1,03-1,60; р = 0,024). Наряду с этим и при увеличении продолжительности сна более 8-9 ч за ночь риск возрастает на 52% (ОР 1,48; 1,13-1,96; р=0,005) [17].

Биологические часы организма и циркадные ритмы

Процессы обмена веществ регулируются через внутренние биологические часы, которые представляют собой определенные группы молекул в клетках, распределенных по всему организму. Центр, который координирует их работу, расположен в супрахиазмальных ядрах гипоталамуса.

Биологические часы управляют циркадными (суточными) ритмами, которые представляют собой физические, психические и поведенческие изменения организма, подчинены 24-часовому циклу и регулируются интенсивностью освещения. Они встречаются у большинства живых существ, в т.  ч. у животных, растений и многих микроорганизмов. Суточные ритмы могут влиять на циклы сна и бодрствования, высвобождение гормонов, температуру тела и другие важные функции организма. Доказано, что многие участвующие в метаболизме гормоны, такие как инсулин, глюкагон, адипонектин, кортикостерон, лептин и грелин, подвержены циркадным колебаниям.

Уровень кортизола снижается до минимума в первой половине ночного сна и начинает медленно возрастать во второй, достигая максимума перед пробуждением. Гормон роста достигает пика в первой половине сна. Секреция тиреотропного гормона увеличивается во время ночного сна, в то время как секреция трийодтиронина и тироксина снижается.

Нарушения циркадных ритмов могут быть связаны с различными расстройствами сна, такими как бессонница, депрессия, некоторые психические заболевания. Смещение циркадных ритмов изменяет нейроэндокринную физиологию с потенциальными негативными последствиями для здоровья, такими как ожирение, нарушение толерантности к глюкозе, снижение чувствительности к инсулину и СД 2 типа [19, 20].

Избыток света в вечерние и ночные часы ведет к десинхронозу – нарушению суточного биоритма, характеризуемому расстройством сна, снижением работоспособности и целым комплексом других патологических изменений. В исследовании с участием 100 тыс. женщин, проведенном в Великобритании, было обнаружено, что вес и окружность талии были больше у тех, кто спал в более освещенной комнате. В группе риска развития метаболических нарушений и сердечно-сосудистых заболеваний находятся лица, работающие в ночные смены.

Следует рекомендовать исключить поздний ужин, т.  к. прием пищи поздним вечером и в ночные часы приводит к нарушению цикла сна/бодрствования и ведет к ожирению. Одним из нарушений сна, характеризующихся расстройством ритма сна и приема пищи, является синдром ночного питания.

Такие больные употребляют не менее 25% суточной калорийности рациона после вечернего приема пищи и/или ночного пробуждения.

Данные эпизоды возникают 2 и более раз в неделю в течение как минимум 3 мес. При этом отмечается снижение потребления калорий в утреннее время [21].

Люди, работающие в ночные смены, склонны потреб­лять большее количество калорий в ночное время [22], соответственно, имеют более высокие риски развития ожирения. Результаты некоторых эпидемиологических исследований также показывают, что сменная работа связана с ожирением [23] и СД 2 типа [24]. Метаболический эффект потребляемых калорий зависит от времени приема пищи.

Прием пищи в дневное время сопровож­дается большим расходом калорий, в то время как в ночной период все механизмы настроены на сохранение энергии. Механизмы, посредством которых нарушается обмен веществ, могут быть связаны с гормональными изменениями, повышением симпатической активности, приводящими к повышению инсулинорезистентности и ухудшению функции β-клеток, а также, возможно, с изменением профиля мелатонина, который может ингибировать опосредованную глюкозой секрецию инсулина [25].

Нарушения дыхания во сне и метаболизм

Нарушением дыхания во сне, или апноэ сна, называют повторяющиеся паузы (остановки) в дыхании (>10 с) во время сна. В результате эпизодов апноэ насыщение артериальной крови кислородом снижается и возникает гипоксия. Диагноз и степень тяжести апноэ сна определяют по индексу апноэ/гипопноэ (ИАГ), который рассчитывается исходя из количества эпизодов апноэ/гипопноэ за час. Диагноз апноэ сна может быть установлен при ИАГ более 5 соб./ч. Различают несколько степеней тяжести апноэ сна: легкая степень – при 5 соб./ч < ИАГ < 15 соб./ч; среднетяжелая – 15 ≤ ИАГ < 30 соб./ч; тяжелая ИАГ ≥ 30 соб./ч. Апноэ сна нарушает структуру сна: увеличивается продолжительность поверхностного сна, снижается продолжительность глубокого (медленноволнового) сна и быстрого REM-сна.

Паузы в дыхании могут возникать вследствие спадания тканей глоточного отдела дыхательных путей при вдохе, это нарушение носит название «синдром обструктивного апноэ сна». Основными его причинами являются снижение тонуса гладкой мускулатуры верхних дыхательных путей и повышение сопротивления потоку воздуха. Другой причиной нарушений дыхания во сне могут быть изменения в механизмах центральной регуляции дыхания, вызванные заболеваниями сердечно-сосудистой системы или головного мозга. В этом случае возникает центральное апноэ сна.

Распространенность апноэ сна достаточно велика и, по данным Висконсинского исследования, в возрастной группе от 30 до 60 лет составляет 24% у мужчин и 9% у женщин, при этом среднетяжелая и тяжелая формы апноэ сна (ИАГ >15 соб./ч) выявлены у 4% женщин и 9% мужчин. Нарушение дыхания во сне чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Соотношение мужчин к женщинам оценивается примерно 2:1 в общей популяции, распространенность храпа также выше у мужчин. Возможные объяснения включают действие тестостерона на мышцы дыхательных путей, половые различия в распределении жира в организме и различия в глоточной анатомии.

У женщин в постменопаузе риск нарушения дыхания во сне возрастает.

Фрагментация сна и гипоксия, возникающие в результате нарушения дыхания во сне, способствуют развитию различных неблагоприятных состояний (рис. 2), в т.  ч. инсулинорезистентности – основного патогенетического звена развития метаболического синдрома. Часто возникающие пробуждения ассоциированы с активацией ГГА оси и повышением секреции кортизола [26], что может способствовать набору веса.

Рис. 2. Ассоциация апноэ сна с хроническими заболеваниями и осложнениями

Апноэ сна может провоцировать повышение артериального давления и аритмию. Поэтому при артериальной гипертензии (особенно плохо поддающейся гипотензивной терапии) и аритмии следует пройти обследование для исключения апноэ сна.

Более 80% лиц с нарушениями дыхания во сне храпят. Храп возникает, когда нормальные физиологические изменения глоточной механики во время сна (падение тонуса мышц) накладываются на изменения в глотке, имеющие место и во время бодрствования.

Основная значимость храпа заключается в том, что он является признаком синдрома обструктивного апноэ сна.

На возникновение апноэ сна влияют:

•  лишний вес (окружность талии: у мужчин > 94 см, у женщин > 80 см, окружность шеи: 43 см и более у мужчин и 40 см и более у женщин);
•  старение;
•  особенности строения лицевого скелета (например, маленькая нижняя челюсть);
•  мужской пол и менопауза у женщин;
•  наличие подобного заболевания у родственников;
•  наличие эндокринных заболеваний (гипотиреоз, акромегалия, СД  2 типа);
• прием ряда медикаментов и частое употребление алкоголя.

В исследованиях выявлено влияние апноэ сна на развитие инсулинорезистентности, дисфункции β-клеток поджелудочной железы и СД 2 типа, которое может осуществляться посредством прерывистой гипоксии и фрагментации сна. В результате гипоксии и фрагментации сна происходят изменение активности ГГА оси с повышением секреции кортизола, активация симпатической нервной системы с увеличением уровня катехоламинов, активация воспалительного пути с повышением факторов воспаления (IL-6, FNO-α), а также изменение адипокинового профиля и развитие оксидативного стресса [27]. Однозначного ответа на вопрос о том, может ли апноэ сна служить причиной возникновения СД  2 типа, пока нет, но результаты исследований свидетельствуют о том, что степень тяжести апноэ сна коррелирует с риском развития СД  2 типа и ухудшением гликемического контроля при уже имеющемся СД [28].

Адекватное лечение апноэ сна может улучшить метаболические процессы, в т. ч. регуляцию гликемии. Так, у больных без СД с недавно диагностированным апноэ сна при использовании режима искусственной вентиляции легких посредством постоянного положительного давления (CPAP (Constant Positive Airway Pressure)терапия) в течение 4 и более ночей в неделю в течение 6 мес отмечалось снижение уровня гликированного гемоглобина [29].

Синдром беспокойных ног

Синдром беспокойных ног (СБН), известный также как болезнь ­Уиллиса-Экбома, представляет собой хроническое нейросенсомоторное заболевание, характеризующееся постоянной сменой положения ног, ассоциированное с жжением, покалыванием, дрожью в ногах. Эти явления нарушают сон. По статистике, СБН страдает от 5 до 10% взрослых, а в пожилом возрасте частота увеличивается до 15%.

У больных с артериальной гипертензией и  СД 2 типа СБН встречается чаще – в 30% случаев [30]. Дефицит железа, болезнь Паркинсона, почечная недостаточность ассоциированы с СБН.

В ряде случаев не удается установить причину СБН. Может играть роль генетическая предрасположенность, т.  к. почти у половины людей с этим нарушением один из членов семьи также имел СБН.

СБН часто встречается у больных СД [31]. При этом нет однозначных данных, влияет ли это нарушение сна на метаболические процессы в том случае, если СД нет, а также улучшает ли показатели гликемии лечение СБН у больных СД. У людей с легкой и умеренной степенью выраженности СБН изменение образа жизни (начало регулярных физических упражнений, режим сна, уменьшение использования кофеина, алкоголя и табака) может быть полезным. Лечение заболеваний, связанных с СБН, может облегчить состояние.

Выводы

Таким образом, сон неразрывно связан с различными гормональными и метаболическими процессами в организме и имеет большое значение для поддержания метаболического гомеостаза. Депривация сна, его расстройства, смещение циркадных ритмов могут иметь глубокие метаболические и сердечно-сосудистые последствия ввиду чрезмерной симпатической стимуляции, гормонального дисбаланса и субклинического воспаления. Следовательно, врачам необходимо внимательно относиться к качеству и количеству сна пациентов, т. к. своевременная коррекция может значительно снизить риски метаболических расстройств и их осложнений.

Список литературы находится в редакции.

Русский медицинский журнал, 2017, № 22.

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 5 (426), березень 2018 р.