- Behawioralna i fizjologiczna definicja snu
- Zapotrzebowanie na sen u ssaków i człowieka
- Fazy snu
- Regulacja dobowego rytmu snu i czuwania
- Biologiczne znaczenie snu
Behawioralna i fizjologiczna definicja snu
Sen jest podstawowym stanem czynnościowym ośrodkowego układu nerwowego (mózgu) cechującym się okresowym obniżeniem wrażliwości na bodźce zewnętrzne i spontanicznym zniesieniem świadomości, niemal całkowitym spadkiem aktywności motorycznej (ruchowej), obniżeniem tempa procesów metabolicznych, zwolnieniem czynności pracy serca, częstości oddychania i innych procesów fizjologicznych zachodzących w organizmie. Sen jest stanem występującym prawdopodobnie u wszystkich zwierząt; obserwowany jest zarówno wśród bezkręgowców (m.in. nicieni Caenorhabditis elegans; meduz Cassiopea; skorupiaków oraz owadów, np. muszki owocowej, pszczoły miodnej, karaluchów) i kręgowców (ryb, płazów, gadów, ptaków i ssaków). Stan snu, przejawiający się całkowitym bezruchem zwierzęcia oraz brakiem reakcji na bodźce zewnętrzne (definicja behawioralna), jest charakterystyczny dla bezkręgowców oraz kręgowców niższych (ryb i płazów). Stan snu, polegający na odwracalnej utracie świadomości, spadku napięcia mięśniowego i spowolnieniu procesów fizjologicznych (definicja fizjologiczna), jest cechą charakterystyczną kręgowców wyższych – owodniowców (gadów, ptaków i ssaków, w tym człowieka), u których powtarza się cyklicznie w ciągu doby naprzemiennie ze stanem czuwania (stanem pełnej świadomości).
Sen jest odwracalnym stanem zniesienia świadomości występującym prawdopodobnie u wszystkich zwierząt. Źródło: shutterstock
Zapotrzebowanie na sen u ssaków i człowieka
Zapotrzebowanie na sen u ssaków jest indywidualną cechą gatunkową i osobniczą zależną głównie od prowadzonego trybu życia, sposobu odżywiania się, wieku oraz rozmiarów ciała. Aktywnie latające nietoperze i nadrzewne koale prowadzące nocny tryb życia z reguły śpią odpowiednio 18-20 i 20-22 godziny na dobę; natomiast aktywne w ciągu dnia ssaki kopytne zasiedlające rozległe tereny otwarte (np. zebry, żyrafy) w związku z dużą presją drapieżników poświęcają na sen tylko 3-4 godziny w ciągu doby. Największe zapotrzebowanie na sen mają ssaki drapieżne (np. lew afrykański – ok. 20 godzin), nieco krócej śpią ssaki wszystkożerne (np. szympans zwyczajny – ok. 9-10 godzin), zaś najmniejszą ilość czasu na sen przeznaczają duże ssaki roślinożerne spędzające większość doby na poszukiwaniu i pobieraniu pożywienia (np. słoń afrykański – ok. 2 godziny). Duże gatunki ssaków roślinożernych (np. konie, krowy, żyrafy, słonie) śpią również krócej (ok. 2-6 godzin) niż roślinożerne gryzonie (ok. 10 godzin) oraz zajęczaki (ok. 11-12 godzin). Młode większości ssaków śpią zaś z reguły znacznie dłużej w porównaniu z osobnikami dorosłymi, poświęcając na sen większą część doby. Niektóre ssaki morskie (np. butlonosy zwyczajne) wykazują zdolność snu jednopółkulowego; zwierzęta te w trakcie 12-godzinnego snu śpią na przemian jedną lub drugą półkulą mózgową, podczas gdy druga z nich znajduje się w stanie czuwania. Człowiek poświęca na sen nieco mniejszą ilość czasu niż inne ssaki wszystkożerne (ok. 7-9 godzin); zaś jego zapotrzebowanie na sen zmienia się wraz z wiekiem. Największą ilość czasu na sen poświęcają noworodki (ok. 14-17 godzin), niemowlęta (ok. 12-15 godzin) oraz małe dzieci (ok. 10-13 godzin), nieco krócej śpią dzieci w wieku szkolnym (ok. 9-11 godzin) i nastolatki (ok. 8-10 godzin); najmniejszej ilości snu potrzebują osoby dorosłe (ok. 7-9 godzin) i osoby w podeszłym wieku (ok. 7-8 godzin).Fazy snu
Sen kręgowców stałocieplnych (ptaków i ssaków) zróżnicowany jest na dwie powtarzające się cyklicznie fazy – fazę SEM/N-REM (ang. slow eye movements/non-rapid eye movements – wolne ruchy gałki ocznej) określaną również mianem snu normalnego (snu wolnofalowego, snu głębokiego) i fazę REM (ang. rapid eye movements – szybkie ruchy gałki ocznej) znaną również pod nazwą snu paradoksalnego. Faza SEM (N-REM) wraz z fazą REM współtworzą jednostkę fizjologiczną snu, czyli charakterystyczny cykl snu powtarzający się kilkukrotnie w trakcie trwania tego stanu odwracalnej utraty świadomości (1-2 razy u większości gatunków ssaków; 4-6 razy u człowieka). Sen rozpoczyna się od fazy N-REM, po której następuje faza REM oraz ponownie kolejna faza N-REM. W miarę upływu czasu fazy N-REM stają się coraz krótsze aż do całkowitego zaniku snu głębokiego; fazy REM stają się natomiast coraz dłuższe, a organizm przechodzi przez drzemkę do stanu pełnego przebudzenia. Pojedyncza faza snu N-REM trwa ok. 60-90 minut, zaś pojedyncza faza snu REM – ok. 15-20 minut; sen normalny zajmuje więc ok. 75%, a sen paradoksalny – ok. 25% całkowitego czasu snu człowieka.
Fazy snu. Źródło: shutterstock
Sen paradoksalny, określany również mianem snu zdesynchronizowanego lub snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM) jest fazą charakteryzującą się występowaniem nieregularnych fal mózgowych o wysokiej częstotliwości (13-28 Hz) i niskiej amplitudzie (tzw. fal beta), która regulowana jest głównie przez współczulną (sympatyczną) część układu nerwowego. Faza REM charakteryzuje się niemal całkowitym zmniejszeniem napięcia mięśni szkieletowych (tzw. atonii) oraz nagłymi i szybkimi ruchami gałek ocznych pod zamkniętymi i trzepoczącymi powiekami. W trakcie fazy snu paradoksalnego nieregularnie wzrasta częstotliwość pracy serca i układu oddechowego; obniża się temperatura wewnętrzna ciała, może występować drżenie rąk, stóp i żuchwy bądź mruczenie i mówienie przez sen. Podczas fazy REM pojawiają się najczęściej marzenia senne mające głównie charakter doznań wzrokowych (wizualnych). W jej trakcie odbywa się ponadto przetwarzanie i utrwalanie zgromadzonych w ciągu dnia informacji. Faza REM określana jest więc mianem fazy intensywnej pracy mózgu.
Regulacja okołodobowego rytmu snu i czuwania przez zegar biologiczny organizmu. Źródło: shutterstock
Regulacja dobowego rytmu snu i czuwania
Dobowy rytm snu i czuwania u człowieka i innych gatunków ssaków regulowany jest przez wyspecjalizowane ośrodki nerwowe znajdujące się w pniu mózgu (tzw. twór siatkowaty) oraz podwzgórzu (tzw. jądro nadskrzyżowaniowe). Twór siatkowaty (układ siatkowaty) stanowi rozproszoną (dyfuzyjną) sieć komórek nerwowych (neuronów) rozciągającą się w pniu mózgu w obrębie śródmózgowia i mostu. Neurony tworu siatkowatego wydzielają neuroprzekaźniki (noradrenalinę, serotoninę, acetylocholinę), które poprzez bezpośrednie oddziaływanie na wzgórze, kontrolują aktywność kory mózgowej (stany snu i stany czuwania). Wysoki poziom trzech neuroprzekaźników warunkuje utrzymanie stanu czuwania; wysoki poziom serotoniny umożliwia przejście w fazę snu głębokiego (N-REM), przy jednoczesnym hamowaniu fazy snu paradoksalnego (REM); zaś wysoki poziom acetylocholiny przy niskim poziomie pozostałych neuroprzekaźników promuje fazę snu REM i odpowiada za procesy powstawania pamięci. Stany snu i czuwania regulowane są również przez położone w przedniej części podwzgórza jądro nadskrzyżowaniowe (SCN, ang. suprachiasmatic nucleus), pełniące rolę biologicznego zegara organizmu. Neurony jądra nadskrzyżowaniowego odbierają bodźce z siatkówki oka informujące o dobowych zmianach natężenia światła. Gdy zapada zmrok i do siatkówki nie docierają promienie świetlne, jądro nadskrzyżowaniowe stymuluje szyszynkę do wydzielania melatoniny, czyli „hormonu snu”. Melatonina odpowiedzialna jest za regulację dobowych cykli snu i czuwania, przy jednoczesnej koordynacji aktywności jądra nadskrzyżowaniowego.Biologiczne znaczenie snu
Sen stanowi jedną z podstawowych potrzeb biologicznych niezbędnych do życia. Odpowiada za regenerację i prawidłowe funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego (mózgu) oraz innych układów narządowych, reguluje przebieg procesów metabolicznych (m.in. trawienia) oraz gospodarkę hormonalną organizmu. Stan snu wspomaga koncentrację, procesy uczenia się i zapamiętywania (konsolidacja pamięci) i wzmacnia działanie układu odpornościowego. Niedobór i zaburzenia snu wynikające z nieprawidłowej ilości i jakości snu (tzw. dyssomnie, np. bezsenność; hipersomnia, czyli nadmierna senność; narkolepsja, zaburzenia dobowego rytmu snu i czuwania) bądź związane z występowaniem niepożądanych zjawisk ruchowych lub wegetatywnych (tzw. parasomnie, np. somnambulizm, czyli lunatykowanie; lęki nocne) wywierają więc bardzo niekorzystny wpływ zarówno na kondycję fizyczną jak i psychiczną organizmu. Powodują uczucie ciągłego zmęczenia i rozdrażnienia, zwiększoną podatność na stres, bóle głowy, obniżenie nastroju, spadek koncentracji i brak możliwości wykonywania codziennych czynności oraz osłabienie układu odpornościowego. Niewystarczająca ilość snu w dłuższej perspektywie czasowej może prowadzić do rozwoju chorób przewlekłych, takich jak m.in. otyłość, cukrzyca, choroby układu sercowo-naczyniowego bądź depresja.
Objawy niedoboru snu. Źródło: shutterstock
Bibliografia
- Ramotowski Witold, PZWL; “Anatomia i fizjologia człowieka, Aleksander Michajlik”; Wydawnictwo Lekarskie, Warszawa 2013.;
- Jane B. Reece, Lisa E. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson; “Biologia Campbella ”; Dom Wydawniczy Rebis, Poznań 2020. ;
- Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee; “Biologia ”; Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996.;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. IX ”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1999.;
- Valerie C. Scanlon, Tina Sanders, F.A. ; “Essentials of Anatomy and Physiology ”; Davis Company 2006.;
- Ricardo A. Velluti, Pier Luigi Parmegiani; “The Physiologic Nature of Sleep ”; Imperial College Press, London 2005.;
- promil
