Сон начинается с фазы медленного сна, за которыми следует фаза быстрого сна, они составляют один цикл. Цикл из сочетания фазы медленного и фазы быстрого сна повторяется несколько раз за ночь, каждый такой цикл длится около 90 минут, эта продолжительность по времени не строго фиксирована и может меняться в течение одной ночи сна у человека. Для полноценного сна человеку необходимо 4-5 циклов сна за ночь.

Фазы сна были выделены и изучаются с помощью сигналов мозга, получаемых при записи электроэнцефалограммы во сне. При анализе записей активности мозга врач-сомнолог определяет медленный сон по наличию на электроэнцефалограмме дельта-волн – это волны с низкой частотой (от 0,5 до 4 Гц) и высокой амплитудой. У человека медленный сон в целом подразделяется на три основных состояния состояния или 3 стадии, на основании характеристик электроэнцефалограммы, стадия 3 имеет особенное значение и названа медленноволновым или глубоким сном. Глубокий сон характеризуется присутствием дельта-волн в количестве 20% от всех волн электроэнцефалограммы. Это состояние дает представление об интенсивности или глубине сна. Кроме замедления ритма работы мозга и расслабления мышц, медленный сон сопровождается понижением температуры тела, замедлением сердцебиения и дыхания.

Быстрый сон определяется по наличию быстрых движений глаз во сне, при этом на электроэнцефалограмме появляются волны с высокой частотой и низкой амплитудой. На этой стадии человек видит наиболее яркие сны, хотя сновидения также могут присутствовать во время медленного сна.

Еще одной отличительной чертой этого состояния является потеря мышечного тонуса, что служит защитным механизмом, предотвращающим воспроизведение движений из сновидений в реальной жизни. Однако на фоне атонии могут возникать краткие фазические мышечные подергивания, то есть изолированные или всплески мышечной активности. Также во время быстрого сна можно наблюдать высокую переменность частоты сердечных сокращений и частоты дыхания.

Различаются фазы медленного и быстрого сна и по своим временным показателям. Медленный сон длится 1,5-2 часа, тогда как быстрый сон длится 5-10 минут в каждом цикле. Считается, что это эволюционно обусловлено, так как во время быстрого сна организм более уязвим к риску нападения хищников, и, следовательно, млекопитающие, живущие в опасных условиях, демонстрируют меньшее его количество.

В норме человек спит ночью в течение 7-9 часов. Время и продолжительность периодов сна и бодрствования в организме управляются двумя ключевыми физиологическими процессами: гомеостатическим (процессом S) и циркадным (процессом C).

Гомеостатический процесс S, нейробиология которого еще не выяснена, но точно известно, что он служит того, чтобы сбалансировать время, проведенное в состоянии бодрствования со временем, проведенным во сне во сне. Это осуществляется путем создания давления сна во время бодрствования и рассеивания этого давления во время сна. Известно, что продолжительность и активность во время бодрствования предсказывает количество медленноволнового сна независимо от циркадной фазы.

Если количество сна в сутках недостаточно, то это приводит к гомеостатическому увеличению давления сна во время бодрствования, что может привести к нарушению внимания – так называемым «провалам» в выполнении задач на реакцию, замедлению времени реакции, или приступам «микросна», которые могут нарушить выполнение познавательных задач в состоянии бодрствования.

Циркадный процесс С – зависит от суточного ритма Земли, от чередования света и темноты в сутках. Процесс С вызывает естественное стремление бодрствовать днем, когда светло и спать ночью, когда наступает темнота. Именно циркадный процесс С снимает давление сна с рассветом. Именно солнечный свет является мощным регулятором циркадных ритмов организма и стимулом который синхронизирует их работу со ритмом смены дня и ночи. Циркадный процесс регулируется внутренними биологическими часами организма в специфических супрахиазматических ядрах гипоталамуса, с участием специального центра, способствующего сну, который расположен в вентролатеральном преоптическом ядре.

Главным показателем его работы, который можно измерить, является ритмы изменения уровня гормона мелатонина в организме. Мелатонин – это гормон, который регулирует сон, но важно отметить, что также имеет также множество других эффектов. Кроме того, что он способствует глубокому и качественному сну, он также помогает поддерживать иммунитет, обладает антиоксидантными свойствами и защищает организм от стресса. Яркое солнце утром подавляет его выработку, а ночью его выброс увеличивается, что приводит к сонливости. Синий свет от экранов компьютеров и телефонов, особенно в вечернее время, нарушает высвобождение мелатонина.

Пик концентрации выделения мелатонина приходится на 2 часа до обычного сна и сопровождает наступление вечерней сонливости.

Гипоталамическое супрахиазматическое ядро – это наши внутренние (эндогенные) часы, обеспечивающие бодрствование в течение дня и позволяющие заснуть с наступлением ночи. При этом важно понимать, что воздействие света в ночное время приводит к подавлению секреции мелатонина, чем ярче и продолжительнее освещенность, тем меньше мелатонина получит организм в течение ночи. А недостаточное воздействие света днем, вызывает нарушение цикла секреции мелатонина, при этом происходит сдвиг цикла сна-бодрствования.

Поэтому естественные часы организма оказывают глубокое влияние на большинство биологических функций. Биологические часы, или циркадный ритм, являются важным фактором продолжительности сна. Люди могут плохо спать, если пытаются заснуть, когда выходят из привычной циркадной фазы; такая ситуация возникает у людей с нарушением биоритмов или у тех, кто часто пересекает часовые пояса.

Например, циркадные факторы могут играть роль в достижении максимальных результатов у спортсменов при перелетах в другие часовые пояса на соревнования.

Благодаря современным достижениям мы получили возможность стремительно менять часовые пояса, отправляясь в путешествия на дальние расстояния. Но важно понимать, что со сменой часовых поясов сбиваются и наши внутренние биологические ритмы, что не замедлит сказаться на самочувствии и здоровье. Особенно трудно переносятся организмом путешествия между востоком и западом, и чем больше часовых часов при этом путешествии пересекается, тем негативнее могут быть эффекты. Исследования показывают, что перелет с запада на восток приводит к повышению чувства усталости, снижает мотивацию днем и плохо влияет на сон. Особенно чувствуется это влияние в первые трое суток после приземление в новой часовой зоне.

Также известно, что как короткие – от 6,5 часов, так и длительные, до 30 часов, полеты с востока на запад нарушают сон, снижают бодрость, повышают утомляемость. При этом после дальних рейсов усталость чувствуется значительно больше, время пробуждения раньше, а бодрость ниже по сравнению с более короткими рейсами и эти параметры затрагиваются даже в большей мере, чем показатели самого сна.

Ориентировочно, неприятные симптомы смены часовых поясов могут длиться около одного дня за каждый часовой пояс, пересекаемый при путешествии на восток, и полдня за каждый часовой пояс, пересекаемый при путешествии на запад. Учет этого времени для периода адаптации может оказаться полезным при составлении планов поездок.