влияние смартфона на циркадные ритмы

Смартфоны и здоровый сон. Может ли экран сломать молекулярные часы человека?

Оценка этой статьи по мнению читателей:
4.9
(94)

В конце 90-х у меня появился первый компьютер и с тех пор я стал постепенно превращаться в сову. Не в смысле — птицу, а в человека с поздним хронотипом, который ложится спать и просыпается очень поздно.

Мне постоянно говорили, что такой образ жизни очень вреден, так как самый здоровый сон — до полуночи.

Но что такого особенного происходит в полночь, что сон теряет свои «магические» свойства? Откуда организм знает, что на часах стукнуло двенадцать? И учитывает ли он перевод часов на летнее время? А если я перееду жить в другой часовой пояс, мой организм будет учитывать местное время или родное, в котором он формировался и рос?

К сожалению, вместо ответов на старые вопросы, стали появляться новые. Вдруг оказалось, что экраны смартфонов что-то делают с нашим мозгом, когда мы смотрим в них перед сном. И это «что-то» каким-то образом нарушает здоровый сон.

Затем на всех смартфонах появилась «волшебная кнопка», которая легко отключает вредное влияние любого дисплея. На iPhone она называется Night Shift, на Android-смартфонах — «Режим чтения» или «Защита глаз».

На самом деле эта функция не делает ничего сверхъестественного. Она просто портит картинку так, чтобы все цвета на экране искажались и приобретали неприятный желто-оранжевый оттенок.

И нет, фокус не в том, чтобы вызвать у вас отвращение к экрану и заставить отложить поскорее смартфон. Всё куда интереснее!

Идеальное время для сна, работа по ночам, адаптация организма к смене часовых поясов, смартфоны и «чудо-кнопка», отключающая вредное влияние гаджетов на сон — всё это каким-то образом связано между собой.

Только вдумайтесь: если мы треть своей жизни проводим во сне — самом абсурдном и бессмысленном с точки зрения эволюции состоянии (пока ты спишь — ты легкая добыча), наверное, это очень важно. И нарушение этого процесса грозит печальными последствиями.

Обо всём этом я и предлагаю поговорить дальше. Мы подробно рассмотрим, как именно смартфоны влияют на сон и почему многие статьи на эту тему вводят людей в заблуждение.

Молекулярные часы в наших клетках

Бывало ли у вас так, что перед сном вы настраиваетесь проснуться в определенное время и действительно просыпаетесь как по будильнику?

У меня это происходит часто, особенно, когда мне нужно протестировать работу умного будильника на фитнес-теркере — я всегда просыпаюсь за 10-20 минут до установленного времени, как если бы мозг каким-то образом чувствовал текущее время.

И действительно, любой живой организм ощущает время и может легко отличить день от ночи, даже если его изолировать от солнечного света.

К примеру, все знают, что многие растения поворачивают свои листья к солнцу в течение дня, а когда наступает ночь — приостанавливают этот процесс до утра.

Кто-то может подумать, что именно отсутствие света обездвиживает листья растений ночью, но это не так. Даже если держать растения в полной темноте 24 часа в сутки, они будут «оживать» утром и прекращать вращение вечером.

Время прекрасно чувствуют животные. Например, в Сахаре обитают газели, которые приходят к водоемам, когда наступают сумерки. И есть львы, которые стараются в это же время быть поближе к тем же водоемам. А чтобы не опаздывать на встречу, они, как и мы, используют для этого часы. Правда, не механические, а молекулярные. Это настоящий биомеханизм, буквально отслеживающий текущее время.

С человеком та же ситуация. Сотни экспериментов на людях (например, проведенные Н. Клейтманом в 1938 г., Ю. Ашоффом в 1962 г. и мн. др.) показали, что если человека полностью изолировать от дневного света, он продолжит ощущать время. То есть, даже проведя в закрытом пространстве месяц, человек будет ложиться спать вечером, а просыпаться утром.

Молекулярные часы, встроенные в клетки нашего тела, регулируют температуру тела, пульс, артериальное давление, концентрацию внимания и уровень энергии, чувство голода, настроение, уровень выделения различных гормонов (кортизола, мелатонина, тестостерона) и пр.

И такие часы есть в каждом живом организме для того, чтобы он мог подготовиться к наступлению холода ночью и теплоты — днем.

Как устроен механизм молекулярных часов. Или что такое циркадный ритм?

За исследования в области молекулярных часов в 2017 году Майкл Янг получил Нобелевскую премию.

Очень упрощенно принцип работы этого механизма выглядит следующим образом. В ДНК каждого живого существа есть так называемый ген периода или часовой ген, в котором закодирована информация о длительности суток. У всех организмов и даже разных людей эта длительность может немного отличаться, но в среднем она равна 24 часам. Любые проблемы с геном периода автоматически нарушают чувство времени у человека.

Для настройки молекулярных часов , используются гены mPer. Ежедневно код, хранящийся в этих генах, копируется на носитель (матричную РНК) и поступает в специальный «био-принтер» (что-то вроде 3D-принтера) под названием рибосома. Она считывает код с настройкой часов с мРНК и создает «часовые белки» — PER. Эти белки накапливаются в течение ночи и деградируют в течение дня.

Таким образом, уровень «часовых белков» в каждой клетке тела колеблется в течение суток. И синхронно с этим колеблется интенсивность различных биологических процессов в организме, связанных со сменой дня и ночи. Такие колебания называются циркадным ритмом.

Молекулярные часы есть в большинстве клеток нашего организма. Но, к сожалению, по точности им далеко до кварцевых или дорогих швейцарских механизмов. Поэтому у всех людей они либо немного спешат, либо отстают1. И желательно ежедневно их «подводить», то есть, синхронизировать с внешним миром.

Для этого в мозге есть крохотный участок, объемом в 1 кубический миллиметр, в котором содержится около 100 тыс. нейронов2. Это супрахиазматическое ядро — своего рода контрольные часы. Здесь частота пульсации нейронов варьируется в течение суток, достигая максимальных значений днем и минимальных — ночью. Именно эта частота подстраивает работу часов всего организма.

Механизм синхронизации главных часов

Каким же образом синхронизируются главные часы с внешним миром?

Для этого используется так называемый задатчик времени — внешний фактор, выставляющий «точное время» молекулярных часов. И основным задатчиком времени для человека является внешний свет.

В наших глазах есть 3 вида фоторецепторов: палочки, колбочки и ганглиозные клетки. Первые два используются для зрения, а третий — для синхронизации контрольных часов. Что интересно, этот вид фоторецепторов часто работает даже у слепых людей.

Когда утром первые лучи солнца попадают в глаза, активируются ганглиозные клетки. Они передают уровень освещения в супрахиазматическое ядро, которое, как мы уже разобрались, является контрольными часами. Эти часы, получив световой сигнал от клеток глаза, перезапускаются и начинают отсчитывать новый 24-часовой цикл.

Именно таким образом и происходит синхронизация основных биологических часов с внешним миром.

Затем контрольные часы, находящиеся в мозге, подстраивают молекулярные часы каждой клетки. Делается это при помощи так называемого «гормона сна» — мелатонина. Чем ближе время сна, тем активнее выделяется этот гормон. И чем его больше в организме, тем сильнее человек ощущает усталость и желание поспать.

как работают циркадные ритмы

Если упростить весь этот процесс до одного предложения, то можно сказать так: свет влияет на выработку мелатонина, который в свою очередь регулирует смену режимов дня и ночи.

Чем больше света попадает в глаза, тем сильнее подавляется выработка «гормона сна», а когда освещенность снижается, выработка мелатонина увеличивается.

И именно мелатонин является одним из «секретных ингредиентов», благодаря которому сон так полезен. Он замедляет старение и снижает стресс3, улучшает память и другие когнитивные функции, а также играет определенную роль в лечении гипертонии, так как снижает артериальное давление4.

Так почему сон до полуночи лучше?

Это связано с количеством мелатонина и кортизола в крови. Если мелатонин — гормон сна, то кортизол — его полная противоположность. У среднестатистического человека, который ложится спать в 11 часов вечера, наблюдается примерно такое распределение этих гормонов в течение суток:

уровень кортизола и мелатонина в крови

Мы видим, что «гормон сна» начинает значительно увеличиваться к полуночи, а ближе к 5 утра поднимается гормон стресса — кортизол, благодаря чему мы просыпаемся и не чувствуем усталость (хотя это чувство может зависеть и от фазы сна, в которой мы пробуждаемся).

Именно молекулярные часы отвечают за время и количество выделения этих гормонов. Но нужно понимать, что у каждого человека свой циркадный ритм и, соответственно, свое «расписание» выделения гормонов.

У «совы» уровень мелатонина и кортизола начинает подниматься гораздо позже и никакого толка от того, что такой человек ляжет спать раньше, не будет. Если, конечно, он не перестроит/нарушит свой циркадный ритм.

И здесь мы подходим к 3 важным аспектам, о которых следует знать, чтобы хорошо понимать влияние света на циркадные ритмы и не вестись на различные мифы относительно вреда/безвредности смартфонов.

3 ключевые фактора, способные изменить работу молекулярных часов

На самом деле вы не сможете перенастроить биологические часы, просто спрятавшись посреди дня в закрытом помещении и выключив свет. Также не любой свет влияет на циркадные ритмы.

Есть 3 ключевых фактора, которые нужно принимать во внимание:

  1. Цвет
  2. Время
  3. Яркость

Ганглиозные клетки реагируют на свет по-разному в зависимости от длины его волны или, проще говоря, от цвета. Максимальная реакция этих клеток возникает при попадании света с длиной волны ~480 нанометров5, что соответствует синему цвету.

Дело в том, что цвет, который мы воспринимаем как белый, на самом деле состоит из всех цветов радуги. Это называется спектральным составом света. И в разное время суток спектральный состав отличается.

Если бы мы разложили на составляющие цвета белый свет от утреннего/дневного солнца и сравнили бы эти цвета с солнечным светом на закате, то получили бы следующую картину6:

соотношение синего цвета в солнечном свете

Как видите, в утреннем (зеленая линия) и дневном (оранжевая линия) свете гораздо больше синего и зеленого цветов (волн длиной от 400 до 550 нм), чем в вечернее время (красная линия). Соответственно, утренний и дневной свет воздействует на ганглиозные клетки гораздо сильнее, чем вечерний.

Именно таким образом природа синхронизирует наши часы с вращением земли, чтобы мы переходили в «ночной режим» с заходом солнца. И, видимо, поэтому клетки глаза более чувствительны к синему свету.

Не менее важным фактором является и время, когда свет попадает на фоторецепторы глаз. Свет действительно может сместить циркадный ритм, то есть, сделать так, чтобы внутреннее биологическое время не совпадало с внешним. В некоторых исследованиях7 удалось сместить начало циркадного ритма на 12 часов, чтобы в полдень организм человека вел себя так, будто на дворе полночь.

Так вот, важным условием является время, когда мы подвергаемся яркому свету. На смещение циркадного ритма влияет воздействие света только за 2 часа до привычного начала сна и за 2 часа до привычного времени пробуждения8.

Если мы хотим превратить «жаворонка» в «сову», нужно за 2 часа до начала сна, который обычно у жаворонков наступает в 8-10 часов вечера, воздействовать на человека синим светом (или белым светом, в составе которого много синего). Это же нужно делать и утром, за 2 часа до пробуждения.

И здесь мы подходим к третьему важнейшему условию — яркости освещения. Нужно не просто подобрать правильный свет (в составе которого будет много синего цвета) и включить его за 2 часа до начала и конца сна. Это должен быть яркий свет. Для максимальной эффективности освещенность лучше поднять до 10 тыс. люкс (это чуть тусклее, чем облачная погода летом в полдень).

Соблюдая эти 3 правила, мы можем значительно влиять на контрольные молекулярные часы (супрахиазматическое ядро), «переводя» их стрелки в любую сторону. И человека будет клонить ко сну раньше/позже привычного времени.

Понимая всё вышесказанное, мы можем переходить ко смартфонам.

Влияет ли свет от смартфона на качество сна?

Если вам нужен краткий ответ, тогда звучит он так: смартфон в любом случае негативно влияет на сон, чтобы вы ни делали. Никакие фильтры синего света, ни Night Shift не способны исключить вредное влияние экрана перед сном. Но его можно минимизировать.

Как мы разобрались, для того, чтобы сдвинуть циркадные ритмы, свет должен обладать тремя характеристиками: определенным цветом, яркостью и временем воздействия.

Все современные смартфоны используют светодиоды. В IPS-экранах светодиоды (LED) используются в качестве подсветки, а в AMOLED-дисплеях каждый субпиксель — это и есть отдельный светодиод.

Если мы включим белый цвет на таких экранах и посмотрим, из каких цветов и в какой пропорции он состоит, то в среднем увидим такую картину:

сравнение спектров amoled и ips

В современных AMOLED-дисплеях пик синего света не настолько большой, тем не менее, он есть. И если вы смотрите в экран перед сном, ганглиозные клетки «облучаются» синим светом, на которые у них максимальный отклик.

Разумеется, Night Shift или Режим чтения, делающий экран более теплым, снижает количество синего света, тем самым снижая и реакцию ганглиозных клеток.

Для наглядности возьмем несколько современных смартфонов и посмотрим, как работает этот режим. Вот спектральный состав экрана Samsung Galaxy S20 Ultra в разных режимах (когда «Режим чтения» выключен, включен на 50% и на 100%):

фильтр синего света на samsung
Источник: DisplayMate

Здесь мы видим, что средний уровень фильтрации практически не виляет на количество голубого света, то есть, «Режим чтения» при такой настройке бесполезен.

Экраны OPPO и Apple на среднем уровне фильтрации снижают голубой свет гораздо эффективнее, но на максимальном уровне немного уступают Samsung:

Night Shift на Apple iPhone 12

Если же мы посмотрим на экран Xiaomi Mi 11 Pro, то увидим значительно худшее снижение синего цвета и, соответственно, более агрессивное влияние на циркадный ритм:

фильтр синего света на xiaomi 11 pro

В связи с этим функция снижения синего света на смартфонах часто используется не совсем корректно. В основном пользователи подстраивают ее так, чтобы цвета не слишком сильно искажались, то есть, устанавливают интенсивность на уровне 30-50%:

комфорт глаз oppo

Как показало недавнее исследование9, толку от такого снижения практически никакого. Для того, чтобы заметно снизить воздействие синего света на циркадные ритмы, нужно устанавливать данный режим на уровне 70% и выше.

Однако, свет должен быть достаточно ярким, чтобы повлиять на сдвиг циркадного ритма и вызвать задержку выработки мелатонина. Мы же, в основном, смотрим в экран ночью на низкой яркости и поэтому его влияние на циркадный ритм — незначительное.

Во всех исследованиях, изучающих влияние света перед сном на циркадные ритмы, речь идет о достаточно высокой освещенности (от 100 люкс и выше, а чаще — тысячи люкс)10. Одни ученые заявляют, что тусклый свет (<100 люкс) вообще никак не влияет на задержку выработки мелатонина, другие замечают незначительный эффект.

Но одно можно сказать наверняка — нет исследований, которые бы подтвердили влияние света от смартфона на циркадные ритмы, если яркость экрана выставлена на минимальное значение.

Для лучшего осознания этого факта посмотрим на цифры. Если вы держите смартфон на расстоянии 20-30 см от лица, снизив яркость экрана до минимума, освещенность на уровне глаз составляет около 1-2 люксов. А если при этом еще работает фильтр синего цвета, ни о каком влиянии на циркадные ритмы даже речи идти не может.

Но в этом и заключается проблема!

Как и было сказано выше, вам не удастся избежать вредного влияния смартфона на сон, так как ситуация будет всегда развиваться по одному из следующих негативных сценариев:

Сценарий 1. Минимальная яркость экрана с фильтром синего света

В этом случае свет от гаджета не повлияет на задержку мелатонина, если только вы не будете слишком эмоционально вовлечены в то, что происходит на экране.

При сильной увлеченности (просмотр ленты Facebook или TikTok) гаджет будет ощутимо нарушать сон и никакие фильтры синего света вам не помогут11:

высокая и низкая увлеченность влияние на сон

Как видите, фильтр синего света практически не влияет на качество сна, если вас увлекает контент и мозг активно работает. Обращаю ваше внимание на то, что эти графики касаются яркого экрана и я их привожу только для демонстрации зависимости качества сна от возбужденности.

Но если речь идет о низкой возбужденности и слабом освещении никакой задержки выработки мелатонина не происходит, т.е. фактически организм переходит в «режим сна» в то время, как вы продолжаете бодрствовать.

Разумеется, ничего хорошего в этом нет. Вы действительно крадете важное время сна. А так как циркадные ритмы не нарушены, уровень кортизола будет подниматься «по графику». Подобная ситуация может привести к плохому настроению, апатии, низкой работоспособности и даже сниженному иммунитету.

Более того, при низкой яркости экрана вы можете столкнуться с вредным мерцанием от AMOLED-экрана, которое влияет как на глаза, так и на мозг.

Сценарий 2. Высокая яркость экрана и/или наличие внешнего освещения

Если внешнее освещение перед сном будет достаточно ярким, это уже повлияет на работу молекулярных часов (сдвиг фазы циркадного ритма, задержка выработки мелатонина).

Разные исследования приводят разные данные о влиянии фильтра синего света при таком сценарии работы. Где-то говорится о незначительной разнице12 (задержка мелатонина всего на 15 минут), другие исследования13 приводят более впечатляющие результаты:

уровень мелатонина с фильтром синего и без

На графике мы видим, что уровень мелатонина нарастает быстрее при снижении синего света. Кроме того, общее количество мелатонина больше, если работать с фильтром.

Но в любом случае яркий свет будет влиять на циркадный ритм и здесь вы можете столкнуться с серьезной проблемой.

Если вы всегда ложитесь спать в одно и то же время, предварительно всегда проводя несколько часов за ярким экраном (а еще лучше с ярким внешним освещением), тогда вы просто сдвигаете циркадный ритм. То есть, будете засыпать и просыпаться позже. Если это не является для вас проблемой — прекрасно!

Но если такое происходит периодически (по выходным или каждые 2-3 дня), тогда циркадный ритм не сдвигается ежедневно, а происходит нечто другое.

Перед «подведением часов», амплитуда циркадного ритма всегда снижается. То есть, однократное нарушение фазы не перенастраивает весь механизм на новое время, а лишь снижает силу его работы/влияния.

Другими словами, если в один из вечеров вы нарушили циркадный ритм ярким светом, то на следующий день вы не будете чувствовать сонливость в привычное время. Организм может включить выработку мелатонина раньше или позже, да и само это чувство может быть притупленным.

Это своего рода «защита от дурака». Если на следующий день вы снова повлияете ярким светом в то же время, тогда это будет четким сигналом всё же «подвести стрелки» молекулярных часов. Но если в этот день вы ляжете спать как обычно, организм вернет прежнюю амплитуду циркадного ритма. И дальше вас снова будет клонить в сон в привычное время.

Так как нарушение циркадных ритмов будет происходит часто и с разной периодичностью, это просто снизит его амплитуду. Биологические часы будут работать с непредсказуемой точностью и это может значительно испортить качество жизни. Ведь каждый раз вас будет клонить в сон в разное время, а не тогда, когда вы этого захотите.

Какие выводы можно сделать?

Вывод лишь один — смартфоны в любом случае негативно влияют на сон, особенно, если речь идет о ребенке (отклик детского организма на свет мощнее). Будет ли это связано с нарушением циркадных ритмов или же вы просто будете обкрадывать собственный организм, расходуя ценное время сна на гаджет — это уже другой вопрос.

В любом случае, если вы хотите пользоваться смартфоном перед сном (например, любите почитать книгу, чтобы быстрее уснуть), лучше делать это на низкой яркости с включенным фильтром синего света. Так ваш организм будет готов отключиться, когда вы выключите экран смартфона, ведь в вашей крови уже будет достаточно много мелатонина.

Алексей, глав. ред. Deep-Review

 

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

 

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии...

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Подписаться
Уведомить о
13 комментариев
Новые
Старые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Олег
2 месяцев назад

Спасибо за статью

Данил
3 месяцев назад

Я бы упомянул езе про специальные очки для блока синего цвета . На рынке большой выбор )

Валерий
3 месяцев назад

Как всегда доступными словами, начинаеш читать заголовок — увлекает до последнего предложения. Спасибо.

eugene-r
3 месяцев назад

Поэтому у всех людей они либо немного спешат, либо отстают

Они не спешат и не отстают, просто предки людей, у которых биологические часы «спешат» — прилетели с планеты на которой сутки короче, а предки тех, у которых «отстают» — с планеты на которой сутки длиннее. Общеизвестный факт.

Megabass
3 месяцев назад

И снова удивительное рядом 🙂
Алексей Вам удается освещать вещи, о которых многие не задумываются, но с интересом о них читают 🙂

Дмитрий
3 месяцев назад

А что скажете о когда-то модных световых будильниках, типо Phillips? Действительно ли вставать с ним будет легче, если такой прибор будет имитировать рассвет в нужное для тебя время(особенно зимой)?

Любовь
3 месяцев назад

Спасибо! Как всегда, ясно-понятно-объективно. Как раз не было под рукой данных для разговоров на эту тему, а были лишь воспоминания ‘кто-то из просветителей говорил…’ Теперь буду ссылаться на вас 😉

Стало любопытно. Вы приводите пример, как соблюдая 3 правила, можно попробовать из жаворонка стать совой. Но кроме того, вы пишите, что стрелки возможно двигать в обе стороны. Не смогла полностью представить, что делать с освещенностью до сна/пробуждения, чтобы она влияла на переоперение совы в жаворонка? Выключать яркие синие источники света за 2 часа до
… (какого времени, ‘совиного’?) + спать без штор, чтобы свет раньше будил?

Любовь
3 месяцев назад
Ответить на  Алексей (Deep-Review)

Настоящий план. Спасибо, Алексей! Попробую поэкспериментировать.

Алексей
3 месяцев назад

Вот разбор так разбор, спасибо! Научпоп в его лучшем провялении))

Станислав
3 месяцев назад

Спасибо за познавательную статью.

Ігор
3 месяцев назад

Дякую за цю статтю!