Протягом циркадного дня (неспання) наша фізіологія в основному налаштована на переробку накопичених поживних речовин, щоб отримати енергію для активної денного життя. Навпаки, під час циркадний ночі поживні речовини накопичуються, відбуваються відновлення і "лагодження" тканин. Як виявилося, ці зміни в інтенсивності обміну речовин регулюються ендокринною системою, тобто гормонами. У тому, як працює ендокринний механізм управління циркадних циклами, є багато спільного з гуморальної теорією Врена.
Увечері, перед настанням ночі, в кров з так званого верхнього мозкового придатка - епіфіза виділяється "гормон ночі" - мелатонін. Це дивна речовина виробляється епіфізом тільки в темний час доби, і час його присутності в крові прямо пропорційно тривалості світловий ночі. У ряді випадків безсоння у літніх людей пов'язана з недостатністю секреції мелатоніну епіфізом. Препарати мелатоніну часто використовують в якості снодійних.
Мелатонін викликає зниження температури тіла, крім того, він регулює тривалість і зміну фаз сну. Справа в тому, що людський сон являє собою чергування повільнохвильової і парадоксальною фаз. Повільноколивний сон характеризується низькочастотної активністю кори півкуль. Це - "сон без задніх ніг", час, коли мозок повністю відпочиває. Під час парадоксального сну частота коливань електричної активності мозку підвищується, і ми бачимо сни. Ця фаза близька до активного дня і служить як би "трампліном" в пробудження. Повільнохвильовий і парадоксальна фази змінюють одна одну 4-5 разів за ніч, в такт змінам концентрації мелатоніну.
Наступ світловий ночі супроводжується й іншими гормональними змінами: підвищується вироблення гормону росту і знижується вироблення адренокортикотропного гормону (АКТГ) іншим мозковим придатком - гіпофізом. Гормон росту стимулює анаболічні процеси, наприклад розмноження клітин і накопичення поживних речовин (глікогену) в печінці. Не дарма кажуть: "Діти ростуть уві сні". АКТГ викликає викид в кров адреналіну і інших "гормонів стресу" (глюкокортикоїдів) з кори надниркових залоз, тому зниження його рівня дозволяє зняти денний збудження і мирно заснути. У момент засипання з гіпофіза виділяються опіоїдні гормони, які мають наркотичну дію, - ендорфіни і енкефаліни. Саме тому процес занурення в сон супроводжується приємними відчуттями.
Перед пробудженням здоровий організм повинен бути готовий до активного неспання, в цей час кора надниркових залоз починає виробляти збуджують нервову систему гормони - глюкокортикоїди. Найбільш активний з них - кортизол, який призводить до підвищення тиску, почастішання серцевих скорочень, підвищення тонусу судин і зниження згортання крові. Ось чому клінічна статистика свідчить про те, що гострі серцеві напади і внутрішньомозкові геморагічні інсульти в основному припадають на ранній ранок. Зараз розробляються препарати, що знижують артеріальний тиск, які зможуть досягати піку концентрації в крові тільки до ранку, запобігаючи смертельно небезпечні напади.
Чому деякі люди встають "ні світ, ні зоря", а інші не проти поспати до полудня? Виявляється, у відомому феномені "сов і жайворонків" є цілком наукове пояснення, яке базується на роботах Жемі Зейцер з Дослідницького центру сну (Sleep Research Center) Станфордского університету в Каліфорнії. Вона встановила, що мінімальна концентрація кортизолу в крові зазвичай доводиться на середину нічного сну, а її пік досягається перед пробудженням. У "жайворонків" максимум викиду кортизолу відбувається раніше, ніж у більшості людей, - о 4-5 годині ранку. Тому "жайворонки" більш активні в ранкові години, але швидше втомлюються до вечора. Їх зазвичай рано починає хилити на сон, оскільки гормон сну - мелатоніну надходить в кров задовго до півночі. У "сов" ситуація зворотна: мелатонін виділяється пізніше, ближче до півночі, а пік викиду кортизолу зміщений на 7-8 годин ранку. Зазначені тимчасові рамки суто індивідуальні і можуть варіювати в залежності від вираженості ранкового ( "жайворонки") або вечірнього ( "сови") хронотипів.
"Циркадний центр" знаходиться в головному мозку
Що ж це за орган, який управляє циркадних коливаннями концентрації гормонів в крові? На це питання вчені довгий час не могли знайти відповідь. Але ні у кого з них не виникало сумнівів, що "циркадний центр" повинен знаходитися в головному мозку. Його існування передбачали і засновники хронобиологии Ашофф і Піттендріг. Увага фізіологів привернула давно відома анатомам структура головного мозку - супрахіазматіческое ядро, розташоване над (лат. Super) перекрестом (грец. Chiasmos) зорових нервів. Воно має сигарообразную форму і складається, наприклад, у гризунів всього з 10 000 нейронів, що дуже небагато. Інша ж, близько розташоване від нього, ядро, параветрікулярное, містить сотні тисяч нейронів. Протяжність супрахіазматичного ядра також невелика - не більше половини міліметра, а обсяг - 0,3 мм 3.
У 1972 році двом групам американських дослідників вдалося показати, що супрахіазматіческое ядро і є центр управління біологічним годинником організму. Для цього вони зруйнували ядро в мозку мишей мікрохірургічним шляхом. Роберт Мур і Віктор Ейхлер виявили, що у тварин з не функціонує супрахіазматичним ядром пропадає циклічність викиду в кров гормонів стресу - адреналіну і глюкокортикоїдів. Інша наукова група під керівництвом Фредеріка Стефана і Ірвіна Цукера вивчала рухову активність гризунів з віддаленим "циркадних центром". Зазвичай дрібні гризуни після пробудження весь час знаходяться в русі. У лабораторних умовах для реєстрації руху до колеса, в якому тварина біжить на місці, під'єднується кабель. Мишки і хом'ячки в колесі діаметром 30 см пробігають 15-20 км за день! За отриманими даними будуються графіки, які називаються актограммамі. Виявилося, що руйнування супрахіазматичного ядра призводить до зникнення циркадний рухової активності тварин: періоди сну і неспання стають у них хаотичними. Вони перестають спати протягом циркадний ночі, тобто в світлий час доби, і не спати циркадних вдень, тобто з настанням темряви.
Супрахіазматіческое ядро - структура унікальна. Якщо її видалити з мозку гризунів і помістити в "комфортні умови" з теплою живильним середовищем, насиченої киснем, то кілька місяців в нейронах ядра будуть циклічно змінюватися частота і амплітуда поляризації мембрани, а також рівень вироблення різних сигнальних молекул - нейротрансмітерів, що передають нервовий імпульс з однієї клітини на іншу.