Коли ми дезорієнтуємо власне тіло, чому небезпечно їсти вночі
Не так багато факторів навколишнього середовища є настільки важливими, як циркадні ритми, що визначаються всіма фізичними, психічними та поведінковими змінами, що відбуваються в 24-годинному циклі.
Наша поведінка, фізіологія та біохімія відображають щоденний цикл планети, тобточи люди, які не синхронізуються з природою, частіше страждають на діабет, ожиріння та серцеві захворювання. Більше того, шлунково-кишкові захворювання, депресія та інші подібні захворювання частіше зустрічаються серед тих, хто не має звичних звичок сну.
Однак, згідно з новими дослідженнями, порушення звуку можуть призвести не лише до небажаних фізіологічних симптомів, але й Харчові звички, які порушують циркадний ритм, можуть спричинити серйозні проблеми зі здоров’ям.
З часом було проведено кілька досліджень, які підкреслювали важливість циркадного ритму. Наприклад, вахтові працівники надали епідеміологам цінну інформацію про важливість підтримання нормального режиму сну, що перетворюється на нічний сон. Неодноразово було показано, що ці працівники схильні до розвитку метаболічних захворювань, і одне з досліджень, що розглядало цю тему, дійшло висновку, що люди, які працюють у нічні зміни, на 40% частіше хворіють на серцево-судинні захворювання. Ще одне подібне дослідження вчених з Університету Квебеку дійшло висновку, що чоловіки, які працюють у нічні зміни, в 3 рази більше схильні до раку простати. Канадські дослідники вважають, що вплив світла вночі впливає на вироблення мелатоніну та викликає низку подій всередині організму, які можуть стимулювати ріст пухлин.
Механізми цих зв’язків між циркадним ритмом та його впливом на організм до кінця не вивчені, але безліч досліджень як на тваринах, так і на дослідженнях вказують на те, що дієта є важливим фактором підтримки енергетичного балансу та здоров’я.
Дослідження на гризунах показали, що "просто обмеження графіка годування невідповідними годинами має несприятливі наслідки", - зазначив Джо Басс з Північно-Західного університету. Дослідження на мишах показали, що дієта з високим вмістом жиру, яка проводилася в будь-який час дня і ночі, робила тварин ожирінням і нездоровими. Однак, якщо мишей годували лише вночі (тварини, які брали участь у дослідженні, були нічними, а тому, як правило, годували вночі), небажані метаболічні ефекти різко зменшувались, незважаючи на те, що тварини споживали таку ж кількість калорій, як і раніше.
Більше того, навіть незначні відхилення від нормального циркадного ритму можуть вплинути на спосіб переробки їжі. На початку цього року Франк Шеер з Гарвардської медичної школи та Марта Гаролет з Університету Мурсії опублікували результати дослідження 420 осіб, які дотримуються дієти в Іспанії. Учасники записалися на програму схуднення, і вчені дотримувались їх харчових звичок. Половина учасників їла основну їжу за день до 15:00, тоді як решта учасників їли пізніше.
Обидві групи дотримувались подібної дієти, виконували стільки ж фізичних вправ, виконували однакову кількість годин і виробляли відносно однаковий рівень гормонів, пов'язаних з голодом.
Однак, ті, хто раніше їв основний прийом їжі, втрачали більше ваги порівняно з іншими предметами. "Ця інформація вказує на те, що час, коли ми з'їдаємо основний прийом їжі, може передбачити швидкість втрати ваги", - пояснив Шеер.
Висновки Шеєра підтверджують думку, що метаболізм людини багато в чому залежить від циркадної "машини" у наших генах і що будь-яке невідповідність між ними може серйозно вплинути на здоров'я.
Дослідник Сатчідананда Панда з Інституту біологічних досліджень Салка дуже чітко пояснив різницю між тим, як ми працюємо вночі і як ми працюємо вдень, кажучи: "Ми вночі різні тварини, ніж ми вдень".
Інші наручні годинники
Десятиліття тому більшість вчених, що спеціалізуються на вивченні добового ритму, описали б циркадні годинники як систему, регульовану супрахіазматичним ядром (NSC), групою з 20000 нейронів в гіпоталамусі, яка служить провідником цілодобового ритму. У тварин виявлено, що ураження SCN впливають на біологічний ритм. Однак решта тіла пасивно слідувала за SCN.
"Ця ідея досить швидко змінилася наприкінці 90-х років після того, як були клоновані перші" годинникові "гени, які координують функції циркадного ритму", - говорить Джозеф Такахасі з Медичного інституту Говарда Хьюза.
Ідентифікуючи гени, які синхронізують поведінку тіла та функції організмів з обертанням Землі, Такахасі та інші вчені виявили годинникові гени, експресовані майже в кожній тканині тіла.
Ось так вчені зрозуміли, що СНР - це не єдина частина тіла, яка займається регуляцією біологічного годинника. Інші елементи периферичних тканин також допомагають правильному щоденному ритмічному функціонуванню органів.
Наприклад, у кишечнику перистальтика та всмоктування кишечника відрізняються залежно від часу доби. Як і всі годинники всередині тіла, ці ритми керуються годинниковими генами, які працюють у циклі зворотного зв'язку з транскрипцією. Тобто фактори транскрипції, такі як CLOCK та BMAL1, активізують експресію великої кількості генів, білки яких, у свою чергу, інгібують фактори CLOCK та BMAL1, викликаючи щоденні коливання їх експресії.
Периферійні циркадні годинники керуються SCN, і всі годинники вразливі до Zeitgeberi - терміну, що походить від німецької мови, що стосується будь-якого зовнішнього стимулу, який синхронізує біологічний ритм тіла з 24-годинним обрядом. Для SCN основний цайтгебер - це світло. Натомість у периферійних тканинних годинниках може бути інший Zeitgeber, наприклад, споживання їжі.
Щоб відрізнитись від чисто наукового пояснення, ми можемо взяти за приклад печінку миші. Цей орган має 300 генних експресій, які коливаються, коли миші заборонено їсти. Надаючи тварині доступ до їжі вдень і вночі, кількість генетичних проявів збільшується до 3000. Більше того, якщо миші мали доступ до їжі лише 9 годин протягом дня (коли гризуни зазвичай сплять), кількість виразів досягає 5000. Тому споживання їжі має великий вплив на цілодобовий ритм.
В іншому дослідженні Вінсент Кассоне, професор біології з Університету Кентуккі, виявив, що шлунково-кишковий тракт ссавців чутливий до програми годівлі. Більше того, тварини, які мають дисфункціональний головний внутрішній годинник (наприклад, ті, у яких СНС не працює нормально), можуть використовувати їжу як спосіб коригувати свій нормальний, відповідний видам добовий графік. "Якщо тварин годують через певний час, їх шлунково-кишкова система повідомляє їм, скільки часу", - пояснив Кассоне.
Незважаючи на такий очевидний вплив дієтичного споживання на годинник у периферичних тканинах, схоже, що СНР не зазнає такого впливу.
Тому вчені припускають, що проблеми зі здоров'ям у людей, які працюють на зміну та годували мишей, коли вони насправді мали спати, викликані десинхронізацією СНР з периферійними годинниками.
"Ми підозрюємо, що вживання їжі в невідповідний час доби призводить до того, що периферійні годинники (печінка, жирова тканина, підшлункова залоза та м'язи) досягають іншого положення, ніж SCN. Ми віримо, що це може спричинити проблеми в енергетичному ритмі тіла ", - сказав дослідник Георгіос Пашос з Університету Пенсільванії.
Обмін речовин і внутрішній годинник
Придивившись уважніше до генів, на експресію яких може вплинути недотримання режиму прийому їжі, Панда виявила, що вони впливають на глюкозу, синтез і розпад жирних кислот, вироблення холестерину та функцію печінки. В результаті цього відкриття він стверджує, що Щоб деякі білки нормально функціонували, їм потрібно, щоб людина утримувалася від їжі в певний час 24-годинного щоденного циклу.
Наприклад, PhosphoCREB регулює виділення глюкози, коли тварини сплять (тобто протягом дня). Таким чином, ці гени повинні бути активними лише протягом дня. На відміну від них, у годуваних тварин день і ніч рівень pCREB був високим у всі часи.
Існує незліченна кількість досліджень, які вказують на те, що циркадні годинники в периферичних тканинах життєво важливі для організму, впливаючи на нас до клітинного рівня.
Прикладом дослідження, яке ще 25 років тому продемонструвало тісний зв'язок між метаболізмом і циркадними годинниками, було дослідження Мітча Лазара з Університету Пенсільванії, який відкрив ядерний рецептор Rev-erbα, який регулює експресію генів. через епігеномний модулятор, що називається HDAC3. Що вразило Лазаря, це циркадні коливання експресії генів. У випадку з печінкою він помітив, що коли він видаляє ген, орган наповнюється жиром.
Таким чином, дослідження дало молекулярне пояснення того, що було відомо десятиліттями: існує циркадний ритм для зберігання та синтезу ліпідів. У періоди сну організм спалює жир, а в періоди неспання печінка зберігає їх. У мишей ген HDAC3 виробляється протягом дня, коли тварини сплять, і таким чином допомагає опосередковувати утилізацію ліпідів. Коли Rev-erbα і HDAC3 інактивовані вночі (коли миші не сплять і їдять), попередники глюкози надходять на синтез та зберігання ліпідів. Пізніше, коли гризуни засинають, вони можуть змінити процес, виробляючи глюкозу, щоб забезпечити функціонування організму (оскільки глюкоза є важливим паливом для організму, допомагаючи виробляти білки та метаболізувати ліпіди). В результаті своїх досліджень Лазар та його команда заявили в 2011 році, що вони підозрюють, що Rev-erbα та HDAC3 "є одним із тих захисних механізмів, які дозволяють печінці виробляти глюкозу, коли тварина не їсть".
Подібним чином, минулого року Панда зазначила, що миші, які харчувались жирною дієтою протягом дня, мали менші коливання в експресії Rev-erbα, а також підвищений рівень жирових відкладень та маркерів, що вказували на захворювання печінки.
Знову вчені підозрювали, що проблема корениться в несинхронізації головного внутрішнього годинника (СНР) з периферичними годинниками в тканинах печінки, кишечника, підшлункової залози та інших органів, що беруть участь в обміні речовин. Чому? Тому що, коли настає вечір, і наш мозок отримує інформацію від світлого цайтгебера, який «повідомляє» йому, що день закінчився, наш метаболізм буде продовжувати бути активним до тих пір, поки ми їмо, оскільки це споживання їжі протягом ночі бентежить наші циркадні годинники. периферичні частини тіла. Більше того, оскільки два сигнали приносять протилежну інформацію (розсіяне світло говорить тілу, що воно повинно спати, тоді як їжа спонукає його бути активним), метаболізм плутається і починає функціонувати ненормально.
У 2006 році інше дослідження, цього разу Паоло Сассоне-Корсі, призвело до ідентифікації білка CLOCK (який регулює циркадні ритми), який працює в рівновазі з білком SIRT1, який модулює рівень енергії, що використовується клітиною.
Більше того, аналіз цього білка під назвою SIRT1 показав, що він врівноважує функцію білка CLOCK. Незважаючи на те, що функції двох білків різні, вони взаємодіють і створюють зв'язок, який регулюється всередині клітини.
SIRT1 відчуває рівень енергії в клітині, і його активність регулюється кількістю споживаних клітиною поживних речовин. Це також допомагає клітинам протистояти окисному та радіаційному стресу, і тому SIRT1 відомий своєю здатністю контролювати процес старіння.
CLOCK і SIRT1 є частиною епігенома, який, у свою чергу, складається з білків, які виживають у зв'язку з ДНК клітини і які під дією факторів зовнішнього середовища змушують гени в клітинах поводитися по-різному, навіть якщо сама генна структура, не змінюється.
"Коли баланс між цими двома життєво важливими білками порушується, нормальні клітинні функції можуть бути порушені. Через роль, яку відіграють ці два ферменти, зміни в режимі сну або вживання їжі в невідповідний час мають прямий вплив на поведінку наших клітин », - підсумував Сассоне-Корсі.
І тоді, коли ми бачимо результати всіх цих досліджень, ми задаємось питанням, чи неможливо через цю тенденцію споживати їжу в той період, коли геном «відпочиває», піддавати себе захворюванням відгодівлі та обміну речовин? Лазар стверджує, що експеримент не завершений, і що на завершальному етапі його доведеться з'єднати точки між неадекватною програмою харчування, епігенетичною активністю, порушеною циркадним годинником, та метаболічними захворюваннями.
Однак, люди, особливо в країнах, що розвиваються, які проводять багато часу під штучним освітленням, які ночами проводять телевізор і їдять їжу в будь-який час дня і ночі, десятиліттями піддавались "експерименту" без - зітхнув він. Для всіх нас природне світло більше не диктує час доби, коли ми їмо, і це може бути помилкою, яку наше тіло не може пробачити.