НЕПРАВИЛЬНО ВЧАСОВИЙ
Носити спеціальні окуляри чотири дні? Ви одягаєте його вранці і знімаєте перед тим, як спати ввечері? Немає проблем, якщо його використовувати для досліджень, сказали десять здорових випробувачів та отримали одне з наочних посібників від Дітера Кунца. Лікар зі сну з берлінської лікарні Санкт-Гедвіг вбудував датчики яскравості в оправу окулярів. "Це дозволяє нам визначати умови освітлення там, де вони особливо важливі для нас, людей: на око".
Результат насторожує: "Протягом усього періоду випробувані ніколи не мали достатньої яскравості очей протягом тривалого періоду часу", - говорить Кунц. Середня яскравість - статистично визначена як середнє значення - становила менше 50 люкс за будь-яку годину. З біологічної точки зору це майже постійна темрява, говорить Кунц. «Спочатку ми думали, що результати були помилками вимірювання». Було добре відомо, що багато людей проводять день у погано освітлених кімнатах. Але що вони так рідко і коротко виходять на світло дня - і навіть тоді, коли вони це роблять, навряд чи дивляться на яскраве небо, що було новим. І це має фатальний наслідок: наше відчуття часу втрачено. Внутрішні ритми, які рухають наші клітини та органи, вирівнюються. Вони все частіше працюють один проти одного і все гірше і гірше синхронізуються з денно-нічним ритмом природи.
Це вже не лише хронобіологи, тобто дослідники внутрішніх годинників, які пов’язують зростання таких захворювань, як ожиріння, цукровий діабет у дорослих, інфаркти, метаболічний синдром або навіть депресія із життям без ритму. Психіатри та лікарі-інтерністи також посилаються на велику кількість досліджень, які говорять про одне і те ж: Якщо внутрішні годинники неправильно тикають, метаболізм в організмі та мозку швидко стає незбалансованим, і ризик багатьох захворювань зростає.
ПРОВІДНИК У МОЗКУ
Зараз хронобіологи розробляють концепції боротьби з нічною роботою та зміною, а також дають поради проти аритмії та безсоння. І вони досліджують величезний вплив світла та споживання їжі вдень та темряви та посту вночі. Британський нейробіолог Рассел Фостер відкрив спеціальні світлові рецептори в сітківці ссавців у 1999 році. Він назвав їх клітинами меланопсину, оскільки вони містять однойменний зоровий пігмент. Ці клітини вимірюють яскравість світла, що падає на око, і контролюють, наприклад, рефлекс зіниці. Однак перш за все вони допомагають центральному провіднику внутрішніх годинників адаптувати власний ритм до зовнішнього часу. Провідник сидить у проміжному мозку: супрахіазматичне ядро, або коротше SCN, складається з парної колекції з приблизно 20 000 ритмічно активних та електрично зв'язаних нервових клітин. Якщо клітини меланопсину сітківки надсилають чіткі дані в SCN - світлі дні, темні ночі - SCN вдається тактирувати свій власний ритм рівно до 24 годин.
Потім SCN передає цей цикл в організм: ближче до кінця ночі він запускає вивільнення гормону CRH і, таким чином, підвищує рівень гормону стресу. Увечері він наказує епіфізу випустити нічний гормон мелатонін. І завдяки своєму контролю над основною температурою тіла, яка пізно вночі приблизно на один градус нижча, ніж вдень, він забезпечує органи непрямим постійним сигналом часу.
МОЛЕКУЛЯРНИЙ РУХ
Світло вважається центральним таймером для людини. Легкі зливи вранці - наприклад, некваплива прогулянка на роботу без сонцезахисних окулярів - рахується двічі, каже Дітер Кунц: "Ранкове світло різко прокидає вас, і це посилює коливання внутрішніх годинників". що ви можете терапевтично використовувати цілеспрямований наїзд біологічного маятника: "Дуже допомагає пацієнтам із депресією, якщо ви відправляєте їх на вулицю на сім годин ранку". А ті, хто не виходить на вулицю, можуть, наприклад, поставити лампу для світлової терапії на свій стіл.
Але скільки внутрішніх годинників є у людей? Як вони працюють? "Кожна з наших клітин - це власний внутрішній годинник", - відповідає Паоло Сассоне-Корсі з Каліфорнійського університету в Ірваїні, США. У тілі відбиваються мільярдні годинники. За це відповідають близько дванадцяти так званих генів годинника, які у взаємодії принаймні з 20 модуляторами утворюють дуже складний молекулярний годинниковий механізм.
Гени годинника містять код білків, які запускають або припиняють зчитування інших генів. Генетики називають такі речовини «факторами транскрипції». У взаємодії з іншими годинниковими білками та після біохімічно визначеної затримки часу вони послаблюють власне виробництво. Якщо всі маніпульовані змінні правильні, існують стабільні ритмічні коливання: концентрації задіяних речовин зростають і падають у постійному циклі. Висота коливань (амплітуда) маятника, їх частота (частота) та часовий зв’язок один з одним (фаза) регулюються численними модуляторами, деякі з яких, у свою чергу, залежать від зовнішніх сигналів.
Гени годинників міцно стискають клітини. "До 15 відсотків усіх генів клітини коливаються вгору і вниз у своїй діяльності протягом дня", - говорить Сассоне-Корсі. Які це, залежить від тканини. Зрештою, близько 90 відсотків усіх людських генів десь у тілі підкоряються вказівкам внутрішнього годинника. "Насправді майже все ритмічно", - говорить Ахім Крамер, експерт з генетики годинників у берлінському "Шаріте". Майже вся генетична активність пульсує вгору-вниз. Але хоча раніше вважалося, що молекулярні маятники безпосередньо керуватимуть функціями клітин, в даний час у гру вступає «епігенетика» - «другий код» у нашому тілі, який може вмикати і вимикати гени (Bild der Wissenschaft 3/2011, «Die Воскресіння пана Ламарка ").
Епігенетичні модифікації можуть заморозити цілі моделі генної активності. Але ці закономірності змінюються майже у всіх клітинах кожні 24 години. За це відповідає центральна епігенетична система перемикачів, гістоновий код. Вісім гістонових білків утворюють глобули, навколо яких нитка ДНК більш-менш щільно обвиває себе. Якщо ця зв'язок міцна, сусідні гени не можуть бути активовані; якщо вона вільна, їх можна прочитати. За допомогою ферментів клітина змінює біохімію окремих гістонів і тим самим контролює їх гени. І саме ці ферменти, очевидно, також є партнерами білків вахти.
КОНВЕРСІЯ В ЯДРІ КЛІТИНИ
Практично у всіх формах життя - ссавці, комахи, рослини та гриби - внутрішні годинники роблять щось спільне з модуляторами гістонів. Білки годинника прикріплюються, наприклад, до речовин, які додають метилові групи до білкових глобул або видаляють ацетильні групи з гістонів. В результаті ДНК-білкова суміш в клітинному ядрі, так званий хроматин, постійно перетворюється, і разом з цим характер активності гена змінюється щодня.
Оскільки епігенетичні ферменти працюють спеціально, беруть участь лише ті гени, які клітині насправді потрібні. Наприклад, печінка виробляє травні ферменти лише тоді, коли вона може розраховувати на споживання їжі. Ендокринолог Ден Фенг із Філадельфії, США, виявив, що модулятор гістонів HDAC3 разом з годинниковим білком "Rev-erb alpha" вимикає 14 000 генів у клітинах печінки мишей протягом дня, коли тварини майже сплять. Вночі, під час активності тварин та фази харчування, білок годинника відсутній, і всі, крім 100 генів, можуть бути активовані. Якщо Фен порушував систему, метаболізм мишей виходив з-під контролю. У вас жирна печінка. Давно відомо, що миші, яким дозволено їсти лише за своїм внутрішнім ритмом, отримують надмірну вагу, незважаючи на нормальне споживання калорій, і мають підвищений ризик діабету. Застосовуючи цей сценарій до людей, можна зрозуміти, чому працівники змінної роботи так часто страждають від порушення обміну речовин та серцево-судинних захворювань. І ви розумієте, як важливо їсти в потрібний час.
Що стосується так званих периферійних внутрішніх годинників, які розташовані не в мозку, а в таких органах, як кишечник, підшлункова залоза та м’язи, світло та ДКН відіграють лише підпорядковану роль, говорить Ахім Крамер. Але: «Харчуючись у потрібний час, я можу, можливо, цілеспрямовано збільшити амплітуду годинників». Цей ефект можна використовувати у відрядженнях, наприклад: «Якщо я лечу до Сан-Франциско лише чотири дні, то зупинюсь там на обід вночі, щоб мої периферійні внутрішні годинники в першу чергу не змінювалися ".
ЯК ЦІКУЄ ПЕЧЕНЬ
Молекулярний біолог Майкл Хоттігер з Цюріхського університету досліджує вплив їжі на внутрішні годинники печінки: "Ймовірно, існує кілька прямих зв'язків між метаболізмом та внутрішніми годинниками в периферичних органах". Регулюйте схеми діяльності в печінці. Оскільки багато активних ферментів «за своїм ефектом безпосередньо залежать від продуктів обміну речовин». Але ці продукти метаболізму, такі як NAD + та ацетил-КоА, не лише підпорядковуються внутрішньому годиннику. Їх концентрація також сильно коливається, коли ми їмо, що в свою чергу змінює молекулярний годинниковий механізм. "Наприклад, прийом їжі не в той час може суттєво змінити внутрішні годинники", - говорить Хоттігер.
Ранковій прогулянці до світла, як рекомендував Дітер Кунц, тому, на думку Хоттігера, повинен передувати багатий енергією сніданок, а потім щедрий обід. Це ідеально підтримує природний ритм. Якщо, навпаки, ви їсте тарілку макаронів пізно ввечері, ритм змінюється. "Тоді печінка відчуває, що серед білого дня".
Тому кращий спосіб боротьби з важливими таймерами світла та їжі - це ефективний засіб проти загальних захворювань. Крім того, хронобіологічно орієнтована зміна способу життя може допомогти людям поліпшити свої результати (докладніше про це у статті "Виграш часу" на с. 41). Але основні дослідження також дають нові вихідні точки для наркотиків, говорить Ахім Крамер: "Речовини, які зв'язуються з Rev-erb alpha, наприклад, можуть одного разу стабілізувати порушені внутрішні механізми роботи працівників зміни або допомогти проти реактивного відставання".
зазвичай тільки у верхній формі ввечері
Якщо такі вимоги звучать для вас утопічно, вам доведеться починати з менших, наприклад, з вибору джерела світла. Частка синього світла в діапазоні довжин хвиль близько 480 нанометрів здається особливо важливою для внутрішнього годинникового механізму, оскільки клітини меланопсину реагують в основному на нього. «Вранці добре холодне біле світло з високою часткою синього світла. Увечері він повинен бути теплим білим, наприклад від свічки або лампочки », - говорить Дітер Кунц, розробляючи ідеальний профіль освітлення. Якщо, навпаки, ввечері світло занадто холодне, це вже спричиняє падіння нічного гормону мелатоніну через десять хвилин і змінює пізніший режим сну.
Крістіан Кайохен виявив, що навіть світло від світлодіодних екранів з високою часткою синього світла впливає на внутрішні годинники. «Якщо ви працюєте ввечері п’ять годин перед комп’ютером, ви пригнічуєте вироблення мелатоніну, - каже дослідник Базеля, - що відкладає втому до години». Нічні працівники можуть цілеспрямовано використовувати цей ефект. З іншого боку, якщо ви хочете швидко заснути, вам слід затемнити синій компонент на моніторі або просто залишити комп’ютер. І йому неодмінно слід чистити зуби в темряві. Дітер Кунц був здивований, коли оцінював дослідження тих, хто носить окуляри: Найяскравішим моментом цілого дня, як правило, був вечірній погляд у особливо яскраво освітлене дзеркало у ванній. ■
ПЕТЕР СПОРК не тільки часто і із задоволенням пише про хронобіологію, він також читає добре відвідувані лекції на тему внутрішніх годинників.
від Пітера Спорка
КОМПАКТНИЙ
· Близько дюжини генів і 20 речовин, що модулюють, підтримують трильйон годинників у нашому тілі.
· Ви контролюєте своєчасне вивільнення травних ферментів, гормонів росту та інших речовин протягом дня.
· Наші внутрішні годинники можуть бути легко порушені через брак світла, змінні роботи та жорсткий робочий час.
· Серцево-судинні захворювання, ожиріння та діабет.
Внутрішні годинники в організмі людини
Внутрішні годинники контролюють не тільки неспання, сон та апетит. Такі органи травлення, як печінка і підшлункова залоза, а також м’язи та жирова тканина виконують різні завдання вночі, ніж вдень. Біохімічні процеси, що прокручуються або сповільнюються (сині та червоні стрілки), значною мірою використовуються для регулювання обміну цукру та жиру в нашому організмі. Підшлункова залоза регулює секрецію інсуліну, коли ви не спите, а цукор крові (глюкоза) виробляється в печінці під час сну. Але загальні процеси росту також контролюються під час сну - наприклад, через виділення гормонів росту в ранні ранкові години. Нестача сну та жирної їжі ввечері небезпечні: вони виводять денний годинник з режиму синхронізації та можуть сприяти резистентності до інсуліну, що характерно для діабетиків.