Иновационный проект о здоровом образе жизни и доказательной медицине

Новости научной медицины

  • • Данные последних исследований о здоровье человека
  • • Наука о физической активности и продуктах питания
  • • Ученое мнение про биологически-активные добавки

Как внутренние часы нашего тела могут влиять на наше здоровье

Поскольку наш образ жизни становится все более занятым и требовательным ко времени, мы строим свою жизнь вокруг искусственно разделенных дней и ночей, которые включают необходимость работать в ночную смену, не спать всю ночь или путешествовать между континентами. Но это влияет на наши естественные часы тела, и, как правило, с нежелательными последствиями.

Новые исследования показывают, как нарушение нашего циркадного ритма делает нас уязвимыми для болезней.

Если мы вмешиваемся в наши циркадные ритмы — установленные часами организма, которые регулируют все автоматизированные (вегетативные) процессы, происходящие внутри организма,  мы влияем на наше здоровье.

Наше тело контролирует обмен веществ, способствуя правильному функционированию каждого органа в нашем организме.

Однако если мы регулярно обходим наши естественные дневные и ночные циклы — работая ночью, путешествуя на большие расстояния или проводя слишком много времени, глядя на яркие экраны мониторов в темноте — часы нашего тела дезориентируются и перестают работать правильно.

Новое исследование Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, и Университета Нагоя в Японии определяет ключевой механизм, который связывает нарушение регуляции циркадных ритмов с большей подверженностью хроническим заболеваниям.

«Эпидемиологические исследования постоянно выявляют все больше и больше нарушений связей между современным образом жизни и нашими внутренними биологическими часами. Когда это происходит,  в организме могут появляться  такие заболевания, как ожирение и рак молочной железы», — отмечает автор исследования Стив Кей, профессор-невролог, биомедицинская инженерия и биологические науки в Университете Южной Калифорнии.

Тем не менее, он добавляет: «Это исследование выходит за рамки эпидемиологии, его цель изучить механизмы циркадных нарушений как фактор риска для определенных заболеваний».

Новое исследование идентифицировало белок, который играет двойную роль в контексте циркадного ритма и объясняет, как нарушенные биологические часы тела могут привести к болезни.

Нарушение хрупкого баланса

Кей и его коллеги сосредоточились на HNF4A, белке, обнаруженном в клеточных ядрах, который, как показали предыдущие исследования, участвует в раннем развитии печени, почек и толстой кишки.

Исследователи проанализировали клетки печени и толстой кишки, взятые из тканей мыши и человека, и обнаружили, что HNF4A взаимодействует с циркадными часами этих клеток сложным образом. Более конкретно, HNF4A может блокировать два других белка — CLOCK и BMAL1, которые помогают регулировать циркадные ритмы у млекопитающих.

«Внутри клетки винтики часов универсальны, но стрелки часов специфичны для каждого органа, поэтому то, как часы работают в каждой клетке, отличается», — объясняет Кей.

Оказывается, HNF4A реагирует на химические сигналы в клетке и действует на другие белки в соответствии. Это означает, что когда активность этого белка снижается, нормальные метаболические процессы также нарушаются, в результате чего органы становятся более подверженными болезням.

«Итак, в печени мы рассмотрели специфичные для ткани белки и обнаружили, что HNF4A связан с циркадными часами: регулируется часами и циклами с часами и, в свою очередь, сам регулирует часы. Это новое открытие здесь, и это большой скачок вперед «.

Как объясняет первый автор исследования, Мэн Цюй, «Мутации в гене HNF4A, как известно, способствуют редкой наследственной форме диабета, называемой MODY1, а нарушение регуляции его экспрессии тесно связано с раком печени, оба с механизма мы не до конца понимаем «.

«Наше открытие предполагает, что нарушение часов может быть потенциальным механизмом, и оно же обеспечивает мост между циркадным регулированием и развитием болезней», добавляет она.

Современный образ жизни часто требует, чтобы мы жили нерегулярными ритмами, и исследователи предупреждают, что это может способствовать нарушению чувствительных механизмов, включая те, в которых участвуют белки, такие как HNF4A.

«Люди не созданы для ночных смен, ночных огней и межконтинентальных путешествий. Проблемы современной жизни с нарушением нашей циркадной системы представляют долгосрочную угрозу нашему здоровью», — говорит Кей.

Открытия, подобные тем, которые были выделены в текущем исследовании, могут дать нам более подробную картину того, как нарушенные часы тела могут повлиять на результаты в отношении здоровья.

https://www.medicalnewstoday.com/articles/323990.php?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_country=RU&utm_hcp=yes&utm_campaign=MNT%20Weekly%20%28HCP%20non-US%29%20-%20OLD%20STYLE%202018-12-19&utm_term=MNT%20Weekly%20News%20%28HCP%20non-US%29

Циркадные (циркадианные) ритмы — циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам.

Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют эндогенное происхождение, представляя, таким образом, биологические часы организма.

Циркадные ритмы присутствуют у таких организмов как цианобактерии, грибы, растения, животные.

Впервые об изменении положения листьев в течение дня у тамаринда упоминает описывавший походы Александра Македонского Андростен.

В Новое время в 1729 году французский астроном Жан-Жак де Меран сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой. Эти движения повторялись с определённой периодичностью, даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет, что позволило предположить эндогенное происхождение биологических ритмов, к которым были приурочены движения листьев растения. Де Мейрен предположил, что эти ритмы могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека.

Декандоль в 1834 году определил, что период, с которым растения мимозы совершают данные листовые движения, короче длины суток и составляет примерно 22-23 часа.

В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. Предположение о наследственной природе циркадных ритмов было подтверждено окончательно опытами, во время которых скрещивались растения фасоли, периоды циркадных ритмов которых различались. У гибридов длина периода отличалась от длины периода у обоих родителей.

 

Эндогенная (внутренняя) природа циркадных ритмов была окончательно подтверждена в 1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая, проведённых в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.

В 1970-е годы Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка изучали, можно ли идентифицировать гены, которые контролируют циркадный ритм у плодовых мух. Они продемонстрировали, что мутации неизвестного гена нарушают циркадные часы мух. Неизвестный ген получил название ген периода — Per.

В 1984 году Джеффри Холл и Майкл Росбаш, работавшие в тесном сотрудничестве в Брандейском университете в Бостоне, и Майкл Янг из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке смогли выделить ген Per. Затем Джеффри Холл и Майкл Росбаш обнаружили, что белок PER, кодируемый геном Per, накапливается в течение ночи и деградирует в течение дня.

Таким образом, уровень белка PER колеблется в течение суток синхронно с циркадным ритмом. Учёные предположили, что белок PER блокирует активность гена Per. Они обосновали, что с помощью ингибирующей петли обратной связи белок может препятствовать своему собственному синтезу и тем самым регулировать собственный уровень в непрерывном циклическом ритме. Однако, чтобы блокировать активность гена Per, белок PER, который продуцируется в цитоплазме, должен был каким-то образом достигнуть клеточного ядра, где расположен генетический материал, — этот вопрос оставался невыясненным.

В 1994 году Майкл Янг обнаружил второй «часовой ген» циркадного ритма, timeless, кодирующий белок TIM, который требовался для нормального циркадного ритма. Майкл Янг показал, что когда белок TIM связан с белком PER, оба белка могут проникать в ядро ​​клетки, где они блокируют активность гена Per, таким образом, замыкая ингибирующую петлю обратной связи. Майкл Янг идентифицировал ещё один ген, doubletime, кодирующий белок DBT, который задерживал накопление белка PER. Совместное действие обнаруженных генов обеспечило понимание, как корректируется циркадный ритм для более точного соответствия 24-часовому циклу.

В последующие годы были выяснены другие молекулярные компоненты механизма, объясняющие его стабильность и функционирование. Были определены дополнительные белки, необходимые для активации гена Per, а также механизм, посредством которого свет может синхронизировать цикл.

В 2017 году Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг были удостоены Нобелевской премии за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм.

Эндогенная продолжительность циркадного ритма

Первые эксперименты по изоляции людей от источников времени (таких как часы и солнечный свет) привели к тому, что у подопытных вырабатывался 25-часовой циркадный ритм. Ошибка эксперимента состояла в том, что подопытным разрешалось включать и выключать свет по своему усмотрению. Чрезмерное использование искусственного освещения перед сном приводило к увеличению продолжительности ритма. Новое, более корректно проведенное, исследование показало, что длина эндогенного циркадного ритма составляет в среднем 24 часа 11 минут.

Синхронизация циркадного ритма с внешним миром

Одним из наиболее эффективных внешних сигналов (по сравнению с другими факторами), поддерживающих 24-часовый цикл, является свет. Воздействие света в ранние утренние часы способствует опережению ритма и более раннему засыпанию, а в поздние вечерние часы — к задержке ритма и более позднему засыпанию.

За этот механизм отвечают специальные клетки сетчатки глаза (ipRGC), которые напрямую посылают сигнал в супрахиазматическое ядро — центр контроля циркадных ритмов. О важности этого механизма говорит то, что примерно половина полностью слепых людей имеют синдром не-24-часового периода сна-бодрствования. Их циркадный ритм не может подстроиться к 24-м часам и они засыпают каждый день все позже и позже.

Среди других синхронизирующих факторов следует отметить солнечно-суточные вариации геомагнитного поля, достигающие сравнительно больших значений в средних широтах, а также суточные вариации электрического поля атмосферы Земли. Однако пока неизвестно, как эти изменения влияют на происходящие в организме биохимические и биофизические процессы — как действуют приёмники (рецепторы) геомагнитных и электрических сигналов, реагирует ли человек на воздействие всем организмом, отдельными органами или на клеточном уровне. Исследования показывают, что, например, геомагнитные бури вызывают адаптационный стресс, сбивающий циркадный ритм так же, как и резкая смена часовых поясов.

Супрахиазмальное ядро управляет выработкой гормонов, регулирующих циркадную активность организма. Однако при этом отдельные органы, такие как сердце, печень, почки, имеют свои «внутренние часы» и могут «выбиваться из ритма», устанавливаемого супрахиазматическим ядром.

Сигнал, поступающий в шишковидную железу, вызывает синтез и выделение в кровоток вызывающего сон нейрогормона мелатонина. У пожилых людей выделяется меньше мелатонина, что, вероятно, объясняет, почему они чаще страдают бессонницей. Большая часть исследователей полагает, что супрахиазматическое ядро отвечает за циркадные ритмы и за колебания параметров, связанных с циклом сон-бодрствование, например температуры тела, кровяного давления и диуреза.

Проявления циркадианного ритма у человека

Некоторые авторы описывают суточные ритмы работы внутренних органов человека. Вы наверняка встречали подобные картинки  в интернете. Поскольку статьи с такими сведениями практически или вовсе не цитируются в научной литературе, их ценность очень сомнительна.

Пораньше лечь, что бы пораньше встать — отдохнувшим и здоровым – пока единственный самый практичный вывод из научных исследований для обычного человека.

Нарушения циркадного ритма человека

С нарушениями циркадного ритма тесно связаны нарушения сна — джетлаг, расстройство, связанное со сменным графиком работы, бессонница выходного дня и так далее. Также с нарушением циркадного ритма связывают такие нарушения сна, как:

синдром задержки фазы сна — характеризуется поздним засыпанием и пробуждением с невозможностью сместить время сна на более ранние часы;

синдром опережения фазы сна — характеризуется слишком ранним наступлением сонливости и ранним пробуждением;

синдром не-24-часового сна-бодрствования — характеризуется ежедневным смещением времени засыпания и пробуждения на более позднее время;

нерегулярный ритм сна-бодрствования — характеризуется отсутствием стабильного ритма сна-бодрствования; пациенты спят несколько раз в сутки в разное время.

У взрослых во время сна уменьшается продукция мочи в связи с увеличением содержания вазопрессина в крови. У некоторых детей и взрослых, у которых цикличность колебаний содержания вазопрессина нарушена, уменьшение продукции мочи в ночное время не происходит, что приводит к неконтролируемому мочеиспусканию.

Такое заболевание как фатальная семейная бессонница заканчивается летальным исходом и связана с врождёнными дефектами нейронов супрахиазматического ядра. Любопытным является то, что подобные симптомы возникают при болезни Крейтцфельдта-Якоба, когда поражаются клетки того же супрахиазматического ядра.

Если вы сторонник здорового образа жизни, относитесь к гигиене сна так же серьезно как к рациону питания и физическим упражнениям.

Статьи по теме:

Розовый шум поддерживает глубокий сон и память у пожилых

Избыток сна может быть хуже для здоровья, чем недосыпание

Сколько спать младенцу?