А 2 октября 2017 года Нобелевский комитет объявил лауреатами премии в области физиологии и медицины трёх американских биологов, которые объяснили молекулярный механизм работы этих часов. Как современная физиология представляет синхронизацию суточных циклов в организме, рассказала биолог Южного федерального университета.

Открытие биологических часов приписывают французскому астроному Жан-Жаку де Мерану, который в XVIII веке обратил внимание, что листья мимозы раскрываются к Солнцу днём и закрываются ночью. Он задался вопросом, как будет вести себя растение, если поместить его в кромешную темноту. Оказалось, что даже в темноте мимоза следовала плану — у неё как будто были внутренние часы.

Насколько суточные циклы человека зависят от солнечного света, рассказала доцент кафедры физиологии человека и животных, старший научный сотрудник Академии биологии и биотехнологии ЮФУ Оксана Кундупьян.

«В структурах гипоталамуса головного мозга находятся области сна и бодрствования, в которых происходит выработка нейромедиаторов. Вентролатеральное преоптическое ядро (небольшой участок нейронов в переднем ядре гипоталамуса) содержит ГАМК-эргические нейроны и регулирует сон, а латеральная (боковая) область гипоталамуса содержит орексиновые и гистаминэргические нейроны и регулирует бодрствование. В супрахиазматических ядрах (самых передних, близких к зрительным центрам) находятся нейроны, которые отслеживают суточные ритмы освещённости и являются «солнечными» биологическими часами», — объяснила Оксана Кундупьян.

Но циркадные ритмы (суточные колебания интенсивности разных процессов организма) отвечают не только за сон и бодрствование: в разное время суток человеческий организм вырабатывает или не вырабатывает гормоны, например, тестостерон и мелатонин, повышает или понижает температуру и артериальное давление, сокращает или расслабляет стенки желудка и кишечника. Эти ритмы всегда максимально приближены к 24-часовому циклу, вне зависимости от длины светового дня.

«Современные модели биологических часов связаны с кодированием белков определёнными генами, циркадный механизм регулируется транскрипционно-трансляционной петлёй обратной связи (TTFL), что позволяет стабильно сохранять 24-часовой ритм», — добавила Оксана Кундупьян.

Первый ген, кодирующий подобные белки, учёные обнаружили в 1984 году. Ген назвали period, а протеин, который он кодирует — PER. Концентрация белка PER изменяется по 24-часовому графику в соответствии с циркадным ритмом: он накапливается в клетках ночью и разрушается в течение дня. Затем учёные идентифицировали дополнительные компоненты белка и полностью раскрыли самодостаточный внутриклеточный механизм циркадного ритма — в этой уникальной реакции белок PER блокирует активность гена period, то есть на сутки прекращает синтез самого себя, но постепенно разрушается в течение дня, в следствие чего начинает снова вырабатываться. Это самодостаточный и бесконечно зацикленный механизм, но и в нем возможны сбои, если намеренно изменить световой режим дня человека — это чревато множеством болезненных последствий.

«Если биологические часы организма рассинхронизируются с местным временем, из-за смены часовых поясов или работы в ночную смену, дополнительно активируются нейроны супрахиазматического ядра гипоталамуса. Эти нейроны синтезируют вазоактивный кишечной полипептид (VIP), который влияет на адаптацию к смене режима дня. Учёные проводили многомесячные эксперименты по биоритмологии на добровольцах, которые жили в пещерах от 2 до 6 месяцев. Было обнаружено, что в таких условиях у испытуемые удлинялся суточный ритм и вместо 24 часов, мог достигать 48 часов, это явление называют двухсуточным ритмом. Хроническая рассинхронизация между нашим образом жизни и внутренними часами связана с повышенным риском таких заболеваний как: нейродегенеративные заболевания, ожирение, снижение иммунитета, сахарный диабет 2 типа, ишемическая болезнь сердца, онкология», — рассказала Оксана Кундупьян.

Физиолог добавила, что эффективность работы в ночную смену с возрастом человека снижается, а время восстановления увеличивается. Оксана Леонтьевна дала несколько рекомендаций по снижению последствий рассинхронизации биоритмов при работе в ночную смену:

1. Увеличить общее количество сна за счёт дневного (наиболее благоприятное время между 14 и 18 часами).

2. Во время ночной смены спать не дольше 30 минут, чтобы избежать медленного сна.

3. Употреблять кофе и крепкий чай во время ночной смены.

4. Включать яркий свет во время работы,

5. Еду принимать до ночной смены — во время смены питаться по минимуму, так как повышается концентрация глюкозы и возникает сонное состояние.

По словам Оксаны Кундупьян, иностранным студентам ЮФУ, к примеру, из Южной или Центральной Америки не стоит переживать, что их циркадные ритмы безвозвратно сбиты — в этом случае организм адаптируется к новому суточному циклу примерно за столько дней, на сколько часовых поясов отличаются старое и новое место проживания.

«Полностью изменить биоритмы не получится, но можно с помощью соблюдения режима дня уменьшить нагрузку от рассинхронизации биоритмов. В 2017 году был обнаружен ген «сов» — люди у которых обнаружен особый вариант гена CRY1, имеют более длинные циркадные ритмы, что позволяет им дольше бодрствовать ночью. У этих людей наблюдается синдром задержки фаз сна (DSPD), 24-часовой цикл сна и бодрствования замедлен и удлинён на 30 минут. Люди с DSPD чаще других имеют бессонницу, часто просыпаются по ночам и ощущают усталость в течение дня. У большинства людей уровень мелатонина, основного гормона сна, начинает расти к 21-22 часам, а у людей с DSPD мелатонин повышается только в 2-3 часа ночи», — поделилась Оксана Кундупьян.

Выработка мелатонина тормозится также под действием света: когда человек в темное время суток смотрит телевизор или пользуется гаджетами. А ведь этот гормон улучшает качество сна, снижает частоту приступов головных болей, головокружений, повышает настроение. 70% суточного мелатонина образуется ночью.

Эксперт рассказала также, сколько часов сна требуется человеку для здорового образа жизни. Оказывается, это время варьируется в зависимости от индивидуальных особенностей: 44% взрослых людей нужно 8 часов ночного сна, 52% людей достаточно 7 часов, и всего 4% людей высыпаются за 6,5 часов или меньше. Недостаток ночного сна можно компенсировать дневным: 60-90 минут дневного сна позволяют полностью завершить один цикл сна (медленноволновый и быстроволновый сон). За ночь может быть 6-7 циклов сна. По данным ряда исследователей кратковременный дневной сон улучшает когнитивные способности человека.

Прислушивайтесь к своим биоритмам и берегите себя.