http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=379b3918-e654-42e5-9dfd-44cb35a3b5fe&print=1© 2024 Российская академия наук
К чему приводят сбои биологических часов
Почему в ноябре так хочется спать? Что происходит с нашими биологическими часами? Можно ли их сломать, а главное — починить? На эти злободневные демисезонные темы «Огонек» поговорил с председателем проблемной комиссии «Хронобиология и хрономедицина» РАН доктором медицинских наук, профессором Сергеем Чибисовым.
— Сергей Михайлович, вы много лет занимаетесь изучением биологических часов человека. Как можно объяснить, почему осенью нам так хочется спать, учитывая, что эволюционно человек никогда не впадал в спячку с наступлением холодов?
— Поздняя осень, когда резко сокращается световой день, очень тяжелая пора для организма. Осенняя депрессия и сонливость, пик которых приходится как раз на ноябрь, связаны со сбоями циклов выработки гормонов мелатонина и кортизола. Первый гормон отвечает за суточные и сезонные ритмы человека, за нормальный сон и, соответственно, нормальное бодрствование. Но чтобы он образовался, в организме должен быть его предшественник — серотонин, который вырабатывается в светлое время суток.
Чем короче световой день, тем меньше у нас мелатонина, отвечающего за смену сна и бодрствования. Для организма это стресс, на который он реагирует выбросом кортизола. А кортизол — это вещество, которое прямо связано с нарушением биоритмов и нарушением работы иммунитета. А поскольку мы сейчас живем в условиях пандемии COVID, то сниженный иммунитет, ко всему прочему, неминуемо ведет к повышенной восприимчивости к инфекционным болезням. Обычно именно осенью со снижением светового дня мы фиксируем всплеск инфекционных болезней, в том числе разного рода ОРВИ и гриппа.
— Похоже на замкнутый круг.
— На самом деле отсутствие света — очень серьезная медицинская проблема. Давно известно, что в северных странах, где из 365 дней года 280 — пасмурные, чаще наблюдаются депрессии, психические заболевания, попытки суицида.
Поэтому, например, в Голландии сегодня создана специальная Служба световой терапии. Во время лечения пациента усаживают в комнату, где все окрашено в белый цвет, и включают лампу, которая испускает световые волны, схожие с солнечными. Сеанс длится примерно 10 минут, длительность лечения зависит от конкретного случая.
Это проблема сегодня активно изучается и у нас в России, особенно с тех пор, как начал дискутироваться вопрос об активном освоении северных территорий и Арктики. Там проблемы хронобиологии и ритмологии стоят очень остро, потому что Крайний Север — весьма агрессивная среда для пришлого человека. Здесь, безусловно, происходит сбой биологических ритмов по всем возможным путям. Поэтому сегодня к этой теме есть повышенный интерес.
— Насколько глубоко в нас «зашиты» биологические часы? Они в какой момент эволюции появились?
— Условно говоря, 4 млрд лет назад, как только возникли первые формы жизни. Согласно принятой сегодня теории, в первичном океане сначала образовалась клеточная структура, покрытая двухслойной мембраной. В дальнейшем она соединилась с некоей бактерией, которая в симбиозе с клеткой стала вырабатывать энергию, сейчас мы называем это митохондрией. Митохондрия — часть нашей клетки, энергическая субстанция, которая тоже работает в циркадианном ритме, как, в принципе, любая клетка и организм в целом. То есть циркадианный ритм — основополагающий ритм существования на нашей планете. Поскольку вращение Земли происходит в астрономическом времени 24 часа, то он примерно ему и соответствует. Почему примерно? Само слово «circa» переводится как «около», то есть наши ритмы жизни не суточные, а околосуточные. Считается, что в норме они могут отличаться на четыре часа в ту или иную сторону. Этот зазор в несколько часов необходим для адаптации организма к изменениям окружающей среды.
Так что цикличность возникла как ответ на ритм вращения нашей планеты вокруг своей оси, Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Вообще, есть огромное количество самых разных циклов, в которых существует человек. Исследователи насчитывают их порядка 900.
— Какой цикл для человека все же будет основным?
— Циркадианный цикл, то есть ритм «сон — бодрствование» или «свет — темнота». С ним связаны практически все процессы. Этот ритм заложен у нас на самом базовом уровне в генах и, естественно, передается по наследству.
Сверим часы
— Что сейчас самое важное для ученых, занятых хрономедициной? Мы поняли, что именно «тикает» и отмеряет время внутри нас?
— Сегодня огромная часть научных работ посвящена исследованию недавно открытых «генов биоритмов». Именно за эти работы дали Нобелевскую премию американцам Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу, обосновавшим молекулярный механизм биологических ритмов. Они изучали так называемые циркадианные ритмы с точки зрения молекулярных основ. Первое открытие было сделано в 1984-м, и с тех пор ученые постепенно раскрывают все цепочку молекулярных превращений, связанных с работой циркадианных ритмов.
— Так что же мы знаем?
— Нам известно, что есть некий ген PER, который кодирует циркадианные ритмы, он синтезируется в цитоплазме клетки. Долгое время было непонятно, как он из цитоплазмы попадает в ядро. Затем открыли другой ген TIM, который как раз помогает это сделать. Третье открытие связано с белком DBT: он регулирует накопление гена PER в ядре. Если сильно упростить весь механизм, то окажется, что у нас в ядре постепенно накапливается ген PER, а затем он исчезает. Это повторяется в режиме циркадианного ритма. Сегодня огромная часть научных работ посвящена исследованию именно этих генов, очень интересные работы есть и в России.
На самом деле Нобелевская премия стала признанием не только конкретной работы американских коллег, но и усилий всего научного сообщества хронобиологов. То, что циркадианные ритмы эндогенны, то есть «зашиты» в нас очень глубоко, на генетическом уровне, было известно давно. А о первостепенном значении их у нас в стране еще в 1970-е говорили академики Николай Агаджанян и Владимир Анисимов, которые описывали изменения на генетическом уровне. А сам термин «хронобиология» ввел мой учитель, знаменитый американский ученый Франц Халберг, который на протяжении 35 лет приезжал в Россию на все конференции по хронобиологии.
— Какой аспект работы генов изучают в России?
— Приведу лишь одни пример, президент Геронтологического общества при РАН академик Анисимов изучает гены биоритмов, чтобы продлить полноценную здоровую жизнь. Речь, конечно, не о бессмертии, а о прикладных аспектах. О том, чтобы человек в рамках данного ему свыше срока жизни, умирал от старости, а не от болезней.
— Получается, чтобы дольше жить, биологические часы нужно замедлить? Ведь доказано, что продолжительность жизни увеличивает замедленный обмен веществ, связанный, например, с низкой калорийностью пищи и низкой температурой.
— Вовсе нет. Привычный цикл сна — бодрствования у человека составляет примерно 24 часа, а если он нарушается, это уже патология. Более того, сегодня медики знают, что, например, ускоренный ритм (меньше 20 часов) возникает у человека в условиях стресса, при гипертонической болезни и инфаркте миокарда. Удлиненный циркадианный ритм до 28 часов — тоже вариант патологии. И то и другое называется десинхронозом, состоянием, когда нормальный цикл нарушен.
— Значит, нужно максимально долго поддерживать стабильный ритм сна — бодрствования?
— Да, но мы этого делать не можем, потому что для этого нужно соблюдать целый ряд условий.
Например, есть такая древнерусская, а на самом деле интернациональная поговорка «Где родился, там пригодился». Она совершенно верна с точки зрения биоритмов: человек будет жить максимально долго в привычных ему условиях, там, где он появился на свет.
Естественно, если вокруг нормальная социальная обстановка. Мы знаем много историй о том, как люди приезжают на Крайний Север, живут там 10–15 лет, зарабатывают деньги, а затем переезжают, чтобы построить, наконец, домик на побережье Черного моря. Чаще всего они, к сожалению, успевают построить только фундамент. Потому что человек должен вновь и вновь адаптироваться к новым условиям жизни, а когда переезд происходит в пожилом возрасте, то это очень непросто.
Столько же вреден с точки зрения биоритмов и вахтовый метод работы на обслуживании нефтяных вышек и иных объектов, работа машинистов, операционистов и так далее.
Лечение светом
— Вот мы говорим о сбое биологических часов. А что это значит на уровне организма? Ломается тот самый механизм накопления гена цикличности?
— Этого мы пока не знаем. Сейчас такие вещи изучаются на экспериментальном уровне — на мухе дрозофиле. Ученые подбирают разного рода вещества, которые могут создать или нивелировать этот ритм. Но при этом мы прекрасно представляем, что происходит при сбое биологических часов в организме человека на уровне клинических симптомов. Вы знаете, какой фактор сильнее всего нарушает работу циркадианных ритмов и, значит, в буквальном смысле уничтожает население?
— Какой же?
— Световое загрязнение. Когда мы ложимся спать, то нам в окна светят фонари или неоновая реклама, а любой источник света в ночное время мгновенно прекращает выработку того самого жизненно важного мелатонина, который, как мы сказали, отвечает за регуляцию цикла сна — бодрствования. В частности, он обеспечивает так называемый медленноволновой сон, во время которого человек полноценно отдыхает. Такой сон сменяется быстрым парадоксальным, когда нам снятся сны и мы готовы в любое мгновение проснуться. Смена двух фаз сна повторяется в течение ночи 4–5 раз. Нормальное чередование контролирует мелатонин, и если его выработка нарушена из-за светового загрязнения, то у вас нарушатся и фазы сна, а это — главная причина бессонницы. А поскольку мелатонин у пожилых людей вырабатывается меньше, то это основа десинхроноза, путь к появлению болезней.
Есть много работ, в которых показано, что если не образуется мелатонин, то в первую очередь нарушается сон, а за ним показатели артериального давления, частота сердечных сокращений, выделение соляной кислоты в желудке, выделение различного рода гормонов. Для организма такое состояние — стресс, а стресс способствует выработке надпочечниками повышенного количества глюкокортикоидов, в частности кортизола, который имеет много весьма нежелательных последствий. В частности, с ним связан феномен так называемых утренних ранних смертей.
— Что это такое?
— Перед пробуждением здоровый организм должен быть готов к активному бодрствованию, поэтому в утренние часы кора надпочечников начинает вырабатывать возбуждающие нервную систему гормоны — глюкокортикоиды. Это происходит вне зависимости от вашего образа жизни, спите вы до полудня или уже несколько часов бодрствуете, организму это безразлично — он считает временем пробуждения начало светлого периода суток, и это заложено на уровне генов. Как раз в это время наиболее активным становится кортизол, который приводит к повышению давления, учащению сердечных сокращений, повышению тонуса сосудов и снижению свертываемости крови. Для организма пробуждение — это, по сути, стресс. Не случайно по статистике острые сердечные приступы и инсульты чаще всего приходятся на ранее утреннее время. В это время нужно относиться к организму очень бережно, а мы же зачастую устраиваем ему дополнительное испытание. Например, к таковым относятся утренние пробежки, которые кроме вреда ничего не приносят. Я еще в 1982-м писал в «Известиях», что утренний «бег от инфаркта», который тогда активно пропагандировал американец Джим Фикс, на самом деле — бег к смерти. Кстати, сам Фикс умер в 52 года от инфаркта во время пробежки.
Это не означает, что физическая нагрузка не нужна. Но все, что можно делать утром, это гимнастику, которая не сбивает дыхание. Нужно учитывать, что для организма усиленная физическая активность показана после 12 и примерно до 3 часов дня. Умеренная нагрузка возможна до 7 вечера, а дальше фитнес будет только во вред. Конечно, я говорю о каком-то идеальном варианте, в жизни чаще всего учитывать подобные тонкости не получается, но знать основные принципы функционирования своего организма необходимо.
— Можно как-то избавиться от расстройства суточного ритма? Например, с помощью светотерапии?
— Световая терапия действительно существует, и она может помочь преодолеть сезонную усталость и депрессию. Для этого нужно во время солнечной погоды хотя бы 15 минут днем провести вне помещения на солнце. Если солнца нет, то на улице при естественном освещении нужно побыть хотя бы около часа. Это стимулирует выработку предшественника мелатонина.
Но на самом деле восстановить ритм сна — бодрствования очень-очень непросто. Для этого, в частности, нужно максимально соблюдать режим дня — стараться ложиться вовремя спать и вовремя вставать. Доказано, что чем жестче режим дня, тем дольше живет человек. Нужно свести к возможному минимуму джетлаги — перелеты через несколько часовых поясов. Одно дело, когда вы летите в командировку или на отдых один-два раза в год, а совсем другое — когда это часть вашей ежедневной работы. Сегодня есть достаточное количество серьезных медицинских исследований, которые доказывают, что летчики и стюардессы подвержены ряду заболеваний сердечно-сосудистой системы, злокачественных новообразований, расстройств желудочно-кишечного тракта и язвенной болезни в большей степени, чем другие люди.
Это, кстати, относится и к сменной работе врачей и медсестер, которые работают сутки через двое. Существуют многотысячные обследования и у нас в стране, и за рубежом о том, что при сменной работе у женщин чаще возникает рак молочной железы.
— Если биоритмы универсальны и касаются всех людей, то имеет ли под собой научное обоснование деление на сов и жаворонков?
— Этот вопрос впервые встал в Германии в начале прошлого века. Там ученые защитили несколько диссертаций, выделяя сов, жаворонков и голубей. Затем похожие работы проводились во Франции. Но с точки зрения физиологии никаких сов и жаворонков быть не должно. Это чисто социальное разделение. Посмотрите на любого животного и увидите, что его активность напрямую связана с продолжительностью светового дня. Человек на протяжении десятков тысяч лет жил, подчиняясь естественным признакам смены дня и ночи. Порядок нашей жизни изменился всего 100 лет назад, когда широко распространилось электрическое освещение. Только после этого люди распределились по определенным нишам, которые были им удобны. Например, в свое время мне было удобнее писать диссертацию ночью, потому что никто не мешал. Но на самом деле по показателям энцефалограммы в час ночи у человека самая низкая продуктивность мозга. Если человек молодой, то он компенсирует это за счет других ресурсов, истощая свой организм, но с возрастом, к сожалению, это вернется веером расстройств.
— Отличаются ли биоритмы у мужчин и женщин?
— Да, и значительно, потому что у женщин на обычные биоритмы накладываются циклы, связанные с производством потомства. Поэтому, например, женщины детородного возраста несравнимо меньше мужчин подвержены смерти в утреннее время. А вот после менопаузы в этом отношении женщины и мужчины сравниваются.
— Сегодня есть много работ, которые предписывают принимать в определенное время лекарство именно в связи с работой наших биоритмов…
— Хронофармакология — одна из популярных сегодня наук. Уже есть рекомендации по введению химиопрепаратов в зависимости от работы биоритмов, когда их действие более усилено. Такие вопросы сегодня активно разрабатываются.
Другой пример связан с аллергией. Известно, что цикл работы гистамина, гормона тучных клеток, который приводит к развитию аллергических реакций и бронхиальной астмы, таков, что его пик приходится на период с 12 до 2 часов ночи, поэтому антигистаминные препараты рекомендуется принимать в вечернее время.
Большая работа ведется в отношении артериального давления. Известно, что у здорового человека ночью давление снижается примерно на 20 процентов. Есть же люди, у которых давление ночью, наоборот, повышается или снижается меньше, чем на 20 процентов. Для них чрезвычайно опасно утреннее время. Не случайно самая высокая смертность от всех сердечно-сосудистых заболеваний и их осложнений в мире наблюдается утром с 6 до 12 часов. Если известно о такой проблеме, то нужно принимать лекарства пролонгированного действия, чей пик воздействия приходится на 3–4 часа ночи.
— Что происходит с человеком в условиях, когда он не видит смену дня и ночи?
— В случае, когда информация о свете не поступает, циркадианный период у человека по сравнению со астрономическими сутками удлиняется. Кстати, когда в СССР начались первые космические полеты, режим корректировался таким образом, чтобы космонавт был активен в тот момент, когда он пролетает над местом связи с ЦУПом. Но космонавты, тогда еще на станции «Салют», очень быстро начали жаловаться на постоянную усталость и бессонницу. Им приходилось поочередно принимать то снотворное, то стимуляторы. Точно такие же проблемы были у американцев. Потом, по мере того как появилась информация о жизненной важности биоритмов, от этого отказались, и сегодня космонавты следуют режиму, соответствующему их циркадианному ритму.
— Что еще может сбить биологические часы человека извне?
— Магнитные бури. На эту тему у нас были очень интересные работы с Тамарой Бреус из Института космических исследований РАН и Романом Баевским из Института медико-биологических проблем РАН. А одни наш эксперимент на кроликах сегодня признан во всем мире и вошел в историю хронобиологии. Мы проводили эксперимент несколько раз — в дни летнего и зимнего солнцестояния, а также в дни весеннего и осеннего равноденствия. В течение трех суток каждые три часа мы снимали с животных около 100 показателей, которые помогли изучать биофизическую составляющую биологических ритмов. В итоге оказалось, что зимой биологические ритмы практически у всех животных были похожими — они как бы синхронизировались друг с другом. А летом существовали вразнобой. Осенью же мы увидели интересную картину. В первый день исследования все ритмы животных были синхронизированы, как глубокой зимой, на вторые сутки у животных начался абсолютный десинхроноз, а на третьи сутки мы вдруг получили прямую линию — биоритмы у кроликов отсутствовали. Мы сопоставили самые разные данные и выяснили, что в это время на Землю обрушилась одна из самых сильных магнитных бурь, которая привела к таким интересным последствиям. Эти данные мы обработали и затем передали нашим коллегам, работающим с космонавтами. Как вы, вероятно, знаете, в преддверии магнитной бури космонавты изолируются в определенную капсулу, где переживают основную стадию бури.
Кстати, если отвлечься от циркадианного ритма и посмотреть на другие более крупные периоды, например на ритмы жизни Солнца, то я могу дать вам предсказание по поводу пандемии коронавируса. Смотрите: пандемия случилась на пике спада активности нашего светила. И, скорее всего, когда Солнцеъ будет максимально активно, а это случится к 2025 году, про коронавирус мы забудем.