Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

Можно ли настроить циркадный ритм

Как работают наши биологические часы: существует ли «таблетка для сна»

Индикатор

Если вы когда-нибудь совершали длительные перелеты из одного часового пояса в другой, то прекрасно знаете, какой дискомфорт доставляет джетлаг (от английских слов jet – реактивный самолет и lag – отставание) – синдром смены часовых поясов. Обычно он сопровождается усталостью, бессонницей, головной болью, потерей аппетита и другими неприятными вещами.

Почему же так происходит? При быстрой смене часовых поясов природный суточный ритм (смена дня и ночи) приходит в несоответствие с нашим циркадным ритмом – внутренними «часами» организма. Они представляют собой циклические колебания активности разных биологических процессов – изменения температуры тела и кровяного давления, выработки гормонов, функционирования внутренних органов. Показать, что у циркадных ритмов исключительно внутренняя природа, удалось только в 1980-х годах, отправив на орбиту грибы Neurospora crassa: они не меняли циркадные ритмы, даже когда исследователи при помощи освещения имитировали полуторачасовые сутки. Это означало, что биологические часы не зависят от внешних световых или, например, геофизических сигналов. Впрочем, в некоторой степени они все равно подвержены влиянию одного внешнего фактора – продолжительности светового дня.

Можно ли «перевести» циркадные ритмы, чтобы последствия перелета из Москвы во Владивосток проходили быстро и безболезненно? Ученые исследуют этот вопрос (и сами суточные колебания активности организма) не один десяток лет. В 2007 году Шнобелевской премией в номинации «Авиация» были награждены аргентинцы Патрисия Агостино, Сантьяго Плано и Диего Голомбек. Они установили: хомячки быстрее восстанавливаются от джетлага, если им давать вещество под названием силденафил, известный под торговым названием «Виагра». Изначально силденафил синтезировали как препарат для улучшения кровотока в миокарде и лечения стенокардии и ишемической болезни сердца. Однако в ходе клинических испытаний было выяснено: влияние силденафила на сердечный кровоток минимально, зато он обладает выраженным действием на кровоток в области органов малого таза.

Но вернемся к хомячкам. Все животные были выращены при искусственном освещении: световой день длился 14 часов, а ночь – 10. Затем хомяков рассадили по отдельным клеткам, в каждой из которых было колесо для бега (чтобы лучше фиксировать часы активности грызуна). После 10-дневного пребывания в клетках и привыкания к беговым колесам хомякам устроили шестичасовой «сдвиг часовых поясов», который длился несколько недель: режим освещения клеток изменился так, как изменился бы суточный ритм человека при перелете из Нью-Йорка в Париж (то есть с запада на восток, с переводом часов вперед). При этом одна группа подопытных в день «перевода часов» получила порцию «Виагры», а вторая – нет. Ученые установили, что силденафил в дозировке 10 микрограмм на килограмм тела помог хомячкам на 50% быстрее восстановить сбитые циркадные ритмы. Меньшие дозировки «Виагры» работали хуже, но все равно немного ускоряли переход к нормальной работе организма.

Диего Голомбек полагает, что силденафил помог хомячкам справиться с джетлагом, потому что в организме увеличилось содержание молекулы под названием циклический гуанозинмонофосфат (cGMP). По мнению ученого, это на какое-то время ускорило биологические часы животных. Этим же объясняется и тот факт, что «Виагра» не помогла грызунам справиться с джетлагом при имитации перелета с востока на запад: благодаря лекарству ускорившиеся циркадные ритмы «нагнали» разницу во времени, но вот перевести биологические часы назад препарат не может.

Хотя авторы работы и рассматривали силденафил как вероятное лекарство от джетлага для людей, соответствующие исследования никогда не проводились. Правда, в 2013 году Skyscanner – система для поиска авиабилетов – провел опрос среди своих пользователей. В анкетировании приняли участие около тысячи пассажиров сингапурских авиалиний – 11% из них сообщили, что пробовали принимать «Виагру» как средство от джетлага, а 5% заявили, что препарат действительно помог справиться со сменой часовых поясов. Это, однако, ни в коем случае не свидетельствует об эффективности силденафила, и ученые рекомендуют принимать синюю таблетку от джетлага лишь при соблюдении двух условий: вы хомяк, и вы летите с запада на восток.

Несмотря на эти неутешительные новости, давайте все же разберемся: существуют ли эффективные методы борьбы с джетлагом? А заодно и выясним, как именно наш организм регулирует биологические часы. На первый вопрос в 2017 году довольно однозначно ответили Майкл Росбаш и Джеффри Холл, лауреаты Нобелевской премии по физиологии или медицине того года.

Майкл Росбаш:
Нет никакой терапии или лекарства, которые по-настоящему помогали бы «перезагрузить» циркадные ритмы. Есть, конечно, препараты, которые рекомендуется принимать при джетлаге, но одним людям они помогают, другим – нет, так что я не могу сказать, что они эффективны. Лучшее, что можно сделать при джетлаге, – это спать.

Джеффри Холл:
Мы не умеем «перезагружать» наши биологические часы. Циркадные ритмы человека приблизительно равны не 24 часам, а 24 часам 15 минутам. На эти 15 минут наш организм ежедневно перезагружает циркадные ритмы, – но не больше. Мы не можем справляться с разницей во времени между часовыми поясами. И неизвестно, как именно работает механизм «перезагрузки».

Майкл Росбаш, Джеффри Холл и третий лауреат Майкл Янг удостоились Нобелевской премии 2017 года за «открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадным ритмом», – теми самыми биологическими часами. Однако первый кусочек генетического механизма циркадных ритмов обнаружили не они. Это в 1960–1970-х годах сделали Сеймур Бензер и Рональд Конопка, создавшие мутантных мушек-дрозофил с измененными циркадными ритмами: у одних – 28 часов, у других –19 часов, а у третьих ритм вообще отсутствовал. У всех насекомых был поломан один и тот же ген – это значит, что в неизмененном состоянии он отвечал за поддержание нормального, 24-часового, суточного ритма. Ученые назвали ген per, – от слова period, «период». Следующий же шаг в изучении биологических часов сделали Росбаш, Холл и Янг.

Гены содержат в себе множество разной информации, в том числе и о строении белков – для простоты можно сказать, что в генах записан «рецепт» их изготовления (то есть гены кодируют белки). Джеффри Холл и Майкл Росбаш исследовали отношения гена per с его белком PER и выяснили: ночью уровень белка достигает максимальной концентрации, после чего он блокирует работу собственного гена, прекращает синтез, а затем распадается в течение дня. Но чтобы «выключить» ген, белку надо проникнуть в ядро клетки – ведь именно там хранится генетический материал. Холл и Росбаш сумели показать, что ночью белок накапливается в ядре, но не смогли понять, как он туда попадает. Это сделал Майкл Янг – в 1994 году он открыл второй ген биологических часов под названием timeless (в переводе с английского – «безвременный»). В лаборатории Янга выяснили: цикл работы этого гена тоже равен 24 часам, а кодирует он белок TIM, который напрямую связывается с PER, помогает ему проникнуть в ядро и не дает разрушаться.

Этот механизм обратной связи и объясняет, как именно регулируются суточные колебания активности нашего организма. Конечно, есть множество других инструментов, которые вовлечены в работу биологических часов (например, ген doubletime, также открытый Янгом, задерживает накапливание белка PER и отлаживает циркадные ритмы, чтобы они совпадали с естественным циклом смены дня и ночи; ген cry, который под воздействием света разрушает белок TIM, после чего разрушается и оставшийся без «напарника» PER, и многие другие). Эти открытия совершили переворот в понимании ключевых механизмов биологических часов человека.

Что же касается наиболее эффективного лекарства от джетлага (помимо сна) – тут мнения разнятся. Кто-то полагает, что лучше всего действует целенаправленная подготовка организма к предстоящей смене часовых поясов (например, постепенное изменение режима дня за несколько суток до поездки, попытка проспать большую часть перелета или, наоборот, устроить себе 24-часовой бессонный марафон); кто-то советует не есть тяжелой пищи, кто-то – выпить побольше алкоголя или, наоборот, не пить ничего кроме воды. Все подобные рекомендации, как правило, основаны на личном опыте человека – и необязательно, что они помогут вам. А некоторые советы могут ухудшить ваше самочувствие – сутки без сна еще никого не делали бодрее, а алкоголь вреден в любых дозах.

Очень часто для нормализации циркадных ритмов советуют принимать мелатонин – это гормон эпифиза, который контролирует наши биологические часы в ответ на изменение ритма освещения. Уровни мелатонина меняются в организме с периодичностью в 24–25 часов, достигая максимума между полуночью и восемью часами утра. Маленькие дети имеют самые большие количества мелатонина в крови, но с возрастом уровень сильно понижается. Поэтому младенцы спят очень много, а старики страдают от бессонницы.

Препараты на основе мелатонина разрешены не во всех странах: так, в Австралии их можно выписывать только людям старше 55 лет для восстановления режима сна, в США препараты на основе мелатонина запрещены в качестве лекарства и попадают в категорию биологически активных добавок, но использовать их в составе продуктов питания нельзя. Впрочем, препараты этого типа изучены довольно хорошо, а результаты исследований опубликованы в сотнях научных статей. Ученые заключили, что мелатонин заметно увеличивает время сна у людей старше 55 лет, помогает им заснуть, не вызывает побочных эффектов и привыкания. В обзоре о работе в ночную смену ученым удалось найти лишь слабые подтверждения того, что мелатонин увеличивает продолжительность дневного сна. А вот для борьбы с джетлагом он действительно оказался очень эффективным – правда, этот вывод сделан на основании всего восьми исследований.

Так что мелатонин, хотя и работает, чудес не обещает: он может помочь вам уснуть пораньше и перенастроить режим дня под другой часовой пояс, но победить недосып – увы, нет. Кстати, если вы не хотите принимать сам препарат, попробуйте есть бананы, виноград или другую растительную пищу перед сном – мелатонин содержится во многих фруктах и плодах, хотя, конечно, и не в таких количествах, как в лекарстве. И помните про рецепторы на сетчатке глаза: когда вокруг светло, мелатонин вырабатывается в меньшем количестве, поэтому плотные шторы действительно помогут уснуть.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru


Читать статьи по темам:

сон экспрессия генов Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Чем лечить нейробластому?

Уровень экспрессии двух генов определит целесообразность дорогой и небезопасной терапии моноклональными антителами.

читать

Оценить эффективность

Ученые разработали способ индивидуального подбора терапии рака желудка на основе данных секвенирования РНК опухолевых клеток.

читать

Простагландины против паркинсонизма

Экспериментальная терапия оказывает нейропротекторное воздействие и снижает симптомы заболевания.

читать

В мозг через кишечник

Введение гена глюкоцереброзидазы в клетки стенки кишечника может стать хорошим способом лечения болезни Паркинсона на ранних стадиях.

читать

Антисмысловая терапия

После применения антисмысловых олигонуклеотидов уровень альфа-синуклеина у мышей снизился на 81%.

читать