Биологические ритмы

Интересно, что у животных, из генома которых генно-инженерными  методами исследователи удалили  один из часовых генов Пер 2, спонтанно  развиваются опухоли крови - лимфомы. 
 
СВЕТОВОЙ ДЕНЬ И БИОРИТМЫ

Циркадные ритмы "придуманы" природой, чтобы приспособить организм к чередованию светлого и темного  времени суток и поэтому не могут не быть связаны с восприятием  света. Информация о световом дне  поступает в супрахиазматическое  ядро из светочувствительной оболочки (сетчатки) глаза. Световая информация от фоторецепторов сетчатки, палочек  и колбочек по окончаниям ганглионарных  клеток передается в супрахиазматическое  ядро. Ганглионарные клетки не просто передают информацию в виде нервного импульса, они синтезируют светочувствительный  фермент - меланопсин. Поэтому даже в условиях, когда палочки и  колбочки не функционируют (например, при врожденной слепоте), эти клетки способны воспринимать световую, но не зрительную информацию и передавать ее в супрахиазматическое ядро.

Можно подумать, что в полной темноте никакой циркадной активности у супрахиазматического ядра наблюдаться  не должно. Но это совсем не так: даже в отсутствие световой информации суточный цикл остается стабильным - изменяется лишь его продолжительность. В случае когда информация о свете в  супрахиазматическое ядро не поступает, циркадный период у человека по сравнению  с астрономическими сутками удлиняется. Чтобы доказать это, в 1962 году "отец хронобиологии" профессор Юрген  Ашофф, о котором шла речь выше, на несколько дней поместил в абсолютно  темную квартиру двух волонтеров - своих  сыновей. Оказалось, что циклы "бодрствование - сон" после помещения людей  в темноту растянулись на полчаса. Сон в полной темноте становится фрагментар ным, поверхностным, в нем  доминирует медленноволновая фаза. Человек  перестает ощущать сон как  глубокое отключение, он как бы грезит наяву. Через 12 лет француз Мишель Сиффрэ повторил эти эксперимен ты на себе и пришел к аналогичным  результатам. Интересно, что у ночных животных цикл в темноте, наоборот, сокращается и составляет 23,4 часа. Смысл таких сдвигов в циркадных  ритмах до сих пор не вполне ясен.

Изменение длительности светового  дня влияет на активность супрахиазматического ядра. Если животных, которых в течение  нескольких недель содержали в стабильном режиме (12 часов при свете и 12 часов  в темноте), затем помещали в другие световые циклы (например, 18 часов при  свете и 6 часов в темноте), у  них происходило нарушение периодичности  активного бодрствования и сна. Подобное происходит и с человеком, когда изменяется освещенность.

Цикл "сон - бодрствование" у диких животных полностью совпадает  с периодами светового дня. В  современном человеческом обществе "24/7" (24 часа в сутках, 7 дней в  неделе) несоответствие биологических  ритмов реальному суточному циклу  приводит к "циркадным стрессам", которые, в свою очередь, могут служить  причиной развития многих заболеваний, включая депрессии, бессонницу, патологию  сердечно-сосудистой системы и рак. Существует даже такое понятие, как  сезонная аффективная болезнь - сезонная депрессия, связанная с уменьшением  продолжительности светового дня  зимой. Известно, что в северных странах, например в Скандинавии, где несоответствие длительно сти светового дня  активному периоду особенно ощутимо, среди населения очень велика частота депрессий и суицидов.

При сезонной депрессии в  крови больного повышается уровень  основного гормона надпочечников - кортизола, который сильно угнетает иммунную систему. А сниженный иммунитет  неминуемо ведет к повышенной восприимчивости к инфекционным болезням. Так что не исключено, что  короткий световой день - одна из причин всплеска заболеваемости вирусными  инфекциями в зимний период. 
 
СУТОЧНЫЕ РИТМЫ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

На сегодняшний день установлено, что именно супрахиазматическое  ядро посылает сигналы в центры мозга, ответственные за циклическую выработку  гормонов-регуляторов суточной активности организма. Одним из таких регуляторных центров служит паравентрикулярное ядро гипоталамуса, откуда сигнал о "запуске" синтеза гормона роста или  АКТГ передается в гипофиз. Так что  супрахиазматическое ядро можно  назвать "дирижером" циркадной  активности организма. Но и другие клетки подчиняются своим циркадным  ритмам. Известно, что в клетках  сердца, печени, легких, поджелудочной  железы, почек, мышечной и соединительной тканей работают часовые гены. Деятельность этих периферических систем подчинена  своим собственным суточным ритмам, которые в целом совпадают  с цикличностью супрахиазматического ядра, но сдвинуты во времени. Вопрос о  том, каким образом "дирижер циркадного оркестра" управляет функционированием "оркестрантов", остается ключевой проблемой современной хронобиологии.

Циклично функционирующие  органы довольно легко вывести из-под  контроля супрахиазмати ческого  ядра. В 2000-2004 годах вышла серия  сенсационных работ швейцарской  и американской исследовательских  групп, руководимых Юли Шиблером и Майклом Менакером. В экспериментах, проведенных учеными, ночных грызунов кормили только в светлое время  суток. Для мышей это так же противоестественн о, как для человека, которому давали бы возможность есть только ночью. В результате циркадная активность часовых генов во внутренних органах животных постепенно перестраивал ась полностью и переставала совпадать с циркадной ритмикой супрахиазматического ядра. Возвращение же к нормальным синхронным биоритмам происходило сразу после начала их кормления в обычное для них время бодрствования, то есть ночное время суток. Механизмы этого феномена пока неизвестны. Но одно ясно точно: вывести все тело из-под контроля супрахиазматического ядра просто - надо лишь кардинально изменить режим питания, начав обедать по ночам. Поэтому строгий режим приема пищи не пустой звук. Особенно важно следовать ему в детстве, поскольку биологические часы "заводятся" в самом раннем возрасте.

Сердце, как и все внутренние органы, тоже обладает собственной  циркадной активностью. В искусственных  условиях оно проявляет значительные циркадные колебания, что выражается в циклическом изменении его  сократительной функции и уровня потребления кислорода. Биоритмы сердца совпадают с активностью "сердечных" часовых генов. В гипертрофированном сердце (в котором мышечная масса  увеличена из-за разрастания клеток) колебания активности сердца и "сердечных" часовых генов исчезают. Поэтому  не исключено и обратное: сбой в  суточной активности клеток сердца может  вызвать его гипертрофию с  последующим развитием сердечной  недостаточности. Так что нарушения  режима дня и питания с большой  вероятностью могут быть причиной сердечной  патологии.

Суточным ритмам подчинены  не только эндокринная система и  внутренние органы, жизнедеятельность  клеток в периферических тканях тоже идет по специфической циркадной  программе. Эта область исследований только начинает развиваться, но уже  накоплены интересные данные. Так, в  клетках внутренних органов грызунов синтез новых молекул ДНК преимущественно  приходится на начало циркадной ночи, то есть на утро, а деление клеток активно начинается в начале циркадного дня, то есть вечером. Циклически меняется интенсивность роста клеток слизистой  оболочки рта человека. Что особенно важно, согласно суточным ритмам меняется и активность белков, отвечающих за размножение клеток, например топоизомеразы II a - белка, который часто служит "мишенью" действия химиотерапевтических препаратов. Данный факт имеет исключительное значение для лечения злокачественных  опухолей. Как показывают клинические  наблюдения, проведение химиотерапии в циркадный период, соответствующий  пику выработки топоизомеразы, намного  эффективнее, чем однократное или  постоянное введение химиопрепаратов  в произвольное время.

Ни у кого из ученых не вызывает сомнения, что циркадные  ритмы - один из основополагающих биологических  механизмов, благодаря которому за миллионы лет эволюции все обитатели  Земли приспособились к световому  суточному циклу. Хотя человек и  является высокоприспособленным существом, что и позволило ему стать  самым многочисленным видом среди  млекопитающих, цивилизация неизбежно  разрушает его биологический  ритм. И в то время как растения и животные следуют природной  циркадной ритмике, человеку приходится намного сложнее. Циркадные стрессы - неотъемлемая черта нашего времени, противостоять им крайне непросто. Однако в наших силах бережно  относиться к "биологическим часам" здоровья, четко следуя режиму сна, бодрствования и питания. 
Доктор медицинских наук В. ГРИНЕВИЧ.