Что такое циркадные ритмы организма
Циркадные ритмы (циркадианные ритмы)
Циркадные ритмы – это ритмичное и закономерное колебание функций организма человека в течение суток. Наука, специализирующаяся на анализе и исследовании циркадных ритмов, называется «хронобиология».
Мы все являемся частью живой природы. А физиологическое состояние человека (температура тела, давление, соотношение веществ, выработка гормонов), его активность и самочувствие меняется в зависимости от времени суток.
В норме днём наши интеллектуальные возможности находятся на пике, нас переполняет энергия, происходит выработка кортизола, а вечером появляется сонливость и желание отдохнуть. Также примерно 20% генов в организме человека «включаются» и «выключаются» во время одного полного цикла.
Первооткрывателем циркадным ритмов считают французского астронома Жан-Жака де Меро, который в 18 веке путём эксперимента установил, что днём цветы мимозы развёрнуты к солнцу, а ночью – опущены вниз. На основе данного опыта учёный установил, что ритм этого процесса и у человека задается снаружи, а не внутри.
Как работает циркадный ритм
Главным спусковым элементом биологических часов является супрахиазматическое ядро гипоталамуса (СХЯ). Когда происходит смена света на темноту, зрительные нервы дают ему сигнал на выделение мелатонина – главного гормона сна.
С 12 ночи концентрация мелатонина начинает постепенно увеличиваться при условии, что на зрительный анализатор не попадает ни единый луч света. К 4 утра мы получаем пик синтеза гормона. Когда солнце начинает всходить, он начинает падать.
На мелатонин в нашем организме возложена ответственная роль, он:
— Является одним из главных антиоксидантов;
— Способствует включению механизмов клеточного апоптоза при клеточном мутировании;
— Участвует в нейрорегуляции;
— Моделирует активность репродуктивной системы;
— Ослабляет эмоциональную реактивность.
Главный плюс биологических часов состоит в том, что при нормальной работе циркадных ритмов физиология человека подстраивается под изменения окружающей среды. Утром увеличивается метаболизм, мышечная масса, температура тела, так организм готовится к своей основной активности. А ночью происходит восстановление метаболических путей, поврежденных участков ткани и клеток, создается запас энергии. Циркадные ритмы дают человеку огромное селективное преимущество в борьбе за существование.
Циркадный ритм сна
Помимо вышеперечисленных функций, мелатонин в ночное время активизирует или, наоборот, подавляет работу других гормонов. Например, приостанавливается выработка пролактина, кортизола, гормона роста. Но если зрительный нерв фиксирует хоть малейший проблеск света, то гипоталамус экстренно прекращает выработку мелатонина и все процессы циркадного ритма резко пресекаются. Таким образом, биологические ритмы «включаются» и «выключаются» с помощью света.
Правильнее всего они работают, когда мы ложимся спать до полуночи. Благодаря ночному сну организм человека осуществляет важнейшие процессы:
Спинномозговая жидкость выводит токсичные соединения;
Восстанавливаются миелиновые оболочки, необходимые для передачи сигналов между нейронами;
Возобновляются защитные механизмы.
Нарушения
Игнорирование биологических ритмов нарушает гармонию жизненно важных процессов, что ведёт к таким последствиям:
— Эмоциональная напряженность не ослабляется, что является главным генератором для возникновения стресса.
— Возрастает риск появления нервно-психических расстройств.
— Усиливаются процессы свободно-радикального повреждения.
— Повреждаются клеточные мембраны.
— Снижается уровень лептина в плазме, а уровень глюкозы и инсулина увеличивается.
— Происходят сдвиги в эндокринной системе.
Также исследования на грызунах показали, что нарушение генов циркадных ритмов влияет на раннее проявление «старческих» болезней и недугов, снижает эффективность работы иммунной системы и даже уменьшает продолжительность жизни.
Даже после одного дня сбоя биологических часов мы становимся вялыми, нетрудоспособными, чувствуем постоянную усталость и снижение внимания и концентрации. В результате мы просыпаемся уставшими и не готовыми к серьезной интеллектуальной работе.
Восстановление
Чтобы «завести» внутренние часы заново, важно соблюдать следующие правила:
— Ложитесь спать до 23:00;
— Помещение для сна должно быть проветриваемое, а воздух – увлажнённым;
— Подушка должна быть анатомическая и без натуральных, вызывающих аллергию компонентов;
— Жесткость ортопедического матраса должна быть средней;
— Исключите активность в ночное время суток (работа, прогулки, чтение, просмотр фильмов);
— Чтобы полностью перекрыть световое загрязнение, важно приобрести плотные шторы;
— Ужин должен быть легким и за 3 часа до сна, так как желудочно-кишечный тракт вырабатывает наибольшее количество сока и ферментов именно в первой половине дня. Пренебрежение этим правилом приведёт к затруднению переваривания и риску возникновения запоров, вздутию и тошноте;
— Во второй половине дня выбирайте напитки, не содержащие кофеин.
Если вы соблюдаете все правила, но бессонница все равно мучает вас, то возможно, вам стоит обратиться к специалисту сомнологу или врачу антивозрастной медицины.
Для диагностики качества сна используется метод пульсометрии, а при более серьезных случаях – полисомнографии.
Что такое циркадные ритмы организма
takiedela.ru
Мелатониновое безумие: как ночное освещение вызывает рак и преждевременное старение
Рано ложиться спать, не смотреть перед сном телевизор, не валяться в кровати со смартфоном — эти советы не отличаются ни оригинальностью, ни новизной. Но какая разница, когда ложиться спать, если высыпаешься? Что опасного в просмотре ленты соцсети перед сном? И как это все связано с развитием рака?
На международном онкологическом форуме «Белые ночи» ученые представили результаты многолетних исследований о том, как организм человека реагирует на свет и темноту и могут ли они влиять на возникновение, развитие и лечение онкозаболеваний.
Что такое циркадные ритмы и при чем тут мелатонин
Если представить организм человека как завод, то все процессы в нем, как на хорошо отлаженном производстве, повторяются изо дня в день. Биологические процессы идут с разной степенью интенсивности днем и ночью, и их суточные колебания называются циркадным ритмом.
Самый важный фактор этих ритмов — свет. Причем любой, как солнца, так и лампочки или экрана смартфона. Он приспосабливает внутреннее время «биологических часов» ко внешним обстоятельствам. Так, человек смотрит на источник света, и сигнал через сетчатку глаза доходит до гипоталамуса, который принимает решение — координировать работу организма в «дневном режиме». Главным регулятором этих процессов в организме считается гормон мелатонин.
Долгое время считалось, что за производство гормона мелатонина отвечает эндокринная система. Однако, как объясняет профессор Игорь Кветной, специалист в области молекулярной медицины и нейроиммуноэндокринологии, эксперименты показали, что мелатонин есть и у крыс, у которых удалили часть эндокринной железы. В 1974 году он открыл, что мелатонин может продуцироваться не только в эндокринной системе. Сейчас мелатонин — первый известный науке гормон, который продуцируется в эндокринной, нервной и иммунной системах организма.
Мелатонин отвечает за сон, работу головного мозга и пищеварительного тракта, делает иммунную систему эффективнее, замедляет процессы старения и блокирует развитие злокачественных опухолей.
Почему у нас всех нарушены циркадные ритмы и чем это грозит
Плохие новости в том, что есть много факторов, которые нарушают циркадные ритмы, и уберечься от них полностью невозможно. В их числе — джетлаг, длинные выходные, недосып или бессонница, депрессия. Сюда же относятся ситуации, когда человек долго находится в ярко освещенном помещении ночью, например, во время ночной смены на работе. Кроме того, есть естественный фактор — старение, и географический, например, белые ночи.
Свет понижает синтез ферментов, участвующих в выработке мелатонина, поясняет французский хронобиолог, профессор Иван Туиту (Yvan Touitou). Самый неприятный свет для этого процесса — синий, который исходит от смартфона, компьютера или телевизора.
СВЕТОВОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ ПОДВЕРЖЕНЫ 62% НАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ
Нарушение выработки мелатонина приводит к нарушениям сна. Это, в свою очередь, увеличивает риск ожирения, нарушения выработки инсулина и, как следствие, диабета второго типа, сердечно-сосудистых заболеваний и рака.
При этом «световое загрязнение» — избыточное искусственное освещение в вечернее и ночное время — затрагивает 62% населения Земли, замечает заведующий отделом канцерогенеза и онкогеронтологии Национального центра онкологии имени Н. Н. Петрова Владимир Анисимов. Исследователь Итай Клог наложил на карту светового загрязнения Израиля карту заболеваемости раком груди и раком простаты, и оказалось, что чем более освещены места, тем выше число заболеваний. Это же показали данные по 164 странам. Во всем мире, по разным данным, 15—25% населения работают ночью или посменно, а в промышленных странах этот показатель может достигать 75%.
«Среда, в которой мы живем, может быть серьезно изменена ночным освещением, воздействием света ночью. Является ли это вопросом общественного здравоохранения? Может быть, — считает профессор Туиту. — Много людей работает по ночам, многие подростки пользуются компьютерами, планшетами, разными гаджетами, которые светятся синим светом, а по ночам этот синий свет вызывает десинхронизацию. Ночной свет вызывает и рак, но пока неизвестно, при какой степени подверженности ночному свету он может развиваться, и [неизвестно], до какой степени мы чувствительны к ночному свету. Так что это новый фактор загрязнения окружающей среды и новый риск для нашей цивилизации».
Что показали эксперименты на животных
Нарушение циркадных ритмов влияет как на заболеваемость раком, так и на развитие опухолей: это показали 45 из 56 исследований на животных. В качестве примера может служить опыт, который Анисимов поставил с коллегой в Петрозаводске в 2009 году.
Ученые взяли 1001 крысу и поместили их в четыре комнаты. В первой комнате крысы жили при естественном освещении: там никогда не зажигали свет и не закрывали окна, при этом рядом был освещенный вокзал — то есть крысы находились в тех же условиях, что и человек в большом городе. Во второй комнате круглые сутки горел люминесцентный свет, в третьей комнате же двенадцать часов горел свет, двенадцать — было темно. В четвертой комнате крысы круглосуточно находились в полной темноте.
К концу исследования меньше всего патологий было у животных, живших в полной темноте, а больше всего — у крыс, живших при постоянном и естественном освещении. К концу эксперимента треть крыс из второй и третьей комнат весили по килограмму. У них было ожирение и повышенный уровень холестерина, у них раньше наступили процессы старения и чаще возникали спонтанные опухоли.
При этом оказалось, что полное пребывание в темноте тормозит развитие опухолей — как появляющихся сами по себе, так и искусственно индуцированных учеными. Это показали несколько экспериментов на крысах, мышах и хомячках при разных видах рака.
Сотрудница французского госпиталя Поль-Бруссе Элизабет Филлипски в 2009 году представила исследование на мышах. Она смоделировала для них условия, схожие с джетлагом: каждые два дня их световой день сдвигался на восемь часов, что вызвало у мышей рост опухолей. Замедлить этот процесс удалось, сохраняя привычное время кормления.
Что чувствуют люди с нарушенным циркадным ритмом
Международное агентство по исследованию рака в 2007 году признало, что достаточно доказательств на экспериментальных животных о том, что свет ночью имеет канцерогенное воздействие — а значит, посменная работа, нарушающая циркадные ритмы, вероятно, так же канцерогенна для человека.
«Мы не очень уверены в том, что это 100%-ная зависимость, но вероятность есть, — подчеркивает Туиту. — Такие исследования проводились на группе работников, занятых по ночам, и практически подтвердились: развивались факторы, которые могли привести к раку».
В 2001 и 2003 годах ученый Ева Шернхаммер из Медицинской школы Гарварда изучала данные о здоровье медсестер, работавших посменно. Исследование, в котором участвовали 79 тысяч женщин, показало, что у медсестер, работающих посменно, увеличен риск рака груди (РМЖ), причем чем больше был их стаж, тем выше был риск. У женщин, проработавших более 30 лет по сменам, риск РМЖ был выше в 1,36 раза по сравнению с медсестрами, работавшими по обычному графику.
Повышенный риск развития рака показывали и другие большие исследования по этим данным в Норвегии, Дании и США: у стюардесс, работающих в ночные смены, повышен риск рака молочной железы и злокачественных лимфом, а у пилотов — рака простаты; у рабочих, которые на протяжении 15 лет выходили на ночные смены минимум три раза в месяц, повышен риск рака толстой и прямой кишки; у женщин, 20 лет работавших посменно, увеличен риск рака эндометрия.
Зависит ли рак от посменной работы?
«Есть взаимодействие между подавлением выработки мелатонина светом и воздействием мелатонина на гонады (половые железы. — Прим. ТД), — поясняет Туиту. — Идет нарушение сна и недосыпание по два-четыре часа ночью, в связи с этим появляются изменения эндокринной системы, и от этих изменений, в свою очередь, возникают те виды рака, которые зависят от гормональной системы человека».
Кроме посменной работы, добавляет Анисимов, есть исследования о других последствиях нарушения выработки мелатонина для человека. Так, яркий свет в спальне увеличивает риск рака молочной железы в 1,4 раза. Женщины, у которых раз в неделю бывает бессонница, в 1,14 раза больше подвержены риску заболеть раком молочной железы, а если бессонница наблюдается больше четырех раз в неделю, то этот риск вырастает до 2,3 раза.
Как лечат нарушение циркадных ритмов
Анисимов дал следующие рекомендации, чтобы устранить циркадные нарушения ритма:
Циркадные ритмы в борьбе с раком
Темнота способна не только восстановить нарушенный циркадный ритм, но и сдерживать рост и развитие раковых опухолей, добавляет Анисимов. В 70—80-х годах в Алма-Атинском институте онкологии его коллега, доктор Кураласов, успешно доказал, что пребывание крыс в полной темноте замедляло рост прививаемого рака молочной железы и усиливало противоопухолевый эффект ряда препаратов.
Ученый повторил этот эксперимент: он погрузил в полную темноту пациенток, больных раком молочной железы. По итогам эксперимента выяснилось, что у 78,6% «темновых» пациенток была полная или значительная регрессия опухоли, что почти в два раза больше, чем у больных, лечившихся в обычных условиях (32,4%). К сожалению, добавил Анисимов, пациенткам не нравилось сидеть в темноте, и эксперимент прекратили.
Кроме этого, знания суточных ритмов могут помочь в лечении уже развившихся опухолей. На конференции старший научный сотрудник лаборатории канцерогенеза и старения НИИ онкологии им. Н. Н. Петрова Андрей Панченко представил исследование, показывающее анализ связи часовых генов и развития опухоли. Он предполагает, что у злокачественной опухоли есть определенный ритм суточной активности, и это может оказаться важным при химиотерапии: «Это позволит улучшить суточные ритмы лечения и снизить токсичность за счет того, что меньшие дозы [терапии] будут давать в то время, когда опухоль наиболее чувствительна к ним».
Несмотря на перспективность исследований мелатонина в борьбе с раком и старением — это не панацея, резюмирует профессор Кветной. «Есть такой термин, melanin madness, “мелатониновое сумасшествие”, — говорит он. — Не надо грешить мелатонином как лекарством и точно так же нельзя мелатонин рассматривать в качестве уникального маркера для различного вида заболеваний. Мелатонин — несомненно, важная и полезная молекула, но его нужно принимать как один из тысячи гормонов и активных веществ, которые продуцируются в организме».
Нейромодуляция и циркадные ритмы
Большинство организмов, включая людей, ежедневно демоснтрируют ритмы своей биологической активности, физиологических функций и гомеостатических механизмов, таких как регенерация клеток, производство гормонов, сердечный выброс, кровяное давление, распределение кровотока и температура тела. Физиологическая система, ответственная за эти ритмы, известна как циркадная система.
При исследовании людей в возрасте 50-70 лет оказалось, что высокий уровень кортизола в слюне, по-видимому, был связан с плохими характеристиками функционирования когнитивной сферы в широком диапазоне когнитивных, включая речь, устное обучение, скорость обработки, память и координацию движения глазных яблок.
В целом, циркадная модуляция нескольких нейронных сетей и структур как на микроскопическом, так и на функциональном уровнях может глубоко влиять на когнитивное поведение, реакцию активации и производительность в течение дня. Несмотря на явно потенциальное воздействие, время суток редко рассматривается при исследовании реакций мозга и когнитивных функций. На самом деле, чтобы минимизировать возможные ошибки, связанные с циркадианными эффектами, некоторые нейрофизиологические исследования проводятся с оценками и / или вмешательствами, выполняемыми в одно и то же время суток. Тем не менее, в этих проектах не рассматривается другой важный фактор, который может сильно влиять на достоверность собранных данных, в частности, речьт идет о межиндивидуальной изменчивости биологических часов. Хронотип влияет на организацию физиологических функций, поведения и когнитивных функций в течение дня. Учитывая различия в циркадной ритмичности между хронотипами, конкретные индивидуальные изменения прирешении задачи, вероятно, будут возникать как функция от времени суток. Другими словами, это означает, что запланированная задача может не обязательно синхронизироваться с наиболее оптимальным моментом дня для каждого человека.
При когнитивной реабилитацией важно учитывать выраженные патологические суточные колебания физиологических и когнитивных функций. Другими словами, эти проблемы могут иметь потенциальные последствия для исследований и клинической практики с точки зрения противоречивости результатов, обусловленных различиями в хронотипах пациента и несоответствующими сроками оценки состояния больных или используемых методов лечения.
Подход, основанный на самонаблюдениях пациентов, касающейся личной хронобиологии, рекомендуется в контексте современной передовой когнитивной реабилитации, в частности, когда применяются методы нейромодуляции для достижения оптимальной пластичности нейронов.
Данные из нейрофизиологической и нейропсихологической литературы показывают, что когнитивные способности варьируют в зависимости от циркадных процессов, что может привести к расхождению при достижении оптимальных когнитивных характеристик и временем диагностических оценок или реабилитационных вмешательств, запланированных в течени дня. Таким образом, когнитивные характеристики могут выглядеть улучшенными или ослабленными в зависимости от того, когда они будут измерены.
Уменьшение светового дня: как меняются биоритмы человека?
Биоритмы или циркадные ритмы – циклические колебания биологических процессов, которые протекают в организме и связаны со сменой дня и ночи. Это важный механизм приспособления, который помогает адаптироваться в окружающей среде. Но как работают биоритмы человека и как они меняются в зависимости от времени года?
Что нужно знать о циркадных ритмах?
Основная задача биоритмов – помощь в реализации своей генетической программы: поиск пищи в наиболее подходящих условиях, своевременное восстановление сил, подготовка к изменениям погоды и времен года.
Организм человека подчиняется биоритмам, причем некоторые из них короткие по периодичности: дыхание, сердечные сокращения. Существуют и долгосрочные, например, подготовка к спячке, перелет птиц, а у человека — менструальный цикл у женщин и др.
Циркадные ритмы связаны с вращением Земли, сменой дня, и они отвечают за многие аспекты жизни. Например, в некоторые дневные часы отмечается лучшая работоспособность, в другие — легче справляться с физической нагрузкой и она даст лучший результат.
Для примера, самая низкая точка концентрации внимания достигается ранним утром, поэтому так много ДТП в промежуток между 3-5 часами утра, причем это не зависит от уровня бодрости водителей и других показателей. Кстати, умственная работоспособность также практически на нуле, поэтому нет смысла засиживаться за работой или учебной до раннего утра.
Главный дирижер биоритмов
Существует так называемые молекулярные часы, совпадающие с природными сутками, но и есть и главный дирижер, который контролирует все процессы. Если естественный период молекулярных часов не совпадает с природными сутками, то именно супрахиазматическое ядро под влиянием световых сигналов извне дает общие команды и синхронизирует эту работу.
Центральные «часы» – это скопление тысяч нейронов и замкнутая система, на выходе которой получаются электрические импульсы. Полученные сигналы из сетчатки глаза о световом дне усиливают эти импульсы или же, наоборот, ослабевают.
Но у незрячих людей эти часы также работают, но четкого периода дня и ночи не возникает.
Импульсы, которые вырабатывают центральные части (ядро, находящееся в гипоталамусе), отправляет сигнал в другие отделы нервной системы, в том числе, и в спинной мозг. Оттуда этот сигнал передается в периферические органы.
Эпифиз или шишковидная железа под действием этого сигнала вырабатывает гормон – мелатонин, являющийся стабилизатором суточных ритмов, и способствующий сну. Поэтому его назначают как снотворное, а также средство, которое поможет смягчить или избавиться от джетлага – сдвига циркадных ритмов, возникающего при резкой перемене часовых поясов, когда разница составляет более 4-8 часов.
Мелатонин и серотонин
Мелатонин вырабатывается из серотонина в темное время суток. Это продуманная система, ведь когда нужно спать, нервное возбуждение излишне, и не поможет полноценному отдыху. Но если человек постоянно засиживается на свету за полночь, то организм лишается положенного мелатонина. Отсюда и формируются соответствующие проблемы.
Но есть и обратная сторона, если мы большую часть времени проводим в темноте, то гормон счастья вырабатывается в меньших количествах, и это лишает положительных эмоций, снижает активность мозга в целом. Нередко развиваются депрессия и ей подобные состояния. Лучший пример – осенняя хандра, ранее этому состоянию не уделяли внимания, но последние исследования изменили ситуацию.
Относительно недавно в медицинском мире появился термин – сезонная депрессия, обоснованная снижением продолжительности светового дня. Большой интерес к проблеме обоснован тем, что в странах, где длительность светового дня не совпадает с активным периодом человека, среди населения высокая распространенность депрессивных состояний с суицидальными наклонностями.
Уменьшение светового дня и биоритмы
На цикл сна и бодрствования воздействует 2 фактора: солнечный свет и выработка мелатонина. Поэтому, чем выше интенсивность солнечного света, тем активнее ведут себя наши внутренние часы. Человек ощущает себя бодрым, полным сил и готовым на любые свершения.
В пасмурный день многие ощущают сонливость, даже говорят «сонная погода». Но даже через тучи пробивается солнечный свет, и его достаточно, чтобы воздействовать на центры сна и бодрствования.
Мелатонин вырабатывается между 21-22 часами, когда на улице уже темно, и сигнализирует организму о том, что наступает ночь и нужно ложиться спать. Так мозг переключается на ночной режим, замедляется работа организма и обменных процессов. Но, с возрастом, а также при наличии других факторов, выработка мелатонина снижается.
Влияет на этот фактор, во-первых, возраст, поэтому некоторые люди начинают испытывать проблемы со сном. Во-вторых, действуют другие факторы: использование гаджетов в постели, наличие в спальне источников света, которые вмешиваются в эти процессы. В третьих, на эти слаженные процессы влияет и время года, погодные условия, и особенности региона проживания, например, белые ночи и др.
С наступлением зимы у большинства людей биологические ритмы смещаются – вслед за восходом солнца. Активное время для продуктивного дня смещается в первую его половину, а когда наступают сумерки, активность снижается. Появляется сонливость и снижение работоспособности. Однако, этого достаточно, чтобы продолжать заниматься делами.
При уменьшении светового дня и формировании депрессии, в крови увеличивается концентрация кортизола – гормона, который вырабатывается надпочечниками, и способен угнетать работу иммунной системы. А это неминуемо ведет к повышенной восприимчивости к инфекционным и другим заболеваниям. Поэтому существует мнение, что короткий световой день – причина вспышек респираторных инфекций в зимнее время года.
Такие изменения объясняются физиологическими изменениями, хоть и предрасполагают к болезням. Однако контролировать этот процесс можно, да и противостоять ОРВИ и гриппу не так сложно, как кажется: активный образ жизни, витаминотерапия, полноценное питание – факторы, которые помогут поддерживать нормальный режим дня и предотвратить болезни.
Будьте здоровы! Питайтесь полноценно и занимайтесь спортом!