Биологический ритм человека: что это, влияние циркадных ритмов на обучение — как эффективно учиться, зная свой хронотип

что это, влияние циркадных ритмов на обучение — как эффективно учиться, зная свой хронотип

Что такое биоритмы 

Биоритмы — это не какое-то мистическое понятие вроде астрологии или веры в приметы. Это неотъемлемое свойство всего живого. У каждого организма есть свои циклы, которые помогают ему чередовать фазы активности и восстановления. Человек — не исключение. От соблюдения биоритмов зависит его способность учиться и работать быстрее и эффективнее, принимать решения, чувствовать радость. 

Биологические ритмы (биоритмы) — это периодические изменения интенсивности и характера биологических процессов, которые сами поддерживаются и воспроизводятся в любых условиях.

Биоритмы бывают разные — от полуторачасовых до годовых. Более всего на работоспособность организма влияют суточные или циркадные ритмы. Их исследовал французский астроном Жан-Жак де Меран в 1729 году, когда заметил ежедневное движение листьев мимозы. Он предположил, что у растения есть свой механизм, подобный циклу сна и бодрствования у человека.

С тех пор циркадные ритмы подвергались тщательному изучению: учёные скрещивали растения, исследуя гены, которые формируют суточный ритм, анализировали поведение животных, ставили эксперименты с участием людей. 

В 2017 году учёные Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм, что ещё раз подчеркнуло значимость изучения биоритмов.  

Приведём лишь несколько научных фактов о биологических ритмах, важных для нашей темы:

• Особенности циркадных ритмов определяются наследственностью и передаются на генетическом уровне.
• Свет — наиболее эффективный сигнал, поддерживающий баланс суточных ритмов. Специальные клетки сетчатки глаза человека, реагируя на свет, посылают сигнал напрямую в супрахиазматическое ядро — центр контроля циркадных ритмов в организме человека.
• Даже при отсутствии естественного света циркадные циклы в организме человека сохраняются. В ходе эксперимента, где люди были изолированы от естественного света и часов, у них вырабатывался 25-часовой циркадный ритм. 
• Использование искусственного света увеличивает циркадный ритм. В том самом эксперименте переход на 25-часовой суточный режим был связан с тем, что люди по своему усмотрению могли пользоваться искусственным светом. В скорректированном виде циркадный ритм составил 24 часа 11 минут.
  

Что происходит при нарушении циркадных ритмов 

При частой смене часовых поясов и, как следствие, режима дня, может возникнуть джетлаг — «рассогласование» циркадных ритмов. Джетлаг сопровождается бессонницей, апатией, усталостью, пониженным настроением. 

К другим расстройствам, связанным с суточными ритмами, относятся так называемая «бессонница выходного дня», синдром задержки или опережения фазы сна, нерегулярный ритм сна и бодрствования. Каждое из этих нарушений сна способно подорвать психическое равновесие и работоспособность.  

<<Форма демодоступа>>

Влияние биоритмов на работоспособность и успеваемость 

Индивидуальные особенности суточных биоритмов называют хронотипом человека. Мы знаем о трёх хронотипах: совы, жаворонки и голуби. А учёные выделяют целых семь хронотипов, но для удобства они объединены в эти три группы.

• Ранний хронотип — жаворонки — предпочитают ранний подъём. Легко просыпаются, наиболее активны и работоспособны по утрам, но быстро утомляются к вечеру, сонливость наступает уже в 20–22. Плохо адаптируются к изменению распорядка дня.
• Средний хронотип — голуби — пробуждаются рано, клевать носом начинают с 22 до 24. Пики активности у них наблюдаются с 10 до 12 и с 16 до 18, а в обеденное время работоспособность падает.
• Поздний хронотип — совы — ложатся спать после 24 часов. Наиболее активны в вечернее и ночное время, с утра у них плохая работоспособность.
  

Изменение эффективности у разных хронотипов связано с изменением уровня гормонов — серотонина, мелатонина и кортизола. Так, уровень мелатонина у жаворонков к вечеру падает, а у сов, наоборот, находится на пике.

Хронотип и успехи в школе

Жаворонкам и голубям живётся проще в современном городском ритме. Совам по утрам трудно быть концентрированными, вникать в новый материал и быстро реагировать на изменения. В то же время этому хронотипу проще работать с объёмными домашними заданиями: к вечеру их работоспособность достигает пика, тогда как жаворонки и голуби уже начинают спать на ходу. 

Однако, по словам учёных, ярко выраженный хронотип имеется всего у 20% людей. Остальные находятся как бы на стыке и при необходимости могут скорректировать свои биологические часы в нужную сторону.

Кроме того, многие люди, особенно школьники и студенты, ошибочно причисляют себя к совам. Зачастую отсутствие бодрости по утрам связано с недостаточным количеством сна, а вечерняя бодрость и бессонница до полуночи — с активным использованием ноутбуков и телефонов вечером. Яркий экран и постоянный поток информации мешают мозгу настроиться на плавный отход ко сну.

Хронотипы и обучение в онлайн-школе

Обучение в домашней школе «Фоксфорда» одинаково комфортно для всех «птичек». И вот почему:

• Меньшее количество учебных часов, чем в обычной школе. Сравниваем: пятиклассник в домашней школе «Фоксфорда» тратит в неделю 14 часов на вебинары и пять — на самостоятельные занятия. В обычной школе нагрузка порядка 24–25 часов в неделю. При этом выполнять домашние задания представитель каждого хронотипа может в наиболее продуктивное для себя время, подстраиваясь под свои биологические часы.
• Больше свободного времени по утрам. Сборы в школу и дорога до неё — это полтора-два часа бесценного времени. Именно их не хватает совам, чтобы выспаться, а жаворонок может потратить утренние часы на самостоятельное изучение материала вместо тряски в автобусе или метро. Занятия начинаются не раньше 10 утра по московскому времени — можно полноценно выспаться, позавтракать и настроиться на учёбу. 
• Возможность сосредоточиться. На онлайн-занятиях школьник находится дома, и раздражающие факторы в виде шума назойливых соседей по классу, холода, яркого или, наоборот, тусклого света, которые ещё больше снижают уровень концентрации сов по утрам, отсутствуют. Можно создать идеальные условия для учёбы дома и полностью погрузиться в материал.
• Запись занятий. Все онлайн-занятия доступны в записи: сова, например, может дополнительно посмотреть вечером тему, которая трудно далась утром, а жаворонок — освежить знания с утра.
• Привычка планировать. Большее количество свободного времени и занятия для самостоятельного изучения дают возможность выстраивать жизнь исходя из своих биоритмов. Понимание, как эффективно учиться в школе, используя особенности своего организма, поможет и во взрослой жизни. 

Как применить знания о хронотипах: советы школьникам 

Эти рекомендации помогут поддерживать в порядке циркадные ритмы организма и избегать нарушений сна:

• Подстраивайтесь под солнечный свет. Попробуйте не задёргивать шторы плотно на ночь, чтобы утром солнечный свет помогал организму проснуться и настроить свои биологические часы. А также старайтесь чаще бывать на свежем воздухе в течение дня.
• Не злоупотребляйте искусственным освещением. Конечно, совсем от него отказаться не получится, но попытайтесь хотя бы свести его к минимуму по вечерам. В книге «Найди время. Как фокусироваться на главном» Джейк Кнапп, ведущий разработчик Google, рассказывает, как ему помогает засыпать  «искусственный закат»: за полтора-два часа до отхода ко сну он постепенно уменьшает интенсивность света в доме, а за час до сна прекращает пользоваться гаджетами, чтобы дать глазам и мозгу отдохнуть. Воспользуйтесь этим советом для настройки собственных биочасов.
• Ложитесь спать и вставайте в одно и то же время. Привычка отсыпаться до обеда в субботу или воскресенье никак не поможет накопить запас сна на всю неделю, а вот сбить циркадные ритмы в организме может. Вставать в выходные позже можно, но не более чем на полтора-два часа. Это правило поможет сохранить работоспособность на высоком уровне и после выходных.

Знание сильных и слабых сторон своего хронотипа помогает учиться быстрее и эффективнее, повышать работоспособность согласно биологическим часам. Нужно соблюдать лишь несколько правил.

Жаворонки

• Не назначайте встречи, занятия с репетитором, важные события на поздний вечер.
• При смене режима или часовых поясов давайте себе дополнительные пару часов для восстановления. 

Голуби

• Учитывайте кратковременный спад активности днём — можно попробовать дневной сон.
• Снизьте количество активных событий вечером. 

Совы

• Повышайте свой уровень энергии по утрам за счёт питательного завтрака, витаминов, утренней зарядки, пробежки или небольшой прогулки.
• Дополнительные занятия или курсы, выполнение творческих работ переносите на ранний вечер. 
• Уменьшайте количество искусственного света и отказывайтесь от использования гаджетов за час до сна, чтобы засыпать раньше.
  

И конечно, строго обязателен для всех «птичек» 8-часовой сон, иначе, вне зависимости от хронотипа, по утрам вы всегда будете несчастной «совой», а по вечерам — измотанным «жаворонком».   

Иллюстрация: Aga Koniuszek / Dribbble

Значение биологических ритмов в жизни человека

• 29 Января 2020 12:01

Количество просмотров: 26515

  Вся наша жизнь подчинена биоритмам – суточным, месячным, годовым. В зависимости от смены времени года, времени суток, меняется и наше самочувствие, и поведение. В большей степени суточным ритмам подвержены растения и животные, биоритмы регулируют практически всю их жизнь. Но люди, точно также имеют «внутренние часы», которые руководят процессами в его организме.

Рассмотрим человеческие биоритмы подробнее по часам. Это природные биологические ритмы человека.

5-6 часов утра. Температура тела постепенно нарастает, уровень мелатонина снижается, выработка же гормонов ответственных за активность повышается: кортизол, адреналин и т.

д. Дышать человек начинает гораздо глубже, давление повышается. Все системы органов приходят в полную боевую готовность, за эти следует первый подъем бодрости. Весь организм находится наготове.

7 утра. Это лучшее время для завтрака. Как раз в это время начинается максимальная активность желудка, еда переваривается гораздо быстрее и с максимальной пользой.

9 утра. В это время наблюдается слабый спад активности. Лучше всего в эти часы решать легкие задачи, не требующие большой концентрации.

10 утра. Это время очень хорошо подходит как для напряженной умственной работы, так и для физических нагрузок. Все системы органов активны, организм работает на максимальном уровне. Это самое лучшее время для принятия витаминов или пищевых добавок, способствующих повышению иммунитета, т.к. в эти часы происходит активизация иммунной системы. Работоспособность повышается, кратковременная память работает на высоком уровне.

12 часов утра. Работоспособность постепенно снижается, глюкоза все меньше попадает в кровь. Это лучшее время для переключения внимания, отдыха и легкого перекуса.

13 часов. Самое время для обеда – в желудке в это время вырабатывается большое количеств желудочного сока.

14 часов. Человеческий организм настроен на работу, это касается как умственной деятельности, так и физической. Все системы органов активно работают, организм начинает очищаться.

15 часов. Работоспособность не меняется, человек спокоен. В это время лучше всего что-то учить, запоминать, т.к. активно работает долгосрочная память.

16-17 часов. Это время лучше всего подходит для похода в баню или в спортзал. Очень хорошее время для занятий физическими нагрузками, т.к. хорошо работает кровообращение. Психическая деятельность также на высоком уровне, но постепенно снижается.

18 часов. Самое время плотно поужинать. Есть после 18 часов не рекомендуется, поскольку ферментативная активность снижается, и пища почти что не усваивается.

19 часов. Организм находится в режиме восстановления. В это время наблюдается пик эмоциональной напряженности, можно немного позаниматься физическими упражнениями. Кровяное давление растет, повышается нервозность, часто наблюдается головная боль.

20 часов. Эмоциональный фон нормализуется, интеллектуальная активность растет. Хорошее время для решения сложных задач, требующих больших затрат энергии и высокой работоспособности мозга.

21 час. Температура тела потихоньку снижается, дыхание замедляется, организм начинает готовиться ко сну.

23 часа. Это самое лучшее время для сна. В противном случае произойдет сбой естественных ритмов организма, может проявиться голод.

24 часа. Пик восстановительной работы в организме, клетки активно обновляются, организму требуется покой.

2-4 часа ночи. В это время наблюдается максимальное расслабление всех систем организма, снижение умственной активности, снижение силы мышц. Сердечный ритм замедлен, дыхание поверхностное, спокойное, температура тела понижена. Единственным активно работающим органом в это время является печень – в это время происходит очищение всего организма, восстановление его клеток. Так называемые «совы», привыкшие эти часы проводить на ногах чаще всего испытывают влияние стрессов, чаще впадают депрессию, у таких людей наблюдаются нервные срывы.

Список органов человеческого организма и их максимальная активность в часах:

Ø печень — с 1 до 3 часов ночи;

Ø легкие — с 3 до 5 часов утра;

Ø толстая кишка — с 5 до 7 часов утра;

Ø желудок — с 7 до 9 часов утра;

Ø селезенка и поджелудочная железа — с 9 до 11 часов утра;

Ø сердце — с 11 до 13 часов дня;

Ø тонкая кишка — с 13 до 15 часов дня;

Ø мочевой пузырь — с 15 до 17 часов дня;

Ø почки — с 17 до 19 часов вечера;

Ø органы кровообращения, половые органы — с 19 до 21 часов вечера;

Ø органы теплообразования — с 21 до 23 часов ночи;

Ø желчный пузырь — с 23 до 1 часу ночи.

При неправильной работе биоритмов, которая возникает в результате ночного образа жизни, злоупотреблении алкоголем, частых перелетах, возникают проблемы со здоровьем: тревожность, ухудшение работы внутренних органов, головные боли. Если биоритмы человека соответствуют природным, то его здоровье от этого только улучшается. К тому же, зная естественные биоритмы человека, можно учитывать их в своих тренировках, питании и умственной деятельности.

Суточные биоритмы: что мы о них знаем?

21 октября 2018

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Начало нового дня. Суточные биоритмы характерны для всего живого на Земле

Знаете ли вы, что суточные биоритмы — или циркадные ритмы — характерны для всего живого на Земле: от грибов до человека?

У всего живого — в том числе и у крошечной бактерии, которую можно рассмотреть только под мощным микроскопом — есть суточные биоритмы: биологический процесс, который занимает приблизительно 24 часа и определяет ритм нашей жизни в целом.

• Почему опасно ломать «биологические часы»
• Почему биоритмы влияют на успешность операций на сердце?
• Британские биологи: полученные днем раны заживают быстрее

А что вы знаете о том, как суточные биоритмы влияют на нас?

1. Суточные биоритмы существуют почти с появления жизни на Земле

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Суточные биоритмы начали формироваться с появлением первой живой клетки на Земле

Считается, что первая живая клетка на Земле в светлое время суток под действием ультрафиолета получила повреждения, а ночью восстановилась. Человеческий организм работает также — ночью, во время сна, запускаются процессы восстановления.

2. Внутренние биологические часы есть не только у человека

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

У мимозы свои биоритмы — цветы открываются и закрываются даже ночью

Считается, что суточные биоритмы есть у всего живого на Земле, что способно вырабатывать энергию под действием солнечного света.

Однако несмотря на связь с внешними стимулами, такими как солнечный свет, циркадные ритмы имеют внутреннее, эндогенное происхождение, представляя, таким образом, биологические часы организма.

Французский ботаник Огюстен Пирам Декандоль еще в 1834 году определил, что период, с которыми мимоза открывает и закрывает листья, короче длины суток и составляет примерно 22-23 часа. То есть листья мимозы открываются в темное время суток.

3. Биологические часы задают ритм нашей жизни

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Даже грибы живут по своим внутренним биологическим часам

Суточные биоритмы позволяют живым существам предвосхищать наступление ночи и дня, зимы и лета и дают нам возможность подготовиться к этим событиям.

4. У вас есть внутренние часы с функцией синхронизации

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Забудьте о времени по Гринвичу. Ваши часы, отражающие суточные биоритмы, точнее и всегда с вами

Ваши главные биологические часы, которые отвечают за процессы синхронизации, находятся в гипоталамусе. Эти часы-синхронизаторы, как дирижер, посылают вам определенные регулирующие сигналы в разное время в течение суток.

5. У вас есть также «периферические часы»

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Внутренние и периферические часы всегда находятся в процессе синхронизации

Все ваши органы и ткани имеют дополнительные — периферические — часы, которые синхронизируются с главными часами в вашем гипоталамусе.

6. Часы есть в каждой клетке

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Каждая клетка имеет свои суточные биоритмы и часы

Каждая клетка вашего организма живет по своим внутренним часам, которые отвечают за изменения, происходящие в клетке в течение каждых 24 часов.

7.

Годичный ритм

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Медведь начинает готовится к зимней спячке задолго до наступления зимы

Когда ночи становятся длиннее, мозг вырабатывает больше мелатонина — гормона, который регулирует состояние сна и бодрствования.

Многие животные — например, олени — реагируют на такие изменения — начиная готовиться к зимней спячке или периоду размножения.

Человеческий организм также реагирует на эти изменения и зимой вырабатывает больше антител для того, чтобы бороться с различными инфекциями, характерными для холодного времени года.

8. Дневной свет помогает вам сохранять режим

Автор фото, EPA

Подпись к фото,

Для здоровья необходимо получать достаточно солнечного света

Если вам не хватает солнечного света, то ваши биологические часы сбиваются с 24-часового ритма.

Сенсоры, которые располагаются в ваших глазах реагируют на свет и темноту и посылают сигнал в мозг, которые отвечают за процессы синхронизации в вашем организме.

9. Пора спать?

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Как мы понимаем, что нам пора спать?

С того момента как вы проснулись, организм начинает готовиться ко сну.

Но вы не засыпаете до того времени, пока ваши биологические часы не скажут вам, что пора спать.

10. Рассинхронизация, или джетлаг

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Организму нужно время, чтобы перевести ваши суточные биологические часы

Джетлаг — рассогласование циркадного ритма человека с природным суточным ритмом.

Мы говорим о «джетлгае», когда ваши биологические часы работают в одном часовом поясе, а другие части тела — печень, кишечник, мозг и мышцы — живет в другом часовом поясе.

Для того, чтобы работа этих часов синхронизировалась нужно приблизительно по дню на каждый часовой пояс. То есть если вы прилетели в город, где разница во времени по сравнению с вашим часовым поясом, составляет три часа, то вам понадобится около трех дней, чтобы ваш организм адаптировался.

11. Социальный «джетлаг»

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Будильник говорит вам «пора просыпаться», а ваш организм говорит «надо еще поспать»

Социальный джетлаг характерен для тех, кто вынужден работать по скользящему графику, или тех, у кого «социальные» и «биологические» часы сильно рассинхронизированы.

Если ваш будильник звонит тогда, когда биологические часы еще не дали сигнал к пробуждению, тогда вы живете в режиме «социального джетлага».

Как свидетельствуют многие исследования, рассогласование «социальных» и «биологических» часов повышает риск возникновения депрессии, заболеваний сердца, диабета, ожирения и даже рака.

12. Дайте подросткам поспать подольше

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Для студента 7:00 — это то же самое что 5:00 для взрослого человека

Гормональные изменения в организме подростка предполагают, что сигнал к пробуждению их биологические часы будут давать как минимум на два часа позже, чем обычно.

Разбудить подростка в 7 часов утра — это то же самое, что разбудить 50-летнего человека в 5 утра.

По мере взросления подростка его биологические часы вернутся к прежнему ритму.

Биологические ритмы человека – что это такое, как их использовать, расчет и совместимость.

13 Февраля 2020

27 Июня 2020

4 минуты

23045

ProWellness

Оглавление

• Основные группы биоритмов
• Совместимость по биоритмам
• Как эффективно использовать биоритмы?

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций.

Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Биологические ритмы человека – что это такое, как их использовать, расчет и совместимость.

В природе все развивается циклично, если присмотреться, можно заметить определенную закономерность во всем. Приливы и отливы, смена времен года, день и ночь – явления, характеризующие их. За общее состояние организма человека отвечают биоритмы, которые запускаются в момент рождения.

Внимание! Временное приспособление всех систем организма к окружающим факторам, способствующее их жизнедеятельности и слаженной работе, называется биологическими ритмами.

Самочувствие и поведение человека меняется от времени суток, смены времен года. Вся жизнь подчинена суточным, месячным и годовым биоритмам. Человек индивидуален, поэтому каждому присущ свой образ жизни, со своим расписанием работы, питания и отдыха. При нарушении биоритмов в результате смены климата или часового пояса организм нуждается в адаптации, которая может длиться до трех дней.

Основные группы биоритмов

Условно их делят на ритмы:

1. Высокой частоты. Продолжительность не превышает получаса. К ним относят частоту дыхания, сокращения сердечной мышцы, биотоки мозга, перистальтику кишечника и скорость биохимических реакций.
2. Средней частоты. Продолжительность от получаса до недели. Сюда входят бодрствование и сон, работа и отдых, процесс обмена веществ, показатели давления, температуры тела и крови, частота деления клеток.
3. Низкой частоты. Недельные, сезонные и лунные периоды. Основные биологические процессы – функционирование эндокринной системы и изменение циклов в половой системе.

Выделяют три основных биоритма:

• физиологический – продолжительность 23 дня;
• эмоциональный – 28 дней;
• интеллектуальный – 33 дня.

Все они имеют одну точку отсчета – момент рождения человека.

Совместимость по биоритмам

Биоритмы совместимости можно рассчитать. Большое значение это имеет при подборе сотрудников, личного секретаря, помощника либо семейного доктора. Это простой способ определить, насколько будет высок процент взаимопонимания при совместной работе. Лучший вариант, когда биоритм одного снижается, а другого, напротив, идет на подъем.

Как эффективно использовать биоритмы?

В приведенной системе координат определите, где находятся ваши биоритмы по отношению к нулю. В таблице приведены все возможные сочетания и рекомендации.

 

Физ.	Эмоц.	Интел.	Что можно делать
+	+	+	Ваши возможности на пике. Показан любой род деятельности.
+	+	-	Активный отдых в кругу семьи или с друзьями.
+	-	+	Интеллектуальная работа в одиночестве. Создайте расслабляющую атмосферу и решайте самые сложные задачи.
+	-	-	Рекомендовано занятие спортом. Посетите тренажерный зал или отправляйтесь в парк на пробежку.
-	+	-	Хорошо выспитесь и проведите день в кругу друзей.
-	+	+	Рекомендовано посещение тренингов, провести совещание или отправиться на собеседование.
-	-	+	Займитесь интеллектуальным трудом в одиночестве.
-	-	-	Ваши способности сейчас на нуле. Посмотрите интересный фильм или почитайте книгу.

 

При нарушении циклических периодов тяжелый труд может привести к серьезным заболеваниям. Изучив характер своих внутренних часов, можно эффективно использовать их для продуктивной деятельности и отдыха. Прислушивайтесь к своему организму и выстраиваете свою жизнь максимально эффективно и комфортно.

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Эксперт: Екатерина Подваленчук Эксперт в области правильного питания и здоровья

Рецензент: Екатерина Воробьева Адепт здорового и активного образа жизни

Читайте другие статьи по схожим темам

биоритмыбиологические ритмынарушение биоритмовгодовые биоритмы

Оцените статью

(7 голосов, в среднем 3)

Поделиться статьей

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ • Большая российская энциклопедия

БИОЛОГИ́ЧЕСКИЕ РИ́ТМЫ (био­рит­мы), пе­рио­ди­че­ски по­вто­ряю­щие­ся из­ме­не­ния ин­тен­сив­но­сти и ха­рак­те­ра био­ло­гич. про­цес­сов и яв­ле­ний. Под Б. р. в ши­ро­ком смыс­ле по­ни­ма­ют все цик­лич. про­цес­сы, про­те­каю­щие в жи­вых сис­те­мах раз­но­го уров­ня ор­га­ни­за­ции. Пе­рио­ды этих цик­лов варь­и­ру­ют от мил­ли­се­кунд­ных ко­ле­ба­ний ней­ро­наль­ной ак­тив­но­сти до мно­го­лет­них ва­риа­ций ди­на­ми­ки по­пу­ля­ций. Сре­ди них вы­де­ля­ют т. н. ра­бо­чие, или фи­зио­ло­ги­че­ские, рит­мы, ко­то­рые яв­ля­ют­ся не­об­хо­ди­мым ус­ло­ви­ем функ­цио­ни­ро­ва­ния био­ло­гич. сис­тем (напр., рит­мы ды­ха­ния и со­кра­ще­ний серд­ца). Их час­то­ты оп­ре­де­ля­ют­ся как фи­зи­ко-хи­мич. осо­бен­но­стя­ми рит­ми­че­ски ра­бо­таю­щих ор­га­нов, так и по­треб­но­стя­ми ор­га­низ­ма. Так, во вре­мя сна сер­деч­ный ритм че­ло­ве­ка обыч­но со­став­ля­ет от 40 до 90 уда­ров в ми­ну­ту, а при ин­тен­сив­ной фи­зич. ра­бо­те мо­жет воз­рас­тать до 200 и бо­лее уда­ров. Кро­ме то­го, всем жи­вым ор­га­низ­мам свой­ст­вен­ны ко­ле­ба­ния, пе­рио­ды ко­то­рых рав­ны осн. гео­фи­зич. цик­лам, обу­слов­лен­ным вра­ще­ни­ем Зем­ли во­круг собств. оси (су­точ­ный ритм) и во­круг Солн­ца (го­до­вой, или се­зон­ный, ритм). Мн. ви­ды ор­га­низ­мов реа­ги­ру­ют на из­ме­не­ния ноч­ной ос­ве­щён­но­сти, свя­зан­ной с фа­за­ми Лу­ны, а ак­тив­ность оби­та­те­лей мор­ско­го по­бе­ре­жья под­чи­ня­ет­ся так­же рит­мам при­ли­вов и от­ли­вов. Та­кие Б. р. на­зы­ва­ют адап­тив­ны­ми, т. к. они на­прав­ле­ны на ко­ор­ди­на­цию жиз­не­дея­тель­но­сти ор­га­низ­мов при ко­ле­ба­ни­ях абио­ти­че­ских и био­ти­че­ских па­ра­мет­ров сре­ды. Напр., у рас­те­ний рит­мы фо­то­син­те­за не­по­сред­ст­вен­но оп­ре­де­ля­ют­ся че­ре­до­ва­ни­ем свет­ло­го и тём­но­го вре­ме­ни су­ток (фо­то­пе­рио­дом). Ноч­ная ак­тив­ность, ха­рак­тер­ная для мн. ви­дов гры­зу­нов, по­вы­ша­ет ве­ро­ят­ность их вы­жи­ва­ния в ус­ло­ви­ях прес­са хищ­ни­ков. Бла­го­да­ря го­до­вым рит­мам, осо­бен­но зна­чи­мым в ус­ло­ви­ях рез­ко кон­ти­нен­таль­но­го кли­ма­та, рас­те­ния и жи­вот­ные мо­гут за­бла­го­вре­мен­но под­го­то­вить­ся к из­ме­не­нию по­год­ных ус­ло­вий, напр. к зим­не­му по­хо­ло­да­нию. При этом од­ни из них за­ле­га­ют в спяч­ку (сур­ки, сус­ли­ки), у дру­гих уп­лот­ня­ет­ся ме­хо­вой по­кров и уси­ли­ва­ет­ся спо­соб­ность к тер­мо­ге­не­зу (ли­си­цы, бел­ки, хо­мяч­ки и др.), у треть­их про­ис­хо­дит на­ко­п­ле­ние во вне­кле­точ­ной жид­ко­сти ве­ществ, пре­дот­вра­щаю­щих её за­мер­за­ние при ми­ну­со­вых темп-рах (ля­гуш­ки, улит­ки, не­ко­то­рые ви­ды рас­те­ний и др.).

Б. р. не яв­ля­ют­ся про­стым от­ра­же­ни­ем ко­ле­ба­ний ус­ло­вий во внеш­ней сре­де. Рас­те­ния, жи­вот­ные или мик­ро­ор­га­низ­мы, изо­ли­ро­ван­ные от осн. гео­фи­зич. цик­лов («дат­чи­ков вре­ме­ни»), со­хра­ня­ют в те­че­ние дли­тель­но­го вре­ме­ни при­су­щую им рит­мич. ак­тив­ность. Од­на­ко на­блю­дае­мые в ус­ло­ви­ях изо­ля­ции пе­рио­ды сво­бод­но­те­ку­щих рит­мов близ­ки, но не рав­ны внеш­ним цик­лам. Из-за это­го не­сов­па­де­ния Б. р. по­лу­чи­ли назв. «цир­ка­рит­мы» (от лат. circa – око­ло). Со­от­вет­ст­вен­но ко­ле­ба­ния с пе­рио­дом близ­ким к 24 ча­сам на­зы­ва­ют­ся око­ло­су­точ­ны­ми или цир­кад­ны­ми (от лат. dies – день) рит­ма­ми, а с пе­рио­дом близ­ким к 12 ме­ся­цам – око­ло­го­до­вы­ми или цир­кан­ну­аль­ны­ми (от лат. annual – год) рит­ма­ми. Ус­той­чи­вое от­кло­не­ние пе­рио­дов сво­бод­но­те­ку­щих рит­мов от внеш­них цик­лов слу­жит гл. ар­гу­мен­том в поль­зу их эн­до­ген­ной при­ро­ды. С этих по­зи­ций су­точ­ные, го­до­вые (се­зон­ные), лун­ные и при­лив­ные ко­ле­ба­ния функ­ций ор­га­низ­ма рас­смат­ри­ва­ют­ся как ре­зуль­тат син­хро­ни­за­ции био­ло­гич. ча­сов внеш­ни­ми цик­лич. про­цес­са­ми, сре­ди ко­то­рых ве­ду­щую роль иг­ра­ет фо­то­пе­ри­од.

Пе­рио­ды сво­бод­но­те­ку­щих рит­мов мо­гут не сов­па­дать у раз­ных сис­тем ор­га­низ­ма. Так, у лю­дей, изо­ли­ро­ван­ных от внеш­них дат­чи­ков вре­ме­ни, пе­рио­ды ко­ле­ба­ний темп-ры те­ла, вы­ве­де­ния ка­лия и гор­мо­нов ко­ры над­по­чеч­ни­ков с мо­чой в ср. рав­ны 25 ча­сам. В то же вре­мя пе­рио­ды рит­мов сна и бодр­ст­во­ва­ния, вы­ве­де­ния каль­ция и на­трия с мо­чой у ¹/₃ лю­дей мо­гут ли­бо пре­вы­шать 40 ча­сов, ли­бо быть ко­ро­че 20 ча­сов. Это сви­де­тель­ст­ву­ет о спо­соб­но­сти отд. сис­тем ор­га­низ­ма к са­мо­сто­ят. ге­не­ра­ции цик­лов. Пред­став­ле­ния о мно­же­ст­вен­ной ло­ка­ли­за­ции био­ло­гич. ча­сов с цир­кад­ным пе­рио­дом под­кре­п­ле­ны ис­сле­до­ва­ния­ми изо­ли­ро­ван­ных ор­га­нов (над­по­чеч­ни­ки, серд­це, пе­чень и др.), со­хра­няю­щих рит­мич. ак­тив­ность в те­че­ние не­сколь­ких су­ток вне ор­га­низ­ма. Но да­же у од­но­кле­точ­ной во­до­рос­ли Gonialax poliedra пе­рио­ды сво­бод­но­те­ку­щих рит­мов хе­мо­лю­ми­нис­цен­ции и пе­ре­дви­же­ния мо­гут не сов­па­дать друг с дру­гом, т. е. отд. клет­ка так­же об­ла­да­ет не­сколь­ки­ми ча­са­ми.

Рис. 1. Циркадная организация млекопитающих и человека. Центральные биологические часы в супрахиазматических ядрах (СХЯ) гипоталамуса благодаря нервным (вегетативная нервная система, ВНС) и эндокринны…

По­ка де­таль­но изу­че­ны лишь ме­ха­низ­мы эн­до­ген­ных око­ло­су­точ­ных рит­мов. Их мо­ле­ку­ляр­но-ге­не­тич. ос­но­ву со­став­ля­ют внут­ри­кле­точ­ные сис­те­мы с от­ри­ца­тель­ной об­рат­ной свя­зью, в ко­то­рых пол­ный цикл – экс­прес­сия спе­циа­ли­зир. ге­нов био­ло­гич. ча­сов (т. н. ча­со­вых ге­нов), по­дав­ле­ние их ак­тив­но­сти соб­ст­вен­ны­ми бел­ко­вы­ми про­дук­та­ми и по­сле­дую­щая де­гра­да­ция бел­ков – за­ни­ма­ет ок. 24 ча­сов. До­пол­ни­тель­ные кон­ту­ры об­рат­ной свя­зи, ре­гу­ли­рую­щие об­ра­зо­ва­ние фак­то­ров транс­крип­ции, даю­щих на­ча­ло сле­дую­ще­му цик­лу, ста­би­ли­зи­ру­ют ра­бо­ту био­ло­гич. ча­сов. Пе­рио­ды сво­бод­но­те­ку­щих рит­мов ос­та­ют­ся не­из­мен­ны­ми в ши­ро­ком диа­па­зо­не тем­пе­ра­тур да­же у од­но­кле­точ­ных ор­га­низ­мов. Так, циа­но­бак­те­рии со­хра­ня­ют ритм об­мен­ных про­цес­сов близ­кий к 25 ча­сам при ва­риа­ци­ях темп-ры от 30 до 60 °C.

На ос­но­ве внут­ри­кле­точ­ных био­ло­гич. ча­сов фор­ми­ру­ют­ся цир­кад­ные рит­мы отд. ор­га­нов мно­го­кле­точ­но­го ор­га­низ­ма. Их рит­мич. ак­тив­ность ко­ор­ди­ни­ру­ет­ся центр. во­ди­те­ля­ми рит­ма. У мле­ко­пи­таю­щих и че­ло­ве­ка роль центр. ча­сов вы­пол­ня­ют суп­ра­хи­аз­ма­ти­че­ские яд­ра (СХЯ) ги­по­та­ла­му­са, ко­то­рые свя­за­ны с ве­ге­та­тив­ны­ми нерв­ны­ми ганг­лия­ми и эпи­фи­зом (рис. 1). Гор­мон эпи­фи­за ме­ла­то­нин син­хро­ни­зи­ру­ет экс­прес­сию ча­со­вых ге­нов в разл. от­де­лах ней­ро­эн­до­крин­ной сис­те­мы и со­вме­ст­но с ней­ро­ме­диа­то­ра­ми и гор­мо­на­ми же­лёз внут­рен­ней сек­ре­ции обес­пе­чи­ва­ет ко­ор­ди­на­цию рит­мич. про­цес­сов, ко­то­рая про­яв­ля­ет­ся в упо­ря­до­чен­ном че­ре­до­ва­нии подъ­ё­мов и спа­дов функ­цио­наль­ной ак­тив­но­сти разл. сис­тем ор­га­низ­ма. Так, пе­ред про­бу­ж­де­ни­ем по­сле сна про­ис­хо­дит всплеск сек­ре­ции гор­мо­нов ко­ры над­по­чеч­ни­ков (кор­ти­зо­ла и кор­ти­ко­сте­ро­на), иг­раю­щих клю­че­вую роль в энер­ге­тич. обес­пе­че­нии фи­зич. ак­тив­но­сти во вре­мя бодр­ст­во­ва­ния, а уве­ли­че­ние сек­ре­ции гор­мо­на рос­та, на­блю­дае­мое в пер­вой по­ло­ви­не сна, сти­му­ли­ру­ет син­тез бел­ков, что не­об­хо­ди­мо для вос­ста­нов­ле­ния ор­га­низ­ма во вре­мя от­ды­ха.

Рис. 2. У полярников в Антарктиде суточные ритмы температуры тела (А) и сила сердечных сокращений (В) реагируют на изменения фотопериода, а ритмы концентрации кортизола в слюне (Б) и частота пульса (Г. ..

Ход био­ло­гич. ча­сов на­страи­ва­ет­ся внеш­ни­ми цик­лич. про­цес­са­ми и, пре­ж­де все­го, фо­то­пе­рио­дом. У мле­ко­пи­таю­щих, вклю­чая че­ло­ве­ка, в фо­то­пе­рио­дич. син­хро­ни­за­ции Б. р. уча­ст­ву­ют зри­тель­ные ре­цеп­то­ры, реа­ги­рую­щие на ос­ве­щён­ность. Сиг­на­лы от них пе­ре­да­ют­ся к СХЯ ги­по­та­ла­му­са и да­лее к эпи­фи­зу. Свет по­дав­ля­ет сек­ре­цию ме­ла­то­ни­на, ко­то­рый вы­де­ля­ет­ся эпи­фи­зом ис­клю­чи­тель­но в ноч­ные ча­сы, не­за­ви­си­мо от то­го, к ка­ко­му вре­ме­ни су­ток при­уро­че­ны сон или бодр­ст­во­ва­ние кон­крет­но­го ви­да жи­вот­ных. Бла­го­да­ря влия­нию на экс­прес­сию ге­нов био­ло­гич. ча­сов ме­ла­то­нин с оди­на­ко­вым ус­пе­хом син­хро­ни­зи­ру­ет цир­кад­ные рит­мы ноч­ных жи­вот­ных (мы­ши, кры­сы), у ко­то­рых ве­чер­ний подъ­ём ак­тив­но­сти сов­па­да­ет с по­вы­ше­ни­ем кон­цен­тра­ции гор­мо­на, и рит­мы днев­ных ви­дов (лю­ди, обезь­я­ны), у ко­то­рых ак­тив­ность по­вы­ша­ет­ся ут­ром при сни­же­нии его уров­ня.

Ме­ла­то­нин ис­поль­зу­ет­ся по­зво­ноч­ны­ми жи­вот­ны­ми и для син­хро­ни­за­ции цир­кан­ну­аль­ных рит­мов жиз­не­дея­тель­но­сти, по­сколь­ку из все­го мно­го­об­ра­зия се­зон­ных фе­но­ме­нов имен­но из­ме­не­ния фо­то­пе­рио­да яв­ля­ют­ся наи­бо­лее на­дёж­ным ин­ди­ка­то­ром вре­ме­ни го­да. При этом не столь­ко ко­ли­че­ст­во ме­ла­то­ни­на, сколь­ко про­дол­жи­тель­ность его ноч­ной сек­ре­ции оп­ре­де­ля­ют се­зон­ные мор­фо­фи­зио­ло­гич. пре­об­ра­зо­ва­ния, ха­рак­тер ко­то­рых, в свою оче­редь, оп­ре­де­ля­ет­ся об­ра­зом жиз­ни, свой­ст­вен­ным оп­ре­де­лён­но­му ви­ду. Напр., осен­нее уве­ли­че­ние ноч­ной ак­тив­но­сти эпи­фи­за сти­му­ли­ру­ет ге­не­ра­тив­ную функ­цию у ко­пыт­ных, но по­дав­ля­ет её у гры­зу­нов.

На­ря­ду с фо­то­пе­рио­дом в син­хро­ни­за­ции су­точ­ных рит­мов уча­ст­ву­ют и др. пе­рио­дич. про­цес­сы, напр. у мле­ко­пи­таю­щих на­ру­ше­ние рит­мов ак­тив­но­сти, вы­зван­ное раз­ру­ше­ни­ем СХЯ, вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся при пе­рио­дич. приё­ме пи­щи. Био­ло­гич. ча­сы, ко­ор­ди­ни­рую­щие ра­бо­ту раз­ных ор­га­нов, от­ли­ча­ют­ся по спо­соб­но­сти к вос­при­ятию син­хро­ни­зи­рую­ще­го влия­ния внеш­них «дат­чи­ков вре­ме­ни» разл. при­ро­ды. В ре­зуль­та­те это­го цир­кад­ная ор­га­ни­за­ция фи­зио­ло­гич. про­цес­сов су­ще­ст­вен­но ме­ня­ет­ся при бы­ст­ром пе­ре­ме­ще­нии в но­вый ча­со­вой по­яс, при смен­ной ра­бо­те, при се­зон­ных из­ме­не­ни­ях фо­то­пе­рио­да, что осо­бен­но важ­но для жи­те­лей по­ляр­ных рай­онов (рис. 2). На­блю­дае­мые при этом от­кло­не­ния в по­сле­до­ва­тель­но­сти подъ­ё­мов и спа­дов Б. р. разл. сис­тем ор­га­низ­ма (де­син­хро­ноз) от­ри­ца­тель­но ска­зы­ва­ют­ся на ра­бо­то­спо­соб­но­сти и со­про­тив­ляе­мо­сти ор­га­низ­ма не­га­тив­но­му влия­нию разл. па­то­ген­ных фак­то­ров. Нау­ка, изу­чаю­щая Б. р., – био­рит­мо­ло­гия, или хро­но­био­ло­гия.

Биологические ритмы здоровья | Наука и жизнь

Все живые существа на Земле — от растений до высших млекопитающих — подчиняются суточным ритмам. У человека в зависимости от времени суток циклически меняются физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение. Ученые доказали, что виной тому колебания концентраций гормонов в крови. В последние годы в науке о биоритмах, хронобиологии было сделано многое, чтобы установить механизм возникновения суточных гормональных циклов. Ученые обнаружили в головном мозге «циркадный центр», а в нем — так называемые «часовые гены» биологических ритмов здоровья.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

Открыть в полном размере

ХРОНОБИОЛОГИЯ — НАУКА О СУТОЧНЫХ РИТМАХ ОРГАНИЗМА

В 1632 году английский естествоиспытатель Джон Врен в своем «Трактате о травах» («Herbal Treatise») впервые описал дневные циклы тканевых жидкостей в организме человека, которые он, следуя терминоло гии Аристотеля, назвал «гуморы» (лат. humor — жидкость). Каждый из «приливов» тканевой жидкости, по мнению Врена, длился шесть часов. Гуморальный цикл начинался в девять часов вечера выделением первой гуморы желчи — «сhole» (греч. cholе — желчь) и продолжался до трех утра. Затем наступала фаза черной желчи — «melancholy» (греч. melas — черный, chole — желчь), за которой следовала флегма — «phlegma» (греч. phlegma — слизь, мокрота), и, наконец, четвертая гумора — кровь.

Конечно, соотнести гуморы с известными ныне физиологическими жидкостями и тканевыми секретами невозможно. Современная медицинская наука никакой связи физиологии с мистическими гуморами не признает. И все же описанные Вреном закономерности смены настроений, интеллектуальных возможностей и физического состояния имеют вполне научную основу. Наука, изучающая суточные ритмы организма, называется хронобиологией (греч. chronos — время). Ее основные понятия сформулиро вали выдающиеся немецкий и американский ученые профессора Юрген Ашофф и Колин Питтендриг, которых в начале 80-х годов прошлого века даже выдвигали на соискание Нобелевской премии. Но высшую научную награду они, к сожалению, так и не получили.

Главное понятие хронобиологии — дневные циклы, длительность которых периодична — около (лат. circa) дня (лат. dies). Поэтому сменяющие друг друга дневные циклы называются циркадными ритмами. Эти ритмы напрямую связаны с циклической сменой освещенности, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Они есть у всех живых существ на Земле: растений, микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных, вплоть до высших млекопитающих и человека.

Каждому из нас известен циркадный цикл «бодрствование — сон». В 1959 году Ашофф обнаружил закономерность, которую Питтендриг предложил назвать «правилом Ашоффа». Под этим названием оно вошло в хронобиологию и историю науки. Правило гласит: «У ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте». И действительно, как впоследствии установил Ашофф, при длительной изоляции человека или животных в темноте цикл «бодрствование — сон» удлиняется за счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Из правила Ашоффа следует, что именно свет определяет циркадные колебания организма.

ГОРМОНЫ И БИОРИТМЫ

В течение циркадного дня (бодрствования) наша физиология в основном настроена на переработку накопленных питательных веществ, чтобы получить энергию для активной дневной жизни. Напротив, во время циркадной ночи питательные вещества накапливаются, происходят восстановление и «починка» тканей. Как оказалось, эти изменения в интенсивности обмена веществ регулируются эндокринной системой, то есть гормонами. В том, как работает эндокринный механизм управления циркадными циклами, есть много общего с гуморальной теорией Врена.

Вечером, перед наступлением ночи, в кровь из так называемого верхнего мозгового придатка — эпифиза выделяется «гормон ночи» — мелатонин. Это удивительное вещество производится эпифизом только в темное время суток, и время его присутствия в крови прямо пропорционально длительности световой ночи. В ряде случаев бессонница у пожилых людей связана с недостаточностью секреции мелатонина эпифизом. Препараты мелатонина часто используют в качестве снотворных.

Мелатонин вызывает снижение температуры тела, кроме того, он регулирует продолжительность и смену фаз сна. Дело в том, что человеческий сон представляет собой чередование медленноволновой и парадоксальной фаз. Медленноволновый сон характеризуется низкочастотной активностью коры полушарий. Это — «сон без задних ног», время, когда мозг полностью отдыхает. Во время парадоксального сна частота колебаний электрической активности мозга повышается, и мы видим сны. Эта фаза близка к бодрствованию и служит как бы «трамплином» в пробуждение. Медленноволновая и парадоксальная фазы сменяют одна другую 4-5 раз за ночь, в такт изменениям концентрации мелатонина.

Наступление световой ночи сопровождается и другими гормональными изменениями: повышается выработка гормона роста и снижается выработка адренокортикотропного гормона (АКТГ) другим мозговым придатком — гипофизом. Гормон роста стимулирует анаболические процессы, например размножение клеток и накопление питательных веществ (гликогена) в печени. Не зря говорят: «Дети растут во сне». АКТГ вызывает выброс в кровь адреналина и других «гормонов стресса» (глюкокортикоидов) из коры надпочечников, поэтому снижение его уровня позволяет снять дневное возбуждение и мирно заснуть. В момент засыпания из гипофиза выделяются опиоидные гормоны, обладающие наркотическим действием, — эндорфины и энкефалины. Именно поэтому процесс погружения в сон сопровождается приятными ощущениями.

Перед пробуждением здоровый организм должен быть готов к активному бодрствованию, в это время кора надпочечников начинает вырабатывать возбуждающие нервную систему гормоны — глюкокортикоиды. Наиболее активный из них — кортизол, который приводит к повышению давления, учащению сердечных сокращений, повышению тонуса сосудов и снижению свертываемости крови. Вот почему клиническая статистика свидетельствует о том, что острые сердечные приступы и внутримозговые геморрагические инсульты в основном приходятся на раннее утро. Сейчас разрабатываются препараты, снижающие артериальное давление, которые смогут достигать пика концентрации в крови только к утру, предотвращая смертельно опасные приступы.

Почему некоторые люди встают «ни свет, ни заря», а другие не прочь поспать до полудня? Оказывается, известному феномену «сов и жаворонков» есть вполне научное объяснение, которое базируется на работах Жэми Зейцер из Исследовательского центра сна (Sleep Research Center) Станфордского университета в Калифорнии. Она установила, что минимальная концентрация кортизола в крови обычно приходится на середину ночного сна, а ее пик достигается перед пробуждением. У «жаворонков» максимум выброса кортизола происходит раньше, чем у большинства людей, — в 4-5 часов утра. Поэтому «жаворонки» более активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру. Их обычно рано начинает клонить ко сну, поскольку гормон сна — мелатонин поступает в кровь задолго до полуночи. У «сов» ситуация обратная: мелатонин выделяется позже, ближе к полуночи, а пик выброса кортизола сдвинут на 7-8 часов утра. Указанные временные рамки сугубо индивидуальны и могут варьировать в зависимости от выраженности утреннего («жаворонки») или вечернего («совы») хронотипов.

«ЦИРКАДНЫЙ ЦЕНТР» НАХОДИТСЯ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

Что же это за орган, который управляет циркадными колебаниями концентрации гормонов в крови? На этот вопрос ученые долгое время не могли найти ответ. Но ни у кого из них не возникало сомнений, что «циркадный центр» должен находиться в головном мозге. Его существование предсказывали и основатели хронобиологии Ашофф и Питтендриг. Внимание физиологов привлекла давно известная анатомам структура головного мозга — супрахиазматическое ядро, расположенное над (лат. super) перекрестом (греч. chiasmos) зрительных нервов. Оно имеет сигарообразную форму и состоит, например, у грызунов всего из 10 000 нейронов, что очень немного. Другое же, близко расположенное от него, ядро, параветрикулярное, содержит сотни тысяч нейронов. Протяженность супрахиазматического ядра также невелика — не более половины миллиметра, а объем — 0,3 мм³ .

В 1972 году двум группам американских исследователей удалось показать, что супрахиазматическое ядро и есть центр управления биологическими часами организма. Для этого они разрушили ядро в мозге мышей микрохирургическим путем. Роберт Мур и Виктор Эйхлер обнаружили, что у животных с нефункционирующим супрахиазматическим ядром пропадает цикличность выброса в кровь гормонов стресса — адреналина и глюкокортикоидов. Другая научная группа под руководством Фредерика Стефана и Ирвина Цукера изучала двигательную активность грызунов с удаленным «циркадным центром». Обычно мелкие грызуны после пробуждения все время находятся в движении. В лабораторных условиях для регистрации движения к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. Мышки и хомячки в колесе диаметром 30 см пробегают 15-20 км за день! По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами. Оказалось, что разрушение супрахиазматического ядра приводит к исчезновению циркадной двигательной активности животных: периоды сна и бодрствования становятся у них хаотичными. Они перестают спать в течение циркадной ночи, то есть в светлое время суток, и бодрствовать циркадным днем, то есть с наступлением темноты.

Супрахиазматическое ядро — структура уникальная. Если ее удалить из мозга грызунов и поместить в «комфортные условия» с теплой питательной средой, насыщенной кислородом, то несколько месяцев в нейронах ядра будут циклически меняться частота и амплитуда поляризации мембраны, а также уровень выработки различных сигнальных молекул — нейротрансмиттеров, передающих нервный импульс с одной клетки на другую.

Что помогает супрахиазматическому ядру сохранять такую стабильную цикличность? Нейроны в нем очень плотно прилегают друг к другу, формируя большое количество межклеточных контактов (синапсов). Благодаря этому изменения электрической активности одного нейрона мгновенно передаются всем клеткам ядра, то есть происходит синхронизация деятельности клеточной популяции. Помимо этого, нейроны супрахиазматического ядра связаны особым видом контактов, которые называются щелевыми. Они представляют собой участки мембран соприкасающихся клеток, в которые встроены белковые трубочки, так называемые коннексины. По этим трубочкам из одной клетки в другую движутся потоки ионов, что также синхронизирует «работу» нейронов ядра. Убедительные доказательства такого механизма представил американский профессор Барри Коннорс на ежегодном съезде нейробиологов «Neuroscience-2004», прошедшим в октябре 2004 года в Сан-Диего (США).

По всей вероятности, супрахиазматическое ядро играет большую роль в защите организма от образования злокачественных опухолей. Доказательство этого в 2002 году продемонстрировали французские и британские исследователи под руководством профессоров Франсис Леви и Майкла Гастингса. Мышам с разрушенным супрахиазматическим ядром прививали раковые опухоли костной ткани (остеосаркома Глазго) и поджелудочной железы (аденокарцинома). Оказалось, что у мышей без «циркадного центра» скорость развития опухолей в 7 раз выше, чем у их обычных собратьев. На связь между нарушениями циркадной ритмики и онкологическими заболеваниями у человека указывают и эпидемиологические исследования. Они свидетельствуют о том, что частота развития рака груди у женщин, длительно работающих в ночную смену, по разным данным, до 60% выше, чем у женщин, работающих в дневное время суток.

ЧАСОВЫЕ ГЕНЫ

Уникальность супрахиазматического ядра еще и в том, что в его клетках работают так называемые часовые гены. Эти гены были впервые обнаружены у плодовой мушки дрозофилы в аналоге головного мозга позвоночных животных — головном ганглии, протоцеребруме. Часовые гены млекопитающих по своей нуклеотидной последовательности оказались очень похожи на гены дрозофилы. Выделяют два семейства часовых генов — периодические (Пер1, 2, 3) и криптохромные (Кри1 и 2). Продукты деятельности этих генов, Пер- и Кри-белки, обладают интересной особенностью. В цитоплазме нейронов они образуют между собой молекулярные комплексы, которые проникают в ядро и подавляют активацию часовых генов и, естественно, выработку соответствующих им белков. В результате концентрация Пер- и Кри-белков в цитоплазме клетки уменьшается, что снова приводит к «разблокированию» и активации генов, которые начинают производить новые порции белков. Так обеспечивается цикличность работы часовых генов. Предполагается, что часовые гены как бы настраивают биохимические процессы, происходящие в клетке, на работу в циркадном режиме, но то, как происходит синхронизация, пока непонятно.

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 α — 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.

Иллюстрация «Жизнь растений по биологическим часам.»
Не только животные, но и растения живут по «биологическим часам». Дневные цветы закрывают и открывают лепестки в зависимости от освещенности — это известно всем. Однако не каждый знает, что образование нектара тоже подчиняется суточным ритмам. Причем пчелы опыляют цветы только в определенные часы — в моменты выработки наибольшего количества нектара. Это наблюдение было сделано на заре хронобиологии — в начале ХХ века — немецкими учеными Карлом фон Фришем и Ингеборгом Белингом.

Иллюстрация «Схема «идеальных» суточных ритмов синтеза «гормона бодрствования» — кортизола и «гормона сна» — мелатонина.»
У большинства людей уровень кортизола в крови начинает нарастать с полуночи и достигает максимума к 6-8 часам утра. К этому времени практически прекращается выработка мелатонина. Приблизительно через 12 часов концентрация кортизола начинает снижаться, а спустя еще 2 часа запускается синтез мелатонина. Но эти временные рамки весьма условны. У «жаворонков», например, кортизол достигает максимального уровня раньше — к 4-5 часам утра, у «сов» позже — к 9-11 часам. В зависимости от хронотипа смещаются и пики выброса мелатонина.

Иллюстрация «График зависимости количества инфарктов со смертельным исходом.»
На графике представлена зависимость количества инфарктов со смертельным исходом среди больных, поступивших в клинику Медицинского колледжа университета Кентукки (США) в 1983 году, от времени суток. Как видно из графика, пик количества сердечных приступов приходится на временной промежуток с 6 до 9 часов утра. Это связано с циркадной активацией сердечно-сосудистой системы перед пробуждением.

Иллюстрация «Супрахиазматическое ядро.»
Если супрахиазматическое ядро поместить в «комфортные» физиологические условия (левый снимок) и записать электрическую активность его нейронов в течение суток, то она будет выглядеть как периодические нарастания амплитуды разрядов (потенциала действия) с максимумами каждые 24 часа (правая диаграмма).

Иллюстрация «Ночные животные — хомяки в период бодрствования находятся в постоянном движении.»
В лабораторных условиях для регистрации двигательной активности грызунов к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами.

Иллюстрация «Главный «дирижер» биологических ритмов — супрахиазматическое ядро (СХЯ) располагается в гипоталамусе, эволюционно древнем отделе мозга.»
Гипоталамус выделен рамкой на верхнем рисунке, сделанном с продольного разреза мозга человека. Супрахиазматическое ядро лежит над перекрестом зрительных нервов, через которые оно получает световую информацию из сетчатки глаза. Правый нижний рисунок — это срез гипоталамуса мыши, покрашенный в синий цвет. На левом нижнем рисунке то же самое изображение представлено схематически. Парные шарообразные образования — скопление нейронов, формирующих супрахиазматическое ядро.

Иллюстрация «Схема синтеза «гормона ночи» — мелатонина.»
Мелатонин вызывает засыпание, а его колебания в ночное время суток приводят к смене фаз сна. Секреция мелатонина подчиняется циркадной ритмике и зависит от освещенности: темнота ее стимулирует, а свет, наоборот, подавляет. Информация о свете у млекопитающих поступает в эпифиз сложным путем: от сетчатки глаза до супрахиазматического ядра (ретино-гипоталамический тракт), затем от супрахиазматического ядра до верхнего шейного узла и от верхнего шейного узла в эпифиз. У рыб, амфибий, рептилий и птиц освещенность может управлять выработкой мелатонина через эпифиз напрямую, поскольку свет легко проходит через тонкий череп этих животных. Отсюда еще одно название эпифиза — «третий глаз». Как мелатонин управляет засыпанием и сменой фаз сна, пока непонятно.

Иллюстрация «Супрахиазматическое ядро — контролер циркадной ритмики различных органов и тканей.»
Оно осуществляет свои функции, регулируя выработку гормонов гипофизом и надпочечниками, а также с помощью непосредственной передачи сигнала по отросткам нейронов. Циркадную активность периферических органов можно вывести из-под контроля супрахиазматического ядра, нарушив режим питания — принимая пищу по ночам.

Что они собой представляют, их важность и как ими управлять

Авторы редакционной статьи WebMD

В этой статье

• Как работают биологические ритмы
• На что влияют биологические ритмы?
• Возможные осложнения
• Пребывание во времени

Биологический ритм — фраза, часто используемая как взаимозаменяемая с циркадным ритмом. Эти ритмы представляют собой серию телесных функций, регулируемых вашими внутренними часами. Они контролируют такие циклы, как сон и бодрствование, температуру тела, секрецию гормонов и многое другое.

Ваше тело поддерживает свои биологические ритмы с помощью различных химических веществ на молекулярном уровне в ответ на окружающую среду. Ваше воздействие света, привычки в еде и другие сигналы окружающей среды могут поддерживать или нарушать ваши биологические ритмы. Нарушение ваших биологических ритмов может привести к серьезным проблемам со здоровьем.

Как работают биологические ритмы

Ваши биологические ритмы связаны с внутренними часами в вашем мозгу, называемыми супрахиазматическим ядром (СХЯ). Он расположен в вашем гипоталамусе. Это область вашего мозга, которая управляет вегетативной нервной системой и гипофизом. Ваша SCN посылает сигналы в течение дня, чтобы регулировать активность вашего тела.

В циклах. Большинство биологических ритмов работают примерно по 24-часовым циклам. Другие, такие как менструальные циклы, работают в более длительных временных рамках. У каждого типа биологического ритма есть определенное название, показывающее, как долго он длится:

• Суточный (день и ночь)
• Циркадный (24 часа)
• Ультрадианный (менее 24 часов)
• Инфрадианный/Циркалунарный (1 месяц)
• Круглогодичный (1 год)

Суточные и суточные ритмы, которые контролируют такие функции, как сон, температура тела и гормональные изменения, больше всего зависят от света. Солнечный свет сообщает вашему SCN, который час и когда выполнять определенные функции. Другими факторами, влияющими на ваши внутренние часы, являются физические упражнения, гормоны и любые лекарства, которые вы принимаете.

Исследования показали силу внутренних часов, помещая людей в среду без сигналов, необходимых для их циркадных ритмов. Даже без световых сигналов ваша СХЯ может какое-то время поддерживать процессы вашего организма лишь с небольшими отклонениями от ее нормальных 24-часовых ритмов.

Индивидуальные хронотипы. Если ваши внутренние часы такие мощные, то почему так трудно просыпаться по утрам? Это связано с циркадной закономерностью, называемой вашим хронотипом. Это биологическая тенденция отклоняться от 24-часового цикла. ‌

Совы и ранние пташки. Исследования также показали, что циркадные ритмы организма сохраняются даже в полной темноте. Даже без света индивидуальные ритмы людей лишь немного отклонялись от строгого 24-часового цикла. Циркадные циклы населения колебались в среднем от 23,5 до 24,6 часов.

Эти отклонения обусловлены личными хронотипами людей. Исследователи считают, что они являются причиной того, что люди становятся либо ранними пташками, либо «совами».

На что влияют биологические ритмы?

Основным биологическим ритмом, который беспокоит большинство людей, является суточный цикл сна-бодрствования. Это наиболее очевидный цикл, с которым вы имеете дело на регулярной основе. Это оказывает сильное влияние на ваше здоровье.

В течение дня, когда вы получаете световые сигналы, ваш СНС посылает сигналы настороженности, чтобы сообщить вашему телу, что пора бодрствовать. Когда солнце садится, ваш SNC сигнализирует о выработке мелатонина, гормона сна. После этого он продолжает сигнализировать вашему телу, чтобы он продолжал спать.

Помимо сна, ваши биологические ритмы влияют на такие важные функции, как:

• Метаболизм
• Частота сердечных сокращений
• Кровяное давление
• Температура тела
• Уровень гормонов
• Выработка мочи также связана20 с биологическими ритмами20 регулирование уровня сахара и холестерина в крови, риски, связанные с психическим здоровьем, приводящие к депрессии, биполярному расстройству и нейродегенеративным заболеваниям. Биологические ритмы также влияют на вашу иммунную систему, процессы восстановления ДНК и эффективность лечения рака.

  Возможные осложнения

  Ваши биологические ритмы могут быть нарушены краткосрочными и долгосрочными причинами. Иногда эти нарушения вызваны естественными изменениями ваших биологических ритмов с возрастом. В других случаях это может быть связано с изменениями в вашем окружении и деятельности.

  Синдром смены часовых поясов. Смена часовых поясов — наиболее распространенное нарушение ваших биологических ритмов. Это происходит, когда кто-то путешествует через несколько часовых поясов, например, летит между двумя далекими странами. Быстрая смена часовых поясов сбивает ваши внутренние часы. Продолжительность симптомов смены часовых поясов будет варьироваться в зависимости от количества пересекаемых часовых поясов. Некоторые из них:

  • Бессонница
  • Общая сонливость или утомляемость
  • Расстройство желудка
  • Раздражительность
  • Отсутствие концентрации внимания

  Расстройство сменной работы. Работа — еще один серьезный сбой. Работа, требующая работы посменно (в отличие от работы с 9:00 до 17:00), часто ограничивает ваше воздействие обычных циклов дневного света. Ночные смены являются основными виновниками такого типа сбоев. Обычно они заставляют вас спать днем, что противоречит вашим естественным наклонностям.

  Расстройство поздней фазы сна (DSP). Этот тип нарушения обычно является проблемой для полуночников. Люди с ДСП, как правило, устают намного позже, чем обычные люди, и ложатся спать позже, чем обычно. DSP в основном наблюдается у подростков и молодых людей и может затруднить пробуждение в школу или на работу.

  Нерегулярное нарушение ритма сна-бодрствования. Это редкое заболевание, из-за которого у человека отсутствует постоянный режим сна. Он может характеризоваться постоянной сменой времени сна или регулярным сном в течение дня. Нерегулярное нарушение ритма сна-бодрствования обычно связано с заболеваниями головного мозга, такими как деменция или травмы головного мозга.

  Пребывание во времени

  Чтобы поддерживать свои биологические ритмы во времени и постоянстве, придерживайтесь следующих привычек:

  • Понежьтесь на солнце в начале дня, чтобы усилить свои биологические сигналы.
  • Ложитесь спать и просыпайтесь в одно и то же время каждый день.
  • Занимайтесь спортом в течение дня, чтобы облегчить сон ночью и укрепить часы бодрствования.
  • Избегайте употребления кофеина после 12 часов дня. чтобы убедиться, что вы можете заснуть.
  • Избегайте искусственного освещения от электронных устройств перед сном.
  • Не вздремните долго и не вздремните перед сном.

  Циркадные ритмы

  на испанском языке Другие информационные бюллетени PDF-версия

  Что такое циркадные ритмы?

  Циркадные ритмы — это физические, умственные и поведенческие изменения, которые следуют 24-часовому циклу. Эти естественные процессы в первую очередь реагируют на свет и темноту и влияют на большинство живых существ, включая животных, растения и микробы. Хронобиология изучает циркадные ритмы. Одним из примеров связанных со светом циркадных ритмов является сон ночью и бодрствование днем. Изображение среднего циркадного цикла подростка показывает цикл циркадного ритма типичного подростка.

  Что такое биологические часы?

  Биологические часы — это естественные устройства измерения времени организмов, регулирующие цикл циркадных ритмов. Они состоят из конкретных молекулы (белки), которые взаимодействуют с клетками по всему телу. Почти каждый ткань и орган содержит биологические часы. Исследователи выявили похожие гены у людей, плодовых мушек, мышей, растений, грибов и некоторых других организмов, из которых состоят часы. молекулярные компоненты.

  Что такое главные часы?

  Главные часы в мозгу координируют все биологические часы живого существа, синхронизируя их. В позвоночных животных, в том числе человека, главными часами является группа около 20 000 нервные клетки (нейроны), образующие структуру, называемую супрахиазматическим ядром или СХЯ. SCN находится в части мозга, называемой гипоталамусом, и получает непосредственную информацию от глаз.

  Цикл циркадных ритмов типичного подростка. Кредит: НИГМС.

  Главные часы координируют биологические часы по полученному свету. Кредит: NIGMS

  Организм создает и поддерживает свои собственные циркадные ритмы?

  Да, естественные факторы в организме создают циркадные ритмы. Для человека одними из наиболее важных генов в этом процессе являются Период и гена криптохрома . Эти гены кодируют белки, которые накапливаются в клетках. ядра ночью и уменьшаются в течение дня. Исследования на плодовых мушках показывают, что эти белки помогают активировать чувства бодрствования, бдительности и сонливости. Однако сигналы из окружающей среды также влияют на циркадные ритмы. Например, воздействие света в разное время суток может сбрасываться, когда тело включается. Период и гена криптохрома .

  Как циркадные ритмы влияют на здоровье?

  Циркадные ритмы могут влиять на важные функции нашего организма, например:

  • Выброс гормонов
  • Пищевые привычки и пищеварение
  • Температура тела

  Однако большинство людей замечают влияние циркадных ритмов на свой сон. SCN контролирует выработку мелатонина, гормона, вызывающего сонливость. Он получает информацию о входящем свете от зрительных нервов, которые передают информацию от глаз к мозгу. Когда света меньше — например, ночью — СХЯ приказывает мозгу вырабатывать больше мелатонина, чтобы вы почувствовали сонливость.

  Нобелевская премия

  В 2017 году исследователи Джеффри С. Холл, Майкл Росбаш и Майкл У. Янг получили престижную Нобелевскую премию за свои исследования циркадных ритмов. Изучая плодовых мушек, чей генетический состав очень похож на человеческий, они выделили ген, который помогает контролировать биологические часы. Ученые показали, что этот ген производит белок, который накапливается в клетках в течение ночи, а затем разрушается в течение дня. Этот процесс может повлиять на то, когда вы спите, насколько резко работает ваш мозг и многое другое. Все три исследователя финансировались NIGMS, когда были сделаны эти важные открытия.

  Нейроны циркадного ритма в мозгу плодовой мушки. Предоставлено: Матье Кейви и Джастин Блау, Нью-Йоркский университет

  Мелатонин — это гормон, вызывающий сонливость. Авторы и права: iStock

  Какие факторы могут изменить циркадные ритмы?

  Изменения в нашем теле и факторы окружающей среды могут привести к рассинхронизации наших циркадных ритмов и естественного цикла свет-темнота. Например:

  • Мутации или изменения в определенных генах могут повлиять на наши биологические часы.
  • Смена часовых поясов или сменная работа вызывают изменения в цикле свет-темнота.
  • Свет от электронных устройств ночью может сбить наши биологические часы.

  Эти изменения могут вызывать нарушения сна и другие хронические заболевания, такие как ожирение, диабет, депрессия, биполярное расстройство и сезонное аффективное расстройство.

  Как циркадные ритмы связаны со сменой часовых поясов?

  Когда вы проходите через разные часовые пояса, ваши биологические часы будут отличаться от местного времени. Например, если вы летите на восток из Калифорнии в Нью-Йорк, вы «теряете» 3 часа. Когда вы просыпаетесь в 7:00 утра на Восточном побережье, ваши биологические часы все еще идут по времени Западного побережья, поэтому вы чувствуете себя так же, как и в 4:00 утра. разная ставка. Часто вашим биологическим часам требуется несколько дней, чтобы настроиться на новый часовой пояс. Приспособиться после «выигрыша» времени может быть немного легче, чем после «проигрыша», потому что мозг приспосабливается по-разному в этих двух ситуациях.

  Как исследователи изучают циркадные ритмы?

  Ученые узнают о циркадных ритмах, изучая людей и используя организмы с похожими генами биологических часов, такие как плодовые мушки и мыши. Исследователи, проводящие эти эксперименты, контролируют окружающую среду субъекта, изменяя световые и темные периоды. Затем они ищут изменения в активности генов или другие молекулярные сигналы. Ученые также изучают организмы с нерегулярными циркадными ритмами, чтобы определить, какие генетические компоненты биологических часов могут быть нарушены.

  Понимание того, что заставляет тикать биологические часы, может помочь в лечении смены часовых поясов, нарушений сна, ожирения, психических расстройств и других проблем со здоровьем. Это также может помочь людям приспособиться к работе в ночную смену. Узнав больше о генах, ответственных за циркадные ритмы, мы также сможем лучше понять человеческое тело.

  Путешествие через часовые пояса нарушает ваши циркадные ритмы. Кредит: iStock

  Узнать больше

  Ресурсы NIGMS

  • Биологические часы ( Biomedical Beat сообщения в блоге)
  • Циркадные ритмы ( Pathways )
  • Информационный бюллетень «Изучение генов»
  • BiblioTech CityHacks: In Search of Sleep (интерактивное чтение для 4–6 классов)
  • Глоссарий (Произношение и понятные определения)

  Прочие ресурсы

  • Основы мозга: понимание сна (NINDS, NIH)
  • Циркадный ритм и подкаст о вашем здоровье (NIEHS, NIH)
  • Гены, контролирующие сон и циркадные ритмы (видеотрансляция NIH)
  • Нарушения сна (MedlinePlus, NIH)
  • Здоровье сна (NHLBI, NIH)
  • Эксперимент с циркадными ритмами Международной космической станции (НАСА)
  • Учебная программа по сну (Партнерство в сфере образования)
    

  ​
  

  NIGMS является частью Национального Институты здоровья, поддерживающие основные исследования, чтобы улучшить наше понимание биологические процессы и закладывают основу для достижения в диагностике, лечении и профилактика. Для получения дополнительной информации о исследовательские и учебные программы института, посещать https://www.nigms.nih.gov.

  Последнее обновление этой страницы: 04.05.2022 17:01

  Биологические ритмы: типы, нарушения и лечение

  Обзор

  Биологические ритмы — это естественный цикл изменений химических веществ или функций нашего организма. Это как внутренние главные «часы», которые координируют другие часы в вашем теле. «Часы» расположены в мозгу, прямо над нервами, где пересекаются глаза. Он состоит из тысяч нервных клеток, которые помогают синхронизировать функции и действия вашего тела.

  Существует четыре биологических ритма:

  • циркадные ритмы : 24-часовой цикл, включающий физиологические и поведенческие ритмы, такие как сон : биологические ритмы с более коротким периодом и более высокой частотой, чем циркадные ритмы
  • инфрадианные ритмы : биологические ритмы, длящиеся более 24 часов, такие как менструальный цикл

  Циркадные часы играют физическую, умственную и поведенческую роль, реагируя на свет и темноту.

  Эти часы помогают регулировать функции, которые включают в себя:

  • График сна
  • Аппетит
  • Температура тела
  • Уровни гормонов
  • Бдительность
  • Ежедневные характеристики
  • Кровавое давление
  • Время реакции

  Внешние факторы могут влиять на ваши биологические биологические ритмы. Например, воздействие солнечного света, наркотиков и кофеина может повлиять на график сна.

  Улучшите свой сон с помощью этих советов »

  При нарушении естественных биологических ритмов могут развиться расстройства. Эти расстройства включают:

  • расстройства сна : Тело «запрограммировано» спать ночью. Нарушения естественных ритмов организма могут привести к нарушению сна, в том числе к бессоннице.
  • биоритм : Нарушение циркадных ритмов при путешествии через часовые пояса или ночью.
  • расстройства настроения : Недостаток солнечного света может привести к таким состояниям, как депрессия, биполярное расстройство и сезонное аффективное расстройство (САР).
  • Нарушения сменной работы : Когда человек работает вне обычного рабочего дня, это вызывает изменения в типичных циркадных ритмах.

  Нарушения биологического ритма могут повлиять на здоровье и самочувствие человека. Некоторые из эффектов включают:

  • тревогу
  • дневную сонливость
  • депрессию
  • низкая производительность на работе
  • повышенная склонность к несчастным случаям
  • отсутствие умственной активности
  • повышенный риск диабета и ожирения

  Зачем вам нужно семь-восемь часов сна? »

  Некоторые из самых серьезных человеческих ошибок в мире произошли во время работы в ночную смену. К ним относятся Чернобыльская катастрофа и авария на Три-Майл-Айленде. Кроме того, по данным Корнельского университета, большинство аварий с участием одного водителя происходит перед рассветом.

  С точки зрения мозга и тела наши тела созданы для того, чтобы спать по ночам. Вот почему у нас нет таких приспособлений, как ночное зрение, обострённое обоняние и слух, как у ночных животных.

  По оценкам, 15 процентов штатных работников в США работают посменно. Посменные рабочие обычно работают в сфере услуг, которые имеют жизненно важное значение для здоровья и движения общества. Они также с большей вероятностью спят менее шести часов в сутки.

  Лица, работающие посменно или работающие не по обычному графику 9до 17:00 график рабочего дня, особенно подвержены риску нарушения биологического ритма. Примеры профессий, предполагающих сменную работу, включают:

  • медицинские работники
  • водители, пилоты и другие лица, предоставляющие транспортные услуги
  • кулинары и официанты
  • полицейские
  • пожарные

  Опрос NSF показал, что 63 процента работников чувствовали, что их работа позволяет им высыпаться. Тот же опрос также показал, что от 25 до 30 процентов посменных рабочих имеют эпизоды чрезмерной сонливости или бессонницы.

  К другим группам людей, подверженным риску биологического расстройства ритма, относятся люди, которые часто путешествуют из одного часового пояса в другой или живут в местах с меньшим количеством часов дневного света, например на Аляске.

  Диагностика биологических нарушений ритма обычно требует тщательного изучения анамнеза. Врач задаст вам вопросы, которые могут включать:

  • Когда вы впервые заметили симптомы?
  • Существуют ли действия, которые ухудшают ваши симптомы? Лучше?
  • Как ваши симптомы влияют на вас?
  • Какие лекарства вы принимаете?

  Врач может также пожелать исключить другие состояния, такие как нарушения уровня сахара в крови, которые могут вызывать аналогичные симптомы расстройства настроения.

  Методы лечения биологических нарушений ритма различаются и зависят от основной причины. Например, симптомы смены часовых поясов обычно носят временный характер и не требуют лечения. В случаях нарушения сменной работы или расстройств настроения может помочь изменение образа жизни.

  Поговорите со своим врачом о более серьезных симптомах, таких как усталость, снижение остроты ума или депрессия. Ваш врач сможет назначить правильное лечение и дать рекомендации по образу жизни.

  Людям с сезонным аффективным расстройством (САР) может помочь световой короб. Эти световые короба имитируют дневной свет и могут вызвать выделение химических веществ, вызывающих хорошее самочувствие. Эти химические вещества способствуют бодрствованию в организме.

  Если изменение образа жизни и соблюдение правил гигиены сна не помогают, врач может прописать лекарства. Модафинил (Provigil) предназначен для людей, которые испытывают трудности с дневным бодрствованием.

  В качестве опции врач может также прописать снотворные. Но снотворные следует принимать только на краткосрочной основе. Снотворное может вызвать зависимость и вождение во сне.

  Понимание биологических нарушений ритма может помочь вам определить моменты, когда вам может понадобиться справиться с упадком энергии и чувством дневной сонливости. Примеры шагов, которые вы можете предпринять дома для борьбы с изменениями биологических ритмов, включают:

  • Избегайте веществ, которые, как известно, влияют на сон, непосредственно перед сном. Это может быть кофеин, алкоголь и никотин.
  • Пейте очень холодные напитки, такие как чай со льдом или воду.
  • По возможности соблюдайте режим сна.
  • Совершите быструю прогулку на свежем воздухе в светлое время суток.
  • Короткий 10-15-минутный «энергетический» сон.
  • Включите больше света в доме в течение дня. И наоборот, приглушение или выключение света ночью может усилить сонливость.

  Для ночных смен вашему организму требуется около трех-четырех ночей, чтобы приспособиться. Старайтесь планировать свои смены подряд, если это возможно. Это сократит время на «обучение» организма ночным сменам. Но, по данным клиники Кливленда, работа более четырех ночных смен по 12 часов подряд может иметь вредные последствия.

  Важно помнить, что ваши биологические ритмы предназначены для вашей защиты. Они сигнализируют, когда пора отдыхать. И они помогают вам утром и ранним вечером быть максимально продуктивным. Вы получите наибольшую пользу в своей повседневной жизни, когда ваши биологические ритмы будут синхронизированы.

  Как это работает, что на него влияет и многое другое

  Циркадные ритмы — это циклы в организме, которые происходят примерно в течение 24 часов. У людей циркадные ритмы вызывают физические и психические изменения в организме, в том числе ощущения бодрствования и сна.

  Однако некоторые проблемы могут изменить эти циркадные ритмы, что может привести к нарушениям сна или другим проблемам со здоровьем.

  Продолжайте читать, чтобы узнать больше, в том числе о том, как это работает, о факторах, которые могут его нарушить, а также о некоторых советах по поддержанию здорового циркадного ритма.

  Циркадный ритм — это естественный процесс, происходящий каждый день. Эти ритмы имеют место повсюду, встречаются во всем мире природы, например, в растениях и других животных. Они необходимы для организмов и происходят даже в отсутствие внешних факторов.

  Циркадные ритмы человека представляют собой примерные 24-часовые циклы, через которые проходят тело и мозг, что позволяет изменять физическое и психическое состояние тела, а также менять настроение и поведение.

  Цикл сна-бодрствования является одним из наиболее широко известных циркадных ритмов. Люди, как правило, устают ночью и чувствуют себя более бодрыми в течение дня. Этот 24-часовой график — это то, что имеет в виду большинство людей, когда говорят о циркадном ритме. Однако они охватывают и другие факторы, помимо сна.

  Другие примеры циркадных ритмов у человека включают:

  • гормональную активность
  • температуру тела
  • пищеварение
  • иммунную функцию

  Циркадные ритмы — это жизненно важные процессы, которые функционируют без внешних факторов. Это потому, что тело само реагирует на биологические часы, которые естественным образом существуют в людях и их клетках.

  Национальный институт общих медицинских наук отмечает, что почти в каждой ткани и органе есть свои биологические часы. Это результат взаимодействия определенных белков с клетками в организме, приказывая им быть более активными или замедляться.

  Одни главные часы в теле контролируют все эти индивидуальные часы. У человека главными часами является структура, называемая супрахиазматическим ядром (СХЯ), которая содержит около 20 000 нервных клеток и получает непосредственную информацию от глаз.

  Когда глаза воспринимают яркий свет дня или темноту ночи, СХЯ улавливает эту информацию, приказывая клеткам действовать соответствующим образом. Свет синхронизирует циркадный ритм с 24-часовым сутками.

  Помимо реакций в самих клетках, химические вещества в мозге приспосабливаются к дневным циклам.

  Эти химические вещества регулируют ряд факторов в организме, таких как:

  • голод
  • температура
  • возбуждение и бодрствование
  • настроение

  Как это связано со сном?

  Суточные ритмы организма контролируют цикл сна-бодрствования. Они играют роль во сне из-за того, как тело и мозг реагируют на темноту, когда большинство людей чувствуют усталость и склонны засыпать.

  С наступлением темноты биологические часы организма дают клеткам команду замедлить ход . Когда вечер становится темным, уровень гормона мелатонина начинает повышаться и позволяет заснуть. Пик мелатонина приходится на 2–4 часа ночи. а затем уменьшается к утру, позволяя бодрствовать.

  Свет является основным внешним фактором, контролирующим циркадные ритмы организма. Он поддерживает циркадный ритм в соответствии с естественным 24-часовым циклом Земли. Кроме того, другие сигналы окружающей среды могут помочь синхронизировать циркадный ритм, включая потребление пищи и уровень активности. Однако многое может нарушить этот процесс.

  Хотя циркадные ритмы возникают естественным образом, в течение дня на них могут влиять несколько факторов.

  Свет

  Нерегулярное освещение может легко нарушить нормальный циркадный ритм.

  Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) отмечают, что циркадные часы наиболее чувствительны примерно за 2 часа до обычного времени сна человека. Использование яркого света в это время может отодвинуть потребность спать на более позднее время, поэтому человек может заснуть позже вечером и проснуться позже утром.

  Напротив, яркий утренний свет может отсрочить потребность в сне раньше. Сон в светлой комнате также может разбудить человека раньше, чем необходимо, и сместить его обычное время сна.

  Цвет

  Цвет света нарушает циркадные ритмы. Центры по контролю и профилактике заболеваний США отмечают, что наиболее сильное воздействие оказывает свет с синей длиной волны.

  Синие и белые огни в чувствительные периоды дня, например, за 2 часа до сна, могут мешать человеку заснуть или продолжать спать. Общие источники включают электронные экраны на таких устройствах, как телефоны, компьютеры и телевизоры.

  Другие длины волн света меньше влияют на циркадные часы.

  Нездоровый сон

  Нездоровый сон может нарушить циркадные часы в течение дня. Это может включать в себя такие проблемы, как:

  • поздний выход из дома и ранний подъем
  • отсутствие установленного времени сна
  • еда и питье поздно ночью
  • употребление кофеина поздно ночью
  • использование электронных устройств поздно ночью
  • исполнение умственно стимулирующая деятельность в конце дня
  • боль или дискомфорт в спальном месте

  Ознакомьтесь с некоторыми советами и средствами для улучшения качества сна здесь.

  Сменная работа

  Люди, работающие в поздние смены или работающие всю ночь, могут испытывать нарушения своих естественных циркадных ритмов. Поскольку тело реагирует на естественные циклы солнечного света и темноты, сменная работа меняет их циркадные ритмы.

  Путешествия

  Люди, которые часто путешествуют, могут испытывать нарушения сна и циркадных ритмов, особенно если они часто перемещаются между часовыми поясами. Это известно как синдром смены часовых поясов, ощущение слабости или усталости, поскольку тело пытается угнаться за изменениями времени и новыми ритмами дня.

  Прочтите несколько советов по преодолению смены часовых поясов здесь.

  Сопутствующие состояния

  Сопутствующие расстройства сна могут влиять на циркадные ритмы, в том числе:

  • Синдром отсроченной фазы сна: Когда у человека замедляется циркадный ритм, поэтому он предпочитает засыпать и просыпаться позже.
  • Синдром продвинутой фазы сна : Циркадный ритм усложняется, поэтому человек чувствует сонливость раньше вечером и просыпается раньше утром.
  • Нерегулярное расстройство сна и бодрствования : Отсутствие регулярного ритма, что приводит к нарушениям сна и бодрствования.
  • Расстройство сна-бодрствования, не связанное с 24-часовым режимом : Циркадный ритм не синхронизирован с 24-часовым днем, что приводит к периодам сонливости и периодам бессонницы.

  Узнайте больше о некоторых других состояниях, которые могут привести к проблемам со сном, здесь.

  Существует несколько важных факторов, которые следует учитывать при поддержании здорового циркадного ритма.

  Если возможно, ложитесь спать и просыпайтесь в одно и то же время каждый день. Установление регулярного времени может помочь телу установить свои ритмы в это время. Некоторые выбирают утренний будильник, чтобы просыпаться в одно и то же время каждый день. Это может помочь организму приспособиться и вызвать усталость, когда ему нужно спать, чтобы проснуться вовремя.

  Этот обычный график сна и бодрствования также включает выходные дни, например выходные.

  Поскольку свет может нарушать циркадные ритмы, важно выбирать, когда ограничить воздействие. CDC отмечают, что 2 часа до того, как человек заснет, кажутся наиболее важными. Избегание синего света в это время может помочь обеспечить регулярный циркадный ритм, который включает в себя ограничение времени использования экрана и любых ярких источников белого или синего света, например, в магазинах.

  Другие советы могут помочь поддерживать здоровый циркадный ритм, в том числе:

  • выход на улицу или при ярком свете по утрам
  • отказ от кофеина в конце дня
  • короткий дневной сон, если человеку нужно вздремнуть
  • избегать длительного сна или вздремнуть позже в течение дня
  • избегать тяжелой пищи
  • успокаивающие действия перед сном, такие как чтение или легкая растяжка

  Некоторые успокаивающие травяные чаи или добавки могут помочь вызвать сонливость у людей с проблемами падения спящий. Тем не менее, поговорите с врачом, прежде чем принимать продукты с активными ингредиентами.

  Хотя время от времени чувствовать себя вялым нормально, любой, кто регулярно испытывает нарушения сна или чувствует, что его циркадные ритмы нарушены, может захотеть поговорить со своим врачом.

  Недооценка низкого качества или лишение сна или во сне может привести к осложнениям со здоровьем, в том числе:

  • Гипертония
  • Диабет или резистентность к инсулину
  • Апноэ со сном
  • Ожирение
  • Психоз
  • Инсульт
  • Депрессия и тревога
  • Психоз
  • Инсульта
  • и тревога
  • Психоз
  • и тревога
  • Психоз
  • и тревога
  • и тревога
  • и тревога
  • 0008

  Узнайте больше о негативных последствиях лишения сна здесь.

  Для людей с нерегулярным графиком, например, для тех, кто часто путешествует или работает в ночное время, может быть полезно узнать у медицинского работника, как ограничить нарушения циркадных ритмов.

  Мелатонин может помочь вызвать сон и восстановить циркадные ритмы, но важно использовать его правильно. Поговорите с врачом, прежде чем использовать гормоны для сброса цикла сна.

  Циркадные ритмы — это естественные циклы, через которые тело проходит каждый день. Ритм сна и бодрствования является наиболее широко известным примером этих ритмов.

  Поддержание здорового циркадного ритма может включать в себя корректировку привычек человека в соответствии с природными ритмами и может помочь предотвратить некоторые проблемы со сном или бодрствованием.

  Любой, кто не уверен в своих симптомах, должен поговорить с врачом для получения полного диагноза и плана лечения.

  Генетика циркадных часов человека и гомеостата сна

  Введение

  Суточные ритмы

  Почти все живые животные, от млекопитающих до прокариот, имеют внутренние часы, адаптированные к 24-часовому графику вращения Земли [1]. Эта внутренняя циркадная ритмичность позволяет организму предсказывать внешнюю среду, в том числе время восхода и захода солнца, а также предвидеть лучшее время для сна, пробуждения, приема пищи и активности. Супрахиазматическое ядро ​​(СХЯ), расположенное в гипоталамусе, является центральным циркадианным водителем ритма. Двустороннее поражение СХЯ в гипоталамусе грызунов приводит к устранению ночных и циркадианных ритмов питья, локомотивного поведения и выброса гормонов [2, 3]. СХЯ помогает координировать эти ритмы по всему телу вплоть до клеточного уровня, а выходы СХЯ нацелены на многие ткани, включая печень, надпочечники и шишковидную железу [4].

  Человеческий циркадный водитель ритма поддерживает средний ритм, который немного превышает 24 часа с межиндивидуальной вариабельностью [5, 6]. Поэтому ему требуются внешние сигналы, называемые zeitgebers (датчики времени), для постоянной синхронизации с окружающей средой. Самым сильным увлекающим сигналом для СХЯ является свет. Сетчатка содержит специализированные клетки, не формирующие изображение, называемые меланопсин-экспрессирующими ганглиозными клетками сетчатки или внутренне фоточувствительными ганглиозными клетками сетчатки (ipRGCs), которые проецируются в СХЯ непосредственно через ретино-гипоталамический тракт [7, 8]. Эти ipRGC в первую очередь реагируют на волны синего света. Влияние света на время сна следует кривой фазовой реакции (рис. 1), в которой свет за 8–10 часов до минимальной температуры тела, которая обычно происходит примерно за 2 часа до обычного времени пробуждения, задерживает циркадные часы. . Свет в ~9ч после минимальной температуры ядра тела будет опережать часы [9, 10]. Этот эффект максимален примерно за 4 часа до и после минимума центральной температуры тела, поэтому искусственный свет вечером и ночью будет задерживать циркадные часы, что приведет к позыву ко сну на более поздний час, а свет — в первые 2 часа ночи. день ускорит его, что приведет к желанию лечь спать в более ранний час [9, 10]. Другие факторы, в том числе физические упражнения и прием пищи, также играют роль zeitgebers. В то время как исследования и методы лечения были сосредоточены в первую очередь на свете, который обеспечивает основной вклад в СХЯ, кривая фазовой реакции была описана и для упражнений, при которых упражнения в 7 часов утра и в 13–16 часов были наиболее эффективными. продвигает циркадные часы и тренируется с 7 до 10 вечера. задерживает его [11]. Интересно, что время сна и бодрствования не оказывает явного влияния на циркадные часы.

  Рис. 1

  a Кривая фазового отклика на импульс света. b Влияние света на циркадную фазу, основанное на времени родов в течение 24-часового дня относительно времени начала выработки мелатонина при тусклом свете и внутренней температуре тела

  Изображение в натуральную величину проявляется в циркадном ритме, в первую очередь в склонности спать и есть в определенные часы дня. Дисперсия хронотипа в популяции подчиняется нормальному распределению [12, 13]. Это связано с освещенностью, поэтому популяционные нормы различаются по долготе, широте, городскому и сельскому населению. Среднее время сна в выходные дни с поправкой на потерю сна в рабочую неделю (MSF 9).0637 SC ) на 4 мин раньше (в среднем) на каждый градус долготы в часовом поясе с учетом более раннего восхода солнца [14]. Вариации от человека к человеку основаны на нескольких факторах, включая продолжительность внутреннего периода колебаний человека, называемого τ или тау. При среднем значении 24,2 часа [1, 15] τ уникален для каждого человека и может составлять чуть более 23 часов или превышать 25 часов [16, 17]. Реакция на zeitgebers, угол увлечения и амплитуда τ также влияют на хронотип человека.

  Двухпроцессная модель: взаимодействие циркадианных сил и гомеостаза сна и гомеостаз сна (названный процессом S) [18]. Процесс С зависит от ~24-часового ритмического изменения склонности ко сну, и это уравновешивается процессом S, который увеличивается в зависимости от времени бодрствования. Процесс S оценивается по медленноволновой активности ЭЭГ и имеет экспоненциальное снижение во время сна. Модель утверждает, что именно взаимодействие процессов C и S определяет, когда мы просыпаемся и когда спим. Это объясняет, что циркадные факторы помогают нам бодрствовать в течение дня по мере того, как давление сна, моделируемое процессом S, нарастает, а также помогают нам не спать во второй половине ночи, когда это давление сна в значительной степени снизилось.

  Давление сна также объясняет, почему большее количество времени бодрствования может привести к более глубокому сну.

  Современные факторы стресса в двухпроцессной модели

  Зависимость современного общества от искусственного освещения и снижение зависимости от восхода и захода солнца привели к усилению нагрузки на этот баланс между циркадным и гомеостатическим давлением. Внутреннее освещение обычно составляет около 400 люкс, что намного слабее, чем от 10 000 до более 100 000 люкс солнечного света. Учитывая, что свет является основным цайтгебером нашей циркадной системы, а большая часть света, с которым мы сталкиваемся изо дня в день, является искусственным светом, общий вклад в циркадную систему намного слабее, чем у наших предков, подвергавшихся ежедневному воздействию даже облачного неба. основа [19]. Кроме того, свет подавляет высвобождение мелатонина шишковидной железой, что может дополнительно влиять на время сна [20].

  Социальные и профессиональные обязанности также могут изменять характер сна и способствовать десинхронизации между внутренним ритмом и временем сна у человека. Из-за уменьшения внешнего воздействия и увеличения вечерних обязанностей большинство людей склонны к более позднему времени отхода ко сну и более позднему пробуждению. Было показано, что в условиях естественного освещения, например, в кемпинге без искусственного освещения, у людей наблюдается 2-часовое опережение начала мелатонина при тусклом свете (DLMO), маркера циркадной фазы, по сравнению с типичными условиями с искусственным светом [21]. Существует большая вариация времени как начала мелатонина, так и сна в условиях искусственного освещения по сравнению с условиями естественного освещения, что позволяет предположить, что более слабые zeitgebers в среде искусственного освещения позволяют проявляться индивидуальным циркадным различиям. Увеличение времени пребывания на улице коррелирует с более ранними хронотипами [12]. Время начала работы и учебы не изменилось с увеличением освещения в помещении, что привело к сокращению продолжительности сна у многих людей и усугублению утренних проблем. Примерно 20% населения сообщают, что спят как минимум на 1 час меньше, чем их субъективная потребность во сне, что указывает на то, что эти внешние требования нагружают систему [22].

  Понимание механизма и контроля циркадной системы значительно продвинулось вперед по сравнению с моделью Борбели в 1982 году, однако гомеостаз сна все еще остается очень плохо изученным. Здесь мы обсуждаем, как циркадная система может варьироваться в популяции и приводить к экстремальным фенотипам из-за генетической изменчивости, что иногда приводит к нарушениям сна и бодрствования. Мы также обсудим, как гомеостаз сна может варьироваться среди населения, что приводит к потребности в коротком и продолжительном сне, — область с растущим количеством доказательств, которая заслуживает гораздо большего изучения.

  Изменения времени и продолжительности сна

  Циркадные колебания

  Изменения τ, силы и угла увлечения, а также связь часов с выходными данными приводят к диапазону предпочтительного времени сна в течение 24-часового дня. Крайне ранние типы (называемые продвинутой фазой сна (ASP) или «утренними жаворонками») предпочитают рано ложиться спать и рано просыпаться. Человек с ASP может спать до 20:00. до 4 утра вместо более привычных 11 вечера. до 7 утра. Поздние типы (называемые отсроченной фазой сна (DSP) или «полуночники») предпочитают поздно ложиться спать и поздно просыпаться. Человек с ДСП может спать с 4 до 12 часов. У большинства людей график промежуточный между утренними жаворонками и ночными совами (рис. 2). Точное время того, что обозначает утреннего жаворонка или ночную сову, зависит от местоположения, и промежуточный хронотип в Восточной Европе имеет среднее время сна в 4 часа утра, что является поздним хронотипом в Индии, где среднее значение ближе к 3 часам ночи [23]. ].

  Рис. 2

  Типичная продолжительность периода сна по сравнению с отсроченной фазой сна, опережающей фазой сна и естественным коротким сном

  Изображение в натуральную величину черта, хотя есть различия в течение жизни. Младенцы и маленькие дети являются относительными утренними жаворонками, и в подростковом возрасте наблюдается резкий сдвиг, достигающий пика около 20 лет, после чего в последующие десятилетия наблюдается медленный возврат к более ранним тенденциям сна-бодрствования [24]. В каждом возрасте распределение по популяции остается стабильным с одинаковым числом относительных утренних и вечерних типов. На протяжении всей жизни человек также сохраняет свое относительное положение в группе того же возраста и пола. По мере того, как люди старше 65 лет, в популяции становится больше различий [24].

  Преобладание утреннего и вечернего типов зависит от возраста обследуемого населения. В выборке из 433 268 человек в возрасте от 37 до 73 лет 27% определились как определенные утренние типы, и только 9% определились как определенные вечерние типы [25, 26]. Напротив, среди студентов колледжей предпочтение отдается вечерним занятиям, чем среди населения в целом, с еще большей тенденцией к вечерним занятиям у первокурсников по сравнению со старшекурсниками [27]. Также есть различия по половому признаку. Мужчины являются более поздними хронотипами примерно до 50 лет, после чего мужчины и женщины имеют схожие хронотипы. Почти 50% женщин идентифицируют себя как жаворонки по сравнению с 40% мужчин [28]. Подобно тому, как половое созревание у девочек обычно наступает раньше, пик вечерности у женщин приходится на 19 лет..5 и у мужчин в возрасте 21 года [24].

  Существуют также различия по расам, хотя все этнические группы показывают примерно нормальное распределение хронотипа. В отчете Истмана и др. Среднее значение τ 24,07 ч у афроамериканцев ( N  = 32) не различалось между мужчинами и женщинами по сравнению с европеоидами, у которых среднее значение τ составляло 24,33 ч ( N  = 31) [29]. Существуют также различия по этническому признаку утреннего типа: афроамериканцы в 1,4 раза чаще идентифицируют себя как утренний тип (по сравнению с промежуточным) по сравнению с европеоидами [26]. Это может быть связано с дифференциальной реакцией на свет, поскольку у афроамериканцев наблюдается большее фазовое смещение в ответ на яркий утренний свет и меньшая фазовая задержка в ответ на яркий вечерний свет [30]. Короткий сон также в два раза чаще встречается у афроамериканцев, что, вероятно, является многофакторным с сильным влиянием социальных, культурных факторов и факторов окружающей среды.

  Генетика циркадных фенотипов

  Генетика ASP

  Лица с ASP, которые сообщают о семейном анамнезе у родственника первой степени родства, считаются страдающими семейным ASP (FASP). В то время как генетические факторы и факторы окружающей среды вносят свой вклад, те, чей ранний хронотип зародился в молодом возрасте, скорее всего, будут иметь сильную семейную историю этого признака [31]. Многие с ASP и FASP не считают ранний сон и пробуждение неприятным, и эти люди обычно не обращаются за медицинской помощью. Среди населения, обращающегося в клинику сна, распространенность АСБ, определяемая как начало сонливости к 20:30. и спонтанное пробуждение к 5:30 утра с этой тенденцией, начинающейся до 30 лет, оценивается в 0,33–0,5%. Предполагаемая распространенность FASP в этой популяции составляет не менее 0,21%, при этом у большинства лиц с ASP есть семейный анамнез (таблица 1) [31].

  Таблица 1 Распространенность и известные менделевские гены в семейной фазе расширенного сна (FASP), семейной фазе отсроченного сна (FDSP) и семейной естественной короткой фазе сна (FNSS)

  Полноразмерная таблица

  Два основных метода, проливающих свет на генетику ASP представляют собой мутации одного гена, определенные в семьях с аутосомно-доминантным типом наследования и полногеномными ассоциативными исследованиями (GWAS). В 1999 г. была опубликована первая статья, определяющая менделевский тип наследования FASP [16]. Было отмечено, что пробанд из самой крупной идентифицированной семьи имел τ 23,3 часа при изучении во временной изоляции. В то время генетические мутации, приводящие к изменениям в циркадном периоде, были получены в прямом генетическом скрининге в Drosophila и грызунов, но у человека пока не было идентифицировано мутаций гена часов [32]. Анализ сцепления привел к генетическому картированию первого аллеля FASP на хромосоме 2q, а позиционное клонирование привело к идентификации PER2 , гомолога гена дрозофилы. Мутация, которая заменяет серин остатком глицина в положении аминокислоты 662 в области связывания казеинкиназы Iδ/ε (CKIδ/ε) PER2 , была идентифицирована у пораженных членов первого семейства FASP [33]. Эта мутация была сконструирована у мышей и привела к полудоминантному признаку ASP, воспроизводя фенотип людей, несущих мутацию [34]. Дальнейшее исследование предполагает, что эта мутация, PER2S662G, является более сильным репрессором транскрипции, чем 9 дикого типа.0671 PER2 , поддерживая роль PER2 в настройке скорости молекулярных часов [35].

  Многие дополнительные семьи были идентифицированы с аналогичным паттерном, включая аллельный ряд мутаций PER2 , но большинство семей FASP не имеют признанной мутации PER2 . Изучение этих семей показало генетическую гетерогенность и привело к выявлению множественных дополнительных причинных мутаций. Мутации, ведущие к FASP, были идентифицированы в четырех дополнительных генах, CK1δ (также известный как CSNK1D ) (T44A), PER3 ( P415A/h517R), CRY2 (A260T) и TIMELESS (R1081X) [35, 36, 36]. Эти мутации присутствуют лишь у небольшого меньшинства большой когорты семейства FASP, что позволяет предположить, что существуют новые циркадные аллели человека и потенциально новые гены, которые еще предстоит идентифицировать.

  Некоторые циркадные гены обладают плейотропными эффектами, влияющими на другие аспекты здоровья и болезней. Было показано, что мутации, придающие фенотип FASP, косегрегируют с мигренью и депрессией. В двух семьях с менделевским типом наследования FASP идентификация косегрегации мигрени с чертой экстремального утреннего жаворонка привела к выявлению мутации в CK1δ вызывает как мигрень, так и FASP у пострадавших людей [39]. Два идентифицированных семейства имеют разные миссенс-мутации, T44A и h56R, и мыши, сконструированные для переноса одной из этих мутаций, были более чувствительны к боли, когда был предоставлен типичный триггер мигрени. Они также продемонстрировали сниженный порог индукции распространяющейся кортикальной депрессии, физиологии, лежащей в основе ауры мигрени. FASP, депрессия и сезонные черты настроения также были связаны в двух вариантах в ген PER3 [37]. Это вызывает сезонное аффективное расстройство у людей и депрессивный фенотип у мышей, который ухудшается при более коротких фотопериодах.

  GWAS хронотипа

  Многочисленные недавние GWAS, опираясь на большие когорты, такие как UK Biobank и компания 23andMe, занимающаяся генетическим тестированием «прямо для потребителя», идентифицировали множество локусов, которые показывают связь с утренним утром [28, 40,41,42 ]. Работа, объединяющая до 697 828 человек в одном исследовании, в первую очередь выводит хронотип, задавая вопросы о предпочтениях в утренние и вечерние часы. В более ограниченной выборке также используются предпочтения сна, полученные с помощью монитора активности [43]. Благодаря этой работе утренние часы были связаны с более низким уровнем депрессии и лучшим психическим здоровьем [28, 42].

  До 351 локуса показали связь с хронотипом в исследованиях GWAS. К ним относятся PER2 , PER3 и Cry1 , о которых уже известно, что они вызывают FASP или семейную DSP (FDSP) в семейных исследованиях. Мутации CK1δ, Cry2 и TIMELESS , также идентифицированные как причинные в отдельных семьях FASP, не были идентифицированы с помощью GWAS. Примечательно, что многие локусы, связанные с хронотипом в GWAS, не были реплицированы в независимых когортах. Это предполагает генетическую сложность, а также может быть связано с систематическими ошибками в зависимости от инструментов, используемых для определения хронотипа. Однако несколько генов возникают во многих исследованиях. Четыре крупных GWAS, опубликованных за последние 4 года, обнаружили локусы вблизи 9гены 0671 PER2 , FBXL13 , RGS16 и AK5 [28, 40, 41, 43]. Поскольку уже установлено, что PER2 участвует в циркадных часах и является причиной FASP, кажется вероятным, что эта ассоциация является прямым эффектом через PER2 . RGS16 участвует в передаче сигналов в СХЯ, а FBXL13 связан с удлинением циркадианного периода у мышей [44]. Интересно, что AK5 — это ген, участие которого в циркадной системе ранее не было известно до этой работы [45]. По крайней мере, три исследования показали участие рецептора гипокретина типа 2, который, как известно, участвует в бдительности, а также связан с продолжительностью сна по данным исследования GWAS; [46] 5-гидрокситрптаминовый (серотониновый) рецептор 6, который, как известно, участвует в регуляции сна, но не в циркадной регуляции; и тринуклеотидный повтор, содержащий 6b, участие которого ранее было показано в циркадной системе у Дрозофила и мыши. Остающейся и сложной проблемой в этой области является выяснение путей, имеющих отношение к хронотипу в области ассоциированного локуса. Не всегда будет так, что ближайший ген к ассоциированному локусу будет причинным для хронотипа.

  Генетика DSP

  DSP, когда он более выражен, также обычно является пожизненной тенденцией, ухудшающейся в подростковом возрасте и уменьшающейся с возрастом. Когда DSP существует в первой относительной степени, это называется FDSP. Оценки распространенности DSP варьируются в зависимости от определения, местоположения и возраста, но варьируются от 0,13 до 3,1% [47].

  В исследованиях близнецов на генетические факторы приходится около 50% дневного предпочтения [48, 49]. Несмотря на это, идентифицировано меньше генов, которые приводят к DSP, чем к ASP. Это говорит о том, что DSP, вероятно, является мультигенным с несколькими генами, каждый из которых играет меньшую роль, хотя негенетические факторы, такие как искусственное вечернее освещение и социальное давление, искажают картину, что затрудняет обнаружение генетических вариантов. Полиморфизм длины в гене PER3 из-за тандемного повтора с переменным числом повторов (4 или 5) был связан с DSP, в котором более длинный аллель связан с утренним, а более короткий аллель с вечерним [50]. Миссенс 9Вариант 0671 PER2 , Rs35333999, связан с более длинным циркадным периодом и более поздним хронотипом [40, 51]. Была идентифицирована единственная мутация в гене CRY1 , CRY1 c.1657 + 3 A > C, которая придает аутосомно-доминантный признак DSP [52]. Распространенность этого аллеля составляет 0,6%, поэтому предполагается, что он отвечает за долю FDSP в общей популяции. Частота FDSP неизвестна, и поэтому неясно, какая доля этого признака объясняется этим CRY1 вариант.

  Смещение циркадных ритмов

  Термины ASP и DSP являются описаниями предпочтительного времени сна и не описывают патологию. Однако у общества есть обычные часы работы, и если человек не может синхронизироваться с этим графиком, это может сделать обычный распорядок жизни более сложным, поскольку склонность ко сну может снижаться при дневном свете, а максимальная бдительность — в темноте. Когда это вызывает жалобы, дистресс или проблемы с функцией, это называется нарушением циркадного ритма.

  Расширенное расстройство фазы сна и бодрствования

  Подгруппа лиц с АСЛ, обращающихся к врачу с жалобами на сон-бодрствование, такими как вечерняя сонливость, неприятные ранние утренние пробуждения, не вызванные другой причиной, такой как депрессия, бессонница, апноэ во сне или дневная сонливость из-за недостаточного сна из-за попыток не ложиться спать по социальным, семейным или рабочим обязательствам. Эта подгруппа с жалобами, связанными с их ранним циркадным ритмом, соответствует критериям прогрессирующего расстройства фазы сна-бодрствования (ASWPD) в Международной классификации расстройств сна (ICSD-3) [53]. Каждый восьмой с ASP соответствует критериям ASWPD, что предполагает распространенность не менее 0,04% или 1/2500 (таблица 2) [31]. Эта оценка распространенности не учитывает тех, кто становится старше только в более поздние годы в рамках общего фазового перехода, связанного со старением (ASP старения). Только те люди, которые жалуются на эту черту, будут иметь диагноз ASWPD. На рисунке 3 показана взаимосвязь между FASP, ASWPD и ASP старения. Относительный размер кружков на рис. 3 не отражает относительную распространенность FASP, ASWPD по сравнению с ASP при старении, поскольку распространенность ASP при старении неизвестна.

  Таблица 2. Сравнение распространенности, продолжительности сна, жалоб на сон и пример временного соотношения между ASP, DSP и FNSS и родственными расстройствами ASWPD, DSWPD и синдромом недостаточного сна

  Полная таблица

  Рис. 3

  взаимосвязь между семейной расширенной фазой сна (FASP), прогрессирующим расстройством фазы сна-бодрствования (ASWPD) и ASP старения. Этот рисунок адаптирован из рисунка, который перепечатан с разрешения из журнала SLEEP [31]. Размеры родственников не отражают относительную распространенность, так как распространенность ASP старения неизвестна

  Полноразмерное изображение

  Расстройство фазы отсроченного сна-бодрствования (DSWPD)

  Для тех, кто имеет связанную с этим жалобу на бессонницу или сонливость в дневное время и чувствует себя лучше, когда им разрешено спать по выбранному ими графику отсроченного сна, классификация ICSD-3 ДСВПД [53]. Это гораздо более распространенная жалоба, чем ASWPD, и, по оценкам, около 10% пациентов с бессонницей имеют DSWPD [53]. Распространенность DSWPD варьируется в зависимости от населения, но колеблется от 7 до 16% среди подростков и молодых людей [53]. Вполне вероятно, что у большей части людей с DSP есть жалобы по сравнению с людьми с ASP из-за нескольких факторов. Людям с ДСП труднее жить по «обычному» графику (обычное время начала учебы или работы), чем людям с АСД. Увеличение вечернего искусственного освещения помогает людям с СДВ задерживаться, приближая их к обычному графику, в то время как вечерний свет только усугубляет смещение для людей с ДСП. Кроме того, люди с ДСП испытывают большую инерцию сна, явление задержки полного бодрствования после пробуждения по сравнению с людьми с АСБ [12]. В то время как люди с ASP обычно чувствуют себя бодрыми в течение нескольких секунд или минут после пробуждения, у людей с DSP это может занять от нескольких минут до часов [31].

  Другие изменения циркадианных ритмов

  Некоторые люди не могут поддерживать 24-часовой день, и вместо стабильно опережающего или отсроченного графика их сон постоянно меняется, что приводит к чередованию бессонницы и чрезмерной дневной сонливости. Это называется расстройством сна-бодрствования, отличным от 24 (N24SWD) [53]. Как правило, это происходит при ритмах продолжительностью более 24 часов, и большинство людей, страдающих N24SWD, полностью слепы и не могут увлечь за собой из-за отсутствия уноса света в СХЯ. Хотя заболеваемость N24SWD неизвестна, более половины слепых жалуются на нарушение сна. Реже некоторые люди не могут тренироваться из-за деменции, аномалий развития или психических расстройств. Лица с задержкой развития и нейродегенеративным заболеванием могут также страдать от нерегулярного нарушения ритма сна и бодрствования, при котором больной спит в течение 24 часов в сутки и не имеет предпочтения в отношении дня и ночи [53]. Об этой проблеме также сообщалось после черепно-мозговой травмы [54].

  Воздействие нарушения циркадного ритма на здоровье

  Неправильное соблюдение циркадного ритма оказывает негативное воздействие на здоровье. Причины рассогласования включают сменную работу и социальную смену часовых поясов. Эпидемиологические данные показывают более высокую частоту ишемической болезни сердца, метаболического синдрома, ожирения и рака среди вахтовиков [55,56,57,58]. Было показано, что сон не в фазе с биологическим циркадным ритмом снижает уровень лептина, повышает резистентность к инсулину и увеличивает среднее артериальное давление [59]. Несоосность может влиять на прогрессирование рака молочной железы, а работники, работающие в ночную смену в течение длительного времени, имеют более высокий риск рака молочной железы [60, 61]. Отсутствие увлеченности, о чем свидетельствует повышение уровня мелатонина в часы, не связанные со сном, коррелирует с нарушением обучения и памяти [62]. Дестабилизация циркадной ритмичности может быть фактором прогрессирования опухоли, поскольку было отмечено, что циркадианная ритмичность множества циркадианных генов снижена или отсутствует в раковых клетках [63].

  Несоответствие может возникнуть между человеком и окружающей средой, например, при ASWPD, DSWPD или сменной работе, а также внутри человека, называемое внутренним несоответствием. SCN отвечает за синхронизацию внутренних физиологических процессов, включая прием пищи и голодание, а периферические часы подчиняются SCN. Организм предвидит ночное голодание и стимулирует глюконеогенез, ставя уровни липидов и глюкозы под жесткий циркадный контроль [64, 65]. Это продемонстрировано на мышах со специфичной для печени делецией основного часового гена 9.0671 Bmal1 , у которых во время голодания развилась гипогликемия [66]. В то время как свет является основным входом для SCN, пища является наиболее важным входом для периферических осцилляторов. Когда питание не синхронизировано с управляемой светом SCN, периферийные часы могут разъединиться. Например, когда грызунам назначают ограниченный график кормления, при котором время предложения пищи не синхронизировано с ожидаемым временем светового цикла, СХЯ остается синхронизированным со светом, но с несколькими периферическими генераторами, включая печень, почки, сердце и поджелудочную железу. синхронизируются с графиком приема пищи [67, 68]. Было показано, что эта десинхрония с печенью способствует метаболическим последствиям, таким как ожирение и диабет 2 типа [69].].

  Влияние хронотипа на здоровье

  Хронотип сам по себе также влияет на болезнь. Недавняя работа предполагает ухудшение самочувствия, сокращение продолжительности жизни и увеличение смертности у вечерних типов [25, 70]. Наблюдается более высокая частота широкого спектра расстройств, включая психологические расстройства, диабет, неврологические, желудочно-кишечные и респираторные расстройства, у определенных вечерних типов по сравнению с определенными утренними типами [25]. Утреннее предпочтение, по-видимому, оказывает защитный эффект против рака молочной железы с использованием модели менделевского исследования рандомизации для изучения влияния хронотипа на диагностику рака молочной железы в британском биобанке [71]. При таких заболеваниях, как биполярная и хроническая мигрень, вечерний тип может влиять на частоту эпизодов [72, 73]. Неизвестно, опосредовано ли это негативное влияние вечернего хронотипа повышенным смещением.

  Клиническая оценка нарушения циркадных ритмов

  Когда пациенты в клинике жалуются на проблемы с засыпанием, продолжительностью сна, ранними утренними пробуждениями или дневной сонливостью, хронотип является важным фактором, который следует учитывать при разработке оптимального лечения. Однако бывает сложно определить хронотип человека. В настоящее время для этой цели используется множество инструментов, но все они имеют ограничения. Время сна — один из инструментов. Для характеристики хронотипа важно задать вопрос о времени первого засыпания и окончательного пробуждения в длинные выходные или отпуска без обязательств. Важно сосредоточиться на длительном отдыхе, потому что обязанности в будние и выходные дни часто определяют время сна, а восстанавливающийся сон в выходные дни может продлить сон. Для скрининга хронотипа используются два опросника: мюнхенский опросник хронотипа, который определяет среднее время сна в свободные дни (MSF), и опросник «утреннее-вечернее время». Объективные показатели включают DLMO, который считается наиболее надежным показателем центрального циркадного ритма. Уровень мелатонина очень низок в течение дня и начинает повышаться к вечеру. Время этого подъема представляет собой действие центрального циркадного водителя ритма, SCN, который сигнализирует шишковидной железе о высвобождении мелатонина [74]. Однако свет подавляет высвобождение мелатонина [20, 75]. Поэтому этот сбор необходимо производить через частые промежутки времени в обычные часы перед сном в условиях слабого освещения. Он не является широко доступным в клинической практике, его сложно собирать, и поэтому он обычно не используется в клинической практике. Минимальная температура ядра тела также является сильным индикатором синхронизации центрального водителя ритма. Однако это трудно получить клинически, и обычно это не делается вне исследовательской среды. При определении того, как лечить циркадные расстройства, также полезно понимать τ человека, но это трудно определить, поскольку для оптимального тестирования требуется сложный протокол, называемый протоколом принудительной десинхронии, который проводится только в исследовательских условиях. Эта процедура требует, чтобы человек следовал циклу отдыха и активности за пределами диапазона включения циркадного кардиостимулятора, обычно 28-часовому циклу, и измеряет циркадные изменения во время этой десинхронии [1].

  Многообещающие будущие подходы к идентификации внутреннего ритма основаны на том факте, что транскрипция и метаболизм находятся под циркадной регуляцией у млекопитающих [76, 77]. Транскриптом млекопитающих был охарактеризован [78], и в настоящее время ведутся работы по его использованию для лучшего определения циркадной фазы. Почти половина генов, кодирующих белки, экспрессируют ритмичность в каком-либо участке тела [79]. Таким образом, транскриптом или метаболом клеток крови обещает быть полезным в качестве маркера циркадной фазы. На этом фронте были предприняты многочисленные усилия. Лян и др. сообщают о предсказателе на основе мРНК цельной крови, рассматривающем 100 биомаркеров, в первую очередь участвующих в передаче сигналов глюкокортикоидов и иммунной функции, которые могут предсказывать время цикла мелатонина при отборе проб в двух временных точках с интервалом 12 часов [80]. Браун и др. создали алгоритм машинного обучения, который можно научить использовать экспрессию генов для предсказания циркадных ритмов [81]. Виттенбринк и его коллеги сообщают о профиле экспрессии генов на основе моноцитов NanoString, основанном на 12 генах, которые могут предсказывать циркадный ритм с помощью одного дневного образца [82]. Этот подход может улучшить определение хронотипа в рутинной клинической практике, однако в настоящее время ни один инструмент не прошел клиническую валидацию и не доступен.

  Гомеостат сна

  Потребность во сне

  Как и в случае с хронотипом, привычная продолжительность сна варьирует в популяции и подчиняется нормальному распределению [83]. В 2015 году Национальный фонд сна опубликовал рекомендацию о том, что взрослые должны спать 7–9 часов [84]. Это привело к важному общенациональному разговору о ценности достаточного сна. Однако также наблюдается повышенная тревожность у тех, чья биологическая «потребность» во сне не соответствует этим рекомендациям, поскольку не у всех с потребностью в коротком или продолжительном сне есть патология.

  Потребность во сне: эпидемиологические данные

  Большая часть информации о достаточной продолжительности сна получена из эпидемиологических данных и экспериментов по лишению сна. Эпидемиологические данные показывают связь между коротким и продолжительным сном и повышенной смертностью. Наименьшая смертность приходится на ~7 ч сна, и отклонение от этого в обе стороны связано с повышенной смертностью примерно в U-образном распределении [85]. Эта связь была показана во многих культурах по всему миру [86]. Существует аналогичная связь между короткой и длинной продолжительностью сна и толерантностью к глюкозе, диабетом 2 типа, повышенным ИМТ, ожирением и метаболическим синдромом [87,88,89].]. Важно отметить, что эти исследования измеряют ассоциацию в популяции людей. Вполне вероятно, что оптимальное количество сна для человека сильно варьируется в зависимости от населения.

  Эпидемиологические данные основаны на самооценке продолжительности сна и не включают причину короткого сна. Таким образом, такие исследования не делают различия между теми, у кого короткий сон сопровождается жалобами, связанными со сном, такими как бессонница или чрезмерная дневная сонливость, и теми, у кого этого нет. На самом деле, также сообщалось о U-образной кривой жалоб на сон, указывающей на то, что многие из тех, кто сообщает о коротком сне, также жалуются на проблемы с ночным сном или имеют симптомы, связанные с дневным сном [9].0]. 5%, которые сообщают о самой короткой продолжительности сна, имеют высокую частоту бессонницы, что позволяет предположить, что эта U-образная кривая может указывать на сопутствующую бессонницу [91].

  Потребность во сне: данные о депривации сна

  Другим важным фактором, влияющим на рекомендации по продолжительности сна, являются эксперименты с депривацией сна. Многочисленные лабораторные исследования показывают, что лишение сна имеет негативные последствия для здоровья. Метаболические последствия острой депривации сна включают резистентность к инсулину, эндокринную дисфункцию, снижение уровня лептина, повышение уровня грелина и повышение артериального давления [9].2,93,94,95]. Сонливость и сокращение времени сна были связаны с дорожно-транспортными происшествиями [96,97,98]. Короткий сон был связан с повышенной частотой депрессии [99]. Острая депривация сна вызывает сонливость и дефицит бдительности, внимания, обучения и памяти [100]. Примечательно, однако, что тесты когнитивных функций во время экспериментов с лишением сна выявляют ряд реакций после потери сна, при этом некоторые люди имеют минимальные негативные последствия. Эти межиндивидуальные различия в уязвимости к когнитивным эффектам потери сна кажутся чертоподобными и остаются стабильными с течением времени [101].

  Генетическая изменчивость потребности во сне

  Мы предполагаем, что вариабельность уязвимости к потере сна может быть связана с различиями в биологической потребности человека во сне — от естественного короткого сна до естественного продолжительного сна.

  Вариабельная реакция на потерю сна является, по крайней мере частично, генетической. Дельта-мощность ЭЭГ, зарегистрированная во время медленного сна, которая увеличивается по мере того, как человек бодрствовал перед сном, и рассеивается во время медленного сна, является маркером гомеостатического давления сна, а межиндивидуальные вариации мощности дельты, вероятно, отражают центральный фактор в сон нуждается в изменении. Исследования на нескольких инбредных линиях мышей показывают, что дельта-мощность варьируется в зависимости от линии, при этом дельта-мощность зависит как от предшествующего времени пробуждения, так и от генотипа [102, 103]. Мыши с мутацией в гене часов показали уменьшение времени сна в течение 24 часов с уменьшением примерно на 1 час у гетерозигот и на 2 часа у гомозигот [104].

  У людей с 1930-х годов благодаря исследованиям близнецов известно, что продолжительность сна передается по наследству [105, 106]. Данные GWAS показывают 10–21% наследуемости продолжительности сна с участием нескольких часовых генов. Относительно ранний GWAS, опубликованный в 2007 г. с 749 участниками, показывает, что SNP в NPSR1 в rs324981 связан с более поздним отходом ко сну на 15 минут для каждого присутствующего аллеля [107]. Два более крупных исследования, в которых собраны данные 47 180 и 446 118 человек, показывают связь нескольких локусов с продолжительностью сна, однако гены и механизмы еще предстоит выяснить [46, 108]. Полиморфизм rs4753426 в гене рецептора мелатонина, MTNR1B , коррелирует с более длительным пребыванием в постели по выходным, что предполагает потенциальную роль в продолжительности сна, а отдельный вариант, rs7942988, как было показано, влияет на продолжительность секреции мелатонина [109, 110].

  ЭЭГ во сне удивительно стабильна для индивидуума и следует характерному образцу с повторной оценкой исходного уровня и после депривации сна, демонстрируя воспроизводимые характеристики [111, 112]. Дельта-мощность ЭЭГ без БДГ была одним из наиболее стабильных параметров сна для человека при множественных оценках с наибольшей вариабельностью между людьми. Считается, что большая часть этой межиндивидуальной изменчивости ЭЭГ сна обусловлена ​​генетикой [113, 114]. Например, носители общей 9Вариант 0671 PER2 имеет на 22% или 20 мин меньше медленноволнового сна (SWS) по сравнению с неносителями [110].

  Существует множество генов, в том числе PER2 и DEC2 , идентифицированных как часовые гены, которые также продемонстрировали влияние на гомеостат сна и наоборот [33, 110, 115, 116]. Это подразумевает глубокую взаимозависимость между системами. Учитывая совместное развитие систем, эта взаимозависимость неудивительна. Однако динамика этого взаимодействия остается неизвестной, и необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять эту сложную взаимосвязь.

  Физиологические различия во сне у короткоспящих и долгоспящих людей

  Было проведено ограниченное исследование физиологических изменений во сне у тех, кто обычно спит коротко и долго. Семейный естественный короткий сон (FNSS) — это подгруппа тех, кто сообщает о привычном коротком сне. Таким образом, это исследование не описывает конкретно FNSS. Короткие спящие имеют более короткую продолжительность высвобождения мелатонина и более раннее время пика кортизола и температурного минимума по сравнению с длительно спящими [117]. Увеличение времени бодрствования у короткоспящих приводит к более высокому уровню тета и низкочастотной активности в бодрствующем состоянии. Короткие спящие, по-видимому, обладают большей спектральной мощностью в диапазоне 5,25–9. 0,0 Гц и 17,25–18,0 Гц, чем у долгоспящих [118]. Эшбах и др. исследовали, как применить двухпроцессную модель Борбели к людям с коротким и длительным сном, заполнив ЭЭГ сна в исходных условиях и в условиях депривации сна [119]. Исходно короткоспящие спали на 3 часа меньше, чем долгоспящие. В первую очередь это было связано с различиями в фазе быстрого сна и стадии N2; SWS существенно не отличался между группами в любую ночь. При лишении сна латентность сна и плотность БДГ уменьшались больше у долгоспящих, чем у короткоспящих. У короткоспящих действительно была более короткая латентность сна и большее количество SWS при сопоставлении начальной части ночей долгоспящих с общей ночью для короткоспящих, что позволяет предположить, что короткоспящие испытывают более высокое давление сна. Короткие спящие также, по-видимому, просыпались с более высоким давлением сна, что позволяет предположить, что короткоспящие переносят более высокое гомеостатическое давление сна [119].].

  Семейный естественный короткий сон

  В 2009 г. был описан первый генетический вариант человека, приводящий к фенотипу короткого сна, в гене DEC2 , P385R [115]. Фу и его коллеги назвали это FNSS. FNSS определяется как стабильная черта сна 4–6,5 часов в сутки без дневной сонливости или явных нарушений (таблица 1). Этих людей иногда видят в клиниках сна, потому что им говорят, что им «нужно» больше спать — их иногда считают бессонницами. Однако, когда этих людей спрашивают, как они себя чувствуют после 4-6,5-часового сна, они часто говорят, что чувствуют себя «отлично» и «хорошо отдохнувшими». В первом описанном семействе 9Мутация 0671 DEC2 приводит к уменьшению продолжительности сна у пораженных людей. Создание этой мутации у Drosophila и трансгенных мышей приводит к сходному фенотипу. DEC2 является репрессором транскрипции и увеличивает экспрессию гипокретина [120]. Гипокретин, также известный как орексин, стимулирует бодрствование и участвует в переходах сон-бодрствование. Потеря нейронов, продуцирующих гипокретин, в латеральном гипоталамусе приводит к нарколепсии с катаплексией. Новая мутация в DEC2 также был идентифицирован у пары дизиготных близнецов с одинаковым ИМТ, но у одного из них была уменьшена продолжительность сна, меньше восстановительного сна после лишения сна и меньше нарушений работоспособности после лишения сна [121]. Другая мутация, вызывающая FNSS, была идентифицирована в гене бета-1 адренергического рецептора ( ADRB1 ) [122]. ADRB1 сильно экспрессируется в дорсальном мосту, и нейроны активны во время БДГ и бодрствования. Было собрано несколько дополнительных семей с аутосомно-доминантным паттерном сниженной потребности во сне, и два дополнительных гена были идентифицированы с фенотипом короткого сна, повторенным в моделях мышей [122].

  Люди с FNSS сообщают о снижении потребности во сне на протяжении всей взрослой жизни, некоторые из которых относятся к детству. Они сообщают о продолжительности сна от 4 до 6,5 часов в сутки без дневной сонливости или дефицита сна из-за лишения сна. Люди с FNSS частично отличаются от факультативно недосыпающих тем, что не высыпаются в выходные и свободные дни. Они сообщают о большей гибкости в отношении времени сна и меньшем субъективном дефиците после лишения сна. Они часто отрицают джетлаг (неопубликованные данные). Однако не только продолжительность сна характеризует эту группу лиц. Среди людей с FNSS наблюдается высокий поведенческий драйв, и люди сообщают о необходимости всегда быть умственно активными, что обычно приводит к высококлассной, напряженной работе или работе на нескольких работах. Люди с FNSS также, по-видимому, имеют высокий болевой порог и относительную устойчивость к жизненным стрессорам (неопубликованные данные). Таким образом, фенотип включает в себя не только характер сна, но и дневное поведение. Люди с коротким сном и повышенным поведенческим драйвом были описаны в литературе еще в 1972, когда Hartmann et al., изучая вариации потребности во сне, описали тех, кто спит менее 6 часов, как «спокойных [и] эффективных», с большей толерантностью, гибкостью и меньшей депрессией по сравнению с теми, кто спит долго [123]. Вполне возможно, что DEC2, ADRB1 и другие причинные мутации приводят к более высокому поведенческому влечению, что позволяет людям с FNSS преодолевать повышенное гомеостатическое давление сна, хотя для проверки этой гипотезы необходимо проделать большую работу.

  Семейный естественный длительный сон (FNLS)

  Как и в случае с коротким сном, вероятно, существует группа людей, которым требуется больше сна. Однако еще не выявлено каких-либо генетических вариантов, вызывающих FNLS. Сопутствующие заболевания, такие как депрессия и факторы образа жизни, усложняют картину, затрудняя выявление этой группы.

  Несмотря на эти пробелы в знаниях, крайне важно признать генетические и биологические различия между людьми в отношении биологической «потребности» во сне, чтобы не навешивать ярлыки на людей с патологией, когда ее нет, и предлагать надлежащую помощь при несоответствии потребности во сне и продолжительность сна. Необходимо дополнительное понимание того, как определять и измерять потребность во сне.

  Будущие направления исследований

  В популяции наблюдается нормальное распределение хронотипа и обычной продолжительности сна. Генетика объясняет большую часть этих вариаций в популяции, особенно в крайних случаях циркадного ритма и короткой продолжительности сна. Были обнаружены мутации одного гена, которые приводят к экстремальным хронотипам в FASP и FDSP. Мутации одного гена также вызывают крайнюю продолжительность сна в семьях с FNSS и, вероятно, FNLS, хотя это еще не описано в литературе. Существует много семей FASP и FNSS с аутосомно-доминантным типом наследования без идентифицированного гена, что предполагает распространение за пределы известных часовых генов. Прямой генетический скрининг у мух и мышей сосредоточился на мутациях, сильно влияющих на период или ритмичность. Мы предполагаем, что некоторые из генов FASP будут влиять на увлечение или связь часов с физиологическими выходами. Гены FNSS, вероятно, влияют на поведенческий драйв, дельта-силу и эффективность сна.

  Осталось много вопросов, касающихся различий в потребности во сне и FNSS. К ним относятся, устойчивы ли люди с FNSS к каким-либо из зарегистрированных метаболических и когнитивных последствий лишения сна и подвержены ли они эпидемиологически описанным долгосрочным последствиям для здоровья. Мы предполагаем, что они устойчивы ко многим из них, учитывая наблюдение, что они часто достигают высоких результатов без каких-либо явных сопутствующих заболеваний. Заслуживают лучших индивидуальных и эпидемиологических исследований этой популяции. Кроме того, понимание возможной толерантности к более высокому давлению сна и поведенческим влечениям может иметь значение для широкого круга профессий, требующих длительного бодрствования, включая пилотов, военнослужащих и врачей, а также для лечения нарушений сна и пробуждения.

  Нам нужна концептуальная основа для генетических и биологических факторов, влияющих на сон у отдельных людей по сравнению с популяциями. Текущая модель циркадных факторов и гомеостаза сна не объясняет это третье измерение поведенческого влечения, наблюдаемое при FNSS. Циркадные часы, гомеостат сна, поведенческий драйв и факторы окружающей среды, такие как воздействие света и ежедневные обязанности, вместе влияют на окончательное время и продолжительность сна (рис. 4). Будущая работа должна быть сосредоточена на циркадных факторах, влияющих на увлечение и синхронизацию, а также на гомеостатических факторах сна, влияющих на биологическую потребность во сне, толерантность к гомеостатическому давлению сна и эффективность сна. Наконец, гены и белки, влияющие на поведенческие влечения, заслуживают прямого изучения.

  Рис. 4

  Концептуальная схема взаимосвязи между различными аспектами биологии, определяющей врожденные особенности времени и продолжительности сна. Эти генетические факторы взаимодействуют с факторами окружающей среды, такими как электрический свет, химические вещества (этанол, кофеин, лекарства), а также с семейными и социальными обязанностями, которые вместе могут проявляться в виде продолжительности и времени сна, отличающихся от запрограммированных генетикой. Относительный вклад каждого компонента, вероятно, варьируется и остается предметом изучения

  Полноразмерное изображение

  Крайне важно, чтобы мы не навязывали жестких рекомендаций относительно того, что представляет собой «здоровое» количество сна или «здоровое» время сна для человека на основе средних показателей населения. Ясно, что человек, который не спит в его или ее идеальное циркадное время или его или ее идеальную продолжительность, будет страдать от последствий. Однако, учитывая межиндивидуальные различия в идеальном времени или продолжительности, нам необходимо лучше понять и измерить индивидуальные потребности. Это означает, что нам нужны более совершенные инструменты для оценки хронотипа и депривации сна, которые в конечном итоге могут быть получены на основе измерений транскриптома и протеома. Идентификация менделевских семей с FASP, FDSP и FNSS проясняет, что существуют сильные генетические факторы, влияющие на время и количество сна. Разница между крайностями, несомненно, частично является результатом сложных генетических факторов. Идентификация и изучение дополнительных человеческих циркадных генов и генов сна, вызывающих экстремальные фенотипы, приведет к лучшему пониманию генов и путей, регулирующих время и количество сна у людей.

  Финансирование и раскрытие информации

  Эта работа была поддержана грантом NIH NS099333 для LJP, NS072360 и NS104782 для Y-HF, а также Фондом нейрогенетики Уильяма Боуза для LJP и Y-HF.

  Ссылки

  1. Czeisler CA, et al. Стабильность, точность и почти 24-часовой период человеческого циркадного кардиостимулятора. Наука. 1999; 284:2177–81.

     КАС пабмед Google ученый

  2. Stephan FK, Zucker I. Циркадные ритмы питьевого поведения и двигательной активности крыс устраняются поражением гипоталамуса. Proc Natl Acad Sci USA. 1972;69:1583–1586.

     КАС пабмед Google ученый

  3. Мур Р.Ю., Эйхлер В.Б. Потеря циркадного ритма кортикостерона надпочечников после супрахиазматических поражений у крыс. Мозг Res. 1972; 42: 201–6.

     КАС пабмед Google ученый

  4. Kalsbeek A, et al. Выходы СХЯ и гипоталамический баланс жизни. J Биол Ритмы. 2006; 21: 458–69.

     КАС пабмед Google ученый

  5. «>

     Czeisler CA. Стабильность, точность и почти 24-часовой период человеческого циркадного кардиостимулятора. Наука. 1999; 284:2177–81.

     КАС пабмед Google ученый

  6. Райт К.П., Хьюз Р.Дж., Кронауэр Р.Е., Дейк Д.Дж., Чейслер КА. Внутренний почти 24-часовой период кардиостимулятора определяет пределы циркадного увлечения слабым синхронизатором у людей. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98:14027–32.

     КАС пабмед Google ученый

  7. Хаттар С., Ляо Х.В., Такао М., Берсон Д.М., Яу К.В. Меланопсин-содержащие ганглиозные клетки сетчатки: архитектура, проекции и внутренняя светочувствительность. Наука. 2002; 295:1065–70.

     КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  8. Lockley SW, Brainard GC, Czeisler CA. Высокая чувствительность циркадного мелатонинового ритма человека к сбросу коротковолнового света. J Clin Endocrinol Metab. 2003; 88: 4502–5.

     КАС пабмед Google ученый

  9. Минорс Д.С., Уотерхаус Дж.М., Вирц-Джастис А. Кривая фазовой реакции человека на свет. Нейроски Летт. 1991; 133:36–40.

     КАС пабмед Google ученый

  10. Khalsa SBS, Jewett ME, Cajochen C, Czeisler CA. Кривая фазовой характеристики человека на одиночные яркие световые импульсы. Дж. Физиол. 2003; 549: 945–52.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  11. Янгстедт С.Д., Эллиотт Дж.А., Крипке Д.Ф. Циркадные кривые фазовой реакции человека на физическую нагрузку. Дж. Физиол. (2019). https://doi.org/10.1113/JP276943.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  12. Рённеберг Т. , Вирц-Джастис А., Мерроу М. Жизнь между часами: ежедневные временные модели человеческих хронотипов. J Биол Ритмы. 2003; 18:80–90.

      ПабМед Google ученый

  13. Фишер Д., Ломбарди Д.А., Маруччи-Веллман Х., Рённеберг Т. Хронотипы в США – влияние возраста и пола. ПЛОС ОДИН. 2017;12:e0178782.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  14. Рённеберг Т., Кумар С.Дж., Мерроу М. Человеческие циркадные часы увлекаются солнечным временем. Карр Биол. 2007; 17: Р44–5.

      КАС пабмед Google ученый

  15. Hiddinga AE, Beersma DG, Van den Hoofdakker RH. Эндогенные и экзогенные компоненты циркадных колебаний центральной температуры тела человека. J Сон Res. 1997; 6: 156–63.

      КАС пабмед Google ученый

  16. «>

      Jones CR, et al. Семейный синдром продвинутой фазы сна: короткопериодный вариант циркадного ритма у людей. Нат Мед. 1999; 5:1062–5.

      КАС пабмед Google ученый

  17. Микич Г. и др. Продолжительность периода эндогенной циркадной температуры (тау) при расстройстве фазы отсроченного сна по сравнению с хорошо спящими. J Сон Res. 2013;22:617–24.

      ПабМед Google ученый

  18. Борбели А.А. Двухпроцессная модель регуляции сна. Гум Нейробиол. 1982; 1: 195–204.

      ПабМед Google ученый

  19. Фостер Р.Г. Биологические часы: кто в этом месте установил солнечные часы? Карр Биол. 2012;22:R405–7.

      КАС пабмед Google ученый

  20. Леви А.Дж., Вер Т.А., Гудвин Ф.К., Ньюсом Д. А., Марки С.П. Свет подавляет секрецию мелатонина у человека. Наука. 1980; 210:1267–9.

      КАС пабмед Google ученый

  21. Райт К.П. и др. Приведение циркадных часов человека к естественному циклу свет-темнота. Карр Биол. 2013; 23:1554–1558.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  22. Урсин Р., Бьорватн Б., Холстен Ф. Продолжительность сна, субъективная потребность во сне и привычки сна у 40–45-летних в исследовании здоровья Hordaland. Спать. 2005; 28:1260–9.

      ПабМед Google ученый

  23. РЕННЕБЕРГ Т. Что такое хронотип? Биологические ритмы сна. 2012;10:75–76.

      Google ученый

  24. Roenneberg T, et al. Маркер окончания подросткового возраста. Карр Биол. 2004; 14: Р1038–9.

      КАС пабмед Google ученый

  25. Кнутсон К.Л., фон Шанц М. Связь между хронотипом, заболеваемостью и смертностью в когорте Британского биобанка. Хронобиол Инт. 1–9 (2018). https://doi.org/10.1080/07420528.2018.1454458

  26. Мэлоун С.К., Паттерсон Ф., Лу Ю., Лозано А., Хэнлон А. Этнические различия в продолжительности сна и утренне-вечернем типе сна в популяционной выборке. Хронобиол Инт. 2016;33:10–21.

      ПабМед Google ученый

  27. Taylor DJ, Clay KC, Bramoweth AD, Sethi K, Roane BM. Предпочтение циркадных фаз у студентов колледжей: отношения с психологическим функционированием и академиками. Хронобиол Инт. 2011; 28: 541–7.

      ПабМед Google ученый

  28. Hu Y, et al. GWAS 89 283 человек выявляет генетические варианты, связанные с самоотчетом о том, что они жаворонки. Нац коммун. 2016;7:10448.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  29. Eastman CI, Tomaka VA, Crowley SJ. Пол и происхождение определяют свободный циркадный период. J Сон Res. 2017; 26: 547–50.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  30. Smith MR, Burgess HJ, Fogg LF, Eastman CI. Расовые различия эндогенного циркадного периода человека. ПЛОС ОДИН. 2009 г.;4:e6014.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  31. Кертис Б.Дж., Эшбрук Л.Х., Янг Т., Финн Л.А., Фу Ю.Х., Птачек Л.Дж., Джонс К.Р. Экстремальные утренние хронотипы часто являются семейными и не очень редкими: предполагаемая распространенность расширенной фазы сна (ASP), семейной расширенной фазы сна (FASP) и расширенного расстройства фазы сна-бодрствования (ASWPD) в популяции клиники сна. Спать. (2019).

  32. Данлэп Дж.С. Молекулярные основы циркадных часов. Клетка. 1999;96:271–90.

      КАС пабмед Google ученый

  33. Toh KL, et al. Мутация сайта фосфорилирования hPer2 при семейном синдроме продвинутой фазы сна. Наука. 2001; 291:1040–3.

      КАС пабмед Google ученый

  34. Сюй Ю и др. Моделирование циркадной мутации человека дает представление о регуляции часов с помощью PER2. Клетка. 2007; 128:59–70.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  35. Куриен П. и др. Мутация TIMELESS изменяет фазовую чувствительность и вызывает продвинутую фазу сна. Proc Natl Acad Sci USA. 2019; 116:12045–53.

      КАС пабмед Google ученый

  36. «>

      Сюй Ю и др. Функциональные последствия мутации CKIdelta, вызывающей семейный синдром продвинутой фазы сна. Природа. 2005; 434: 640–4.

      КАС пабмед Google ученый

  37. Чжан Л. и др. Вариант PERIOD3 вызывает циркадный фенотип и связан с чертой сезонного настроения. Proc Natl Acad Sci USA. 2016;113:E1536–44.

      КАС пабмед Google ученый

  38. Хирано А. и др. Мутация криптохрома 2 приводит к продвинутой фазе сна у людей. Элиф. 2016;5:e16695.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  39. Brennan KC, et al. Мутации казеинкиназы iδ при семейной мигрени и продвинутой фазе сна. Sci Transl Med. 2013;5:183ra56. 1–11.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  40. «>

      Лейн Дж. М. и др. Анализ ассоциации всего генома идентифицирует новые локусы для хронотипа у 100 420 человек из британского биобанка. Нац коммун. 2016;7:10889.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  41. Jones SE, et al. Полногеномный анализ ассоциации у 128 266 человек выявил новые локусы утренней активности и продолжительности сна. Генетика PLoS. 2016;12:e1006125.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  42. Jones SE, et al. Полногеномный анализ ассоциации хронотипа у 697 828 человек дает представление о циркадных ритмах. Нац коммун. 2019;10:343.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  43. Jones SE, et al. Генетические исследования измерений сна на основе акселерометров позволяют по-новому взглянуть на поведение человека во сне. Нац коммун. 2019;10:1585.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  44. Kalmbach DA et al. Генетическая основа хронотипа у людей: результаты трех знаковых GWAS. Спать. 2017;40:zsw048.

  45. фон Шанц М. Естественная изменчивость человеческих часов. в. Adv Genet. 2017;99: 73–96.

      Google ученый

  46. Дашти Х.С. и др. Полногеномное ассоциативное исследование выявляет генетические локусы для привычной продолжительности сна, о которой сообщают сами люди, что подтверждается оценками, полученными с помощью акселерометра. Нац коммун. 2019;10:1100.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  47. Вятт Дж.К. Синдром задержки фазы сна: патофизиология и варианты лечения. Спать. 2004;27:1195–203.

      ПабМед Google ученый

  48. «>

      Коскенвуо М., Хаблин С., Партинен М., Хейккиля К., Каприо Дж. Наследуемость дневного типа: общенациональное исследование 8753 пар взрослых близнецов. J Сон Res. 2007; 16: 156–62.

      ПабМед Google ученый

  49. Barclay NL, Eley TC, Buysse DJ, Archer SN, Gregory AM. Суточные предпочтения и качество сна: одни и те же гены? Исследование молодых взрослых близнецов. Хронобиол Инт. 2010; 27: 278–96.

      КАС пабмед Google ученый

  50. Арчер С.Н. и др. Полиморфизм длины гена циркадных часов Per3 связан с синдромом отсроченной фазы сна и чрезмерным дневным предпочтением. Спать. 2003; 26: 413–5.

      ПабМед Google ученый

  51. Чанг А-М и др. Генетический вариант хронотипа в PER2 связан с внутренним циркадным периодом у людей. Научный представитель 2019 г. ;9:5350.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  52. Патке А. и др. Мутация гена циркадных часов человека CRY1 при семейном расстройстве фазы сна с задержкой. Клетка. 2017;169:203–15.e13.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  53. Американская академия медицины сна. Международная классификация нарушений сна. 3-е изд. (МКУР-3). (Американская академия медицины сна, Дариен, Иллинойс, 2014 г.).

  54. Аялон Л., Бородкин К., Дишон Л., Канети Х., Даган Ю. Нарушения циркадного ритма сна после легкой черепно-мозговой травмы. Неврология. 2007; 68: 1136–40.

      КАС пабмед Google ученый

  55. Knutsson A, Akerstedt T, Jonsson BG, Orth-Gomer K. Повышенный риск ишемической болезни сердца у сменных рабочих. Ланцет. 1986; 2: 89–92.

      КАС пабмед Google ученый

  56. Карлссон Б., Кнутссон А., Линдал Б. Есть ли связь между сменной работой и наличием метаболического синдрома? Результаты популяционного исследования 27 485 человек. Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2001; 58: 747–52.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  57. Tüchsen F, Hannerz H, Burr H. 12-летнее проспективное исследование болезней системы кровообращения среди датских посменных рабочих. Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2006; 63: 451–5.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  58. Лахти Т., Мериканто И., Партонен Т. Нарушения циркадных часов и риск развития рака. Энн Мед. 2012;44:847–53.

      КАС пабмед Google ученый

  59. «>

      Шеер Ф.А., Хилтон М.Ф., Манцорос К.С., Ши С.А. Неблагоприятные метаболические и сердечно-сосудистые последствия нарушения циркадного ритма. ПНАС. 209;17:453–458.

  60. Hahm B-J, et al. Неправильное прилегание ко сну и прогрессирование рака молочной железы. Хронобиол Инт. 2014;31:214–21.

      ПабМед Google ученый

  61. Wegrzyn LR, et al. Сменная работа в ночную смену и риск рака молочной железы в исследованиях здоровья медсестер. Am J Эпидемиол. 2017; 186: 532–40.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  62. Райт К.П., Халл Дж.Т., Хьюз Р.Дж., Ронда Дж.М., Чейслер К.А. Сон и бодрствование не совпадают по фазе с внутренним биологическим временем, что ухудшает обучение человека. J Cogn Neurosci. 2006; 18: 508–21.

      ПабМед Google ученый

  63. «>

      Сотак М., Полидарова Л., Эрганг П., Сумова А., Пача Дж. Связь между тактовыми генами и генами часового клеточного цикла в мышиных колоректальных опухолях. Инт Джей Рак. 2013; 132:1032–41.

      ПабМед Google ученый

  64. Zhang EE, et al. Криптохром опосредует циркадную регуляцию передачи сигналов цАМФ и глюконеогенеза в печени. Нат Мед. 2010;16:1152–6.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  65. Панда С. и др. Координированная транскрипция ключевых путей у мышей с помощью циркадных часов. Клетка. 2002; 109: 307–20.

      КАС пабмед Google ученый

  66. Ламия К.А., Шторх К.Ф., Вайц С.Дж. Физиологическое значение циркадных часов периферических тканей. Proc Natl Acad Sci USA. 2008; 105:15172–7.

      КАС пабмед Google ученый

  67. «>

      Stokkan K-A, Yamazaki S, Tei H, Sakaki Y, Menaker M. Вовлечение циркадных часов в печень при кормлении. Наука. 2001; 291:490–3.

      КАС пабмед Google ученый

  68. Дамиола Ф. и др. Ограниченное питание разъединяет циркадные осцилляторы в периферических тканях и центральный водитель ритма в супрахиазматическом ядре. Гены Дев. 2000;14:2950–61.

      КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  69. Oosterman JE, Kalsbeek A, la Fleur SE, Belsham DD. Влияние питательных веществ на циркадные ритмы. Am J Physiol Integr Comp Physiol. 2015; 308: R337–50.

      КАС Google ученый

  70. Дидикоглу А., Махарани А., Пейтон А., Пендлтон Н., Канал М.М. Продольное изменение времени сна: связь между хронотипом и долголетием у пожилых людей. Хронобиол. Междунар. 2019; 1–16. https://doi.org/10.1080/07420528.2019.1641111.

      ПабМед Google ученый

  71. Richmond RC, et al. Изучение причинно-следственных связей между чертами сна и риском рака молочной железы у женщин: менделевское рандомизированное исследование. БМЖ. 2019;365:l2327.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  72. Melo MCA, Abreu RLC, Linhares Neto VB, de Bruin PFC, de Bruin VMS. Хронотип и циркадный ритм при биполярном расстройстве: систематический обзор. Sleep Med Rev. 2017; 34:46–58.

      ПабМед Google ученый

  73. Viticchi, G et al. Влияние хронотипа на характеристики мигрени. Нейрол. науч. (2019). https://doi.org/10.1007/s10072-019-03886-4.

      ПабМед Google ученый

  74. «>

      Леви А.Дж., Катлер Н.Л., Сак Р.Л. Профиль эндогенного мелатонина как маркер положения в циркадной фазе. J Биол Ритмы. 1999; 14: 227–36.

      КАС пабмед Google ученый

  75. Аоки Х., Ямада Н., Озеки Ю., Ямане Х., Като Н. Минимальная интенсивность света, необходимая для подавления ночной концентрации мелатонина в слюне человека. Нейроски Летт. 1998; 252:91–4.

      КАС пабмед Google ученый

  76. Даффилд GE. Анализ циркадного времени с помощью ДНК-микрочипов: геномная основа биологического времени. Дж. Нейроэндокр. 2003; 15: 991–1002.

      КАС Google ученый

  77. Арчер С.Н., Остер Х. Как сон и бодрствование влияют на циркадные ритмы: влияние недостаточного и несвоевременного сна на транскриптом животных и человека. J Сон Res. 2015; 24:476–93.

      ПабМед Google ученый

  78. «>

      Муре Л.С. и др. Атлас суточного транскриптома примата по основным нервным и периферическим тканям. Наука. 2018;359:eaao0318.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  79. Ruben MD, et al. База данных тканеспецифичных ритмически экспрессируемых генов человека имеет потенциальное применение в циркадной медицине. Sci Transl Med. 2018;10:eaat8806.

      ПабМед Google ученый

  80. Laing, EE et al. Биомаркеры на основе транскриптома крови для циркадной фазы человека. Элиф. 2017;6:e20214.

  81. Браун Р. и др. Универсальный метод надежного определения циркадного состояния по экспрессии генов. Proc Natl Acad Sci USA. 2018;115:E9247–56.

      КАС пабмед Google ученый

  82. Wittenbrink N, et al. Высокоточное определение внутреннего циркадного времени из одного образца крови. Дж. Клин Инвестиг. 2018; 128:3826–39.

      ПабМед Google ученый

  83. Groeger JA, Zijlstra FRH, Dijk D-J. Количество сна, трудности со сном и их предполагаемые последствия в репрезентативной выборке из примерно 2000 взрослых британцев. J Сон Res. 2004;13:359–71.

      КАС пабмед Google ученый

  84. Hirshkowitz M, et al. Рекомендации Национального фонда сна по продолжительности сна: методология и сводка результатов. Здоровье сна. 2015;1:40–43.

      Google ученый

  85. Итани О., Джике М., Ватанабэ Н., Канейта Ю. Короткая продолжительность сна и последствия для здоровья: систематический обзор, метаанализ и метарегрессия. Сон Мед. 2017; 32: 246–56.

      ПабМед Google ученый

  86. Гранднер М. А., Хейл Л., Мур М., Патель Н.П. Смертность, связанная с короткой продолжительностью сна: доказательства, возможные механизмы и будущее. Sleep Med Rev. 2010; 14:191–203.

      ПабМед Google ученый

  87. Бьорватн Б. и др. Связь между продолжительностью сна, индексом массы тела и метаболическими показателями в исследовании здоровья Hordaland. J Сон Res. 2007; 16:66–76.

      ПабМед Google ученый

  88. Chaput J-P, Després J-P, Bouchard C, Tremblay A. Связь продолжительности сна с диабетом 2 типа и нарушением толерантности к глюкозе. Диабетология. 2007; 50: 2298–304.

      ПабМед Google ученый

  89. Hall MH, et al. Самооценка продолжительности сна связана с метаболическим синдромом у взрослых среднего возраста. Спать. 2008; 31: 635–43.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  90. «>

      Гранднер М.А., Крипке Д.Ф. Жалобы на сон при длительном и коротком сне: репрезентативная выборка на национальном уровне. Психосом. Мед. 2004; 66: 239–41.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  91. Охайон М.М., Веккьерини М.-Ф. Нормативные данные о сне, когнитивных функциях и повседневной жизнедеятельности пожилых людей в обществе. Спать. 2005;28:981–9.

      ПабМед Google ученый

  92. Spiegel K, Leproult R, Van Cauter E. Влияние дефицита сна на метаболические и эндокринные функции. Ланцет. 1999; 354:1435–9.

      КАС пабмед Google ученый

  93. Van Cauter E, Spiegel K, Tasali E, Leproult R. Метаболические последствия сна и бессонницы. Сон Мед. 2008; 9: С23–8.

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  94. «>

      Spiegel K, Tasali E, Penev P, Van Cauter E. Краткое сообщение: сокращение сна у здоровых молодых мужчин связано со снижением уровня лептина, повышением уровня грелина и усилением чувства голода и аппетита. Энн Интерн Мед. 2004; 141:846–50.

      ПабМед Google ученый

  95. Лусарди П. и др. Влияние недостаточного сна на артериальное давление у больных гипертонией: 24-часовое исследование. Ам Дж Гипертенс. 1999; 12:63–68.

      КАС пабмед Google ученый

  96. Ingre M, et al. Субъективная сонливость и аварийный риск позволяют избежать экологической ошибки. J Сон Res. 2006; 15: 142–8.

      ПабМед Google ученый

  97. Варугезе, Аллен. Аварии со смертельным исходом после перехода на летнее время: американский опыт. Сон Мед. 2001; 2:31–36.

      КАС пабмед Google ученый

  98. «>

      Филип П., Акерстедт Т. Транспортная и промышленная безопасность, как на них влияет сонливость и ограничение сна? Sleep Med Rev. 2006; 10: 347–56.

      ПабМед Google ученый

  99. Чжай Л., Чжан Х., Чжан Д. Продолжительность сна и депрессия у взрослых: метаанализ проспективных исследований. Подавить тревогу. 2015; 32: 664–70.

      ПабМед Google ученый

  100. Van Dongen HPA, Maislin G, Mullington JM, Dinges DF. совокупная стоимость дополнительного бодрствования: доза-реакция на нейроповеденческие функции и физиологию сна в результате хронического ограничения сна и полного лишения сна. Спать. 2003; 26: 117–26.

       ПабМед Google ученый

  101. Ткаченко О., Дингес Д.Ф. Межиндивидуальная вариабельность нейроповеденческой реакции на потерю сна: всесторонний обзор. Neurosci Biobehav Rev. 2018; 89: 29–48.

       ПабМед Google ученый

  102. Франкен П., Шоллет Д., Тафти М. Гомеостатическая регуляция потребности во сне находится под генетическим контролем. Дж. Нейроски. 2001;21:2610–21.

       КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  103. Франкен П., Малафосс А., Тафти М. Генетические детерминанты регуляции сна у инбредных мышей. Спать. 1999; 22: 155–69.

       КАС пабмед Google ученый

  104. Нейлор Э. и др. Мутация циркадных часов изменяет гомеостаз сна у мышей. Дж. Нейроски. 2000;20:8138–43.

       КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  105. Партинен М., Каприо Дж., Коскенвуо М., Путконен П., Лангинвайнио Х. Генетическая и экологическая детерминация сна человека. Спать. 1983; 6: 179–85.

       КАС пабмед Google ученый

  106. Dauvilliers Y, Maret S, Tafti M. Генетика нормального и патологического сна у людей. Sleep Med Rev. 2005; 9: 91–100.

       КАС пабмед Google ученый

  107. Gottlieb DJ, O’Connor GT, Wilk JB. Полногеномная ассоциация сна и циркадных фенотипов. БМС Мед Жене. 2007;8:С9.

       ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  108. Gottlieb DJ, et al. Новые локусы, связанные с обычной продолжительностью сна: исследование геномной ассоциации CHARGE Consortium. Мол Психиатрия. 2015; 20:1232–9.

       КАС пабмед Google ученый

  109. Silva ACPe и др. Полиморфизм рецептора мелатонина 1B -1193T>C связан с дневным предпочтением и привычками сна. Сон Мед. 2019;53:106–14.

       ПабМед Google ученый

  110. Чанг А-М и др. Варианты циркадных генов влияют на сон и электроэнцефалограмму сна у людей. Хронобиол Инт. 2016; 33: 561–73.

       КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  111. Tucker AM, Dinges DF, Van Dongen HPA. Индивидуальные различия в физиологии сна у здоровых молодых людей. J Сон Res. 2007; 16: 170–80.

       ПабМед Google ученый

  112. Buckelmüller J, Landolt H-P, Stassen HH, Achermann P. Индивидуальные различия в электроэнцефалограмме сна человека. Неврология. 2006; 138:351–6.

       ПабМед Google ученый

  113. Ландольт Х-П. Генетическая детерминация профилей ЭЭГ сна у здоровых людей. Прог Мозг Res. 2011; 193:51–61.

       ПабМед Google ученый

  114. Friess E, et al. Наследуемость электроэнцефалограммы сна. Биол психиатрия. 2008; 64: 344–8.

       ПабМед Google ученый

  115. He Y, et al. Репрессор транскрипции DEC2 регулирует продолжительность сна у млекопитающих. Наука. 2009; 325: 866–70.

       КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  116. Хонма С. и др. Dec1 и Dec2 являются регуляторами молекулярных часов млекопитающих. Природа. 2002; 419:841–4.

       КАС пабмед Google ученый

  117. Aeschbach D, et al. Более длинная биологическая ночь у долгоспящих, чем у короткоспящих. J Clin Endocrinol Metab. 2003; 88: 26–30.

       КАС пабмед Google ученый

  118. «>

       Aeschbach D, et al. Данные электроэнцефалограммы бодрствования свидетельствуют о том, что коротко спящие люди живут в условиях более высокого гомеостатического давления сна, чем долго спящие. Неврология. 2001; 102: 493–502.

       КАС пабмед Google ученый

  119. Эшбах Д., Кайохен С., Ландольт Х., Борбели А.А. Гомеостатическая регуляция сна у тех, кто обычно спит коротко и долго. Am J Physiol. 1996;270:R41–53.

       КАС пабмед Google ученый

  120. Хирано А. и др. DEC2 модулирует экспрессию орексина и регулирует сон. Proc Natl Acad Sci USA. 2018;115:3434–9.

       КАС пабмед Google ученый

  121. Пеллегрино Р. и др. Новый вариант BHLHE41 связан с коротким сном и устойчивостью к лишению сна у людей. Спать. 2014; 37:1327–36.

       ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  122. «>

       Ши Г. и др. β1-адренорецепторы участвуют в регуляции сна. Нейрон 2019 (в печати).

  123. Хартманн Э., Бакеланд Ф., Цвиллинг Г.Р. Психологические различия между длинноспящими и короткоспящими. Арх генерал психиатрия. 1972; 26: 463–8.

       КАС пабмед Google ученый

  Скачать ссылки

  Как наши клетки определяют время? · Frontiers for Young Minds

  Abstract

  Знаете ли вы, что ваши клетки могут определять время? Каждая клетка вашего тела имеет свои собственные часы. Эти часы не похожи ни на какие другие. Нет ни шестеренок, ни шестерёнок. Время устанавливается вращением Земли, так что наши тела идеально согласованы с днем ​​и ночью. Хотя вы можете даже не знать об их существовании, эти часы контролируют многие аспекты вашей жизни. От того, когда вы едите и спите, до вашей способности концентрироваться или быстро бегать, часы управляют всем. Как работают эти часы и как они показывают время? Что происходит с нашими часами, если мы смотрим телевизор поздно ночью или летим на другой конец света? В этой статье рассматриваются эти вопросы и объясняются научные открытия, которые помогли нам понять ответы.

  Биологические часы

  Наши клетки научились определять время раньше нас. Каждая клетка нашего тела имеет свои собственные часы. В отличие от часов, к которым мы привыкли, часы в наших клетках не имеют ни шестеренки, ни шестеренки: они биологические. Наши биологические часы отсчитывают почти идеальное время с 24-часовым циклом света и тьмы на Земле. Мы называем этот регулярный суточный цикл циркадным ритмом . Слово «циркадный» происходит от латинского circa и dies , что означает «круглый день». Циркадный ритм выравнивает наш цикл сна-бодрствования с циклом свет-темнота, так что мы бодрствуем днем ​​и сонливы ночью. Он готовит кишечник к перевариванию пищи в течение дня, но помогает нам не чувствовать голода, когда мы спим ночью. Он определяет, когда мы наиболее бдительны (середина утра), когда мы наиболее координируемы (рано днем) и когда у нас наибольшая мышечная сила (конец дня). Температура тела и артериальное давление также повышаются и снижаются в течение дня. Даже наша иммунная система работает по 24-часовому графику, руководствуясь циркадным ритмом.

  Циркадные ритмы присущи не только людям: почти каждый организм на Земле имеет биологические часы. Часы растений заставляют их листья открываться днем ​​и закрываться ночью. Часы ночных животных способствуют активности ночью и сну днем. Отслеживая изменения продолжительности светового дня, растения и животные могут следовать как годовому, так и ежедневному ритму. От цветов, распускающихся весной, до бабочек-монархов, мигрирующих перед зимой, за это ответственны биологические часы. За исключением самых темных пещер и самых глубоких океанов, куда никогда не попадает солнечный свет, вся жизнь на нашей планете синхронизирована с вращением Земли.

  Шестеренки часов

  Наши биологические часы не похожи ни на какие часы, которые мы могли бы читать. Винтики часов — это белки. Часовые белки вырабатываются и расщепляются в течение 24-часового цикла (подробное объяснение см. во вставке 1). Этот цикл тикает в каждой клетке тела, а это означает, что каждая клетка имеет свои собственные часы. Но как все эти отдельные крошечные часы синхронизируются друг с другом? Они координируются центральными напольными часами в мозгу, которые называются супрахиазматическим ядром (сокращенно СХЯ). SCN синхронизирует все наши клеточные часы с вращением Земли. Как он выполняет эту сложную задачу? Использование солнечного света! (Фигура 1).

  Вставка 1 — Часовые гены и Нобелевская премия 2017 года.

  В 1971 году Сеймур Бензер и Рональд Конопка обнаружили странную плодовую мушку с измененным циркадным ритмом. Исследователи обнаружили, что у этой мухи была мутация в одном гене, который они назвали периодом [1]. Это было первое свидетельство того, что наши часы контролируются нашими генами. В этот день был открыт первый «часовой ген».

  Так как же период заставляет наши часы тикать? Ученые обнаружили, что период образует белок, называемый PER . PER производится и разрушается в непрерывном 24-часовом цикле (рис. 2). Ночью период дает инструкции по выполнению PER. По мере накопления PER в цитоплазме клетки он соединяется с другим белком, TIM. При соединении с TIM PER может проникать в ядро ​​клетки, где живет ген периода . Здесь PER говорит период , чтобы перестать делать больше PER. В течение дня PER медленно разрушается. С приближением ночи количество PER в клетке становится настолько низким, что весь цикл начинается заново, и производится новая порция PER. Открытие этого цикла было настолько монументальным, что Нобелевская премия 2017 г. была присуждена ученым, которые его сделали: Джеффри С. Холлу, Майклу Росбашу и Майклу У. Янгу [2].

  • Рис. 1. Выравнивание наших часов по солнечному свету.
  • Солнечный свет улавливается специальными светочувствительными клетками, называемыми ipRGC, в задней части глаза. ipRGC посылают сигналы в SCN в головном мозге. Эти сигналы обрабатываются для координации часов в каждой клетке тела, чтобы они синхронизировались с циклом свет-темнота.
  • Рисунок 2 — Зубцы биологических часов.
  • Уровень белка PER следует 24-часовому циклу, повышаясь ночью и снижаясь в течение дня. (1) Белок PER продуцируется из гена периода в ночное время. (2) В цитоплазме белок PER соединяется с белком TIM, позволяя ему проникнуть в ядро. (3) Находясь внутри ядра, PER ингибирует собственное производство. Когда уровень PER падает ниже определенного значения, производство PER снова увеличивается. Весь цикл занимает 24 часа.

  Установка часов по солнечному свету

  Как и старые часы, биологические часы необходимо каждый день настраивать на правильное время. Свет улавливают клетки в задней части наших глаз, называемые фоторецепторами. Большинство фоторецепторов улавливают свет, чтобы мы могли видеть окружающий мир. Но в 2002 г. был открыт новый тип фоторецепторов, посылающих сигналы непосредственно в СХЯ [3]. Эти специальные фоторецепторы называются внутренними светочувствительными ганглиозными клетками сетчатки, или ipRGC . Если ipRGC работают, даже слепые люди могут поддерживать свои ритмы в соответствии с солнечным светом [4].

  Используя солнечный свет, СХЯ может регулировать циркадные ритмы в соответствии с постепенными изменениями светового дня по мере смены времен года. Но внезапные изменения в цикле свет-темнота могут заставить нас чувствовать себя совершенно не в своей тарелке. Вы могли испытать это на себе: это называется сменой часовых поясов. С момента изобретения самолетов люди могли пересекать часовые пояса за считанные часы. Самолет может выбросить нас при ярком дневном свете, когда наши биологические часы готовят нас ко сну. Это может вызывать у нас сонливость, головокружение и даже тошноту. Симптомы смены часовых поясов могут сохраняться в течение нескольких дней, потому что SCN требуется время, чтобы приспособиться к новому часовому поясу. Теперь, когда вы знаете, что SCN использует свет, чтобы приспособиться к времени суток, вы не удивитесь, услышав о лучшем лекарстве — проведите некоторое время на солнце!

  Мы путаем часы?

  Более четырех миллиардов лет Солнце было единственным источником света на планете Земля. Всего 150 лет назад Томас Эдисон изобрел лампочку. С тех пор наша планета залита светом. Мы воспринимаем доступ к свету как нечто само собой разумеющееся — это так же просто, как щелкнуть выключателем. Однако стоит ли нам щелкать выключателем более осторожно? Исследования показывают, что искусственный свет мешает нашим циркадным ритмам.

  Планета, которая никогда не спит

  Искусственный свет означает, что мы можем продлить дневную деятельность до ночи. Это создает 24-часовую культуру с ресторанами и магазинами, открытыми всю ночь. Мы можем заниматься практически любой деятельностью, от чтения до вождения, в любое время суток. В этом есть свои преимущества. Например, доступ к медицинскому обслуживанию в любое время является спасительной реальностью. Но как насчет врачей и медсестер, которые работают всю ночь? Людям, работающим ночью, приходится переключать циклы сна и бодрствования туда и обратно, и часто дни напролет не видят естественного солнечного света. Это может привести к тому, что их биологические часы будут сбиты с толку, и тогда все вещи, которые зависят от их часов, также будут сбиты с толку, включая сон. Возможные последствия этого для здоровья перечислены во вставке 2. Мы должны делать все возможное, чтобы наши циркадные часы шли в ногу со временем.

  Вставка 2. Последствия спутанного циркадного ритма и потери сна.

  Правильный сон и регулярный циркадный ритм необходимы для поддержания хорошего функционирования нашего тела и разума. Что важнее — сон или циркадный ритм? На этот вопрос сложно ответить, потому что трудно разрушить одно, не разрушив другое. Если вы перепутаете свой циркадный ритм (например, со сменой часовых поясов), вы, как правило, также будете терять сон. Если вы не спите ночью (например, из-за ночного использования экрана), это может нарушить ваш циркадный ритм. Кратковременные сбои могут вызвать немедленные проблемы, которые обычно обратимы при хорошем сне. Хроническая потеря сна или нарушение циркадных ритмов могут привести к долговременным проблемам с телом и разумом.

  Кратковременная потеря сна или биоритм

  • − Проблемы с концентрацией внимания
  • — Повышенный стресс
  • — Эмоциональное расстройство
  • — плохое самочувствие
  • — Проблемы с памятью и трудности в обучении
  • — Плохая физическая работоспособность и координация

  Длительная потеря сна или спутанность циркадных ритмов

  • − Расстройства настроения и психологические проблемы
  • — Проблемы с сердцем и кровяным давлением
  • − Ожирение и диабет
  • — Снижение иммунного ответа
  • — Повышенный риск рака
  • — Ухудшение существующих заболеваний

  Экранное время

  У наших циркадных ритмов появился новый враг: светодиодные экраны. Телефоны, компьютеры и телевизоры имеют светодиодные экраны, которые излучают огромное количество синего света. Синий — это цвет света, который лучше всего обнаруживают ipRGC. Когда этот синий свет исходит от солнца, это хорошо — наш мозг получает сигнал от ipRGC: «Сейчас день, бодрствуйте». В ответ СХЯ подавляет выработку гормона мелатонина, вызывающего сонливость. Когда солнце садится, вокруг больше нет естественного синего света, поэтому вырабатывается мелатонин, и мы становимся сонными (рис. 3).

  • Рис. 3. Влияние света на гормон сонливости.
  • Мелатонин — гормон, вызывающий сонливость. (A) Солнечный свет останавливает выработку нового мелатонина (на картинке кран выключен). Но мелатонин всегда расщепляется (на фото капает). Так, в дневное время уровень мелатонина в организме низкий, и мы не чувствуем сонливости. (B) Темнота запускает выработку мелатонина (на картинке кран включен). Итак, уровень мелатонина повышается, и мы становимся сонными, когда пора ложиться спать. (C) Использование светодиодных экранов после наступления темноты мешает этому ритму, останавливая выработку мелатонина, как это делает солнце. Это мешает нам чувствовать сонливость, даже если наше тело готово ко сну.

  Теперь представьте, что произойдет, если вы включите светодиодный экран после наступления темноты. Синий свет будет обнаружен вашими ipRGC, которые не смогут сказать, что синий свет исходит не от солнца. Итак, ваш мозг получает тот же сигнал: «Сейчас день, не спите». SCN говорит организму производить меньше мелатонина, и уровень мелатонина падает [5]. С небольшим количеством мелатонина может быть очень трудно заснуть, даже перед сном. Чтобы не сбить с толку наши циркадные часы, мы должны стараться не пользоваться электронными устройствами после наступления темноты; может быть даже лучше оставить их на ночь в другой комнате. Это может показаться радикальным, но всего одна ночь бессонницы и нарушения циркадных ритмов может иметь серьезные последствия для тела и разума (вставка 2).

  Резюме

  Если мы не можем видеть или читать их, крошечные часы в наших телах отсчитывают время с вращением Земли. Эти часы контролируют поведение почти всех организмов на планете, гарантируя, что все мы делаем правильные вещи в нужное время суток. Основой этих часов являются гены и белки, вращающиеся в 24-часовом ритме внутри каждой клетки. Все эти клеточные часы координируются центральными дедушкиными часами в мозгу. Солнечный свет используется для синхронизации внутреннего ритма с окружающим миром. Обычно весь этот процесс происходит настолько плавно, что мы даже не замечаем наши биологические часы. Но когда наши часы не синхронизированы, мы чувствуем последствия. Наш современный мир с круглосуточным освещением, светодиодными экранами и авиаперелетами может сбить наши биологические часы. Мы должны сделать все, что в наших силах, чтобы помочь нашим часам идти в ногу со временем.

  Авторские вклады

  KFA и JJH провели совместное исследование и написали статью.

  Глоссарий

  Биологические часы : ↑ Молекулярный механизм, отслеживающий время в клетках организма и порождающий циркадные ритмы.

  Циркадный ритм : ↑ Любой процесс в организме, который соответствует 24-часовому ритму или циклу.

  Период : ↑ Часовой ген, кодирующий белок PER.

  PER : ↑ Белок, участвующий в установлении циркадного ритма: его уровни колеблются в рамках регулярного 24-часового цикла.

  Цитоплазма : ↑ Желеобразное вещество, придающее клетке форму.

  SCN : ↑ Супрахиазматическое ядро ​​— часть мозга, которая контролирует и синхронизирует циркадные ритмы всего организма.

  ipRGC : ↑ Внутренняя фоточувствительная ганглиозная клетка сетчатки, представляющая собой особую клетку в задней части глаза, которая обнаруживает свет и отправляет эту информацию непосредственно в СХЯ.

  Заявление о конфликте интересов

  Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

  Благодарности

  Мы хотели бы поблагодарить Изабель Уайтли за ее тщательный обзор статьи и Карла Боша за его проницательные комментарии к рисункам. К.А. также хотела бы поблагодарить Патологическое общество за финансирование ее помещения в JH.

  ---

  Ссылки

  [1] ↑ Конопка, Р. Дж., и Бензер, С. 1971. Часовые мутанты Drosophila melanogaster . Проц. Натл. акад. науч. США . 68:2112–6. doi: 10.1073/pnas.68.9.2112

  [2] ↑ Нобелевская премия. Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 г. – пресс-релиз . Доступно в Интернете по адресу: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html (по состоянию на 14 июля 2018 г.).

  [3] ↑ Берсон, Д.

  No related posts.