Наші внутрішні годинник

Невблаганний час огортає все завісою таємничості. Ми знаємо, що ніч змінює день, осінь – літо, а зима – осінь, за нею весна. І пізніше все починається заново.
А ось за дитинством настає дитинство, молодість, зрілість, старість і … шляху назад немає. Незважаючи на циклічність майже всіх природних явищ, по крайней мере, на рівні людини, наша особиста час безперервно спрямовано вперед, а минуле живе лише в пам’яті до тих пір, поки вона працює.
Навіть ту обставину, що час є поняттям умовним, як довів Ейнштейн у своїй теорії відносності, не може поміняти цих оцінок, по крайней мере, на рівні людського сприйняття. Можливо, тому час безперервно привертало до себе пильну увагу людства і було предметом дослідження з боку самих різних дисциплін: фізики, філософії, психології, богослов’я, біологи і навіть поезії і образотворчих мистецтв. Можна було б заперечити, що час – це щось зовнішнє по відношенню до нас, так як зміна дня і ночі відбувається через обертання Землі, а пори року змінюються через обертання Землі навколо Сонця. І все ж, час має для нас настільки велике значення, що, навіть якщо не звертати уваги на ці зовнішні зміни, ці цикли закладені в нашому мозку, якщо не в генах. Ми іменованих їх циркадних ритмів. У перекладі з латині це значить те, що змінює один одного протягом дня. Наука про їх називається хронобіолог.
Синдром зміни часового поясу і карибський загар.
Щоб зрозуміти, до якого ступеня ми з’єднані з плином часу, давайте проаналізуємо звичайний і буденний варіант: відпустку. Давайте уявимо собі, що рік у нас пройшов вдало, і ми вирішили, припустимо, відправитися відпочити в одну з держав Карибського моря. Коли ми, врешті-решт, опиняємося на бажаних пісочних пляжах або в якому-небудь іншому місці з різницею в часі в чотири або більше годин, то 1-е, що ми відчуваємо, це синдром зміни часового поясу. Це проявляється у втомі, безсонні або в дуже ранньому пробудженні. Хтось, певно, скаже, що це лише питання втоми, що накопичилася за час шляху, але основна причина міститься у внутрішніх годинах нашого мозку. Незважаючи на цей синдром, а може, на його причини, ми прагнемо на пляж, щоб засмагнути. Впливаючи на шкіру, сонячні промені активізують вироблення меланіну, темного пігменту. На 1-ий погляд, цього цілком достатньо для засмаги, за умови застосування чудового крему. Але меланоцити, клітини шкіри, що відповідають за вироблення меланіну, слідують свого власного внутрішнього ритму, який не залежить від події сонячних променів.
На початку доби виділяється більше меланіну, чим полудня, а ввечері цей процес і зовсім зупиняється. І це цілком зрозуміло: у вечірні години та вночі Сонце ніколи не висвітлює. Але найцікавіше полягає в тому, що, якщо ми перемістимося в інший часовий пояс, то клітинки продовжать вироблення меланіну у власному звичайному режимі і лише через 5-10 днів перейдуть на новий розпорядок дня. Відбувається те ж саме, що і з синдромом зміни часового поясу: бажаючи ще далеко не вечір, циркадний ритм нашого мозку вказує на те, що зобов’язана стемніти, і нас починає перемагати звичайна для пізнього часу доби сонливість. Виділення меланіну і синдром зміни часового поясу. І це не одні з небагатьох зразки того, як наш організм продовжує дотримуватися свого власного ритму. Це лише видима частина внутрішнього годинника, які задають наш ритм. Це особливий механізм, розташований в мозку, який за допомогою особливих генів відміряє час.

Відхід до сну.
Коли настає ніч, наше тіло готується до сну. Температура тіла повільно знижується (вона може знизитися на 2ºC), що допомагає нам заснути і уповільнює обмін речовин, щоб зберегти енергію. Температура тіла починає знижуватися до того, як ми лягаємо в ліжко, досягає свого мінімуму опівночі, а до ранку знову зростає, щоб приготувати нас до пробудження. І якщо в одну з ночей ми будемо спати, цикл залишається постійним. Сам організм готує нас до того, що повинно настати. Вага тіла також схильний щоденним повторюваним потрясінь: вдень він менше, чим увечері. А циклічна діяльність нашого мозку триває вночі, а пізніше ці цикли повторюються день у день. Першим це явище вивчив на кількох дітей, включаючи власного свого сина, Юджин Асерінскі в 1951 році.

Кожна ніч складається з декількох циклів, під час яких змінюють один одного фази глибокого і легкого сну. Під час фаз 1, 2 і 3 сон поступово стає все більш глибоким, таким чином, його відновлює подія асоціюється з фазою 3, коли сон глибший. І все таки найбільший інтерес представляє та фаза, яка слідує за фазою 3, так як під час неї мозок працює так, як під час неспання, але при цьому сон глибший і прокинутися надзвичайно важко. М’язи розслабляються в найбільшою мірою, але при цьому настає фаза швидкого сну, що виражається в швидкому русі очей. Саме тоді ми бачимо сни. Триває вона близько 10 хвилин, і після її закінчення починається черговий повний цикл. Кожен новий цикл часу в фазі 3 стає коротшим. Тому прийнято вважати, що найбільше ми відпочиваємо під час «першого сну», який по суті справи є першим циклом сну.

Генетичні і нейронні годинник.
Циркадні ритми з’являються внаслідок необхідності адаптації до щоденного 24-годинного ритму і є ендогенними, іншими словами, виробляються всередині самого організму. Вони інтегровані в наші гени в результаті еволюційного механізму адаптації. Велика частина фізіологічних і поведінкових рис людей обумовлена ​​циркадних ритмів. Відомі різні гени, що відповідають за ендогенний циркадний ритм, які примушують йти наші внутрішні, або церебральні годинник. Наприклад, знамениті чотири гени – Clock, BMAL, PER і CRY-, чиє послідовне взаємодія спонтанно створює 24-годинні цикли. Але справа не обмежується лише ними: встановлені понад 150 частин, які взаємодіють один з одним, що дозволяє встановити ці цикли з граничною точністю.

Якщо подивитися на проблему з нейронної точки зору, то можна стверджувати, що існує деяка структура мозку, яка на базі генетичних годин призводить в подія церебральні годинник людини. Мова йде про так званому супрахіазмальном ядрі, іншими словами, групі нейронів, які знаходяться в гіпоталамусі і генерують діяльність, яка ніколи не зупиняється, але при цьому зазнає ритмічні потрясіння: при більш високій активності організм поводиться, як в денні години, і навпаки . Ця система несе відповідальність за генерацію ендогенних циркадних ритмів, синхронізацію їх з зовнішніми циклами і за забезпечення того, щоб весь організм слідував певного ритму, включаючи майже всі ритми, пов’язані з поведінкою. Вона також є сполучною ланкою між нервової та ендокринної системами, регулюючи секрецію майже всіх гормонів, що передають ендогенне час іншим часткам тіла.
Існує ще одна структура мозку, яка також бере участь в регулюванні циркадних ритмів: шишковидне тіло. Розміром воно з горошину і знаходиться в центрі мозку. У XVII столітті філософ і математик Рене Декарт написав про нього, відштовхуючись від його місця розташування, як про ймовірне вмістилище душі. Шишковидне тіло виробляє гормон під назвою мелатонін в прямій залежності від природного освітлення: лише в нічні години або в темряві. Отже, в зимовий період меланіну виділяється більше, чим влітку, так як в цей час року ночі довші. Таким чином, організм описує, в якому пори року перебуває, пристосовуючи до нього свої фізіологічні властивості і обмін речовин, також певні нюанси поведінки. Ви, напевно, помічали, що в зимовий період організм просить 1-го, а навесні абсолютно іншого?

Виставити точний час на годиннику.
Наші внутрішні годинник надзвичайно точні, але трошки тікають вперед, як якщо б у добі було 25 годин. Тому потрібно безперервно виставляти на їх правильний час. І це велике перевагу, тому що, якщо б у нас не було пристроїв установки чіткого часу, то ми ніколи не змогли б подолати синдром зміни часового поясу. Для виставлення чіткого часу наш внутрішній годинник використовують різні методи, а саме, розклад прийому їжі, фізичні вправи і навіть громадські зв’язки. І все таки в якості основного механізму установки чіткого часу виступає сонячне світло.

Наші внутрішні годинник надзвичайно чутливі до світла двічі в день: на світанку і заході. Якщо 1-і сонячні промені не збігаються зі світанком на наших внутрішніх годинниках, і вони продовжують демонструвати нічний час, то наш внутрішній годинник будуть спрямовуватися йти швидше, щоб виставити точний час. І навпаки, якщо промені заходу не збігаються з кінцем дня на наших внутрішніх годинниках, які продовжують демонструвати денний час, тоді вони підуть повільніше, щоб так само виставити точний час. Але як це досягається?

До 90-х років минулого століття вважалося, що в сітківці наших очей було лише два види світлочутливих клітин: колбочки і палички, що дозволяють нам, відповідно, розпізнавати кольори і яскравість світла. Виробляються сигнали передаються по зоровому нерву в задню частину кори головного мозку, де розміщена зорова зона. В середині 90-х років, тим не менш, знайшлися сліпі лабораторні миші, які, незважаючи на відсутність колб і паличок, точно так само реагували на світло: сиділи нерухомо, коли в їхнє приміщення надходив світло, і проявляли активність, коли він гас, іншими словами водили себе так, як в звичайних умовах. Дослідження, проведені на цих мишах, показали, що в їх сітківці, крім колб і паличок, був ще один вид світлочутливих клітин, але ці клітинки передають інформацію не в кору мозку, а в супрахіазмальное ядро, про який говорилося вище. Ці клітини не забезпечують зір, а служать для виставлення чіткого часу на біо годиннику.

Порушення циркадних ритмів і ризик хвороб.
Дотримання тимчасового режиму має вирішальне значення для здоров’я. Давно вже відомо, що в разі порушення циркадних ритмів зростає прихильність до хвороб. Причина надзвичайно проста. З огляду на зв’язку, що існує між генами циркадних годин, структурами мозку, які регулюють фізіологічні ритми і процеси обміну речовин, також сам обмін речовин в нашому організмі, порушення циркадних ритмів (наприклад, коли ми систематично порушуємо свій щоденний розпорядок) порушує і обмін речовин, що, в свою чергу, призводить до порушення сприйняття часу. Головною передумовою цих порушень ритму є зміни в розпорядку дня. Порушення обміну речовин можуть впливати на менструальні цикли у жінок, викликати гіпертонію, підвищений вміст холестерину в крові і навіть сприяти діабету, ожиріння, онкологічних і серцево-судинних хвороб. Дані порушення нерідко спостерігаються у людей, що працюють позмінно і часом змінюють зміни. При кожній зміні зміни мозок зобов’язаний провести глибоку перенастроювання годин, але на це потрібен певний час, протягом якого процеси розміну речовин можуть бути порушені.

Крім того, слід пам’ятати про те, що люди, які страждають такими хронічними хворобами, як гіпертонія, безсоння, діабет і іншими, пов’язаними з розміном речовин, в разі порушення ними циркадних ритмів через зміни в розпорядку дня, піддають себе суворого ризику рецидиву або загострення тієї хвороби, якою страждають. Слід зазначити, що це стосується не тільки перерахованих вище хвороб. Було відзначено також, що в осіб, які страждають на шизофренію або біполярним афективним розладом, може статися погіршення стану. По суті справи, вагоме число розумових хвороб безпосередньо пов’язані з порушенням циркадних ритмів. Наприклад, до 70% пацієнтів з розсіяним увагою мучаться від затримки фази сну, викликає, до всього іншого, порушення в тимчасовому темпі розміну речовин. Люди, схильні до епілепсії або страждають на мігрень, по цим же самих причин теж зобов’язані суворо дотримуватися розпорядку дня. Всім цим клієнтам дотримання розпорядку дня і правильного режиму сну допомагає затримати розвиток хвороби. Деяким хворим навіть радять зцілення ясним світлом, а конкретно, при сезонної депресії, коли ясний світ білий допомагає правильно налаштувати біологічний годинник і пом’якшити симптоми депресії.

Не можу спати через стрес.
Ми знаємо, що відсутність сну може розглядатися як фактор стресу. Безсоння викликає стрес. Відповідно, і причини стресу, незвичайно психологічні і соціальні, можуть негативно позначитися на якості та тривалості нашого сну. Все залежить від гормону, який вивільняється в стресових ситуаціях (CRH). Під час певних фаз сну знижується активність 1-го з ділянок мозку, які контролюють реакцією на стрес і рівні глюкокортикоїдів – головних гормонів, що вивільняються в результаті стресової ситуації. Безсоння викликає підвищення рівня глюкокортикоїдів, що може привести до ослаблення деяких видів енергії, накопичених в мозку. Це, в свою чергу, може роз’яснити ослаблення пам’яті при безсонні. У різних роботах показано, що безсоння не впливає на моторні можливості організму, але негативно позначається на когнітивно-перцептивних можливості і змінює регулювання циркадних ритмів. Ці порушення частіше виникають при вирішенні звичайних, пасивних і монотонних когнітивних завдань.

Що відбувається з людьми, які до вподоби власної роботи безперервно мучаться від недосипання, конфігурації робочих змін або ясно вираженого синдрому зміни часового поясу? В ході 1-го з найбільш популярних досліджень по даного питання було вироблено зіставлення екіпажів літаків 2-ух авіакомпаній, які виконували міжконтинентальні перельоти. У першій трудівникам надавали два тижні відпочинку після міжконтинентального перельоту з великий різницею в часових поясах, а в 2-ій – лише 5 днів. У тих, хто спочивав менше, були відзначені більш високі рівні глюкокортикоїдів. Дослідження показало, що, якщо підвищений рівень цих гормонів тримається протягом тривалого часу, це веде до зменшення гіпокампу (область мозку, що відповідає за консолідацію пам’яті memoria), порушення пам’яті і ускладнює підготовку до космічних польотів. Скорочення когнітивних можливостей сильніше виявлялося після того, як підвищені рівні цих гормонів спостерігалися у жителя нашої планети протягом 5 років.

Що можна зробити?
У недавньому дослідженні було підтверджено, що сон протягом періоду, який наш мозок значить як день, і навіть зміщення часу сну на чотири години всього лише протягом 3-х днів поспіль, порушує формулу однієї третини наших генів. Як краще пристосуватися до зміни розпорядку дня і безсонні?
По-перше, тим, хто працює позмінно, слід поміняти зміни з проміжками в часі, щоб організм і мозок могли звикнути до нового розпорядку. По-друге, тим, хто нерідко їздить у віддалені місця, по можливості, краще встановлювати деякий усереднений розпорядок дня, в особливості, якщо присутність в новому місці недовгий. По-третє, для подолання синдрому зміни часового поясу є природні засоби, такі як кава і чай, які слід приймати на початку дня, також заспокійливі (включаючи мелатонін), які приймають перед сном, щоб в такий спосіб запевнити мозок в тому, що настала ніч . Не слід забувати і про фізичні вправи, що поліпшують обмін речовин і підвищують розумову активність.

Як кажуть Трінітат Камбрас (Trinitat Cambras) і Антоні Дієс (Antoni Díez), наукові співробітники Барселонського інституту, що спеціалізуються на хронобиологии, у власній не так давно випущеної книзі «Ритми життя» (Els ritmes de la vida) вказують, що «наш організм може стабільно генерувати і підтримувати циркадні ритми. Але час від часу саме нашу поведінку, наші події, розпорядок дня і звички можуть викликати їх порушення. У такому випадку найкраще задуматися про власну поведінку і звички, щоб тим самим посприяти організму повернути звичайні циркадні ритми. Можете бути переконані: наше здоров’я також залежить і від стабільних біологічних ритмів ».
Сервелл де Сис Едуард Вієта, Франсеск Колом, Давид Буено, Дієго Редоблар