- Виктор Александрович, в прошлом году трое американских ученых получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. В пресс-релизе Комитета значилось, что эти награды им присуждаются за открытие "молекулярных механизмов, контролирующих эндогенный суточный ритм - "биологических часов". А как суть этих исследований объяснить попроще?
- Мы - я имею в виду всех млекопитающих Земли - в основном, живем по циркадному, 24-часовому циклу, составляющему сутки, за которые животное, включая человека, должно успеть активно бодрствовать, просто отдохнуть и еще выспаться. Распределением этого времени и заведуют "биологические часы". Наши коллеги и попытались приблизится разгадке механизма их работы.
Если искать знакомые аналоги для понимания работы биологических часов, то больше всего подходят обычные маятниковые часы, точность хода которых можно регулировать перемещением грузика на маятнике. Грузиком, регулирующим частоту колебаний маятника биочасов, является гормон - мелатонин. Многие ткани млекопитающих способны к его синтезу, однако с регулярной периодичностью он синтезируется только в сетчатке глаза, эпифизе или в шишковидной железе мозга. И вот главное. Синтезируется мелатонин железой только в условиях темноты, а свет блокирует синтез гормона. Сигнал об освещении поступает из глаза в супрахиазматическое ядро гипоталамуса, а уже оттуда по достаточно длинной цепочке нервных связей в эпифиз. Синтезируемый железой мелатонин подстраивает как "центральные часы" организма, так и локальные в периферических органах к 24-часовому ритму. В зависимости от продолжительности темного периода меняется длительность и амплитуда секреции гормона. Таким образом, в зимнее время гормона вырабатывается больше, а в летнее - меньше.
Только для человека - единственного из всех млекопитающих - важно измерять время с точностью до минут, а то и секунд. Для остальных видов важны суточные и годовые колебания внешних факторов. Организм не может работать одинаково напряжённо всё время, приходится периодически усиливать или ослаблять различные физиологические функции. Например, если человек строго придерживается режима и ложится спать в 21.00, а просыпается в 7.30, то повышенное внимание у него будет в районе 10.00, наилучшая координация движений - 14.30, а максимальная скорость реакции - в 15.30. Точно так же от времени суток зависят и такие жизненно-важные функции, как работа сердечно-сосудистой системы или температура тела. Всем нам памятны эксперименты по переводу часов на летнее и зимнее время. Как выяснилось, наш организм был вынужден два раза в год испытывать стресс и перенастраивать работу большинства функций.
- Помниться, даже коровы на фермах отказывались доиться по "декретному" времени…
- Правильное восприятие годовых колебаний факторов внешней среды необходимо всем. Диким животным - для того, чтобы приурочить жизненно важные процессы к определённым сезонам. Выращивание потомства - к летнему периоду, когда много корма, запасание жира и рост зимнего меха - к осеннему. Несмотря на то, что продолжительность светлого времени суток весной и осенью в определённые дни совпадает, а различия только в том, что весной день нарастает, а осенью, наоборот, сокращается сигнал, кодируемый длительностью и амплитудой секреции мелатонина, это четко воспринимается животными. И они включают репродуктивную функцию, или наоборот - начинают запасать жир и отращивать теплый мех, чтобы нормально провести зиму. А буренки на фермах просто привыкают к определенному времени кормления или доения, нарушение графика сразу же сказывается на надоях.
Не только искусственное изменение временных поясов, но и перемещение млекопитающих в другие световые условия - географические широты - приводит к нарушению секреции мелатонина и многих физиологических функций. Взять, к примеру, песца, обитающего в природе только на Севере. Этих ценных пушных зверьков китайцы завезли к себе для выращивания на фермах, но разница в продолжительности светового дня весной и осенью, когда животные должны размножаться и когда у них должен формироваться самый ценный - зимний - мех, составила более шести часов. Не имея такого мощного светового стимула, животные не могли нормально размножаться, да и зимний мех у них начал формироваться позже. Пришлось, чтобы урегулировать биочасы, использовать дополнительную подсветку весной для стимуляции репродуктивной функции, а осенью - затенение шедов или применение имплантов мелатонина, имитирующих короткий световой день, для ускорения формирования зимнего меха.
- Какую пользу эти исследования могут принесли человеку?
- Человек антропоцентричен по своей природе, ему важно, какая выгода от всего этого достанется именно ему. Очевидно, именно с этим связано увеличение количества научных работ по геропротекторным свойствам мелатонина. Оказалось, что гормон способен при определённых условиях не только тормозить старение организма, но и препятствовать появлению ряда новообразований, вероятность появления которых у старых организмов выше. Выявилось также, что нарушение нормального светового режима, приводящее к нарушению нормального синтеза мелатонина ночью, вызывает ряд заболеваний. Дополнительное освещение в ночное время (в англоязычной научной литературе появилось даже устойчивое сокращение LAN – «Light At Night») приводит к нарушению работы сердечно-сосудистой системы, синтеза гормонов, нарушению сна и развитию метаболического синдрома - ожирению. Для жителей территорий, где наблюдаются "белые ночи", эта проблема вдвойне актуальна, поскольку синтез мелатонина эпифизом в этот период падает ниже требуемой нормы.
- Вот о проблеме старения, пожалуйста, поподробнее…
- В интервале от 20 до 50 лет уровень ночного пика мелатонина у человека практически не изменяется, а в дальнейшем сильно снижается - начинается процесс старения организма, работа часов нарушается. Большинство исследований по влиянию мелатонина и нарушенных световых режимов на организм человека выполнено именно в этот возрастной промежуток времени. Поэтому большинство рекомендаций по применению мелатонина должны были бы включать слова "если вам от 20 до 50 лет". Но это касается только случаев, если все показатели в норме и мелатонин применяется в профилактических целях. Если же гормон используется для коррекции уже нарушенных функций - такое возрастное ограничение снимается. Для многих млекопитающих человеческие 50 лет обозначаются как период угасания репродуктивной функции. Оказалось, что помещение крыс в условия постоянного освещения в этот период не сокращает, как у молодых животных, а, наоборот, продлевает их жизнь.
В период беременности уровень секреции мелатонина матерью цикличен и нарастает вплоть до родов (часы должны работать особенно точно). Именно в ранний послеродовой период у детей или детёнышей формируется нормальная работа собственных центральных биологических часов. Во время беременности мелатонин беспрепятственно проникает через плаценту от матери к плоду - таким образом плод "узнает" информацию о фотопериоде, в котором живет его мать. После рождения новорожденный получает значительное количество мелатонина с молоком матери. Это необходимо, поскольку собственный эпифиз организма ещё нормально не функционирует.
Очевидно, что именно в этот период важно нормальное чередование света и темноты. А с учетом того, что прародиной человечества является Африка, а не районы Крайнего Севера, - регулярно чередующееся освещение без нарушений его ритмичности очень важно. Особенно в ночное время. И можно добавить, что для человека вредны как частые перемещения между часовыми поясами, так и в широтном направлении.
- Ваши рекомендации по настройке биологических часов?
- Никакого лишнего света ночью, особенно для детей. Регулярность отхода ко сну и пробуждения, сдвиги нарушают синтез мелатонина, а это, в свою очередь приводит к нарушению многих физиологических функций. Тёмные шторы на окнах в период белых ночей - имитация ночи, и дополнительное освещение тёмными зимними вечерами - создание картины более длинного дня.