О летнем времени и биологических часах

Долго будет Карелия сниться
Виноградова И.А.
(«ХиЖ», 2011, №12)

00_очки_для_сна.JPGСвет и тьма с точки зрения медицины

«Белые ночи»... Если не брать во внимание романтически настроенных влюбленных или восторженных туристов, готовых все 24 часа в сутки созерцать красоту «страны тысячи озер», такое словосочетание явно должно вызывать тревогу, ведь ночи по определению должны быть темными. Но мало кто задумывается над очевидным вопросом: если белые ночи вредны, то почему и насколько?

Почему вреден короткий световой день, понятно всем. Темнота — это депрессия, снижение работоспособности и потеря жизненного тонуса. Не зря в северных районах платят «северные надбавки», а психологи и физиологи говорят о «депрессии Севера». Зимой темнота и холод, все время хочется спать, мечтаешь о тепле и свете. И вот наконец-то — солнце круглые сутки (рис. 1, 2). И уже не спится, хочется гулять, петь, танцевать. Лето пришло!

На самом деле все гораздо хуже: вредны не только полярные ночи, но и белые, что убедительно доказывают и экспериментальные, и эпидемиологические исследования. Наша кафедра (кафедра фармакологии, организации и экономики фармации с курсами микробиологии и гигиены) Петрозаводского университета в тесном сотрудничестве с отделом канцерогенеза и онкогеронтологии НИИ онкологии им. Н.Н.Петрова (Санкт-Петербург) последние десять лет ведет исследования, цель которых — установить, как влияет световой режим Севера на показатели биологического возраста, возрастную патологию и продолжительность жизни.


карта.PNG02_график.jpg

1. Карелия на карте Европы

2. Продолжительность светлого времени дня в Петрозаводске 

Почему возникла идея подобных исследований? Вот некоторые общеизвестные эпидемиологические данные. Продолжительность жизни в Карелии низкая, уровень заболеваемости среди северян превышает средние показатели для России в три-пять раз (по болезням органов дыхания, кровообращения и онкопатологиям — более чем вдвое). В других исследованиях было показано, что частота рака молочной железы, рака тела матки, рака ободочной кишки и рака легкого у женского населения растет с увеличением расстояния от экватора. Если посмотреть на другие страны этого северного региона — Финляндию, Норвегию, Швецию, то оказывается, что и у них ситуация хуже, чем в более южных европейских странах.

Мы провели простой эксперимент, доказывающий, во-первых, что северные надбавки платят не только за полярные ночи и короткое лето, но и за белые ночи, не менее вредные, а во-вторых, что со световым режимом северян надо что-то делать. Потому что так жить (вернее, спать) нельзя.

Крысы-«северяне» с метаболическим синдромом


03_крысы.JPG

3. Объект исследования 


В эксперименте участвовала 1001 крыса — прямо арабские сказки. А ночей было даже больше, чем тысяча и одна. Четыре группы крыс, самцов и самок, жили от рождения до смерти в разных световых режимах при прочих равных условиях — температура воздуха, еда и вода у всех были одинаковыми. Эксперимент длился четыре года (рис. 3). А результатам мы удивляемся до сих пор.


04_рентген.JPG
4. Под всевидящим оком рентгена


Каждая крыса была «на контроле»: еженедельно, ежемесячно, ежеквартально мы снимали разнообразные показатели, от самых простых, таких как масса тела, потребление корма и воды, до биохимического исследования всевозможных органов и тканей и рентгенографии скелета (рис. 4).

Самыми «благополучными» оказались крысы, живущие в полной темноте. Это и неудивительно: крысы, хоть и лабораторные, а значит, уже не одно поколение существующие рядом с человеком, все-таки животные изначально ночного образа жизни. На втором месте были крысы, проводящие свою жизнь в режиме строгого чередования света и темноты — «день» и «ночь» по 12 часов. А вот режим естественного освещения Карелии (см. рис. 2) оказался таким же вредным, как постоянное освещение. Животные в этих режимах проживали самую короткую жизнь, а у крыс-самок в карельских условиях даже максимальная продолжительность жизни оказалась меньше, чем аналогичный показатель в постоянном свете.

Но это еще не все. Важно не только, на сколько дней или месяцев крыса пережила своих собратьев, но и как она себя чувствовала и чем болела.

Больше всего не повезло самцам крыс, которые жили в наших карельских световых условиях или в условиях постоянного освещения. Некоторые из них страдали заболеванием, которое у людей называют «метаболическим синдромом», причем в других группах подобных случаев не было вообще! 


05_ожирение у крысы.JPG05_ожирение у крысы.JPG
5. Метаболический синдром бывает и у крыс


Прогрессивный рост животных, их половое созревание замедлялись, если приходились на зимний период, и ускорялись, если совпадали с сезоном белых ночей. Укорачивалась фаза стабильного роста (зрелость), и у крыс быстрее наступал предстарческий, а затем и старческий период, то есть в наших естественных условиях крысы не только жили меньше, но и старели быстрее. У крыс-самок раньше , чем у их «подруг» в стандартных условиях чередования света и темноты, наступал анэструс (состояние, подобное климаксу у женщин), чаще наблюдались нарушения эстрального цикла (циклы становились нерегулярными, более короткими и т. д.). Когда посмотрели уровень очень важного для репродуктивной системы гормона пролактина, то выяснилось, что этот уровень повышен и подвержен сезонным колебаниям вместе с колебаниями освещенности. Известно, что повышенный уровень пролактина ведет к разнообразным нарушениям репродуктивной функции, провоцирует развитие опухолей репродуктивной системы. Проверяли мы и уровни гормонов щитовидной и поджелудочной желез, и здесь результаты тоже оказались неутешительными — у крыс была снижена концентрация гормонов щитовидной железы, что также сказалось на обменных процессах (вспомните о толстых крысах!), и повышен уровень предшественника инсулина — С-пептида. Последнее указывает на развитие так называемой инсулинорезистентности — инсулина в организме много, а он не действует. Вот откуда взялись избытки сахаров в крови и глюкозы в моче у наших крыс!Эти самцы весили больше всех, имели абдоминальное ожирение (то есть жир у них откладывался в брюшной области), повышенный уровень сахара и липидов в крови и глюкозы в моче (рис. 5, 6). Думаю, такой характерный внешний вид знаком многим, и, как видите, виновато в этом не только чрезмерное потребление еды, отсутствие физических нагрузок, но и нарушение светового режима.


06_метаболический синдром.jpg
6. Патогенез метаболического синдрома 


Биохимия и психология

Мы проверили гематологические и биохимические показатели крови — те же самые, что изучают при анализе крови человека при любом обследовании, брали на исследование все жизненно важные органы (сердце, легкие, печень, селезенку, почки, мышцы), определяя в них различные ферменты, необходимые для нормальной работы организма, потом раз в полгода, обобщая все эти показатели, выводили так называемый коэффициент стабильности гомеостаза. И всегда, начиная с самого раннего возраста животных, этот коэффициент в условиях карельского освещения был понижен даже по сравнению с условиями постоянного света!

Далее, «северные» крысы чаще болели: у многих мы диагностировали инфекционные заболевания, начиная с ринитов и отитов и заканчивая пневмонией и инфекциями желудочно-кишечного тракта и мочевыводящих путей. Да что там инфекции! У крыс, живущих при постоянном свете и в карельских условиях (однако ни разу — в других двух группах), обнаруживалась катаракта. Хронические заболевания дыхательной, сердечно-сосудистой системы, поражения печени и другие болезни встречались у них чаще, чем у тех, кто жил в условиях полной тем- ноты и фиксированного режима освещения. У самцов крыс, доживших до своего естественного конца в условиях постоянной темноты, частота заболеваний, установленная при вскрытии, составляла 1,19, а у самок — 1,06 (другими словами, обнаруживалось одно заболевание, служившее причиной смерти, и иногда, с частотой 0,19 для самцов и 0,06 для самок, — еще одно, сопутствующее). В условиях стандартного освещения этот коэффициент составлял 1,72, а вот при естественном северном и постоянном освещении у самцов он был выше почти в два раза, у самок — почти втрое! Иначе говоря, некоторые самки болели тремя заболеваниями одновременно. Мы исследовали также работу почек, то есть водно-солевой обмен, — измеряли диурез, проводили общий и биохимический анализ мочи. Процессы реабсорбции, фильтрации, секреции, которые, как известно, подчинены четкому циркадному (суточному) ритму, у «северных» крыс изменялись таким образом, что почка как бы быстрее старела и не могла уже в полной мере осуществлять свою основную функцию — регуляцию кислотно-щелочного равновесия.

Антиоксидантная система в органах, которую мы тоже проверяли, разваливалась прямо на глазах. Онкологические заболевания, как злокачественные, так и доброкачественные, встречались чаще, диагностировались раньше, количество крыс-самок с различными опухолями достигало 70,8%!

Наш эксперимент не ограничивался физиологическими исследованиями. Чтобы понять, хорошо ли нашим крысам, так сказать, с психологической точки зрения, мы ежемесячно с помощью различных тестов изучали поведенческие, психоэмоциональные и когнитивные функции наших крыс, их работоспособность. Крысы ходили по лабиринту, плавали в воде для проверки выносливости, висели на сетке — это тест на статическую работоспособность (рис. 7). Тестировались они и в «открытом поле» (об этом тесте, позволяющем определить тревожность животного, «Химия и жизнь» писала не раз).


08_плывет.JPG07_висит.JPG
7. Вот так определяется физическая работоспособность


Крысы — очень удобный материал для исследования, если требуется перенести полученные результаты на человека: у них такой же суточный ритм мелатонина, они болеют теми же заболеваниями, достаточно сообразительны и для них, в отличие от мышей, существуют различные психологические тесты. Так вот, с памятью, с работоспособностью, с поведением и с психоэмоциональными проявлениями — все было гораздо хуже у крыс, которые жили в естественном освещении или в условиях постоянного освещения. Эти крысы чаще забывали правильный путь, когда ходили по лабиринту, быстрее тонули, раньше падали с сетки, вели себя неадекватно — чаще пищали, шипели, замирали, умывались, пятились и т. д. — словом, были более «нервными», чем остальные.

Полагаю, результаты нашего исследования доказывают, что северный световой режим для здоровья явно не полезен. Но чтобы окончательно убедиться в этом, мы провели второй эксперимент. Он отличался он от первого тем, что крысы имели разную дату рождения: одна группа была «весенней», а другая «осенней». Оказалось, что крысы, которые родились весной (то есть их рост, половое созревание совпали с периодом белых ночей), болели больше, жили меньше и старели быстрее, чем те, кто родился осенью.

Таким образом, мы подошли к главной составляющей нашего эксперимента: надо что-то делать!

Что такое гипопинеализм и как с ним бороться

С чем связаны все эти нарушения, патологические состояния и болезни? Ответ простой: с нарушением циркадных ритмов. Известно, что коренные народы Севера страдают от своего светового режима и вообще от всех северных неудобств гораздо меньше, чем приезжее население. За века их организмы адаптировались к этим условиям. От чего зависят суточные ритмы млекопитающих?

Пинеальную железу, или эпифиз, в древности считали «вместилищем души» или «третьим глазом». Сегодня мы знаем, что это как раз и есть та самая железа внутренней секреции организма, которая вырабатывает гормон мелатонин, отвечающий за процессы старения и регулирующий наши внутренние биологические часы (рис. 8).


09_мозг.JPG
8. Расположение эпифиза


Для выработки этого гормона нужно одно простое условие — темнота. А ее как раз и не хватает в сезон белых ночей. И вот результат: опухоли растут быстрее, старение интенсивнее, продолжительность жизни короче. Свет мгновенно блокирует выработку этого гормона, из-за чего эпифиз долгие годы считали рудиментарной железой. «Она (пинеальная железа) лишена всякого физиологического значения и представляет рудимент, пестротой своего морфологического состава уже в норме являющийся тератоидным образованием», — писал известный патофизиолог А.А.Богомолец в своем труде «Кризис эндокринологии» (1927). Уровень мелатонина в крови долгое время не могли определить, ведь брать кровь нужно ночью (когда концентрация в крови максимальная) и при красном свете, иначе ничего не получится.

Сейчас про мелатонин известно достаточно много, хотя открыли его относительно недавно, в 1958 году. Это сделал американский ученый Аарон Лернер, занимавшийся изучением витилиго (депигментации кожи). Было известно, что экстракт эпифиза разрушает кожный пигмент, и, чтобы найти его активный компонент, Лернер переработал 250 тысяч эпифизов коров. Настоящий научный подвиг, в честь которого гормон суточного ритма и получил свое название — «мелатонин» (от греч. melas — черный, tosos — труд). Но труд не пропал даром: открытие оказалось даже более важным, чем предполагал ученый.

В декабре 2010 года исследовательская структура Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) — Международное агентство по исследованию рака — объявила о включении работы в ночную смену в список вероятных канцерогенов наряду с курением, ультрафиолетовым излучением, анаболическими стероидами и выхлопными газами. Серьезный повод для беспокойства: по оценкам экспертов, около 20% трудоспособного населения в развитых странах работает в ночную смену. Впервые эту необычную теорию предложил на суд научной общественности Ричард Стивенс, профессор Центра здоровья университета штата Коннектикут в 1987 году. И наши белые ночи — еще одно ее подтверждение.



Мелатонин в организме:

— устраняет бессонницу, сохраняет естественную структуру сна;

— адаптирует организм к перемене климатогеографических зон и быстрой смене

часовых поясов;

— замедляет старение репродуктивной системы;

— оптимизирует когнитивную деятельность мозга и препятствует ее нарушениям,

улучшает процессы восприятия;

— ослабляет тревожное поведение и чувство страха;

— оказывает стимулирующее влияние на жироуглеводный обмен;

— снижает энергетические затраты миокарда, ингибирует агрегацию тромбоцитов,

нормализует кровяное давление;

— нормализует моторику, ритм и секреторную активность желудка;

— обладает иммуномодулирующим действием;

— обладает антиоксидантным действием;

— замедляет процессы старения;

— обладает онкостатическим действием;

— регулирует работу эндокринной системы (щитовидная, поджелудочная, половые железы).


 


Основываясь на наших исследованиях, мы постараемся дать практические рекомендации, которые помогут сохранить здоровье людям, проживающим в условиях естественной освещенности Севера. Кстати, эти рекомендации подойдут и тем, кто работает при инвертированном освещении, — медицинскому персоналу , пилотам , стюардессам, авиадиспетчерам, иными словами, всем, у кого бывают ночные смены, и тем, у кого свет уличных фонарей или рекламных щитов проникает в квартиру по ночам. У всех этих людей возникает функциональный гипопинеализм (снижение работы эпифиза). А к чему это приводит, мы уже знаем.

Для профилактики или устранения функционального гипопинеализма рекомендуются в первую очередь нелекарственные методы. В дневное время — как можно больше находиться на свету или создавать себе оптимальный режим искусственного освещения (если на дворе зима и день короток даже в средней полосе). Понятно, что кто-то обязан работать в ночную смену и отказаться не может, но этим людям не стоит проявлять излишнего энтузиазма, не предусмотренного трудовым кодексом. А всем остальным мы советуем ложиться до полуночи (в два часа ночи, когда идет максимальная выработка мелатонина, обязательно нужно спать!) и рассчитывать время таким образом, чтобы длительность сна не была менее 7—8 часов. Не включайте ночью в спальне свет, ночники, не оставляйте работающим компьютер и другие электрические приборы. Если необходимо вставать ночью, включайте лишь красную лампу (красный свет меньше подавляет мелатонин). Повесьте на окна плотные шторы или наденьте повязку либо очки для сна (см. фото в начале статьи); чем меньше света проникает с улицы (фонари, реклама и т. д.) — тем лучше.

По возможности откажитесь от лекарств, снижающих уровень мелатонина, таких как парацетамол, флуоксетин, резерпин, дексаметазон, бета-адреноблокаторы, блокаторы кальциевых каналов, или хотя бы не пейте их на ночь. Принимайте витаминно-минеральные комплексы, включающие в себя витамин В3 (никотиновая кислота) и В6 (пиридоксин), кальций и магний, так как они повышают концентрацию мелатонина. А вот большие дозы витамина В12 (цианокобаламин) и нестероидные противовоспалительные средства (в том числе и аспирин) снижают его концентрацию, поэтому злоупотреблять этими препаратами не нужно. Не следует перед сном пить спиртное и напитки, содержащие кофеин, то есть чай, кофе, кока-колу, энергетики, а также курить — все это снижает выработку мелатонина. А повышают его содержание продукты, богатые триптофаном (эта аминокислота — предшественник мелатонина), — бананы, индейка, курица, сыр, орехи, семечки. Тем же, кому все перечисленные меры не помогли, врачи рекомендуют препараты мелатонина, особенно в сезон белых ночей.

Если соблюдать все эти меры предосторожности, то мелатонин, этот маятник наших биологических часов, будет вырабатываться вовремя и в нужном количестве. Он поможет нам справиться и с болезнями, и с ускоренным ста- рением, и с возрастной патологией, а мечта жить 120 лет станет реальностью. И песня о Карелии —

Белая ночь опустилась безмолвно на скалы ,

Светится белая-белая ночь напролет,

И не понять, то ли небо в озера упало,

И не понять, то ли озеро в небе плывет —

будет напоминать только о романтических чувствах и навевать прекрасные воспоминания о «стране тысячи озер».


Автор статьи благодарит доктора медицинских наук, профессора Анисимова Владимира Николаевича, руководителя отдела канцерогенеза и онкогеронтологии НИИ онкологии им. Н.Н.Петрова (Санкт-Петербург) — автора и вдохновителя эксперимента, о котором рассказывается здесь. 

Еще по теме

Можно ли декретом правительства заставить Солнце всходить или заходить на час, два, три раньше? В стране, где, по результатам опроса ВЦИОМ, проведенного ко Дню российской науки (8 февраля 2011 года), треть населения считает, что Солнце вертится вокруг Земли, многие вполне допускают такую ситуацию. Однако государственные эксперименты со временем отнюдь не безобидны для нашего здоровья.  >>
Даже если человек (или мышь, или муха) находится в помещении без окон и часов, у него все равно работает цикл сна и бодрствования. Сейчас уже почти раскрыты его молекулярные механизмы. Что интересно, циклически меняется метаболизм не только нейронов мозга, которые управляют всем телом, но и, по-видимому, всех остальных клеток, даже эритроцитов (которые вообще "не совсем клетки" — у них нет даже ядра). Но раз есть тонкий механизм, значит, он должен и ломаться. Действительно, выявлены мутации, меняющие ритм сна и бодрствования. Например некоторые люди генетически предрасположены к тому, чтобы мало спать, но при этом сохранять бодрость (таким был, например, Н.В. Тимофеев-Ресовский). >>