Как работают наши биологические часы: существует ли «таблетка для сна»

Чем «внутренние» часы организма отличаются от «внешних», какие «колесики» в них «тикают» и стоит ли принимать виагру от джетлага – в новом выпуске рубрики «Шнобелевская премия – это серьезно». Если вы когда-нибудь совершали длительные перелеты из одного часового пояса в другой, то прекрасно знаете, какой дискомфорт доставляет джетлаг (от английских слов jet — реактивный самолет и lag — отставание) — синдром смены часовых поясов. Обычно он сопровождается усталостью, бессонницей, головной болью, потерей аппетита и другими неприятными вещами. Почему же так происходит? При быстрой смене часовых поясов природный суточный ритм (смена дня и ночи) приходит в несоответствие с нашим циркадным ритмом — внутренними «часами» организма. Они представляют собой циклические колебания активности разных биологических процессов — изменения температуры тела и кровяного давления, выработки гормонов, функционирования внутренних органов. Показать, что у циркадных ритмов исключительно внутренняя природа, удалось только в 1980-ых годах, отправив на орбиту грибы Neurospora crassa: они не меняли циркадные ритмы, даже когда исследователи при помощи освещения имитировали полуторачасовые сутки. Это означало, что биологические часы не зависят от внешних световых или, например, геофизических сигналов. Впрочем, в некоторой степени они все равно подвержены влиянию одного внешнего фактора — продолжительности светового дня. Можно ли «перевести» циркадные ритмы, чтобы последствия перелета из Москвы во Владивосток проходили быстро и безболезненно? Ученые исследуют этот вопрос (и сами суточные колебания активности организма) не один десяток лет. В 2007 году Шнобелевской премией в номинации «Авиация» были награждены аргентинцы Патрисия Агостино, Сантьяго Плано и Диего Голомбек. Они установили: хомячки быстрее восстанавливаются от джетлага, если им давать вещество под названием силденафил, известный под торговым названием «Виагра». Изначально силденафил синтезировали как препарат для улучшения кровотока в миокарде и лечения стенокардии и ишемической болезни сердца. Однако в ходе клинических испытаний было выяcнено: влияние силденафила на сердечный кровоток минимально, зато он обладает выраженным действием на кровоток в области органов малого таза. Но вернемся к хомячкам. Все животные были выращены при искусственном освещении: световой день длился 14 часов, а ночь — 10. Затем хомяков рассадили по отдельным клеткам, в каждой из которых было колесо для бега (чтобы лучше фиксировать часы активности грызуна). После 10-дневного пребывания в клетках и привыкания к беговым колесам хомякам устроили шестичасовой «сдвиг часовых поясов», который длился несколько недель: режим освещения клеток изменился так, как изменился бы суточный ритм человека при перелете из Нью-Йорка в Париж (то есть с запада на восток, с переводом часов вперед). При этом одна группа подопытных в день «перевода часов» получила порцию «Виагры», а вторая — нет. Ученые установили, что силденафил в дозировке 10 микрограмм на килограмм тела помог хомячкам на 50% быстрее восстановить сбитые циркадные ритмы. Меньшие дозировки «Виагры» работали хуже, но все равно немного ускоряли переход к нормальной работе организма. Диего Голомбек полагает, что силденафил помог хомячкам справиться с джетлагом, потому что в организме увеличилось содержание молекулы под названием циклический гуанозинмонофосфат (cGMP). По мнению ученого, это на какое-то время ускорило биологические часы животных. Этим же объясняется и тот факт, что «Виагра» не помогла грызунам справиться с джетлагом при имитации перелета с востока на запад: благодаря лекарству ускорившиеся циркадные ритмы «нагнали» разницу во времени, но вот перевести биологические часы назад препарат не может. Хотя авторы работы и рассматривали силденафил как вероятное лекарство от джетлага для людей, соответствующие исследования никогда не проводились. Правда, в 2013 году Skyscanner — система для поиска авиабилетов — провел опрос среди своих пользователей. В анкетировании приняли участие около тысячи пассажиров сингапурских авиалиний — 11% из них сообщили, что пробовали принимать «Виагру» как средство от джетлага, а 5% заявили, что препарат действительно помог справиться со сменой часовых поясов. Это, однако, ни в коем случае не свидетельствует об эффективности силденафила, и ученые рекомендуют принимать синюю таблетку от джетлага лишь при соблюдении двух условий: вы хомяк, и вы летите с запада на восток. Несмотря на эти неутешительные новости, давайте все же разберемся: существуют ли эффективные методы борьбы с джетлагом? А заодно и выясним, как именно наш организм регулирует биологические часы. На первый вопрос в 2017 году довольно однозначно ответили Майкл Росбаш и Джеффри Холл, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине того года. Майкл Росбаш, Джеффри Холл и третий лауреат Майкл Янг удостоились Нобелевской премии 2017 года за «открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадным ритмом» — теми самыми биологическими часами. Однако первый кусочек генетического механизма циркадных ритмов обнаружили не они. Это в 1960–1970-ых годах сделали Сеймур Бензер и Рональд Конопка, создавшие мутантных мушек-дрозофил с измененными циркадными ритмами: у одних — 28 часов, у других —19 часов, а у третьих ритм вообще отсутствовал. У всех насекомых был поломан один и тот же ген — это значит, что в неизмененном состоянии он отвечал за поддержание нормального, 24-часового, суточного ритма. Ученые назвали ген per, — от слова period, «период». Следующий же шаг в изучении биологических часов сделали Росбаш, Холл и Янг. Гены содержат в себе множество разной информации, в том числе и о строении белков — для простоты можно сказать, что в генах записан «рецепт» их изготовления (то есть гены кодируют белки). Джеффри Холл и Майкл Росбаш исследовали отношения гена per с его белком PER и выяснили: ночью уровень белка достигает максимальной концентрации, после чего он блокирует работу собственного гена, прекращает синтез, а затем распадается в течение дня. Но чтобы «выключить» ген, белку надо проникнуть в ядро клетки — ведь именно там хранится генетический материал. Холл и Росбаш сумели показать, что ночью белок накапливается в ядре, но не смогли понять, как он туда попадает. Это сделал Майкл Янг — в 1994 году он открыл второй ген биологических часов под названием timeless (в переводе с английского — «безвременный»). В лаборатории Янга выяснили: цикл работы этого гена тоже равен 24 часам, а кодирует он белок TIM, который напрямую связывается с PER, помогает ему проникнуть в ядро и не дает разрушаться. Этот механизм обратной связи и объясняет, как именно регулируются суточные колебания активности нашего организма. Конечно, есть множество других инструментов, которые вовлечены в работу биологических часов (например, ген doubletime, также открытый Янгом, задерживает накапливание белка PER и отлаживает циркадные ритмы, чтобы они совпадали с естественным циклом смены дня и ночи; ген cry, который под воздействием света разрушает белок TIM, после чего разрушается и оставшийся без «напарника» PER, и многие другие). Эти открытия совершили переворот в понимании ключевых механизмов биологических часов человека. Что же касается наиболее эффективного лекарства от джетлага (помимо сна) — тут мнения разнятся. Кто-то полагает, что лучше всего действует целенаправленная подготовка организма к предстоящей смене часовых поясов (например, постепенное изменение режима дня за несколько суток до поездки, попытка проспать большую часть перелета или, наоборот, устроить себе 24-часовой бессонный марафон); кто-то советует не есть тяжелой пищи, кто-то — выпить побольше алкоголя или, наоборот, не пить ничего кроме воды. Все подобные рекомендации, как правило, основаны на личном опыте человека — и необязательно, что они помогут вам. А некоторые советы могут ухудшить ваше самочувствие — сутки без сна еще никого не делали бодрее, а алкоголь вреден в любых дозах. Очень часто для нормализации циркадных ритмов советуют принимать мелатонин — это гормон эпифиза, который контролирует наши биологические часы в ответ на изменение ритма освещения. Уровни мелатонина меняются в организме с периодичностью в 24-25 часов, достигая максимума между полуночью и восемью часами утра. Маленькие дети имеют самые большие количества мелатонина в крови, но с возрастом уровень сильно понижается. Поэтому младенцы спят очень много, а старики страдают от бессонницы. Препараты на основе мелатонина разрешены не во всех странах: так, в Австралии их можно выписывать только людям старше 55 лет для восстановления режима сна, в США препараты на основе мелатонина запрещены в качестве лекарства и попадают в категорию биологически активных добавок, но использовать их в составе продуктов питания нельзя. Впрочем, препараты этого типа изучены довольно хорошо, а результаты исследований опубликованы в сотнях научных статей. Ученые заключили, что мелатонин заметно увеличивает время сна у людей старше 55 лет, помогает им заснуть, не вызывает побочных эффектов и привыкания. В обзоре о работе в ночную смену ученым удалось найти лишь слабые подтверждения того, что мелатонин увеличивает продолжительность дневного сна. А вот для борьбы с джетлагом он действительно оказался очень эффективным – правда, этот вывод сделан на основании всего восьми исследований. Так что мелатонин, хотя и работает, чудес не обещает: он может помочь вам уснуть пораньше и перенастроить режим дня под другой часовой пояс, но победить недосып — увы, нет. Кстати, если вы не хотите принимать сам препарат, попробуйте есть бананы, виноград или другую растительную пищу перед сном – мелатонин содержится во многих фруктах и плодах, хотя, конечно, и не в таких количествах, как в лекарстве. И помните про рецепторы на сетчатке глаза: когда вокруг светло, мелатонин вырабатывается в меньшем количестве, поэтому плотные шторы действительно помогут уснуть. Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще. Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.