Циркадные ритмы — секреты биологических часов

Циркадные ритмы — секреты биологических часов Гаджет

Основные свойства циркадных ритмов

1. Циркадные ритмы сохраняются при постоянных условиях света или темноты при отсутствии других внешних стимулов. Это было обнаружено в результате эксперимента, проведённого в 1729 году французским учёным Жан-Жаком де Мераном. Он поместил растение в тёмное место и заметил, что даже в постоянной темноте листья открываются и закрываются в том же ритме.

Это стало первым свидетельством того, что циркадные ритмы имеют внутреннее происхождение. Они могут колебаться и в зависимости от вида быть немного длиннее или короче 24 часов.

2. Циркадные ритмы не зависят от внешней температуры. Они не замедляются и не ускоряются в значительной степени, даже когда температура резко меняется. Без этого свойства циркадные часы не смогли бы определять время.

3. Циркадные ритмы могут закрепляться за внешними 24-часовыми сутками. При этом основным сигналом является свет, хотя влияние оказывают и другие сигналы.

Будущее и перспективные исследования

Чем дольше ученые изучают циркадные ритмы — тем выше шанс, что они помогут разработать действенные методики того, как привести состояние сна и бодрствования в гармонию. Сейчас большинство исследований направлены на изучение сложных молекулярных механизмов, регулирующих циркадные ритмы: в частности, генетики анализируют взаимодействие CRY1 с другими «часовыми» белками в надежде понять, как именно мутации наносят ущерб биологическим часам. Они уже выяснили, что мутировавший белок удерживает связь со своими партнерами дольше, чем следует, прямо как неуверенный танцор в более опытной группе. Задержка в синхронизации этой пары подобно цепной реакции вызывает сбой в работе и других систем, вынужденных подстраиваться под нарушенный ритм.

Учитывая сложную и до сих пор не до конца изученную природу биочасов, можно уверенно утверждать, что на циркадные ритмы влияет множество других генов. Это хорошая новость, поскольку в данном случае даже людям с нарушенным геномом можно будет помочь фармакологией, максимизируя полезный эффект и минимизируя негативное воздействие лекарств на организм в целом. Это беда современных препаратов, поднимающих давление или снижающих уровень холистерина — на каждый полезный эффект приходится десяток неприятных побочных.

Возможно, в ближайшем будущем появятся даже специальные гаджеты, которые смогут мониторить состояние ритмов человека в режиме реального времени и предупреждать о сбитом режиме заблаговременно. Это может звучать как очередной излишне оптимистичный прогноз, но в реальности практически все предпосылки для создания подобных устройств уже выполнены. Сейчас научное сообщество лишь подбирает удобные биомаркеры, содержание которых в крови будет наглядно отражать состояние циркадных ритмов.

Значение циркадных ритмов

Наличие биологических часов позволяет организму предугадывать предсказуемые изменения окружающей среды и заранее настраивать поведение, принимая во внимание эти условия. Например, зная, что рассвет наступит через три часа, организм начинает увеличивать скорость обмена веществ, температуру, усиливать кровообращение. Всё это подготавливает нас к активной деятельности в течение дня.

Вечером, когда мы готовимся ко сну, физиологические процессы в организме начинают замедляться. Во время сна мозг активно работает. Он фиксирует воспоминания, обрабатывает информацию, решает проблемы, посылает сигналы о восстановлении повреждённых тканей и регулирует запасы энергии. Некоторые части мозга во время сна более активны, чем во время бодрствования.

Как настроить свои биологические часы

Учёные долго задавались вопросом, как глаз распознаёт свет для подстраивания циркадных ритмов. Недавно в сетчатке были обнаружены специальные чувствительные к свету клетки — фоточувствительные ганглионарные клетки сетчатки. Эти клетки отличаются от палочек и колбочек, о которых учёным было давно известно.

Зрительные раздражения, воспринятые фоточувствительными ганглионарными клетками, из глаза попадают в мозг по зрительному нерву. Но в 1–2% таких ганглионарных клеток есть зрительный пигмент, чувствительный к синему цвету. Таким образом, фоточувствительные ганглионарные клетки фиксируют рассвет и сумерки и помогают настроить биологические часы организма.

Из-за современного образа жизни мы часто не получаем достаточно света, большую часть времени проводя в помещении. Это может быть причиной того, что наши часы настраиваются неправильно.

Исследования подтвердили, что принимая пищу в одно и то же время и занимаясь спортом по утрам, можно выработать правильный режим сна.

Как работают наши внутренние часы

Практически каждая клетка в организме человека обладает молекулярными «часами». Проявляется это таким образом, что примерно каждые 24 часа определенные тактовые белки взаимодействуют друг с другом в своего рода медленном танце. В течение дня этот процесс приводит к своевременной активации тех или иных генов, контролирующих разнообразные процессы, в том числе и высвобождение в кровь определенных гормонов. Мелатонин — гормон, стимулирующий сон, и его концентрация в крови тоже зависит от генной активности.

Гаджет:  Apple планирует в апреле представить новый iPad | Гаджеты | Техника | Аргументы и Факты

Почему сердечные приступы и инсульты в два-три раза чаще встречаются ранним утром? Потому что внутренние часы запрограммированы в это самое время увеличивать кровяное давление, чтобы помочь организму проснуться. Почему дети растут во сне? Потому что гормон роста вырабатывается в организме человека лишь раз в сутки, именно в фазу ночного сна (поэтому злоупотреблять послеобеденным сном в таком возрасте не стоит). В результате, гармоничная работа всех систем организма так или иначе связана с этими часами. Именно поэтому нарушения ритма сна и бодрствования увеличивают риск ожирения, развития хронических заболеваний и даже рака, не говоря уже об общем ухудшении самочувствия.

Определить свои циркадные ритмы зачастую несложно

Для определения своего циркадного ритма нужно понаблюдать за режимом дня. В какое время вы встаете, в какое ложитесь спать. Зафиксировать, в какое время дня происходит наибольшая активность – утром или вечером. Запишите результаты за неделю на листе бумаги или в заметках смартфона.

В 2021 году были проведены новые исследования, которые установили, что есть еще два хронотипа человека – сонные и высокоэнергичные.

  • Сонные. Такие люди по утрам и вечерам чувствуют себя прекрасно, полны сил. А днем на них накатывает усталость и апатия, сонливость.
  • Высокоэнергичные. Люди, относящиеся к этому типу, весь день активны и энергичны. Усталость приходит только к концу дня, когда уже требуется ночной отдых.

Правда о питании и продуктивности

Питание по режиму является одним из самых эффективных способов нормализации циркадных ритмов. В первую очередь это касается завтрака и ужина. Между этими двумя приемами пищи можно ослабить внимание к тому, когда вы едите, и сосредоточиться на потреблении продуктов, которые поддерживают здоровье мозга.

Когда речь идет о функциях мозга, качество пищи важнее количества. Обильная еда не способствует улучшению мозговой деятельности. Мозг лучше всего работает при пустом желудке. После сытной трапезы у нас снижается уровень алертности. Возможно, это связано с естественной стратегией выживания. Когда мы голодны, мозгу приходится действовать креативно, чтобы найти еду.

Ваша производительность в любое время дня определяется прежде всего тем, что вы делали накануне вечером и ночью (когда вы ели и сколько спали), потому что от этого зависит утренняя синхронизация ваших часов и последующая оптимизация деятельности тела и мозга. Исследования показывают, что

умеренное голодание и физические нагрузки одинаково эффективно повышают работоспособность мозга.

То и другое способствует синтезу нейротрофического фактора мозга (НТФМ) — химического вещества, которое укрепляет связи между клетками мозга и улучшает функционирование мозга. Хороший ночной сон в сочетании с достаточным количеством НТФМ повышает продуктивность мозга и обеспечивает его максимальную готовность к выполнению сложных заданий, чтобы вы смогли справиться с положенным объемом работы за меньшее время.

Негативные последствия позднего приема пищи проявляются на следующий день, снижая вашу способность сохранять внимание. Приемы пищи поздним вечером или ночью нарушают ход наших циркадных часов и могут привести к уменьшению или закрытию окна пиковой производительности, которое обычно открыто с 10 часов утра до 3 часов дня.

Если после плотного обеда вас обычно одолевает сонливость и, чтобы не уснуть, вам требуется еще одна чашка кофе, то вам следует сделать завтрак основным приемом пищи и перейти на легкий обед, не вызывающий такой сильной усталости. По утрам потребность в алертности достигает максимума, а циркадная потребность во сне минимальна, поэтому обильный прием пищи не окажет на вас заметного воздействия. А отказ от дополнительной чашки кофе во второй половине дня будет способствовать укреплению паттерна сна.

Если по вечерам вы с семьей будете завершать совместный ужин раньше 6—7 часов, то в вашем распоряжении окажется достаточно много времени, чтобы тщательно переварить пищу. По мере снижения интенсивности освещения потребность во сне будет постепенно возрастать, и в положенное время вы легко уснете без таблетки снотворного или коктейля на сон грядущий.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках. Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.

Разные люди – разные хронотипы

У каждого человеческого индивидуума свои циркадные ритмы. Они определяют – в какое время суток человек испытывает усталость и хочет спать, а когда он наиболее активен.

Первые упоминания о человеческих хронотипах появились еще в начале ХХ века. Психиатр из Германии Эмиль Крепелин зафиксировал в своих исследованиях, что все люди разделяются на тех, кто встает рано или поздно. Так в 1939 году появились термины – «жаворонок» и «сова». А в 1970 году охарактеризовали еще один хронотип – «голубь». Хронотипы зависят от возраста человека.

Гаджет:  Расшифровка странных символов на гаджетах - Зашибись - медиаплатформа МирТесен

Дети в основном «жаворонки». Им нужно много энергии для растущего организма, восстановления всех органов и систем. Поэтому они спят больше, чем взрослые. С возрастом у человека меняются циркадные ритмы.

Подросткам уже меньше времени нужно для сна. Зачастую они превращаются из «жаворонков» в «сов», им уже тяжелее вставать рано по утрам. Но они еще нуждаются в достаточном отдыхе, чтобы восстанавливать энергию, затраченную на получение новых знаний и переработку информации, продолжать развиваться.

Взрослые люди по большей части «жаворонки» или «голуби». Им уже не нужна энергия для роста, но они нуждаются в отдыхе, чтобы восстанавливать свою активность, чтобы органы и системы продолжали работать в полную силу. Поэтому взрослый человек уже ложиться позднее спать.

Люди, которые восстанавливаются после тяжелой болезни, тоже больше спят и отдыхают.

Сон, циркадные ритмы и обмен веществ — #sekta: информационный портал

alt

Вся жизнь на Земле, от простейших до сложнейших организмов, регулируется циркадными ритмами, которые соответствуют 24 часам в сутках.

Суточные ритмы встречаются даже среди наиболее ранних форм жизни. Например, внутренние часы позволяют каждой цианобактерии, одноклеточной сине-зеленой водоросли, запустить фотосинтетические механизмы еще до восхода солнца, чтобы начать использовать энергию с первыми лучами.

Реагируя на свет и темноту, эти механизмы выключаются, как только солнце заходит, – так ресурсы используются максимально эффективно, и ночью вступают в действие те процессы, которым ультрафиолетовое излучение может навредить.

Хотя механизмы, существующие в человеческом организме, слегка отличаются от тех, что действуют в цианобактерии, принципы работы те же. Наш мозг синхронизирует часы относительно света и темноты, а сигналы об этом получает через особые рецепторы в глазах. По сути, циркадные ритмы регулируют время сна и бодрствования, которое синхронизируется с суточным вращением Земли.

Всего лишь 15 лет назад считалось, что мозг является главным часовым механизмом, задача которого – посылать сигнал о начале работы всем органам. Но с тех пор, как ученые обнаружили такие механизмы в клетках различных органов, например, в печени, поджелудочной железе, сердце и других, становится ясно, что мозг, скорее, дирижер этого оркестра.

У каждого органа есть свои внутренние часы, регулирующие производство ферментов и молекул в зависимости от времени суток. Работа мозга заключается в том, чтобы следить за их синхронизацией. Рассинхронизация между мозгом и остальными органами или между отдельными органами может привести к проблемам. Например, если работа поджелудочной железы не синхронизирована с печенью, уровень производства инсулина может быть слишком низким или слишком высоким.

От 10 до 30% генов в различных органах являются так называемыми генами-часами, влияющими на множество процессов в организме. Одна из наиболее существенных их функций – обмен веществ и процесс переработки жира и сахара.

Первые исследования на мышах показали, что мутации в генах-часах приводят к нарушениям обмена веществ, ожирению и сопряженным с ним проблемами. Последующие наблюдения у людей показали, что рабочие, трудящиеся посменно, более склонны к ожирению. Однако, это доказательство было, скорее, косвенным, а не прямым, т. к. у людей на этой работе обычно присутствует нерегулярное питание, сбиваются часы сна и отсутствует спортивная нагрузка. Кроме того, внутренние часы могут сбиться при нерегулярном потреблении пищи, недостаточном сне или перемещении из одного часового пояса в другой, делая человека уязвимым и увеличивая предрасположенность к ожирению, диабету, депрессии и другим расстройствам.

На самом деле, уже несколько десятков лет назад ученые стали приходить к выводу, что есть прямая связь между количеством часов сна и лишним весом.

В 2021 году вышло исследование, показавшее, что люди, употребляющие высококалорийную пищу после 8 часов вечера, более склонны к ожирению. Тем не менее, нет определенного ответа, связано ли это со временем употребления пищи или же с тем, что «совы» в среднем спали меньше, чем «жаворонки».

Одна из подконтрольных функций циркадных ритмов – это регуляция гормональных циклов, включая такие гормоны, как лептин, грелин, инсулин и гормон роста, а также гормоны, отвечающие за обмен веществ и утилизацию макронутриентов в течении суток.

Гаджет:  Змеиный гаджет - Дарья Донцова » 📚 Loveread Бесплатная Онлайн Библиотека | Читаем Книги Онлайн Бесплатно и без регистрации Страница 6

Например, вечером, при нормальных обстоятельствах, клетки становятся менее чувствительными к инсулину, и организм менее эффективен в управлении уровнем глюкозы в крови. При нормальной функции циркадного ритма в ночное время увеличивается секреция гормона роста, который стимулирует организм использовать жир в качестве топлива и делает его менее эффективным при использовании углеводов или глюкозы. Уровень кортизола, известного как гормон стресса и активно участвующего в утилизации углеводов организмом, падает в вечерние часы и находится в своем пике после пробуждения.

Как вы можете себе представить, нарушения циркадного ритма напрямую повлияют на регуляцию веса, сохранение мышечной массы тела и многие другие функции, зависящие от обмена веществ. Даже способность организма переваривать пищу и перемещать ее по пищеварительному тракту соответствует цикличности времени в сутках. Исследования показывают, что пища, съеденная утром, продвигается на 50% быстрее через желудочно-кишечный тракт, чем аналогичное количество еды, употребленное в вечернее время.

Недавние исследования показали, что все люди из группы, отправленной в недельный поход, будучи под воздействием только естественных световых циклов и костра, обрели естественный биологический ритм. Получение достаточного количества сна (8-8,5 часов каждую ночь для взрослых), безусловно, одна из лучших привычек, которая поддержит здоровье и оптимальный обмен веществ.

Одна из наших основных рекомендаций – «пока мы бодрствуем, мы едим», и на первый взгляд кажется, что она противоречит всему вышесказанному. Но есть некоторые нюансы, которые стоит учитывать.

Во-первых, мы настоятельно рекомендуем нашим ученикам спать не менее 8 часов. Более того, в ходе программы ученикам нередко даются задания ложиться не позже полуночи или часа ночи.

Во-вторых, в нашей программе основная масса питательных приемов пищи приходится на первую половину дня, т. е. мы не нагружаем организм углеводами в те часы, когда ему может быть сложно справиться с нагрузкой. Более того, поздние приемы пищи рекомендуется сделать легкими, т. е. овощными, или заменить их кефиром или ряженкой.

Наши рекомендованные порции довольно маленькие, поэтому для поддержания оптимального энергетического баланса стоит «подбрасывать топливо» организму. Однако, учитывая результаты исследований, приведенные выше, желательно, чтобы вы оценили свой режим дня и питания и подобрали оптимальную для себя формулу.

alt

Источник картинки: РИАновости 

Автор: Елена Дегтярь , PhD

Литература:

1. Garaulet M. (2021) Timing of food intake predicts weight loss effectiveness. International Journal of Obesity 37, 604-611.
2. Baron KG. (2021) Role of Sleep Timing in Caloric Intake and BMI. Obesity. 19 (7), 1374–1381.
3. Arble DM. (2009) Circadian Timing of Food Intake Contributes to Weight Gain. Obesity 17(11), 2100–2102.
4. Holmback, U., Forslund, A., Lowden, A., et al. (2003) Endocrine responses to nocturnal eating—possible implications for night work. Eur J Nutr. 42: 75–83
5. Markwald, R.R. (2021) Impact of Insufficient Sleep on Total Daily Energy Expenditure, Food Intake & Weight Gain. Proc Natl Acad Sci U S A. 110(14), 5695-5700.
6. Summa KC. and Turek FW. (2021) The Clocks within Us. Scientific American. 312, 50-55.
7. Wright, K.P. (2021) Entrainment of the human circadian clock to the natural light-dark cycle. Curr Biol. 23(16), 1554-8.
8. Golem DL. et. al. (2021) An Integrative Review of Sleep for Nutrition Professionals. Advances in Nutrition 5 (6), 742-759.

Циркадные ритмы и сон

Цикл сна — наиболее очевидный суточный ритм человека и животных, но он зависит не только от циркадных ритмов.

Сон — крайне сложное состояние, возникающее благодаря взаимодействию различных областей головного мозга, гормонов и системы нейромедиаторов. Из-за своей сложности цикл сна очень легко расстроить.

Недавние исследования показали, что нарушение сна и циркадных ритмов характерно как для нейродегенеративных, так и для нейропсихиатрических расстройств, при которых неправильно работают нейромедиаторы. Например, такое нарушение характерно для более 80% пациентов с депрессией и шизофренией.

Но неудобства, возникающие из-за ощущения сонливости в течение дня, — мелочи. Нарушение сна и циркадных ритмов также связано с целым комплексом патологий, включая депрессию, бессонницу, ухудшение внимания и памяти, снижение мотивации, метаболические расстройства, ожирение, проблемы с иммунной системой.

Оцените статью
GadgetManiac
Добавить комментарий