Что вырабатывается во сне при полной темноте
Что вырабатывается во сне при полной темноте
takiedela.ru
Мелатониновое безумие: как ночное освещение вызывает рак и преждевременное старение
Рано ложиться спать, не смотреть перед сном телевизор, не валяться в кровати со смартфоном — эти советы не отличаются ни оригинальностью, ни новизной. Но какая разница, когда ложиться спать, если высыпаешься? Что опасного в просмотре ленты соцсети перед сном? И как это все связано с развитием рака?
На международном онкологическом форуме «Белые ночи» ученые представили результаты многолетних исследований о том, как организм человека реагирует на свет и темноту и могут ли они влиять на возникновение, развитие и лечение онкозаболеваний.
Что такое циркадные ритмы и при чем тут мелатонин
Если представить организм человека как завод, то все процессы в нем, как на хорошо отлаженном производстве, повторяются изо дня в день. Биологические процессы идут с разной степенью интенсивности днем и ночью, и их суточные колебания называются циркадным ритмом.
Самый важный фактор этих ритмов — свет. Причем любой, как солнца, так и лампочки или экрана смартфона. Он приспосабливает внутреннее время «биологических часов» ко внешним обстоятельствам. Так, человек смотрит на источник света, и сигнал через сетчатку глаза доходит до гипоталамуса, который принимает решение — координировать работу организма в «дневном режиме». Главным регулятором этих процессов в организме считается гормон мелатонин.
Долгое время считалось, что за производство гормона мелатонина отвечает эндокринная система. Однако, как объясняет профессор Игорь Кветной, специалист в области молекулярной медицины и нейроиммуноэндокринологии, эксперименты показали, что мелатонин есть и у крыс, у которых удалили часть эндокринной железы. В 1974 году он открыл, что мелатонин может продуцироваться не только в эндокринной системе. Сейчас мелатонин — первый известный науке гормон, который продуцируется в эндокринной, нервной и иммунной системах организма.
Мелатонин отвечает за сон, работу головного мозга и пищеварительного тракта, делает иммунную систему эффективнее, замедляет процессы старения и блокирует развитие злокачественных опухолей.
Почему у нас всех нарушены циркадные ритмы и чем это грозит
Плохие новости в том, что есть много факторов, которые нарушают циркадные ритмы, и уберечься от них полностью невозможно. В их числе — джетлаг, длинные выходные, недосып или бессонница, депрессия. Сюда же относятся ситуации, когда человек долго находится в ярко освещенном помещении ночью, например, во время ночной смены на работе. Кроме того, есть естественный фактор — старение, и географический, например, белые ночи.
Свет понижает синтез ферментов, участвующих в выработке мелатонина, поясняет французский хронобиолог, профессор Иван Туиту (Yvan Touitou). Самый неприятный свет для этого процесса — синий, который исходит от смартфона, компьютера или телевизора.
СВЕТОВОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ ПОДВЕРЖЕНЫ 62% НАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ
Нарушение выработки мелатонина приводит к нарушениям сна. Это, в свою очередь, увеличивает риск ожирения, нарушения выработки инсулина и, как следствие, диабета второго типа, сердечно-сосудистых заболеваний и рака.
При этом «световое загрязнение» — избыточное искусственное освещение в вечернее и ночное время — затрагивает 62% населения Земли, замечает заведующий отделом канцерогенеза и онкогеронтологии Национального центра онкологии имени Н. Н. Петрова Владимир Анисимов. Исследователь Итай Клог наложил на карту светового загрязнения Израиля карту заболеваемости раком груди и раком простаты, и оказалось, что чем более освещены места, тем выше число заболеваний. Это же показали данные по 164 странам. Во всем мире, по разным данным, 15—25% населения работают ночью или посменно, а в промышленных странах этот показатель может достигать 75%.
«Среда, в которой мы живем, может быть серьезно изменена ночным освещением, воздействием света ночью. Является ли это вопросом общественного здравоохранения? Может быть, — считает профессор Туиту. — Много людей работает по ночам, многие подростки пользуются компьютерами, планшетами, разными гаджетами, которые светятся синим светом, а по ночам этот синий свет вызывает десинхронизацию. Ночной свет вызывает и рак, но пока неизвестно, при какой степени подверженности ночному свету он может развиваться, и [неизвестно], до какой степени мы чувствительны к ночному свету. Так что это новый фактор загрязнения окружающей среды и новый риск для нашей цивилизации».
Что показали эксперименты на животных
Нарушение циркадных ритмов влияет как на заболеваемость раком, так и на развитие опухолей: это показали 45 из 56 исследований на животных. В качестве примера может служить опыт, который Анисимов поставил с коллегой в Петрозаводске в 2009 году.
Ученые взяли 1001 крысу и поместили их в четыре комнаты. В первой комнате крысы жили при естественном освещении: там никогда не зажигали свет и не закрывали окна, при этом рядом был освещенный вокзал — то есть крысы находились в тех же условиях, что и человек в большом городе. Во второй комнате круглые сутки горел люминесцентный свет, в третьей комнате же двенадцать часов горел свет, двенадцать — было темно. В четвертой комнате крысы круглосуточно находились в полной темноте.
К концу исследования меньше всего патологий было у животных, живших в полной темноте, а больше всего — у крыс, живших при постоянном и естественном освещении. К концу эксперимента треть крыс из второй и третьей комнат весили по килограмму. У них было ожирение и повышенный уровень холестерина, у них раньше наступили процессы старения и чаще возникали спонтанные опухоли.
При этом оказалось, что полное пребывание в темноте тормозит развитие опухолей — как появляющихся сами по себе, так и искусственно индуцированных учеными. Это показали несколько экспериментов на крысах, мышах и хомячках при разных видах рака.
Сотрудница французского госпиталя Поль-Бруссе Элизабет Филлипски в 2009 году представила исследование на мышах. Она смоделировала для них условия, схожие с джетлагом: каждые два дня их световой день сдвигался на восемь часов, что вызвало у мышей рост опухолей. Замедлить этот процесс удалось, сохраняя привычное время кормления.
Что чувствуют люди с нарушенным циркадным ритмом
Международное агентство по исследованию рака в 2007 году признало, что достаточно доказательств на экспериментальных животных о том, что свет ночью имеет канцерогенное воздействие — а значит, посменная работа, нарушающая циркадные ритмы, вероятно, так же канцерогенна для человека.
«Мы не очень уверены в том, что это 100%-ная зависимость, но вероятность есть, — подчеркивает Туиту. — Такие исследования проводились на группе работников, занятых по ночам, и практически подтвердились: развивались факторы, которые могли привести к раку».
В 2001 и 2003 годах ученый Ева Шернхаммер из Медицинской школы Гарварда изучала данные о здоровье медсестер, работавших посменно. Исследование, в котором участвовали 79 тысяч женщин, показало, что у медсестер, работающих посменно, увеличен риск рака груди (РМЖ), причем чем больше был их стаж, тем выше был риск. У женщин, проработавших более 30 лет по сменам, риск РМЖ был выше в 1,36 раза по сравнению с медсестрами, работавшими по обычному графику.
Повышенный риск развития рака показывали и другие большие исследования по этим данным в Норвегии, Дании и США: у стюардесс, работающих в ночные смены, повышен риск рака молочной железы и злокачественных лимфом, а у пилотов — рака простаты; у рабочих, которые на протяжении 15 лет выходили на ночные смены минимум три раза в месяц, повышен риск рака толстой и прямой кишки; у женщин, 20 лет работавших посменно, увеличен риск рака эндометрия.
Зависит ли рак от посменной работы?
«Есть взаимодействие между подавлением выработки мелатонина светом и воздействием мелатонина на гонады (половые железы. — Прим. ТД), — поясняет Туиту. — Идет нарушение сна и недосыпание по два-четыре часа ночью, в связи с этим появляются изменения эндокринной системы, и от этих изменений, в свою очередь, возникают те виды рака, которые зависят от гормональной системы человека».
Кроме посменной работы, добавляет Анисимов, есть исследования о других последствиях нарушения выработки мелатонина для человека. Так, яркий свет в спальне увеличивает риск рака молочной железы в 1,4 раза. Женщины, у которых раз в неделю бывает бессонница, в 1,14 раза больше подвержены риску заболеть раком молочной железы, а если бессонница наблюдается больше четырех раз в неделю, то этот риск вырастает до 2,3 раза.
Как лечат нарушение циркадных ритмов
Анисимов дал следующие рекомендации, чтобы устранить циркадные нарушения ритма:
Циркадные ритмы в борьбе с раком
Темнота способна не только восстановить нарушенный циркадный ритм, но и сдерживать рост и развитие раковых опухолей, добавляет Анисимов. В 70—80-х годах в Алма-Атинском институте онкологии его коллега, доктор Кураласов, успешно доказал, что пребывание крыс в полной темноте замедляло рост прививаемого рака молочной железы и усиливало противоопухолевый эффект ряда препаратов.
Ученый повторил этот эксперимент: он погрузил в полную темноту пациенток, больных раком молочной железы. По итогам эксперимента выяснилось, что у 78,6% «темновых» пациенток была полная или значительная регрессия опухоли, что почти в два раза больше, чем у больных, лечившихся в обычных условиях (32,4%). К сожалению, добавил Анисимов, пациенткам не нравилось сидеть в темноте, и эксперимент прекратили.
Кроме этого, знания суточных ритмов могут помочь в лечении уже развившихся опухолей. На конференции старший научный сотрудник лаборатории канцерогенеза и старения НИИ онкологии им. Н. Н. Петрова Андрей Панченко представил исследование, показывающее анализ связи часовых генов и развития опухоли. Он предполагает, что у злокачественной опухоли есть определенный ритм суточной активности, и это может оказаться важным при химиотерапии: «Это позволит улучшить суточные ритмы лечения и снизить токсичность за счет того, что меньшие дозы [терапии] будут давать в то время, когда опухоль наиболее чувствительна к ним».
Несмотря на перспективность исследований мелатонина в борьбе с раком и старением — это не панацея, резюмирует профессор Кветной. «Есть такой термин, melanin madness, “мелатониновое сумасшествие”, — говорит он. — Не надо грешить мелатонином как лекарством и точно так же нельзя мелатонин рассматривать в качестве уникального маркера для различного вида заболеваний. Мелатонин — несомненно, важная и полезная молекула, но его нужно принимать как один из тысячи гормонов и активных веществ, которые продуцируются в организме».
Что вырабатывается во сне при полной темноте
Треть жизни человек проводит во сне и это полезно!
Возможно не всем известно, что делает для нашего организма сон, но, каждый знает, что слишком долгое его отсутствие ухудшает самочувствие, настроение, а хороший ночной сон заряжает бодростью и желанием двигаться навстречу новому дню.
Медленная фаза продолжается около 75% от всего времени сна и состоит из трех стадий — N1, N2 и N3.
Стадия N2 (сон средней глубины или поверхностный сон) характеризуется более глубоким сном. Частота сердечных сокращений и частота дыхания продолжают замедляться, мышцы становятся более расслабленными, движение глаз прекращается, температура тела снижается. Эта стадия обычно самая продолжительная из всех стадий сна.
Стадия N3-4 (стадия глубокого и наиболее глубокого сна) играет важную роль в том, чтобы после сна человек почувствовал себя бодрым. Сердцебиение, дыхание и активность мозговых волн достигают самого низкого уровня, мышцы расслабляются максимально. Разбудить человека в этот момент трудно. При пробуждении он некоторое время дезориентирован. Сначала этот этап более продолжителен, но в течение ночи его продолжительность уменьшается.
Фаза быстрого сна REM наступает примерно через 90 минут после засыпания. Как следует из названия, глаза двигаются довольно быстро. Частота дыхания, частота сердечных сокращений и артериальное давление увеличиваются.
Во время быстрого сна мы видим сны.
Продолжительность каждого цикла быстрого сна увеличивается с течением ночи. Многочисленные исследования также связывают быстрый сон с консолидацией памяти (процесс преобразования кратковременных воспоминаний в долговременные). Продолжительность стадии быстрого сна уменьшается с возрастом, в результате чего больше времени занимают стадии быстрого сна. Проснувшись в этот момент человек помнит и может детально рассказать сновидение.
Эти этапы повторяются циклически в течение ночи до момента пробуждения.
Адаптироваться к смене дня и ночи помогают циркадные ритмы
Как они работают?
Свет проникает в глаза (даже через закрытые веки во время сна), стимулируя сигнал передаваемый сетчаткой в головной мозг.
Сон необходим
Недостаток сна сказывается не только на настроении.
Человек с дефицитом сна более подвержен следующим заболеваниям:
Про мелатонин
Исследования показывают, что мелатонин имеет отношение не только ко сну.
Гормон сна снижает выработку цитокинов, вызывающих воспаление, является антиоксидантом, нейтрализующим клетки свободных радикалов и ограничивающим окислительный стресс и повреждения, которые способствуют воспалению. Как антиоксидант, мелатонин также может помочь при расстройствах мозга, таких как болезнь Паркинсона, сердечных заболеваниях, таких как аритмия.
Секреция мелатонина подавляется светом.
В этом смысле хороши шторы блэкаут, чтобы не отвлекали фонари, машины за окном, убрать телефон,отключить сигналы уведомлений, выключить телевизор, ночник, свет в коридоре, любую подсветку.
С возрастом выработка мелатонина снижается.
Мелатонин доступен в виде добавок, обычно в виде таблеток или капсул. Большинство добавок мелатонина производятся в лаборатории.
Мелатонин может немного сократить время, необходимое для засыпания, улучшить симптомы смены часовых поясов, но может вызвать дневную сонливость.
Люди обычно используют мелатонин при расстройствах сна, таких как бессонница и при нарушении сна во время смены часовых поясов.
Самостоятельно принимать мелатонин не стоит, необходимо обратиться к врачу чтобы обсудить возможные противопоказания, исключить аллергическую реакцию и уточнить взаимодействие с другими лекарствами. Кратковременное использование добавок мелатонина вероятно безопасно для большинства людей, но информации о долгосрочной безопасности добавок мелатонина нет.
Кому сколько спать?
По обновленным данным Национального фонда сна (США), молодые люди (возраст 18-25 лет) и взрослые (возраст 26-64 лет) должны спать от 7 до 9 часов, но не менее 6 часов и не более 10 часов (для взрослых) или 11 часов (для молодых людей). Пожилые люди (65 лет и старше) должны спать от 7 до 8 часов, но не менее 5 или более 9 часов.
Детям и подросткам требуется значительно больше сна:
Что еще нужно для полноценного сна
Почему важно спать в темноте?
Автор
Редакторы
Видео на конкурс «Био/Мол/Текст»: Сон занимает ключевое место в жизни человека. Ведь во сне происходят многие процессы, необходимые для поддержания здоровья. Задумывались ли вы, что влияет на качество сна? Конфликт с начальником, стресс и даже температура в комнате играют значительную роль в процессе сна. А теперь представьте, что случайно оставленный включенный ночник или мигающая рекламная вывеска могут не только нарушить ваш сон, но и лишить его вовсе. В чем же дело? Для ответа на этот вопрос необходимо познакомиться с гормоном мелатонином, который также еще называют гормоном сна. Мелатонин синтезируется в эпифизе (шишковидной железе) и регулирует цикл сна—бодрствования. Недостаток мелатонина может привести к ожирению и развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Вы зададите вопрос, какой же главный стимул образования мелатонина? Ответ будет довольно прост — это темнота.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Сон — основа здоровья каждого человека. Во время сна происходят восстановительные процессы во всем организме [1]. Например, в период сна интенсивно синтезируется белок коллаген, придающий прочность и эластичность коже. Благодаря сну активизируются дополнительные иммунные клетки T-киллеры, защищающие организм от вирусов и патогенных бактерий и способствующие быстрому выздоровлению [2].
Известно, что когда организм спит, мозг продолжает работать. В нем происходит переработка дневной информации. В процессе сна повышается количество соматотропного гормона (СТГ), или гормона роста, который отвечает за рост и обновление клеток всего организма [3].
На качество сна огромное влияние оказывают внутренние факторы. Например, стрессовые ситуации, характер работы (учебы). В научной работе Алексанина С.С. и Ремизевича Р.С. выявлено, что у обследованных военнослужащих общая продолжительность сна снижалась на 53%, а 42% не были удовлетворены сном (не высыпались). Работа в закрытом коллективе с жестко регламентированными нормами поведения вызывала тревожные расстройства и нарушения сна, приводя к социально-психологическим нарушениям (конфликтность, повышенная агрессивность, замкнутость) [4].
Одним из внешних факторов, влияющих на процесс сна, является микроклимат помещения: температура, наличие кислорода, влажность и освещение. По межгосударственному стандарту (ГОСТ 30494-2011) в жилой комнате должны соблюдаться следующие показатели [5]:
Если температура в комнате выше или ниже нормы, качество сна ухудшается [ 6].
Помешает выспаться не только жара или холод, но и свет. Почему же так важно отсутствие искусственного источника света во время сна? Для этого необходимо посмотреть на мозг человека. В его глубинах скрыт эпифиз (пинеальная железа, или шишковидное тело, corpus pineale) — основная часть фотоэндокринной системы, гормоны которой регулируют функции других органов, зависящие от световых раздражений [7].
Клетки эпифиза — пинеалоциты — синтезируют около 40 биологически активных веществ (БАВ), среди которых выделяют нейроамины, серотонин и мелатонин. Для объяснения роли источника света в процессе сна нам необходим мелатонин. Мелатонин (N-ацетил-5-метокситриптамин) представляет собой соединение, образующееся не только в клетках эпифиза, но и в сетчатке глаза, железе Гардерова (железе мигательной перепонки, встречающаяся у вторично-водных позвоночных и наземных представителей, кроме приматов и человека), костном мозге, коже и в других органах. Поэтому мелатонин не является гормоном в классическом смысле — он способен синтезироваться в различных органах и не действовать на конкретный орган-мишень [8].
Мелатонин участвует в регуляции многих физиологических процессов, а именно цикла «сон—бодрствование», циркадианных ритмов, иммунологических реакций, контролирует рост новообразований, нейтрализует свободные радикалы [9]. При этом мелатонин способен одновременно активировать и подавлять функции разных клеток и органов [10]. В исследовании, опубликованном в Journal of Biological Regulators and Homeostatic Agents (1995 г.), ученые использовали в качестве лечебного препарата экзогенный (синтетический) мелатонин совместно с интерлейкином-2 (разновидность цитокинов), давая их на ночь 11 пациентам, больным СПИДом, у которых количество Т-хелперов (клеток иммунной системы) снизилось до 200 и меньше (норма — 40–60%). После трех недель терапии количество Т-хелперов увеличилось на 30%, повысилось количество других иммунных клеток (эозинофилов, Т-лимфоцитов, естественных клеток-киллеров). Ученые предположили, что добавление мелатонина может быть эффективной иммуностимулирующей терапией для пациентов со СПИДом, не реагирующих на один интерлейкин-2 (ИЛ-2) [11].
Известно, что мелатонин угнетает секрецию гонадотропинов (половых гормонов). В конце XIX в. немецкий педиатр О. Хюбнер исследовал пациента с преждевременным половым созреванием. При посмертном вскрытии врач обнаружил опухоль в эпифизе, которая препятствовала выработке мелатонина [12].
Как мелатонин зависит от света? Для этого необходимо изучить цикл сна—бодрствования. Он является примером циркадианного ритма (в пер. с лат. — «вокруг дня») — биологического ритма с периодом около 24 часов. Циркадианный ритм необходим для адаптации организма к окружающей среде [13]. Формирование циркадианных ритмов обеспечивается при участии внутренних факторов, включая работу своеобразных внутренних «часов» — циркадианных пейсмекеров. Основным циркадианным пейсмекером у млекопитающих является супрахиазматическое ядро (СХЯ), расположенное в переднем отделе гипоталамуса [14].
Наиболее изученным внешним стимулом, получаемым супрахиазматическим ядром, являются световые импульсы. Свет воздействует на фоточувствительные клетки сетчатки глаза, через ретиногипоталамический тракт (РГТ) информация об освещенности достигает супрахиазматического ядра [15]. В темноте нейроны супрахиазматического ядра воздействуют на паравентрикулярное ядро гипоталамуса (ПВЯ), который отправляет сигналы к нейронам верхнего шейного ганглия (СКГ), а он в свою очередь воздействует на ту самую шишковидную железу (эпифиз), выделяющую мелатонин. Нейроны верхнего шейного ганглия выделяют медиатор-норадреналин, стимулирующий работу эпифиза и усиливающий выработку мелатонина. Когда светло, нейроны супрахиазматического ядра ингибируют нейроны паравентрикулярного ядра, отвечающего за регуляцию эпифиза. Таким образом, свет тормозит секрецию мелатонина, а его отсутствие — усиливает [16].
Как же происходит выработка мелатонина? У здоровых людей мелатонин начинает вырабатываться между 20:00 и 22:00, достигая пика между 00:00 и 03:00 [8]. Мелатонин синтезируется из незаменимой для человека аминокислоты триптофана. В эпифизе под действием ферментов триптофангидроксилазы и 5-окситриптофандекарбоксилазы триптофан преобразуется в серотонин. Далее из серотонина с помощью ферментов N-ацетилтрансферазы (NAT) и оксииндол-О-метилтрансферазы (HIOMT) образуется мелатонин. В низких концентрациях он поступает в кровеносное русло, в более высоких — в спинномозговую жидкость (ликвор). Через кровоток мелатонин достигает периферических клеток-мишеней, а через ликвор — поступает к рецепторам мозга. В крови мелатонин связывается с альбумином, который защищает мелатонин от быстрого распада [16], [17]. Ночью пиковые уровни мелатонина колеблются от 100 до 200 пг/мл. После этого его синтез постепенно снижается, оставаясь очень низким в течение дня — от 10 до 30 пг/мл [8]. Период полураспада мелатонина в организме составляет 30–50 мин. В печени мелатонин окисляется ферментами, связанными с белком Р-450 (группа ферментов, участвующих в окислении различных соединений), и выводится из организма [16], [17].
Как мелатонин влияет на качество сна и на организм в целом? Если засыпать с включенным светом (ночник, лампа, огни наружной рекламы), мелатонин не вырабатывается даже у молодых людей. По мере старения образование мелатонина снижается, это связано с обызвествлением (отложением солей кальция) в пинеалоцитах эпифиза. Этот процесс получил условное название «меланопауза». Уменьшение выработки мелатонина и нарушение в системе «сон—бодрствование» обычно приводит к бессоннице (инсомнии) [18]. Среди других нарушений сна выделяют опережение фазы сна, нерегулярный ритм и несинхронизированные ритмы сна—бодрствования [19].
Мелатонин обладает множественным эффектом и способен улучшать память, настроение, трудовую способность и стрессоустойчивость. Уменьшение выработки мелатонина приведет к ухудшению всех этих функций. Мелатонин снижает концентрацию глюкозы и повышает уровень инсулина в крови, а дефицит гормона приводит к ожирению и инсулинорезистентности [20]. Такое действие мелатонина объясняется тем, что он регулирует экспрессию генов белков GLUT4 (основных внутриклеточных переносчиков глюкозы) и активирует G-белковый мембранный рецептор, отвечающий за работу инсулинового рецептора [17]. Мелатонин усиливает выработку энергии в митохондриях и ускоряет процессы метаболизма, снижая риск ожирения. Мелатонин нейтрализует активные формы кислорода и приводит в норму антиоксидантный баланс в бета-клетках поджелудочной железы, защищая их от окислительного стресса и снижая частоту диабетических осложнений и сердечно-сосудистых заболеваний [21].
Совместно с тестостероном и витамином D мелатонин оказывает анаболическое действие на мышечную ткань, уменьшая вероятность развития саркопении (потери мышечной массы и силы у пожилых людей) [22].
Таким образом, мелатонин — это уникальное соединение, обладающее разносторонними метаболическими эффектами. Синтез мелатонина происходит во время сна при отсутствии источников света. Мелатонин улучшает качество сна, нормализует ритм сна—бодрствования и оказывает влияние на многие функции организма. Можно сказать, что мелатонин действует по принципу обратной связи: для сна нужен мелатонин, а для мелатонина нужен сон.
Перед сном задумайтесь о том, как важно спать в темноте.