Биологические часы организма человека по часам: Биологические ритмы — описание часов работы организма

Точно так же, как те же основные принципы электронных схем используются для проектирования машин, от калькуляторов и радио до автомобилей и мобильных телефонов, все биологические часы управляются одними и теми же основными паттернами молекулярных переключателей. Но в отличие от электронных схем, которые состоят из проводов, металлов и кремния, клеточные схемы состоят из молекул, которые работают вместе в большой игре в метки, включая и выключая друг друга.

Чтобы понять молекулярные схемы, лежащие в основе биологических часов, Феррелл изучает один из самых важных таймеров жизни: клеточный цикл.Все живые клетки на Земле — от бактерий до стволовых клеток — проходят аналогичный клеточный цикл, который включает увеличение, копирование генетического материала, его деление и формирование двух новых клеток. Клеточный цикл — это то, как развивается эмбрион, как клетки кожи постоянно заменяются, и почему вы не можете заставить ваши волосы и ногти перестать расти.

«Вы можете думать о клеточном цикле как о управляемых часами так же, как вы думаете о частоте сердечных сокращений или режиме сна, которые управляются часами», — говорит Феррелл.

Клетки человека проходят клеточный цикл в среднем каждые 24 часа. Но у многих организмов клеточные циклы быстрее: дрожжевые клетки делятся каждые несколько часов, эмбрионы лягушки — каждые 25 минут, а бактерии размножаются еще быстрее.

Недавно исследователи начали выдвигать гипотезы о том, как наборы молекул могут управлять этим временем. Одна из идей, по словам Феррелла, заключалась в том, что она основана на цикле положительной обратной связи. Это будет означать, что набор молекул включает друг друга короткими импульсами, как будто люди, проходящие рукой, сжимают друг друга по кругу.Если бы сигналу требовалось фиксированное время, чтобы вернуться в начало круга, тогда родились бы часы — или, говоря более техническим языком, осциллятор. Каждый раз, когда сигнал попадал в одну молекулу в цикле, он мог стимулировать другие биологические процессы, будь то деление клеток или голод на обед.

Но когда Феррелл и другие начали проводить компьютерное моделирование того, как петля положительной молекулярной обратной связи может поддерживать тиканье биологических часов, их результаты не дали результатов. «Совершенно очевидно, что положительная обратная связь должна работать как осциллятор», — говорит Феррелл.«Но это просто не работает. Оказывается, схема либо в конечном итоге исчезнет, ​​либо в конечном итоге все будет включаться постоянно. Точка равновесия между ними слишком тонкая, как лезвие ножа ».

Вместо этого кажется, что биологические часы всегда управляются петлей отрицательной обратной связи. Оглядываясь назад, Феррелл говорит, что хотя это и не было интуитивным ответом, он соответствует тому, что моделирование и теории предлагали в течение нескольких десятилетий; Фактически, математик Рене Томас в 1981 году предположил, что все сложные осцилляторы должны содержать контур отрицательной обратной связи.

Лаборатория Феррелла последние несколько десятилетий изучает петлю отрицательной обратной связи, которая контролирует клеточный цикл. Подобно петле положительной обратной связи, петля отрицательной обратной связи включает в себя молекулы, передающие сигнал по кругу. Но в этом случае они не просто включают друг друга импульсами: они попеременно включают и выключают друг друга. Однако клеточный цикл — это не просто цикл — он также имеет всевозможные контрольные точки. Это гарантирует, например, что клетка не начнет копировать свой генетический материал, если она недостаточно выросла.

Но клеточный цикл, как и многие другие биологические часы, может быть осложнен тем фактом, что иногда он ускоряется или замедляется. В некоторых случаях это нормально; Клетки эмбрионов лягушки, например, начинают медленно делиться и ускоряются по мере роста. Но в других случаях это может привести к заболеванию: клетки, которые проходят множество быстрых клеточных циклов подряд, могут образовывать раковую опухоль. Итак, понимание того, как клетки контролируют скорость клеточного цикла, является ключом к пониманию одного из самых фундаментальных свойств рака.

«Каждый тип клеток в организме выполняет цикл немного по-своему; они очень своеобразны, — говорит Феррелл. «И даже в пределах одной популяции клеток цикл может ускоряться и замедляться». А еще есть раковые клетки: самые быстро делящиеся клетки из всех. Раковые клетки проходят клеточный цикл быстрее, чем другие клетки, и именно поэтому опухоли растут так агрессивно. «Есть надежда, что если мы лучше поймем клеточный цикл, мы сможем разработать более эффективные методы лечения рака», — говорит он.

Группа Феррелла обратилась к эмбрионам лягушки из-за их необычайно надежной длины клеточного цикла, чтобы более подробно узнать, какие белки и гены контролируют скорость этих часов. Используя лягушачьи яйца, он показал, почему первый цикл деления эмбриона длится около 80 минут, а последующие — менее получаса. Он обнаружил, что разница связана с соотношением двух белков: чем больше одного белка, тем длиннее цикл. Этот урок неприменим напрямую к раковым клеткам — опухоли не содержат тех же двух белков, — но дает ученым намек на то, как можно ускорить циклы раковых клеток.Исследователи уже обнаружили, что многие гены-супрессоры опухолей и онкогены напрямую участвуют в контрольных точках клеточного цикла. Лекарства, нацеленные на эти пути — и, следовательно, восстанавливающие нормальный темп клеточного цикла — проходят клинические испытания.

По мере того, как клетки проходят клеточный цикл, другие ритмы в организме человека развиваются в своем собственном темпе. Для любого, кто когда-либо пролетал половину земного шара только для того, чтобы проводить дни, как зомби, и ночи без сна, ровный ритм одних часов очевиден: цикл сна.Большинство из нас обнаруживает, что наши тела придерживаются 24-часового режима сна; мы становимся сонными примерно в одно и то же время каждую ночь.

В Стэнфордском центре нарколепсии врач и исследователь сна Эммануэль Миньот, доктор медицины, доктор философии, использует открытия, сделанные им о цикле сна человека за последние несколько десятилетий, для разработки новых методов лечения нарушений сна, включая нарколепсию. У пациентов с нарколепсией наблюдаются серьезные нарушения циклов сна и бодрствования, часто характеризующиеся внезапными приступами сильной усталости в течение дня.В конце 1990-х Миньо и его коллеги идентифицировали у собак первый ген нарколепсии, рецептор гипокретина 2. С тех пор они открыли, как недостаток белка гипокретина у млекопитающих, включая человека, может вызвать нарколепсию. Миньо показал, что у большинства людей пик уровня гипокретина достигает пика в течение дня, когда белок способствует бодрствованию и блокирует сон. У многих людей с нарколепсией гипокретин отсутствует или обнаруживается в очень низких количествах в головном мозге, поэтому пути сна не блокируются в течение дня.

Как часы вашего тела влияют на вас

Хотя вы не слышите, как они тикают, у вашего тела есть свои собственные часы. Вызываемые им физические и психические изменения называются циркадными ритмами. Они есть у большинства живых существ, включая животных, растения и даже некоторые микробы.

Циркадные ритмы влияют на ваш сон, а также на другие способы работы вашего тела, такие как гормоны, температура тела и пищевые привычки. Когда они не синхронизируются, они также могут вызвать проблемы со здоровьем.Их связывают с различными заболеваниями, включая диабет, ожирение и депрессию.

Чтобы получить хороший, здоровый сон, полезно знать, что держит часы вашего тела на правильном пути, а что может сбить его ритм.

Как работают циркадные ритмы

Около 20 000 нервных клеток составляют ваши «главные часы», часть вашего мозга, называемую супрахиазматическим ядром. Эта структура, которая находится внутри области, называемой гипоталамусом, контролирует ваши циркадные ритмы. Хотя во многом это зависит от ваших генов и других естественных факторов внутри вашего тела, вещи во внешнем мире также могут их изменять.

Самый большой кий — светлый. Ваше тело запрограммировано на то, чтобы спать в темноте и бодрствовать, когда на улице светло. Нервы напрямую связывают ваши глаза и главные часы вашего тела. Когда дневной свет тускнеет, ваши глаза сигнализируют мозгу о необходимости вырабатывать больше мелатонина — гормона, который заставляет вас чувствовать сонливость. И когда солнце снова встает, сигналы говорят мозгу снизить уровень мелатонина.

Различные модели поведения для разных людей

Вы, вероятно, заметили, что в определенные периоды дня вы чувствуете себя более бодрым, а в другие — менее энергичным.Этот паттерн имеет отношение к вашему «хронотипу» или личному циркадному ритму. Они различаются от человека к человеку, хотя, как правило, живут семьями.

В большинстве случаев люди делятся на две группы:

Ранние пташки: Если вы легко просыпаетесь утром и чувствуете, что у вас больше всего энергии в начале дня, вы — утро человек или «жаворонок». Некоторые исследования показывают, что биологические часы ранних пташек могут идти немного быстрее, чем 24 часа.

Ночные совы: Если вы вечерний человек, некоторые исследования показывают, что ваши биологические часы идут медленнее, чем 24 часа.Вам будет трудно просыпаться по утрам и чувствовать себя бодрым. Больше всего энергии у вас будет гораздо позже, например, в 11 часов вечера.

Однако ваш хронотип не высечен на камне. Циркадные ритмы естественным образом меняются с возрастом. Например, биологические часы смещаются в подростковом возрасте, из-за чего подросткам хочется ложиться спать позже и спать дольше, чем детям младшего возраста.

Ваш рабочий или школьный график может означать, что вам нужно перейти от совы к ранней пташке. Вы можете попробовать изменить свой циркадный ритм самостоятельно, но делайте это медленно.Например, попробуйте вставать на 15 минут раньше каждое утро в течение недели.

Циркадные ритмы не синхронизированы

Небольшие изменения могут нарушить ваши циркадные ритмы. К ним относятся:

Дополнительный сон. Ваши биологические часы работают лучше всего, когда вы придерживаетесь расписания. В идеальном мире вы засыпаете и просыпаетесь в течение получаса в одно и то же время каждый день, даже по выходным.

Путешествие. Когда вы пересекаете часовые пояса, вы можете настраивать часы, но не биологические часы.Он будет пытаться работать в то время, когда находится у вас дома, проблема, которую вы можете назвать сменой часовых поясов. Чем больше часовых поясов вы проходите, тем сильнее вы себя чувствуете. Ваши биологические часы перейдут на новое время, в котором вы находитесь, но это может занять несколько дней.

Экранное время. Любое количество света сигнализирует вашему мозгу, что пора бодрствовать. Даже синий свет вашего планшета, смартфона или телевизора имеет такой эффект. Чтобы хорошо выспаться, отключайтесь от всех экранов за 2–3 часа до сна.Другой искусственный свет может иметь такой же эффект, поэтому выключите свет в коридоре и поверните будильник подальше от себя. Если вас беспокоит свет за пределами дома, поднимите плотные шторы или используйте маску для сна.

Ночные смены. Если вы работаете по ночам, вам нужно спать днем. Это может быть сложно, так как ваше тело запрограммировано бодрствовать, когда на улице светло. Со временем у вас может начаться то, что называется расстройством посменной работы. Вам будет трудно бодрствовать по ночам, но трудно уснуть днем.Может помочь дневной сон или ночная смена.

Ваши месячные. Многие женщины замечают, что они хуже спят до начала менструации. Это может быть связано, по крайней мере частично, с изменением циркадных ритмов. Некоторые исследования показывают, что на меньше сна в течение этого времени может сбросить ваши биологические часы и принести некоторое облегчение. Яркий дневной свет или световая терапия также могут иметь значение.

Время, в которое мы едим, влияет на наши биологические часы, как показывают исследования.

Человеческое тело работает круглосуточно.Наши биологические функции следуют 24-часовым циклам или циркадным ритмам, которые представляют собой физиологические и психические изменения, которые управляются нашими внутренними биологическими часами. Новое исследование объясняет, как можно сбросить один из этих биологических часов.

Циркадные ритмы, в свою очередь, управляются так называемыми главными часами в нашем мозгу. «Главные часы» — это, по сути, группа взаимосвязанных нервных клеток в головном мозге, расположенных в области, известной как супрахиазматическое ядро ​​(SCN).

SCN состоит примерно из 20 000 нейронов и находится в гипоталамусе головного мозга, который представляет собой большую область мозга, контролирующую температуру тела, голод и жажду.

Новое исследование рассматривает один из этих биологических часов и исследует влияние отложенного времени приема пищи на организм. Исследователи из Университета Суррея в Соединенном Королевстве решили изучить влияние 5-часовой задержки приема пищи на основные часы организма, а также на некоторые периферические циркадные ритмы.

Первым автором исследования является Софи М. Т. Веренс, факультет здравоохранения и медицинских наук Суррейского университета.

Как объясняют Веренс и его коллеги, хотя мы знаем, что циркадные ритмы, человеческий метаболизм, режим питания и питание взаимосвязаны, связь между временем приема пищи и циркадным ритмом изучена недостаточно.

Новое исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Веренс и его команда собрали 10 здоровых молодых людей для своего эксперимента, который длился 13 дней. Участникам давали трехразовое питание с 5-часовыми интервалами, которые начинались либо вскоре, либо поздно после пробуждения. Ранние интервалы между приемами пищи начинались через полчаса после пробуждения, а поздние — через 5,5 часов после пробуждения.

Участники сначала были приучены или «приспособлены» к раннему приему пищи, а затем были перенесены на график поздних приемов пищи на 6 дней.

Все блюда имели одинаковую питательную ценность и одинаковое количество калорий.

Веренс и его команда измерили циркадные ритмы участников в 37-часовом «постоянном распорядке», который представляет собой специальный исследовательский протокол, который позволяет ученым определять циркадный ритм человека. Обычно это постоянный постельный режим при постоянном освещении. В этом случае распорядок включал приглушенное освещение, небольшие закуски через равные промежутки времени, снижение физической активности и отказ от сна.

В целом задержка во времени приема пищи не повлияла на аппетит или сонливость участников. Основные часы мозга также не пострадали, поскольку его биомаркеры, например, ритмы мелатонина и кортизола, а также экспрессия генов, остались неизменными.

Однако существенно изменился уровень сахара в крови участников. Поздний прием пищи замедлил ритм сахара в крови в среднем на 5 часов.

«5-часовая задержка времени приема пищи вызывает 5-часовую задержку наших внутренних ритмов сахара в крови.Мы думаем, что это связано с изменениями часов в наших метаболических тканях, а не с «главными» часами в мозгу.

Мы ожидали увидеть некоторые задержки ритмов после позднего приема пищи, но размер изменения ритмов сахара в крови был удивительным. Также было удивительно, что другие метаболические ритмы, включая инсулин и триглицериды в крови, не изменились ».

Автор-корреспондент Джонатан Джонстон, Университет Суррея

Кроме того, исследователи обнаружили, что ритм экспрессии гена PER2 также задерживается на 1 час.Ген PER2 кодирует ключевой компонент часов, и его экспрессия в жировой ткани задерживалась, а именно, исследователи заметили задержку жирового ритма PER2.

Авторы делают вывод:

«Таким образом, время приема пищи играет роль в синхронизации периферических циркадных ритмов у людей и может иметь особое значение для пациентов с нарушениями циркадного ритма, сменных рабочих и трансмеридианских путешественников».

Как отмечают исследователи, их результаты показывают, что люди, у которых есть проблемы с циркадным ритмом, могут пытаться принимать пищу в определенные промежутки времени, чтобы сбросить свои биологические часы.

В частности, такая стратегия может быть полезна людям, которые работают посменно, или тем, кто регулярно испытывает смену часовых поясов.

Узнайте, как новые клетки сетчатки открывают путь к терапии смены часовых поясов.

Ученые составляют схему проводки биологических часов — ScienceDaily

Всемирная организация здравоохранения считает сменную работу потенциально канцерогеном, говорит Эрик Херцог, доктор философии, профессор биологии в области искусств и наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе. И это лишь один из многих примеров проблем, которые мы сами себе причиняем, когда игнорируем биологические часы в нашем мозгу и вместо этого обращаем внимание на механические часы на наших запястьях.

В выпуске Neuron от 5 июня Херцог и его коллеги сообщают об открытии важной части биологических часов: проводки, которая устанавливает их точность в пределах нескольких минут из 1440 минут в день. Эта проводка использует нейротрансмиттер, ГАМК, для соединения отдельных ячеек биологических часов в быструю сеть, которая меняет силу в зависимости от времени суток.

Суточные ритмы сна и метаболизма управляются биологическими часами в супрахиазматическом ядре (SCN), структуре мозга, состоящей из 20 000 нейронов, каждый из которых может сохранять суточное (циркадное) время индивидуально.

Если SCN должна быть надежной, но чувствительной системой синхронизации, нейроны должны точно синхронизироваться друг с другом и подстраивать свои ритмы в соответствии с ритмами окружающей среды.

Herzog обнаружила в SCN двухтактную систему, которая выполняет и то, и другое. В 2005 году они сообщили, что нейроны в сети часов общаются с помощью нейропептида (VIP), который заставляет их синхронизироваться друг с другом.

И, как они теперь сообщают в Neuron , эти нейроны также связываются с ГАМК, которая слабо их воздействует, поэтому они не слишком сильно связаны.

Вместе эти две сети (VIP и GABA) гарантируют, что часы работают как согласованные и точные, но при этом они могут регулировать время для синхронизации с окружающей средой.

«Мы думаем, что сеть нейротрансмиттеров предназначена для внесения в систему достаточного количества джиттера, чтобы позволить нейронам повторно синхронизироваться при изменении сигналов окружающей среды, как это происходит в зависимости от времени года», — говорит Херцог.

Но, по его словам, поскольку эта биологическая «кнопка сброса» появилась задолго до появления механических часов, искусственного освещения и высокоскоростных путешествий, она не вносит достаточного дрожания, чтобы мы могли быстро адаптироваться к экстремальным временным сдвигам современной жизни. например, полет «назад» (на восток) через несколько часовых поясов.

Понимание двухтактной системы в SCN имеет огромное значение для общественного здравоохранения, учитывая, как это происходит, на летнее время, сменную работу, время начала занятий в школе, графики стажеров, часы работы водителей грузовиков и многие другие проблемы, в которых часы в мозгу натравливается на часы в руке.

Синхронизация часов сотовой связи

«Часы» внутри каждого нейрона SCN зависят от циклической экспрессии семейства генов, таких как гены Period (PER).Экспрессия этих генов и частота активации нейронов обычно достигают пика в полдень и падают ночью. Генная активность похожа на шестеренки в часах, а электрическая активность — как стрелки на часах.

Каждый нейрон в SCN отслеживает время, но поскольку это разные клетки, у них немного разные ритмы. Некоторые бегают немного быстрее, а другие — немного медленнее. Если SCN в целом должен функционировать как часы, ее нейроны должны синхронизироваться друг с другом.

Целью недавней работы в лаборатории Герцога было выяснить, как ячейки часов связаны друг с другом. «Например, было непонятно, общался ли каждый нейрон только с несколькими своими соседями или со всеми», — говорит Херцог.

Марк Фриман, аспирант лаборатории, разработал метод регистрации скорости возбуждения около 100 нейронов одновременно на многоэлектродной матрице. «Вы осторожно опускаете нейроны SCN вниз, — говорит Герцог, — и нейроны прикрепляются к электродам, создавая часы в блюде, которые будут отсчитывать недели или месяцы.«

Используя эти электроды, его лаборатория продемонстрировала, что нейроны в SCN синхронизируются за счет обмена нейропептида VIP (вазоактивный полипептид кишечника), который изменяет экспрессию PER для ускорения или замедления нейронов до тех пор, пока все они не будут синхронизированы.

«Эти синхронизированные сети очень точны», — говорит Херцог. Если вы позволите им свободно бегать в постоянной темноте, они потеряют или выиграют лишь несколько минут из 1440 минут в день. Таким образом, они точны в пределах 1-2%.

Но они совсем немного отклоняются от 24-часового цикла, привязанного к одному обороту планеты вокруг своей оси. Со временем они будут отклоняться от этого цикла достаточно далеко, чтобы от них было мало пользы, если только у них не было средств синхронизации с местным временем.

Сброс сотовых часов

В статье, опубликованной в Neuron , Герцог и его коллеги сообщают о второй сети в биологических часах.

В этой сети связи осуществляется нейромедиатором ГАМК (γ-аминомасляная кислота).«Мы доказали, что обнаружили ГАМКергическую сеть, применяя лекарства, которые блокируют рецепторы ГАМК в клетках», — говорит Херцог. «Все связи, которые мы установили между нейронами, пропали».

Примечательно, что при пропадании сети часы становятся точнее. Таким образом, сеть GABAergic дестабилизирует часы; немного покачивает.

Херцог указывает, что ГАМКергическая сеть разреженная, слабая и быстрая (намного быстрее, чем сеть VIP, которая полагается на более медленное действие нейропептида), как и следовало ожидать от генератора джиттера.

«Мы думаем, что сеть GABAergic предназначена для того, чтобы наши часы могли приспосабливаться к сигналам окружающей среды, таким как постепенные сезонные изменения восхода и захода солнца», — говорит Херцог.

Это немного похоже на стук старого телевизора, который потерял вертикальную синхронизацию, чтобы заставить его повторно синхронизироваться с вещательным сигналом.

Но в часах недостаточно дрожания, чтобы позволить им делать резкие корректировки, такие как переход на один час вперед при переходе на летнее время. Статистически доказано, что этот «рывок вперед» увеличивает вероятность сердечных приступов и автомобильных аварий, говорит Херцог.

Некоторые вспомогательные средства для сна, такие как бензодиазепины, которые активируют рецепторы ГАМК, могут сделать циркадные часы немного более нервными, помогая людям приспособиться к большим временным скачкам, таким как перелеты через часовые пояса. «Но мы еще не знаем, могут ли они улучшить смену часовых поясов; если да, мы хотим знать, потому ли они помогают вам уснуть во время длительного перелета или потому, что они помогают биологическим часам приспособиться к новому часовому поясу», — сказал Херцог. предостережения.

В любом случае ясно, что если люди несколько раз принудительно сбрасывают часы, они скидывают больше, чем спать.Биологические часы регулируют метаболизм и деление клеток, а также циклы сна / бодрствования. Так, например, посменная работа связана как с нарушениями обмена веществ, такими как диабет, так и с нерегулируемым делением клеток, характерным для рака.

Борьба с нашими биологическими часами делает гораздо больше, чем делает нас раздражительными любителями кофе.

Ученые разгадывают тайну часов вашего тела — и вскоре, возможно, смогут их сбросить

Для людей, которые не хотят спать до 2 часов ночи.м., гудение будильника может казаться очень гнетущим.

Спасение может быть на горизонте благодаря открытию этой весной генетической мутации, которая вызывает поведение совы.

Неважно, являетесь ли вы совой или утренним жаворонком, легко вставая каждый день вместе с солнцем, ваш сон регулируется циркадными ритмами. Эти внутренние часы контролируют практически все аспекты нашего здоровья, от аппетита и сна до деления клеток, выработки гормонов и сердечно-сосудистой функции.

Как и многие, кто изучает тонкости циркадной биологии, я оптимистичен, что однажды мы сможем разработать лекарства, которые синхронизируют наши клеточные часы. Боссы, недовольные опозданием, скоро могут уйти в прошлое.

Почти каждая клетка вашего тела содержит молекулярные часы. Каждые 24 часа выделенные белки часов взаимодействуют друг с другом в медленном танце. В течение дня этот медленный танец приводит к своевременной экспрессии генов. Это контролирует, когда в вашем теле будут происходить определенные процессы, такие как высвобождение гормонов, таких как мелатонин, способствующий сну.

Почему ранним утром сердечные приступы и инсульты встречаются в два-три раза чаще? Отнесите это к нашим внутренним часам, которые координируют повышение артериального давления по утрам, чтобы помочь вам проснуться. Почему подросткам следует прислушиваться к просьбам родителей лечь спать? Потому что гормон роста человека выделяется только один раз в день, что связано со сном ночью.

Почти каждая биологическая функция тесно связана с нашими внутренними часами. Наши тела настолько точно приспособлены к этим циклам, что нарушения, вызванные искусственным освещением, увеличивают риск ожирения, хронических воспалительных заболеваний и рака.

Время приема пищи также может повлиять на ваше здоровье: время приема пищи может иметь большее значение, чем то, что вы едите. Несколько лет назад было проведено исследование пищевого поведения мышей, ведущих ночной образ жизни. Когда мыши ели пищу с высоким содержанием жиров во время ночной активной фазы, они оставались относительно стройными. Те, кто придерживался одной и той же диеты в течение дня и ночи, заболели ожирением. Текущие исследования могут вскоре показать, как это влияет на пищевые привычки человека.

Более того, около 1000 одобренных FDA лекарств нацелены на гены, которые контролируются нашими внутренними часами.Это означает, что время суток, в которое вводятся лекарства, может иметь значение. Например, некоторые статины, борющиеся с холестерином, наиболее эффективны при приеме вечером, чтобы они могли лучше всего поразить свою цель — фермент HMG-CoA-редуктазу.

Наши внутренние часы кодируются индивидуально, при этом большинство людей попадают в средний диапазон 24-часового цикла, но есть много выбросов, включая полуночников, чьи часы не синхронизированы.

Предполагается, что каждый 75 человек имеет «мутацию ночной совы» в часовом белке CRY1, отсрочивая сонливость до предрассветных часов.Из-за этого совам не только труднее просыпаться по утрам, но и их внутренние часы, работающие дольше одного дня, ставят их в постоянное состояние смены часовых поясов.

У полуночников цикл сна в значительной степени находится вне их контроля. Но для остальных из нас есть шаги, которые мы можем предпринять, чтобы легче отдыхать и улучшить свое здоровье.

Часы в отдельных ячейках синхронизируются мозгом. Свет, который проникает в глаз, помогает «главным часам» мозга оставаться в гармонии с циклом день / ночь.Вот почему, когда вы путешествуете в другой часовой пояс, ваши внутренние часы больше не соответствуют солнечному циклу. Синхронизация с новым местным временем занимает около недели.

Яркий искусственный свет в ночное время сообщает главным часам, что еще день, заставляя сотовые часы бегать, чтобы не отставать. Вот почему слишком много яркого света ночью может вызвать смену часовых поясов.Одно недавнее исследование показало, что простой просмотр электронных книг ночью в течение нескольких часов может ухудшить сон и снизить бдительность на следующий день.

Вы можете свести к минимуму нарушения, вызванные искусственным освещением, соблюдая правила «легкой гигиены». В течение дня подвергайте себя яркому свету и минимизируйте воздействие искусственного света после сумерек. Эти шаги помогут вашим внутренним циркадным часам синхронизироваться с циклом свет / темнота, способствуя хорошему сну и общему состоянию здоровья.

По мере того, как мы узнаем больше о том, как работают циркадные ритмы, мы сможем лучше разрабатывать терапевтические методы лечения, которые используют естественные ритмы жизни.

В моей лаборатории мы изучаем сложные молекулярные механизмы, которые управляют циркадными ритмами. Изучая, как CRY1 взаимодействует с другими белками часов, мы надеемся понять, как унаследованные мутации могут нанести ущерб циркадным ритмам. Мутация «совы» в CRY1, по-видимому, заставляет его сильнее цепляться за свои партнерские белки, как плохой партнер по танцам, который не знает, когда двигаться дальше. Когда CRY1 не освобождает своего партнера в нужный момент, он задерживает синхронизацию всего, что контролируется часами.

Если бы мы могли лучше понять эти механизмы, это подготовило бы почву для новых лекарств, которые могли бы принести облегчение значительной части населения. Возможно, мы могли бы сократить внутренние часы полуночников примерно до 24 часов, чтобы помочь им заснуть в «нормальное» время.

Учитывая сложную природу биологического хронометража, вероятно, существует гораздо больше генов, влияющих на циркадный ритм. Представьте себе настройку времени приема доз в соответствии с циркадным циклом каждого пациента, максимизацию воздействия лекарства при минимальном воздействии побочных эффектов.Представьте, как пациенты смотрят на часы перед тем, как принять таблетку для лечения высокого кровяного давления или снижения уровня холестерина. В идеале, однажды наши устройства типа Fitbit будут отслеживать наши циркадные ритмы, давая нам точные измерения наших биологических функций в режиме реального времени.

Это может показаться неправдоподобным, но это не так уж и далеко. В настоящее время ученые ищут биомаркеры, которые можно измерить в крови, чтобы определить время внутренних часов.

Физические часы, стоящие за более поздним временем начала обучения в школе

Однако чувство слабости — далеко не единственное последствие.Есть и финансовые последствия. Люди, чьи внутренние часы лучше соответствуют требованиям социальных часов, зарабатывают в среднем на 4-5% больше, чем люди вечернего типа. Причина, по-видимому, в том, что утренние типы бдительны и готовы работать утром. Однако люди, опоздавшие на работу, не так хорошо справляются со своей работой в начале дня, а это означает, что типичные рабочие часы дают преимущество утренним типам.

Есть и другие неожиданные дивиденды от соответствия часов сна и повседневной жизни: когда время начала занятий в школе было отложено примерно на полтора часа в одном округе в штате Вирджиния США, подростки (которые, как правило, спят дольше и дольше, чем все остальные) по сравнению с соседней школой с аналогичной схемой дорожного движения в будние дни попадали в меньше автомобильных аварий.Исследователи считают, что дополнительное время сна помогло снизить количество аварий среди водителей-подростков.

Также есть влияние на здоровье. «Несовпадение ведет к множеству хронических заболеваний», — говорит Реннеберг, приводя в качестве примера метаболический синдром. Люди, страдающие от смены часовых поясов в обществе, с большей вероятностью станут курильщиками, а если они уже имеют избыточный вес, с большей вероятностью станут ожирением. Синхронизация жизни людей с их внутренними часами сна важна, «потому что это сделает людей более здоровыми, проживет дольше и сократит расходы для общества».

Что могут делать рабочие места?

Но согласовать социальные часы с внутренними часами, к сожалению, не всегда зависит от нас; это зависит от организаций, в которых мы работаем. «В настоящее время общество делает очень шизофренический поступок», — говорит Реннеберг. «С одной стороны, оно хочет быть обществом, работающим круглосуточно и без выходных. С другой стороны, оно все еще считает, что тот, кто появляется на работе в 10:00, ленив».

Он считает, что компаниям было бы полезно приспособить время начала работы к индивидуальным потребностям сотрудников.«Если вы спали в собственном окне и проснулись в одиночестве, вы станете гораздо более продуктивным», — говорит он.