Сатчин Панда - Циркадный код. Как настроить свои биологические часы на здоровую жизнь

Чтобы понять, как работает данный фоторецептор, мы провели эксперимент на мышах, у которых предварительно удаляли либо ген, контролирующий меланопсин (меланопсинген), либо меланопсиновые клетки, хотя во всех прочих отношениях их глаза были совершенно нормальными: они хорошо видели и могли нормально ориентироваться. Когда у мышей при помощи трансгенных методов элиминируется этот ген, клетки остаются живыми, но, когда клетки удаляются, экспрессия гена прекращается. В случае элиминации меланопсингена информация о свете все равно может просачиваться в мозг мыши через меланопсиновые клетки. Однако после потери клеток все каналы связи между глазом и циркадной системой мозга исчезают.

Обычные мыши, как правило, просыпаются вечером (они ночные животные), а в светлое время суток спят. Но мыши, у которых отсутствуют меланопсинсодержащие клетки, не способны ощущать свет и темноту. Тем не менее, когда этих мышей помещали в постоянную темноту, их циркадные часы продолжали функционировать в привычном режиме: они засыпали и просыпались точно так же, как обычные мыши, и длительность цикла составляла 23 часа 45 минут. Однако мышам, лишенным меланопсина, было труднее приспосабливаться к незначительным изменениям длительности дня, происходящим в течение недели. В то время как обычные мыши могли согласовывать время засыпания и пробуждения с изменениями цикла света и темноты, происходящими в течение недели, у мышей, лишенных меланопсина, процесс согласования занимал минимум целый месяц. Кроме того, нормальные мыши замирают, когда ночью видят яркий свет. Но мыши, у которых меланопсин отсутствовал, не замирали при вспышках яркого света ночью и продолжали бегать. И наконец, воздействие света в ночное время не влияло на систему синтеза мелатонина у тех мышей, которые были лишены как меланопсин-гена, так и меланопсиновых клеток.

В силу того что у людей и мышей большинство генов одни и те же, включая меланопсин, результаты экспериментов на мышах могут быть использованы при изучении наших циркадных ритмов. Они показывают, что меланопсин способен воздействовать на циркадные часы человека, на циклы сна и производство мелатонина. На следующем этапе исследования мы постарались выяснить, насколько эффективно разные типы света активируют меланопсин, чтобы получить возможность применять нужный тип света в нужное время для оптимизации наших биологических часов.

Спектр излучения видимого свет включает все цвета радуги. Каждый цвет характеризуется определенной длиной световой волны. Самая большая длина волны у красного цвета, а самая короткая – у фиолетового. Когда все волны составляют один поток, они образуют белый, или солнечный, свет. Основные цвета (красный, зеленый и синий) в составе спектра белого света активируют фоточувствительные белки из группы опсинов, содержащиеся в трех типах колбочек, которые идентифицируют эти цвета по отдельности и совместно (как белый свет). Белок меланопсин не содержится в колбочках и обладает наибольшей чувствительностью к волнам голубого света, который входит в синюю часть спектра, и менее чувствителен к красной части спектра. Когда меланопсин активируется, воспринимая синий свет, он посылает в мозг сигнал о присутствии дневного света, а мозг в ответ решает, что сейчас день, независимо от того, какое время суток на самом деле. Когда вы приходите в продуктовый магазин поздно вечером, меланопсин реагирует на источники света под потолком и мозг решает, что сейчас день и вам нужно бодрствовать.

Представьте, что у вас есть две лампочки одинаковой яркости: синяя и оранжевая. Когда в середине ночи вы включите оранжевую лампу, ее свет активирует опсины в красных и зеленых колбочках (опсин зеленых колбочек способен довольно неплохо чувствовать оранжевый свет, потому что оранжевый цвет располагается на краю красной части спектра рядом с зеленым) и мозг увидит предметы, которые находятся в комнате. Когда вы включите синюю лампу, активируются синие колбочки и вы увидите в комнате те же самые предметы. Однако меланопсинсодержащие клетки почти не отреагируют на оранжевый свет, который входит в красную часть спектра, и скажут мозгу, что сейчас ночь, а синий свет зарегистрируют как дневной. Так что, если вы проведете час при оранжевом свете, это не окажет на ваши циркадные часы почти никакого воздействия, но такой же час, проведенный при синем свете, заставит ваши часы перевести стрелки и показать, что наступило утро.

По мере того как меняются времена года и долгота дня, наши циркадные ритмы приспосабливаются к изменению времени восхода и захода солнца. Очень долго мы не имели ясного представления о том, как эти циркадные ритмы переходят на новое время восхода или заката и как на них влияет свет. Но наши исследования показали, что те же самые рецепторы голубого света переводят стрелки биологических часов человека, когда при смене времен года меняется долгота дня или когда мы пересекаем несколько часовых поясов. Кроме того, они прямо или косвенно связаны с участками мозга, которые контролируют депрессию, алертность, сон, производство гормона сна мелатонина, и даже с мозговым центром, контролирующим мигреневые головные боли.

У меланопсина есть еще одна особенность: для его активизации требуется очень много света. Например, если вы на несколько секунд откроете глаза в тускло освещенной комнате, то палочки и колбочки смогут воспринять изображение комнаты, но клетки, содержащие меланопсин, поведут себя так, словно вокруг слишком темно, чтобы что-то увидеть.

Эти открытия помогли нам составить первое представление о механизме воздействия света на здоровье. Современный образ жизни, при котором бóльшую часть времени мы проводим в помещении, уткнувшись в яркие дисплеи, и выключаем яркое освещение ночью, активирует меланопсин в неурочное время, что постепенно приводит к нарушению циркадных ритмов и сокращает производство гормона сна мелатонина. В результате мы теряем способность получать достаточное количество восстанавливающего сна. Если бóльшую часть дня мы проводим в помещении, то нам не удается согласовать свои циркадные часы с циклом день – ночь, так как тусклое искусственное освещение не способно в полной мере активировать меланопсин. Поэтому мы не можем стряхнуть сонливость и достичь необходимого уровня алертности. Через несколько дней или недель такой жизни у нас развивается депрессия или тревожность.

Сейчас, когда нам намного больше известно о том, как определенное количество, качество и длительность воздействия света может влиять на наше здоровье, мы начинаем осознавать, что внесение небольших изменений в технологию изготовления осветительных приборов, компьютерных дисплеев и очков может реально способствовать улучшению нашего здоровья.