НЕПРАВИЛНО СРОК
Носете специални очила в продължение на четири дни? Слагате ли го сутрин и го сваляте, преди да заспите вечер? Няма проблем, ако се използва за изследвания, казаха десет здрави тествани и получиха едно от нагледните помагала от Дитер Кунц. Лекарят по сън от болницата в Сан Хедвиг в Берлин беше вградил сензори за яркост в рамката на очилата. "Това ни дава възможност да определим условията на осветление, когато те са особено важни за нас, хората: на окото."
Резултатът е тревожен: „През целия период тестваните никога не са имали достатъчна яркост на очите си“, казва Кунц. Средната яркост - статистически определена като средната стойност - е била по-малка от 50 лукса за всеки час. От биологична гледна точка това е почти постоянна тъмнина, казва Кунц. „Първоначално мислехме, че резултатите са грешки в измерването.“ Беше добре известно, че много хора прекарват деня в лошо осветени стаи. Но фактът, че те толкова рядко и за кратко излизат на дневна светлина - и дори тогава, когато го направят, почти не гледат светлото небе, това беше ново. И това има фатални последици: чувството ни за време се губи. Вътрешните ритми, които движат нашите клетки и органи, се изравняват. Те работят все повече един срещу друг и се синхронизират с денонощния ритъм на природата все по-лошо и по-лошо.
Вече не само хронобиолозите, т.е. изследователите на вътрешните часовници, свързват нарастването на заболявания в начина на живот като затлъстяване, диабет при възрастни, инфаркти, метаболитен синдром или дори депресия с живот без ритъм. Психиатрите и интернистите също се позовават на голям брой проучвания, които всички казват едно и също: Ако вътрешните часовници тикат неправилно, метаболизмът в тялото и мозъка бързо става дисбалансиран и рискът от много заболявания се увеличава.
ПРОВОДНИКЪТ В МОЗЪКА
Хронобиолозите сега разработват концепции за справяне с нощния труд и работата на смени и дават съвети срещу аритмии и безсъние. И те изследват огромното влияние на приема на светлина и храна през деня и тъмнина и гладуване през нощта. Британският невробиолог Ръсел Фостър откри специални светлинни рецептори в ретината на бозайници през 1999 г. Той ги нарече меланопсинови клетки, защото съдържат визуален пигмент със същото име. Тези клетки измерват яркостта на падащата в окото светлина и контролират зеничния рефлекс например. Преди всичко обаче те помагат на централния проводник на вътрешните часовници да адаптира собствения си ритъм към външното време. Проводникът седи в диенцефалона: супрахиазматичното ядро или накратко SCN се състои от сдвоена колекция от около 20 000 ритмично активни и електрически свързани нервни клетки. Ако меланопсиновите клетки на ретината изпращат ясни данни към SCN - светли дни, тъмни нощи - SCN успява да синхронизира своя собствен ритъм до точно 24 часа.
След това SCN предава този цикъл на тялото: Към края на нощта той задейства освобождаването на хормона CRH и по този начин повишава нивото на хормона на стреса. Вечерта той нарежда на епифизата да освободи нощния хормон мелатонин. И чрез контрола си върху основната телесна температура, която е около един градус по-ниска късно през нощта, отколкото следобед, той снабдява органите с индиректен постоянен сигнал за време.
МОЛЕКУЛАРНОТО ДВИЖЕНИЕ
Светлината се счита за централен таймер за хората. Леки душове сутрин - например спокойната разходка до работа без слънчеви очила - се брои два пъти, казва Дитер Кунц: „Сутрешната светлина те събужда остро и усилва люлеенето във вътрешните часовници.“ Колегата му Кристиан Кайохен от университетската болница Базел дори успя да покаже че можете да използвате целевата бучка на биологичното махало терапевтично: „Много помага на депресираните пациенти, ако ги изпратите навън за седем часа сутринта.“ И ако не можете да излезете навън, можете да поставите лампа за светлинна терапия на бюрото си, например.
Но колко вътрешни часовници имат хората? Как работят те? „Всяка от нашите клетки е свой собствен вътрешен часовник“, отговаря Паоло Сасоне-Корси от Калифорнийския университет в Ървайн, САЩ. Милиарни часовници изтичат в тялото. Отговорни за това са около дванадесет така наречени тактови гени, които при взаимодействие с поне 20 модулатора образуват изключително сложен молекулярен часовник.
Гените на часовника съдържат кода за протеини, които задействат или спират четенето на други гени. Генетиците наричат такива вещества „транскрипционни фактори“. Във взаимодействие с други часовници протеини и след биохимично определено време закъснение, те отслабват собственото си производство. Ако всички манипулирани променливи са правилни, има стабилни ритмични колебания: концентрациите на участващите вещества се повишават и намаляват в постоянен цикъл. Височината на люлеещите се махала (амплитуда), тяхната честота (честота) и тяхната времева връзка помежду си (фаза) се регулират от многобройните модулатори, някои от които зависят от външни сигнали.
Часовите гени имат здраво захващане върху клетките. „До 15 процента от всички гени в клетката се люлеят нагоре и надолу в своята активност през деня“, казва Сасоне-Корси. Кои са те зависи от тъканта. В крайна сметка около 90% от всички човешки гени някъде в тялото се подчиняват на диктата на вътрешния часовник. „Всъщност почти всичко е ритмично“, казва Ахим Крамер, експерт по гените на часовници в Charité в Берлин. Почти цялата генетична активност пулсира нагоре и надолу. Но докато преди се смяташе, че молекулярните махала ще контролират директно клетъчните функции, в момента влиза в действие „епигенетиката“ - „вторият код“ в нашето тяло, който може да включва и изключва гени (Bild der Wissenschaft 3/2011, „Die Възкресението на мосю Ламарк ").
Епигенетичните модификации могат да замразят цели модели на генна активност. Но тези модели очевидно се променят в почти всички клетки на всеки 24 часа. Отговорна е централната епигенетична комутационна система, хистоновият код. Осем хистонови протеини образуват глобули, около които ДНК нишката се обвива повече или по-малко плътно. Ако тази връзка е силна, съседните гени не могат да бъдат активирани; ако е хлабава, те могат да бъдат разчетени. С помощта на ензими клетката променя биохимията на отделните хистони и по този начин контролира техните гени. И точно тези ензими очевидно са и партньори на наблюдателните протеини.
КОНВЕРСИЯ В КЛЕТОВАТА ЯДРА
Практически във всички форми на живот - бозайници, насекоми, растения и гъби - вътрешните часовници правят нещо общо с хистоновите модулатори. Часовите протеини се прикрепят например към вещества, които добавят метилови групи към протеиновите глобули или премахват ацетиловите групи от хистоните. В резултат на това ДНК-протеиновата смес в клетъчното ядро, така нареченият хроматин, се преобразува трайно и с него моделът на генната активност се променя всеки ден.
Тъй като епигенетичните ензими работят специфично, участват само онези гени, от които клетката действително се нуждае. Например черният дроб произвежда храносмилателни ензими само когато може да разчита на прием на храна. Ендокринологът Дан Фън от Филаделфия, САЩ открива, че хистоновият модулатор HDAC3 заедно с часовника протеин "Rev-erb alpha" изключва 14 000 гена в чернодробните клетки на мишки през деня, когато животните почти спят. През нощта, по време на активността на животните и фазата на хранене, часовникът протеин липсва и всички освен 100 гена могат да бъдат активирани. Ако Фън наруши системата, метаболизмът на мишките излезе извън контрол. Имате мастен черен дроб. Отдавна е известно, че мишките, на които е разрешено да се хранят само срещу вътрешния си ритъм, получават наднормено тегло въпреки нормалния си прием на калории и имат повишен риск от диабет. Ако приложите този сценарий към хората, можете да разберете защо работниците на смени толкова често страдат от метаболитни нарушения и сърдечно-съдови заболявания. И вие разбирате колко е важно да се храните в точното време.
За така наречените периферни вътрешни часовници, които не са разположени в мозъка, а в органи като червата, панкреаса и мускулите, светлината и SCN играят само подчинена роля, казва Ахим Крамер. Но: „Като ям в точното време, евентуално мога да увелича амплитудата на часовниците по целеви начин.“ така че моите периферни вътрешни часовници на първо място да не се променят. "
КАК ОТБЛИЗВА ЧЕРНАТА
Молекулярният биолог Майкъл Хоттигер от университета в Цюрих изследва влиянието на храната върху вътрешния часовник на черния дроб: „Вероятно има няколко преки връзки между метаболизма и вътрешните часовници в периферните органи“. Регулирайте моделите на активност в черния дроб. Тъй като много активни ензими "зависят пряко от метаболитните продукти в техния ефект". Но тези метаболитни продукти, като NAD + и ацетил-КоА, не са само подчинени на вътрешния часовник. Концентрацията им също варира значително, когато ядем, което от своя страна променя молекулярния часовников механизъм. „Например, хранене в неподходящо време може ясно да настрои вътрешните часовници“, казва Hottiger.
Следователно сутрешната разходка до светлината, препоръчана от Dieter Kunz, според Hottiger трябва да бъде предшествана от богата на енергия закуска и последвана от обилен обяд. Това в идеалния случай поддържа естествения ритъм. Ако, от друга страна, изядете чиния с макарони късно през нощта, ритъмът се променя. "Черният дроб тогава има чувството, че е посред бял ден."
По-добрият начин за справяне с решаващите таймери светлина и храна следователно е ефективно средство срещу често срещани заболявания. В допълнение, хронобиологично ориентираната промяна в начина на живот може да помогне на хората да подобрят представянето си (повече за това в статията „Печелене на време“ на стр. 41). Но основното изследване предоставя и нови отправни точки за наркотиците, казва Ахим Крамер: "Веществата, които се свързват с Rev-erb alpha, например, могат един ден да стабилизират нарушената вътрешна часовникова рамка на работниците на смени или да помогнат срещу изоставането."
обикновено само в топ форма вечер
Ако такива изисквания ви звучат утопично, трябва да започнете от малко, например с избора на източник на светлина. Делът на синята светлина в дължината на вълната около 480 нанометра изглежда особено важен за вътрешния часовник, тъй като меланопсиновите клетки реагират предимно на нея. „Сутрин студената бяла светлина с висок процент синя светлина е добра. Вечер трябва да е топло бяло, например от свещ или крушка “, казва Дитер Кунц, проектирайки идеален профил за осветление. Ако, от друга страна, вечер светлината е твърде студена, това вече причинява спад в нощния хормон мелатонин след десет минути и променя по-късния режим на сън.
Кристиан Кайохен откри, че дори светлината от LED екрани с висок дял на синята светлина влияе на вътрешните часовници. „Ако работите пет часа пред компютъра си вечер, потискате производството на мелатонин“, казва изследователят от Базел, „че отлага умората до един час.“ Нощните работници могат да използват целенасочено този ефект. От друга страна, ако искате да заспите бързо, трябва да затъмните синия компонент в монитора или просто да оставите компютъра. И определено трябва да си мие зъбите на тъмно. Дитер Кунц беше изумен, когато оцени изследването на хора, които носят очила: Най-яркият момент от целия ден обикновено беше вечерният поглед в особено ярко осветеното огледало на банята. ■
PETER SPORK не само често и с удоволствие пише за хронобиологията, той изнася и добре посещавани лекции на тема вътрешни часовници.
от Питър Спорк
КОМПАКТЕН
· Около дузина гени и 20 модулаторни вещества поддържат трилиона часовници в телата ни.
· Вие контролирате навременното отделяне на храносмилателни ензими, хормони на растежа и други вещества през деня.
· Вътрешните ни часовници лесно се нарушават от липса на светлина, работа на смени и твърдо работно време.
· Могат да се получат сърдечно-съдови заболявания, затлъстяване и диабет.
Вътрешните часовници в човешкото тяло
Не само будността, сънят и апетитът се контролират от вътрешните часовници. Храносмилателните органи като черния дроб и панкреаса, както и мускулите и мастната тъкан изпълняват различни задачи през нощта, отколкото през деня. Биохимичните процеси, които се извиват или забавят (сини и червени стрелки), се използват до голяма степен за регулиране на метаболизма на захарта и мазнините в нашето тяло. Панкреасът регулира секрецията на инсулин, докато сте будни, а кръвната захар (глюкоза) се произвежда в черния дроб, докато спите. Но общите процеси на растеж също се контролират по време на сън - например чрез освобождаването на хормони на растежа в ранните сутрешни часове. Липсата на сън и мазна храна вечер са опасни: те извеждат дневния часовник от синхрон и могат да повишат инсулиновата резистентност, което е типично за диабетиците.