Циркадные ритмы и биологические часы человека¶

Циркадные ритмы — это циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи и имеющие период около 24 часов. У человека они лежат в основе работы биологических часов — внутренней системы, которая согласует физиологию организма с суточным циклом внешней среды. Термин происходит от латинских слов circa («около») и dies («день»).

¶Общая характеристика

Циркадные ритмы относятся к эндогенным ритмам: они сохраняются даже в условиях постоянной темноты или постоянного света, хотя период при этом может немного отклоняться от 24 часов. Это отличает их от простых реакций на внешние стимулы. Ритмы обнаружены практически у всех живых организмов — от бактерий до млекопитающих.

Основные характеристики:

• Период — около 24 часов (у человека в среднем 24,2 часа в отсутствие внешних сигналов).
• Эндогенность — способность поддерживаться без внешних подсказок.
• Настройка — синхронизация с внешним циклом под действием так называемых zeitgeber («задатчиков времени»), главным из которых является свет.
• Температурная компенсация — устойчивость периода к изменениям температуры тела.

¶Биологические механизмы

Главный водитель ритма у млекопитающих — супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса, расположенное над перекрестом зрительных нервов. Оно содержит около 20 тысяч нейронов, каждый из которых обладает собственным клеточным «часовым» механизмом.

Молекулярную основу часов образуют петли обратной связи в экспрессии генов. Ключевые гены — Clock, Bmal1, Period (Per1, Per2) и Cryptochrome (Cry1, Cry2). Белки CLOCK и BMAL1 активируют транскрипцию Per и Cry, а накапливающиеся белки PER и CRY подавляют собственную активность, замыкая цикл примерно за 24 часа.

СХЯ получает сигнал о освещённости от специализированных ганглиозных клеток сетчатки, содержащих пигмент меланопсин. Далее сигнал передаётся в эпифиз, который регулирует секрецию мелатонина — гормона, концентрация которого растёт в темноте и снижается на свету.

¶Суточные колебания физиологии

С циркадными ритмами связаны многие показатели:

¶Типы хронотипов

Индивидуальные различия в предпочтительном времени активности описываются понятием хронотипа. Выделяют утренний («жаворонки»), вечерний («совы») и промежуточный типы. Хронотип определяется частично генетически, частично зависит от возраста: подростки в среднем более «вечерние», с возрастом наблюдается сдвиг к утреннему типу.

¶Нарушения и значение

Рассогласование внутренних часов и внешнего расписания приводит к десинхронозу. Типичные примеры:

• Джетлаг — при быстром перемещении между часовыми поясами.
• Сменная работа — длительная работа в ночные смены повышает риск метаболических и сердечно-сосудистых нарушений.
• Сезонное аффективное расстройство — связывают с укорочением светового дня.

Исследования циркадных ритмов легли в основу хронобиологии и хрономедицины — направлений, изучающих оптимальное время приёма лекарств и проведения процедур. За открытия молекулярных механизмов циркадных ритмов Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 2017 году.

Практические рекомендации, вытекающие из этих исследований, включают соблюдение регулярного режима сна, достаточное освещение в дневное время и ограничение яркого света вечером.