9501 (645706), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поставим диагноз значительно проще, если рассматривать клиническую норму с учетом ее ритмичности. Скажем, нормальная температура тела ночью ниже 36,6 ос, поэтому «нормальное» показание термометра в 3 часа ночи – симптом лихорадки. Аддисова болезнь (бронзовая болезнь) и болезнь Иценко – Кушинга обусловлена нарушением функции надпочечников (соответственно недостаточности и избыточностью), поэтому для их диагностики требуется измерять уровень гормона кортизола (гидрокортизола) в крови. Теперь уже общепризнанно, что проба на кортизол без учета времени забора крови обессмыслена.
Не только диагноз, но и терапевтические меры могут быть более эффективными, если их строить на основе циркадианного цикла. Поскольку многие типы делящихся клеток предпочитают
15
определенное время суток для репликации ДНК, циркадианные вариации особенно ярко проявляются в токсичности различных лекарственных препаратов и эффектах облучения, применяемого с целью поразить делящиеся опухолевые клетки. Нет ничего особенного в том, что доза, при которой 80% популяции подопытных организмов выживет в одно и тоже время суток, в другое окажется смертельным для тех же 80% осыбей. Эта мрачная статистика, однако, весьма перспективная, если стоит задача избирательно убить опухолевые клетки, не повредить здоровые. Эрхад Хаус с коллегами добился значительного повышения процента вживания среди мышей, больных раком, не увеличивая дозы лекарства, но сконцентрировал ее в то время суток, когда опухолевые клетки предположительно более чувствительны, чем нормальные.
Врачи и ветеринары, применяющие гормональную терапию, давно знают, насколько важно правильно выбрать время для введения препарата. Например, при недостаточной функции надпочечников больным обычно делают инъекцию кортизона по утрам, когда в норме активность коры надпочечников максимальна. Если ежедневно требуема только однократная доза препарата, утренние инъекции годится и для собак, но для кошек, у которых циркадианные ритмы организованны по-другому, кортизон следует вводить по вечерам. Введение кортизона в иное время суток будет подавлять деятельность и без того ослабленных надпочечников, и пациент, в конце концов, станет жертвой хронического недуга – Аддисоновой болезни.
Ритмические закономерности связывают секрецию гормонов мозга, нарушение сна и более серьезные психические заболевания, включая клиническую депрессию. Томас Веер, Фредерик Гудвин и Норман Розенталь из Национального института здоровья в Бетесде и Даниел Крипке из Госпиталя управления ветеринаров в Сан-Диего предположили, что эти прежде неизлечимые болезни часто являются вторичным следствием расстройства циркадианных ритмов. Уже показано, что некоторые виды депрессии поддаются лечению солнечным светом или его искусственным заменителем, поддаваемым в нужное время суток.
Считается, что действие света опосредовано его влиянием на секрецию мелатонина – гормона, выделяемого в головном мозге и тесно связанного с циркадианными ритмами. Для нормального ежедневного контроля секреции мелатонина нужен свет, существенно более яркий, чем тот, который обычно бывает в помещениях. Однако современный человек редко должным образом «засвечивает» себя, причем время пребывания на свету у разных людей весьма различается. Остается только гадать, насколько могут быть распространены расстройства циркадианных ритмов.
ПОДСТРОЙКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ЧАСОВ
Часы слишком хороши, если вы не имеете возможность их подстраивать. Некорректируемые биологические часы были бы совершенно бесполезны, если бы их период не был в точности равен периоду вращения Земли. И все же, даже если бы часы были устойчивы к температурным подскокам в случае лихорадки, холодной или жаркой погоды, не реагировали на гормональные и эмоциональные расстройства, некоторое различие между внутренним и внешним периодом было бы не исбежно. Очевидно, для поддержание синхронности недостаточно просто близости периодов. Для этого нужно ритмический сигналов, механизм ежедневного согласия и подстройки. Основа целесообразности любых биологических часов именно в такой подстройке фазы, в способности по сигналу перепрыгивать из одной временной зоны в другую и таким образом сохранять правильную фазу, не перемещаясь в пространстве, несмотря на неизбежное не совпадение периодов.
Этот процесс называется захватыванием ритма. Один ритм может быть захвачен другим ритмом с иным периодом по средствам регулярного повторяющегося сигнала. Для циркадианных ритмов обычным, естественным сигналом является свет. Под воздействием света внутренние часы немного отстают или, наоборот, уходят вперед. Существуют и другие свойства настройки биологических часов, но подавляющие большинство живых существ приспособились к тому событию, которое надежнее всего повторяется каждый день, - к чередованию света и темноты – и выработали наибольшую чувствительность своих циркадианных часов именно к этому фактору.
16
Общая закономерность, – ведущая роль света как сигнала времени – оспаривалась только в отношение человека, частично потому, что люди, как и большинство других организмов, иногда в отсутствие регулярного цикла освещения используют для ориентации другие органы чувств. Но главная причина, заставившая усомнится в роли света для человека, состояла в том, что «дневной свет», использовавшийся в первых лабораторных экспериментах по изучению изоляции от времени, оказался не столь эффективным для захватывания циркадианных ритмов человека по сравнению со светом такой же интенсивности для ритмов других животных. Следует ли из этого заключить, что часы человека уникально безразличны к действию света? Отнюдь, скорее это говорит о том, что комнатный свет слишком слаб для биологических часов человека, чтобы приравнивать его к дневному.
Есть всякие основания предполагать, что ведущие циркадианнае часы у человека находятся в мозге и прямо связанны с глазами эпифизом (шишковидной железой). Альфред Леви с коллегами из Национального института здоровья в Бетесде установили, что свет подавляет секрецию мелатонина в эпифизе у человека, как и у других млекопитающих, но для горожан нужно на удивление много света, больше, чем бывает в помещении: для эпифиза у человека комнатный (электрический) свет – все равно, что ночь. Однако даже рассеянный свет с улицы сразу подавляет секрецию мелтонина. Этот гормон головного мозга имеет прямое отношение ко сну и к циркадианным часам. Например, у грызунов ежедневно инъекции мелатонина могут захватить и синхронизировать часы. Если окажется, что у человека мелатонин опосредует сдвиг фазы циркадианных часов, то данные Льюи будут представлять интерес для антропологов, специалистов по дизайну, для тех, кто работает в разные смены и совершает трансмеридианные перелеты. Пока лекарство для сдвига фазы будет создано и получит одобрение минздрава, для путешественников приятным средством может быть пребывание на солнцепеке. Разумеется, солнечный свет не менее важен и для тех, кто никуда не ездит, но нуждается в ежедневной синхронизации своих внутренних ритмов. Неудача такой синхронизации может привести к сонливости в дневное время и бессоннице ночью - достаточно распространенным расстройством сна. В этой связи могут представлять интерес данные Даниэля Крипке с соавторами, которые исследовали количество, и распределение во времени света, падающего на среднего нормального человека в течение среднего дня. Оказалось, что даже на юге солнечной Калифорнии количество света столь мало и распределенною столь нерегулярно, что остается лишь диву даваться, каким образом современному человеку удается (и удается ли?) поддерживать свои циркадианные ритмы поддерживать в должном порядке.
Спонтанные циркадианные ритмы обнаружены едва ли не у каждого вида живых существ. Возможно, исключение составляют обитатели морских глубин и подземных пещер, а также прокариоты (бактерии и сине-зеленные водоросли, клетки которых не имеют ядра и митохондрий). Циркадианные колебания обычно наблюдаются у более высокоорганизованных одноклеточных организмов и у изолированных тканях многоклеточных организмов. Тем не менее, и у позвоночных, и у беспозвоночных животных часть нервной системы обычно играет роль циркадианного ритмоводителя для всего организма. Мишель Менакер с сотрудниками показал, что у некоторых птиц (не у всех) эту функцию выполняет эпифиз, ритмично выделяющий в мозге гормон мелатонин. Деятельность эпифиза регулируется светом, проникающим сквозь темную часть черепа. У воробья даже удается сдвинуть фазу циркадианного ритма, пересадив ему эпифиз птицы, живущей в иной временной зоне.
У грызунов эпифиз выделяет мелатонин тоже ритмично, но под контролем скопление нейросекреторных клеток – супрахиазменных ядер, расположенных слева и справа в гипоталамусе, над перекрестием зрительного нерва. Эти парные часы получают информацию о свете и темноте от глаз. Ежедневные порции мелатонина в свою очередь синхронизируют циркадианные колебания. У обезьян подобную роль играют супрахиазменные ядра. Люди – пациенты с травмами в этой области гипоталамуса – страдают расстройствам ритма, что позволяет предпологатьсходную роль
17
супрахиазменных ядер и у человека. Фазу ритмов этих ядер можно сдвинуть светом через зрение, электрическим раздражителем, инъекцией в мозг аналога нейромедиаторов, вызывающих нормальные разряды нейронов, а также мелатонином. Покрайне мере у грызунов удаление эпифиза позволяет позволяет супрахиазменным ядрам быстрее приспосабливаться к новым временным зонам. Быть может, панацеей от десинхроноза, вызываемого трансмеридианным перелетом, окажется какой-нибудь препарат, подавляющий функцию эпифиза на то время, пока мы приспосабливаемся к чужому распорядку дня.
Секреция эпифизом мелатонина стимулируется психомиметиками – такими препаратами, как ЛСД, мескалин и кокаин, - и подавляется препаратами, используемыми для лечения психозов. Недавно выяснилось, что бензодиазепин, широко применяемый антидепрессант, подстраивает фазу циркадианных часов у грызунов, возможно, действуя на нейромедиаторы в супрахиазменных ядрах гипоталамуса. Это указывает на некоторую связь между психическими заболеваниями и расстройствами циркадианных ритмов, особенно между депрессией и нарушением сна.
Любопытно, что человеку для подавление секреции мелатонина требуема гораздо больше света, чем другим млекопитающим. Интересно, разделяют ли домашние собаки со своими хозяевами эту странную не чувствительность к свету? Быть может, это последствие комнатного освещения в ночное время на протяжение жизни тысячи поколений? Если бы циркадианные ритмы человека реагировали на тусклое освещение (что, кстати, наблюдается у лабораторных грызунов), они должны были бы быть в постоянном разладе, и люди, помимо других проблем, постоянно испытывали бы дополнительный стресс. Индивидуумы, менее чувствительны к свету, могли страдать от этого, их репродуктивная система в меньшей степени была бы подвержена стрессу, стал быть, они имели бы большой успех при размножение. Что, если человек и его домашние животные испытывали давление естественного отборов на нечувствительность к тусклому свету? И если так, то значительно большая чувствительность могла сохраниться и у людей, живущих доныне в каменном веке: у тасадеев с филиппинских островов Минаданно, у маори и у жителей Огненной Земли, предки которых меньше подвергались действию ночного освещения – гипотического нарушителя циркадианных ритмов. Будет ли эта врожденная, генетически наследуемая чувствительность безвозвратно утрачена еще до конца нашего века?
Если синхронность циркадианных ритмов действительно поддерживается путем ежедневной экспозиции при дневном освещение, то интересно, каким образом это достигается? И что даст исследование этого процесса для понимания природы внутренних часов?
Модно поставить несложный опыт с фоточувствительным организмом, циркадианный ритм которого остается четким и устойчивым, если нет никаких сигналов времени. Удобный биологический объект для этого – комар. Как и большинство других животных, комары обладают выраженным циркадианным ритмом активности-покоя, сохраняющемся даже в замкнутом помещение при постоянной темноте и неизменной температуре – в этом случае его период составляет около 23 часов. В таких условиях активность комара регистрируется по звуку его полета. Специальные приборы позволяют подсчитывать за каждый час число минутных интервалов, когда слышится занудный писк. В камере с комарами этот писк постепенно нарастает и перед рассветом достигает крещендо, переходя в тонкий протяжный вой, затем смолкает – и вновь усиливается перед закатом (или, точнее говоря, когда комары чувствуют приближение утренних или вечерних сумерек). У девственных самок кровососущего комара Cuiex pipiens quinquefasciatus, которыми занимались Эрик Петерсон, более четко выражен вечерний пик летней активности, и именно он выбран за нуль фазы в циркадианном цикле насекомого.
Что может быть сигналом времени для комара? Чтобы не запутывать эксперимент, сигнал следует давать один раз в течение определенного периода времени. Петерсон использовал белый свет, по интенсивности соизмеримый с естественным дневным. Комары находились в постоянной темноте, и только один раз за весь эксперимент был дан яркий свет. В разных камерах этот световой
18
импульс приходился на разную фазу циркадианного цикла, и в каждой камере наблюдали, что ритм активности комаров возобновлялся, но с подстроенной фазой. В настоящем опыте ритм после воздействия стимула некоторое время может быть искаженным даже подавленным, но, в конце концов, возвращается к норме.
Подстройку фазы можно считать сдвигом в сторону опережения или задержки. Опыт не позволяет сделать выбор в пользу одного из этих двух вариантов итерпритации процесса, происходящего внутри часов. Возможно, этот процесс вовсе не поддается описанию в терминах опережения или задержки. Дабы избежать допущения о ненаблюдаемом, принято говорить о подстройке фазы как о переходе от старой фазы – фазы ритма, на которую пришлось начало стимула, - к новой фазе – фазе сдвинутого ритма, экстраполированной назад, к моменту окончания стимула. (В этом случае, если стимул постепенно ослабевает и сходит на нет, за его конец принимают точку, относящуюся от начала на один период цикла.)
Поскольку известно, что циркадианные часы поддаются захватыванию, следует ожидать, что величена сдвига фазы при подстройке зависит от старой фазы: ведь стимул, вызывающий один и тот же эффект в любое время, не может быть полезным сигналом времени. Какова же зависимость новой фазы от старой? Если бы стимул не вызывал никакого эффекта новая фаза была бы равна старой (плюс положительного стимула – но она постоянна). Между тем, данный стимул оказывал некоторое сигнальное воздействие на биологические часы, то есть ход часов был замедлен (или, возможно, ускорен).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
