Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени - Алан Бёрдик

До сих пор не выяснено до конца, каким образом супрахиазматическое ядро мозга распространяет сигналы времени среди органов и систем человеческого организма. Зато известно, что это длительный процесс, занимающий от нескольких часов до нескольких дней. При пересечении нескольких часовых поясов или в течение одного-двух дней после перехода на зимнее или летнее время происходит резкая смена режима освещения, вынуждающая организм быстро адаптироваться к новому графику. Однако периферийные часы не перестраиваются в одночасье и в последовательном порядке. На какое-то время ваш организм прекращает функционировать как синхронизированная конфедерация внутренних часов и превращается в конфедерацию временно автономных часовых штатов. Такова сущность состояния, известного как джетлаг, или синдром смены часовых поясов. Когда супрахиазматическое ядро моего мозга приземлится в Нью-Йорке, моя печень будет еще в Новой Шотландии, а поджелудочная железа – где-нибудь над Исландией. В течение нескольких дней пищеварительная система будет хандрить: когда мозг скомандует принимать пищу, окажется, что пищеварительные органы еще не успели подготовиться к утилизации продуктов. (Скорость адаптации к новому времени составляет примерно один часовой пояс в день.) По этой причине многие путешественники и пилоты авиалиний, часто преодолевающие большие расстояния, жалуются на гастроэнтерит. Так что синдром смены часовых поясов – это не частная проблема мозга, а системный сбой в работе организма, вызванный рассинхронизацией биологических часов.

В научной литературе периферические внутренние часы организма иногда называют вторичными или ведомыми, поскольку они подчинены супрахиазматическому ядру. На самом деле наши периферические часы в состоянии функционировать автономно, а в благоприятных условиях они даже приобретают способность к синхронизации циркадных ритмов не по указке внутреннего хронометра и не по естественному суточному циклу изменения освещенности, а по любым импульсам, получаемым извне. Как выяснилось, пища служит убедительным источником вводных данных для некоторых звеньев внутреннего часового механизма. За прошедшее десятилетие было проведено несколько исследований, которые выявили, что регулярный прием пищи в одно и то же время может вызвать сдвиг фаз циркадного ритма печени в обход светового распорядка, транслируемого мозгом. Также не исключено, что печень начнет генерировать собственные циркадные импульсы. В таких случаях суточная активность печени будет определяться часами приема пищи, а не астрономическим временем. «Если лабораторную мышь кормить в середине цикла сна, она вскоре научится самостоятельно просыпаться перед кормлением, – говорит Крис Колуэлл, ведущий специалист Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по исследованиям циркадных биоритмов. – Я привожу студентам пример: если курьер будет каждый день приносить вам пиццу на дом в четыре часа утра, то могу поручиться, что вы будете просыпаться в полчетвертого».

Отсюда вытекает один из возможных способов борьбы с неприятными проявлениями синдрома смены часовых поясов: необходимо воздерживаться от приема пищи на борту самолета, когда стюардесса будет разносить закуски. Протокол обязывает бортпроводниц предлагать пассажирам подкрепиться спустя каждые два-три часа полета, причем расчет ведется по времени, установленному в начальной точке маршрута. Во время транзитного рейса в отсутствие привычных световых импульсов печень заведет свои внутренние часы и накрепко привяжет ваш организм к часовому поясу, который вы хотите оставить позади, поэтому заводить биологические часы и выстраивать распорядок питания лучше всего уже по прибытии к месту назначения. «Мы даем путешественникам один и тот же совет – как можно скорее выйти на свет, наладить режим питания и окунуться в общественную жизнь», – говорит Колуэлл. Также он горячо одобряет завтраки. «Коль скоро человеческий организм в некоторых отношениях работает так же, как и организм лабораторной мыши, то завтрак нужен нам для поддержания циркадных импульсов, чтобы не быть ослабленным в отсутствие световых импульсов», – объясняет ученый.

Исследования, проведенные группой Колуэлла, наводят на мысль, что систематические занятия физкультурой также позволяют управлять циркадной регуляцией. В ходе экспериментов с мышами у животных, которым был предоставлен доступ к беговому колесу, отмечалась более высокая интенсивность синхронизирующих импульсов супрахиазматического ядра по сравнению с менее активными особями. Положительное влияние физической активности увеличивалось, если мышам позволяли бегать в колесе только в начале периода бодрствования, а максимальную пользу от упражнений получили мыши, у которых был выявлен дефицит одного из специфических белков, обеспечивающих работу биологических часов. Когда такие животные получали доступ к беговому колесу в конце периода активности, способность супрахиазматического ядра к трансляции синхроимпульсов сердцу, печени и другим внутренним органам значительно улучшалась. Чем больше мыши бегали, тем лучше работали их биологические часы. Пока рано делать выводы о том, что регулярные занятия спортом в одно и то же время окажутся в той же степени полезны людям, но такая возможность представляется Колуэллу очень заманчивой, так как с возрастом наш внутренний хронометр изнашивается. «Мне около пятидесяти лет, и у меня уже проблемы с ночным сном, – признается Колуэлл. – А еще я стал быстрее уставать за день». Так что стареет даже время.

Синдром смены часовых поясов со временем проходит, но люди находят и более долгоиграющие способы внести разнообразие в стандартное чередование светлого и темного времени суток с удручающими последствиями для здоровья. Миллионы американцев работают по сменному графику – взять, к примеру, ночные рейсы дальнобойщиков, вечерние смены в центрах экспедиционного обслуживания или совершенно безумный график дежурств в больницах. Многие страдают от того, что в терминах хронобиологии называется социальным джетлагом и имеет куда более серьезные последствия, чем временный дискомфорт или бытовые неудобства. Одна из ключевых задач биологических часов заключается в контроле метаболических процессов: они следят за тем, чтобы мы ели, когда испытываем чувство голода, а наши клетки при этом получали бы достаточное количество необходимых питательных веществ в положенное время. Многие исследователи заключают, что люди, привыкшие работать во внеурочные часы, более склонны к ожирению, сахарному диабету и сердечно-сосудистым заболеваниям. Поступает все большее количество свидетельств, указывающих на существование тесной связи между нарушением обмена веществ и расстройством циркадного ритма, в частности расхождением циклов чередования сна и бодрствования с показаниями биологических часов. Под нарушением обмена веществ подразумевается широкий спектр патологических состояний, включая сахарный диабет, развивающийся на почве рассогласования деятельности пищеварительной системы и процесса производства и аккумулирования энергии.

Общество готово выделять миллионы долларов на бесконечные попытки выяснить, какие продукты нужно употреблять в пищу для поддержания здоровья, хотя, возможно, не менее важно выяснить, когда лучше садиться за стол. Как показало одно из недавних исследований, мыши, которые предпочитают кормиться тогда, когда им следовало бы спать, а именно в неподходящее с точки зрения циркадного цикла время, быстрее набирают вес по сравнению с мышами, которые питаются вовремя. До недавних пор в научно-исследовательских проектах, посвященных проблеме расстройства циркадных ритмов, фигурировали преимущественно грызуны и нечеловекообразные приматы, но сейчас клиницисты уделяют все больше внимания экспериментам с участием людей, и результаты вызывают большую обеспокоенность. В одном исследовании Гарвардского университета принимали участие десять добровольцев, обученных жить по двадцативосьмичасовому суточному циклу. На четвертый день опыта периоды активности участников поменялись местами: они бодрствовали и принимали пищу среди ночи. Спустя еще четыре дня суточный распорядок добровольцев нормализовался. В итоге за десять дней эксперимента у всех испытуемых показатели кровяного давления взлетели до небес, уровень сахара в крови также превышал норму, а у трех участников было диагностировано преддиабетическое состояние. Впоследствии было установлено, что причиной резкого ухудшения здоровья добровольцев послужил не сам по себе недостаток сна, а прием пищи в те часы, когда пищеварительные органы и жировые клетки не были готовы к утилизации продуктов питания. «Для радикальных изменений в системе метаболизма глюкозы хватило всего нескольких дней, – писал один из экспериментаторов. – Быстрое развитие патологических изменений дает понять, что даже временное нарушение суточного ритма может нанести ущерб здоровью миллионов людей, каждый год сталкивающихся с синдромом смены часовых поясов».