Счастливое старение. Рекомендации нейробиолога о том, как жить долго и хорошо - Дэниел Левитин

Растения используют светочувствительные внутренние клеточные часы для определения продолжительности дня. С приближением осени, когда дни становятся короче, эти часы активируют гены, подающие растению сигнал производить семена и сбрасывать листья. Весной клеточные часы отмечают, что дни становятся длиннее, и растения снова распускают листья, а также производят цветы и плоды. Биологические часы помогают растениям подготовиться к восходу солнца – поднять листья, повернуть их к солнцу и обеспечить готовность «внутренних фабрик» к фотосинтезу, в процессе которого солнечный свет превращается в питательные вещества. Ночью эти часы регулируют открытие и закрытие пор листьев, а также их складывание для предотвращения потери воды в ночное время[497]. Если такие часы регулируют жизнедеятельность растений, плесени и моллюсков, только представьте себе всю сложность различных функций, выполняемых ими в организме человека. Кроме того, биологические часы настолько сильно влияют на старение, что, когда ткань таких часов молодых животных пересаживали старшим, их продолжительность жизни увеличивалась[498].

ГЛАВНЫЕ ЧАСЫ

В основе циркадных ритмов млекопитающих лежат три процесса:

1. Система ввода принимает информацию из внешней среды, состоящую из сигналов о смене дня и ночи и циклах потребления пищи, поступающих через периферические осцилляторы.

2. Центральный, главный осциллятор, или часовой механизм, отслеживает время входных событий и может генерировать постоянный ритмический сигнал.

3. Исходящие пути, позволяющие главным часам синхронизировать работу различных периферических осцилляторов, управляют физиологическими функциями, такими как пищеварение, циклы сна и бодрствования, температура тела, голод и ясность ума.

Таким образом, циркадные ритмы имеют иерархическую структуру, а различные фрагменты системы биологических часов обмениваются друг с другом информацией и модифицируют друг друга с помощью циклов прямой и обратной связи. Все клетки головного мозга и тела чувствительны ко времени дня[499], а гены (такие как PER1, BMAL1, CLK1, DBT и самый известный ген CLOCK) активируют белки в соответствии с циклом продолжительностью примерно 24 часа. Я говорю «примерно», потому что эти клетки функционируют как дешевые часы: они часто останавливаются, спешат или отстают. Для регулирования их работы в ходе эволюции сформировались главные часы. У людей они расположены в гипоталамусе, а именно в супрахиазматическом ядре (СХЯ), и представляют собой примерно 20 тысяч нейронов, осциллирующих в соответствии с почти 24-часовым ритмом. Момент или фаза начала этого ритма может быть переустановлена под воздействием света или других факторов, задающих время (их обозначают термином «цайтгебер» от немецкого слова zeitgeber – дающий время).

Супрахиазматическое ядро напоминает начальника оживленного железнодорожного вокзала, который обеспечивает движение поездов по расписанию, чтобы они не сталкивались друг с другом, а люди, которым необходимо куда-то добраться, вовремя попадали в пункт назначения. У него меньше сходства с атомными часами, с которыми правительства сверяют официальное время в своих странах, поскольку атомные часы работают при минимальном вмешательстве извне или при полном его отсутствии.

Супрахиазматическое ядро реагирует на сигналы, поступающие от сетчатки и дополнительных светочувствительных клеток на коже, для того чтобы мы отличали день от ночи[500]. Кроме того, СХЯ принимает информацию, поступающую в ходе различных метаболических процессов. Оно передает информацию о времени дня в различные области головного мозга, центральные и периферические органы, такие как сердце, легкие, печень и эндокринные железы[501]. Ткани печени и поджелудочной железы регулируют метаболические ритмы для обеспечения стабильного уровня глюкозы и липидного обмена, а также для удаления чужеродных соединений из тела и крови (речь идет о ксенобиотической детоксикации)[502]. Например, когда при употреблении пищи выделяется желудочный сок, СХЯ узнает об этом и использует полученные сведения для регулирования циклов пищеварения.

Нейробиология развития пытается понять взаимодействие между генами, культурой и возможностями, а биологические часы – поразительный пример такого взаимодействия. Они функционируют, получая информацию из внешней среды. В первую очередь это свет, но еще и график приема пищи и ритмы активности, зависящие от культуры. Свет, будь то лучи восходящего солнца или маленький голубой лучик зарядного устройства мобильного телефона, способен включать и выключать определенные гены, меняя время выработки белков, что сказывается на наших биологических часах и циркадных ритмах. Дневной свет или его отсутствие может ускорить или замедлить циркадные ритмы.

Все это влияет на старение самыми разными способами. Вот лишь один пример. Свет, особенно синий, необходим для программирования биологических часов. Катаракта, часто возникающая в пожилом возрасте, желтого цвета и обычно не пропускает синий. Следовательно, это заболевание ограничивает количество синего света, попадающего на сетчатку глаза, что, в свою очередь, сокращает передачу важных нейронных сигналов в шишковидную железу и супрахиазматическое ядро. В некоторых случаях удаление катаракты приводит к восстановлению качества сна у пожилых людей, обеспечивая попадание большего количества синего света и тем самым восстанавливая нормальный график высвобождения мелатонина. Однако накануне отхода человека ко сну синий свет, например от мобильного телефона, будильника или компьютера, стимулирует шишковидную железу, из-за чего становится труднее уснуть. (Пожалуй, разработчикам будильников следовало бы посоветоваться с нейробиологами, прежде чем выбирать цвет светодиодов.)