Як сучасне суспільство порушує наш циркадний ритм

Цикл день-ніч - одна з найбільш визначальних моделей життя, якою ми її знаємо. Ми живемо в циклічному середовищі, і циркадні ритми є важливим елементом біології живих організмів.

Багато фізіологічних процесів синхронізуються з денно-нічним циклом, модулюючись за допомогою екологічних сигналів хронометражу, таких як сонячне світло. Наш біологічний годинник повинен виявляти циклічні зміни світла, щоб відповідно керувати нашими фізіологічними функціями.Для цього світлові зміни відчувають спеціалізовані клітини сітківки, які називаються гангліозними клітинами сітківки; ці фоторецептори сітківки отримують світло і передають інформацію в мозок, точніше до структури, розташованої в гіпоталамусі, яка називається супрахіазматичним ядром (SCN). Потім нейрони SCN передають часову інформацію в інші тканини, виробляючи синхронізовані циркадні ритми в багатьох наших тілесних процесах.

Еволюція змусила нас адаптуватися до нашого циклічного середовища, і ці зовнішні цикли стали важливими для підтримання здорового стану. Але сучасні суспільства зіпсували ці цикли. Наприклад, широке використання штучного освітлення сильно порушило природний щоденний цикл світло-темно таким чином, що є далеко не безшкідливим. Постійне перебування під впливом світла розглядається як фактор ризику для неміцності, при цьому ряд досліджень підтверджує думку, що це порушення в наших добових ритмах може мати значний вплив на здоров'я.

Це є головною проблемою, оскільки, за підрахунками, близько 75% населення світу може бути під впливом світла протягом ночі. Крім того, змінна робота є досить поширеною (близько 20% робітників у Європі та 29% у США), а епідеміологічні дослідження показали, що у вахтових працівників частіше спостерігається рак молочної залози, метаболічний синдром, ожиріння, дисфункції кісток, серцево-судинні захворювання, інсульт та порушення сну.

Але хоча ці дослідження вказують на зв'язок між штучним випромінюванням світла та проблемами здоров'я, причинно-наслідковий зв'язок важко визначити в дослідженнях на людях. Дослідження на тваринах допомогли нам зрозуміти реальний вплив порушення циркадного ритму та виявили ряд механізмів, за допомогою яких вони можуть впливати на здоров’я. Однак у більшості досліджень використовувались відносно короткі періоди порушення експозиції світла, які в значній мірі не відтворювали закономірності впливу світла в деяких контекстах людини, таких як змінна робота, приміщення інтенсивної терапії та будинки престарілих, наприклад.

Нещодавнє дослідження приступило до заповнення цієї прогалини, досліджуючи взаємозв'язок між тривалим порушенням циркадних ритмів та захворюваннями. У цій роботі мишей піддавали постійному впливу світла протягом 24 тижнів і вимірювали кілька параметрів здоров’я: ритмічність центрального годинника (SCN), функцію скелетних м’язів, мікроструктуру кісток та функцію імунної системи оцінювали в різні моменти часу під час та після 24 тижні безперервного світла.

Отримані дані показали, що порушений циркадний ритм викликає згубний вплив на кілька біологічних процесів. Записи нейронів показали, що тривалий вплив постійного світла спричинив помітне зниження ритмічності циркадного кардіостимулятора головного мозку - SCN. Безперервне світло також знижує функцію м’язів, спричинює зміни кісток та індукує тимчасовий прозапальний стан.

Насправді багато з цих змін відповідали стану прискореного старіння, а саме зниженню м’язової сили, фізичної витривалості та рухової координації, які часто спостерігаються у дорослих людей похилого віку.

Також спостерігались відповідні зміни в структурі кісток. Кістки утворені двома типами кісткової тканини: трабекулярною (або губчастою) кісткою та корковою (або компактною) кісткою. З віком губчаста кістка стає менш щільною, тоді як компактна кістка має тенденцію до потовщення. Безперервний вплив світла на мишей спричиняв прогресуючу втрату трабекулярної кістки, подібну до тієї, що спостерігалася при ранньому віковому остеопорозі, та збільшення товщини кіркової кістки, що відповідає прискореному ефекту старіння. До 21% дорослих людей похилого віку страждають на остеопороз, і деякі з цих змін насправді були зареєстровані у працівників, що працюють на зміні: дослідження показали, що жінки-працівники зміни мають підвищений ризик переломів кісток і зниження мінеральної щільності кісток.

Безперервний вплив світла також викликає посилений прозапальний стан. Після імунного стимулу миші, що зазнали дії постійного світла, показали підвищене вироблення прозапальних молекул і зменшення секреції протизапальних сполук, хоча цей ефект був тимчасовим. Цей посилений прозапальний стан спостерігається також під час старіння. Крім того, дослідження на людях також показали, що працівники зміни мають підвищений ризик розвитку раку та метаболічного синдрому, пов'язаного з дисфункцією імунної системи, що також поглиблює вікові патології.

Зниження ритмічності у SCN мишей, які постійно потрапляють на світло, також відповідає змінам ритму, що відбуваються у людей похилого віку. Насправді, нещодавні дослідження показують, що порушення циркадних годин у SCN можуть бути визначальним фактором старіння, імовірно, що вікова циркадна система може насправді сприяти віковому зниженню стану здоров'я.

Це дослідження закріпило уявлення про те, що тривалий вплив постійного світла може мати значний вплив на здоров'я. Цікаво, що більшість виміряних параметрів здоров’я швидко повертаються до норми після відновлення регулярного циклу світло-темрява. Тим не менш, стає ясно, що вплив штучного світла зовсім не нешкідливий. Блукаючи з циркадними ритмами через постійне вплив світла, ми можемо прискорювати процес старіння і активно послаблювати своє здоров’я та стійкість до хвороб.

Список літератури

Лукассен Е.А. та ін. (2016). Екологічні 24-годинні цикли є важливими для здоров’я. Curr Biol, 26 (14): 1843-53. doi: 10.1016 / j.cub.2016.05.038

Michaud M, et al (2013). Прозапальні цитокіни, старіння та вікові захворювання. J Am Med Dir Assoc, 14 (12): 877-82. doi: 10.1016 / j.jamda.2013.05.009

Nakamura TJ, et al (2016). Суперхіазматичне ядро: вікове зниження біологічних ритмів. J Physiol Sci, 66 (5): 367-74. doi: 10.1007 / s12576-016-0439-2

Quevedo I, Zuniga AM (2010). Низька мінеральна щільність кісток у робітників, що чергуються. J Clin Densitom, 13 (4): 467-9. doi: 10.1016 / j.jocd.2010.07.004

Stevens RG, et al (2014). Рак молочної залози та циркадні порушення внаслідок електричного освітлення в сучасному світі. CA Cancer J Clin, 64 (3): 207-18. doi: 10.3322 / caac.21218

Wang XS та ін (2011). Вахтовий режим та хронічне захворювання: епідеміологічні дані. Occup Med (Лонд), 61 (2): 78-89. doi: 10.1093 / occmed / kqr001

Ця гостьова стаття спочатку з’явилася у нагородженому блозі охорони здоров’я та науки та спільноті, присвяченій темам мозку, BrainBlogger: Штучне світло та циркадний ритм - чи ми це заплутуємо?