Биологические часы человека расписание таблица: Как свет и тьма управляют нашими биологическими ритмами — Российская газета

Содержание

Как свет и тьма управляют нашими биологическими ритмами — Российская газета

Домашние коты почему-то просят есть с раннего утра, а у офисных работников голод просыпается после полудня. Совы добывают еду по ночам, а многие жители Питера недолюбливают белые ночи из-за бессонницы. В каждом из нас тикают биологические часы, но какие именно процессы скрываются за движением их стрелок?

Где спрятаны часы

Биологические часы - одна из систем организма, как иммунная или сердечно-сосудистая. Эти часы нужны всем живым существам, чтобы синхронизироваться с ритмами природы - подстраиваться под смену дня и ночи или смену времен года. Биологическим часам подчиняются многие функции организма, в том числе теплорегуляция, артериальное давление, выработка гормонов.

Часы, управляющие нашим организмом, работают на трех уровнях. Первый - крошечный часовой механизм, спрятанный в каждой клетке. За его обнаружение американские исследователи Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили в 2017 году Нобелевскую премию в области физиологии и медицины.

Главную роль в нем играют специальные сlock-белки, которые синтезируются во всех клетках, имеющих ядро, - и у животных, и у растений, и у грибов. Часть сlock-белков образуется утром, активируя обмен веществ в клетке, другая - вечером, тормозя метаболизм. Так и задается суточный, или циркадный (от латинского circa - около и dies - день), ритм работы отдельной клетки. А если какой-то из генов, синтезирующих сlock-белки, мутирует, могут нарушиться различные ритмы организма: сна и бодрствования, двигательной активности, пищеварения. Все эти ритмы связаны - если человек не спит по ночам, это может привести не только к бессоннице или депрессии, но и к диабету, даже к онкологическим заболеваниям.

Часы нужны не только каждой клетке, но и организму в целом. Синхронизирует ритмы всех клеток особая гормональная железа мозга под названием эпифиз, или шишковидная железа, которая вырабатывает мелатонин и серотонин - гормоны, регулирующие наш сон и бодрствование, а также аппетит и настроение. В светлое время суток шишковидная железа производит "гормон счастья" серотонин, а в темное серотонин преобразуется в "гормон сна" мелатонин - он делает сон более глубоким и полноценным.

В достаточном количестве мелатонин вырабатывается только в темноте, даже тусклый свет сокращает его выработку - выключайте все лампы и занавешивайте окна! А серотонину, наоборот, нужен свет: чем больше света, тем лучше настроение и выше работоспособность.

Теперь перейдем на третий уровень. Высший центр управления всеми ритмическими функциями организма - это супрахиазматические ядра гипоталамуса. Именно в эту группу нервных клеток поступает прямой сигнал от сетчатки глаза, который подсказывает часам, что сейчас на улице: день или ночь. Эта небольшая область в промежуточном мозге - главный генератор суточных ритмов, ее нейроны подстраиваются под внешние световые сигналы и управляют эпифизом.

Всему свое время

02:00 - Самый глубокий сон

03:00 - Самое низкое артериальное давление

04:30 - Самая низкая температура тела

06:45 - Самое резкое повышение артериального давления

07:30 - Прекращается секреция мелатонина

08:30 - Возможны позывы к дефекации

10:00 - Самая высокая готовность к активным действиям

14:30 - Максимальная координация

15:30 - Самое быстрое время реакции

17:00 - Наиболее активное кровообращение и максимальная мышечная сила

18:30 - Самое высокое артериальное давление

19:00 - Самая высокая температура тела

21:00 - Начинается секреция мелатонина

22:30 - Подавляется перистальтика кишечника

Источник этого "расписания" - книга "Биохакинг. Руководство по полному раскрытию потенциала организма" финских исследователей Совиярви Олли, Теэму Арина и Халметоя Яакко. Но время тут указано ориентировочно - не расстраивайтесь, если у вас "самая высокая готовность к активным действиям" наступает гораздо позже десяти утра!

Как не сломать часы

А что же совы и жаворонки - у них часы настроены по-разному? На самом деле мы не знаем. Может быть, есть еще и "голуби" - люди, активные днем, но сонные утром и вечером. Зато точно известно, что, какой бы птицей ты ни был, спать нужно ночью, а бодрствовать днем. Так мы запрограммированы генетически, жить иначе - значит укорачивать жизнь.

Особенно вредно постоянно менять свой распорядок. Например, ученые из Мичиганского университета изучили базу данных проекта Nurses Health Study - многолетнего исследования здоровья более 120 тысяч американских медсестер - и выяснили, что сменная работа (то в день, то в ночь) повышает риск ишемического инсульта на 4% каждые пять лет. Другие исследования, основанные на этих же данных, показали, что работа в ночную смену не менее трех ночей в месяц в течение 15 и более лет может повысить риск развития колоректального рака, а также рака груди.

Причина - десинхроноз, то есть рассогласование биологических ритмов, которое является фактором риска развития сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Десинхроноз сопровождается длительной повышенной усталостью, снижением работоспособности и нарушениями сна.

Однократный десинхроноз известен каждому, кто испытывал джетлаг - синдром, возникающий при резкой смене часового пояса, когда человек пересекает больше трех-четырех временных зон. После него наступает этап ресинхронизации - когда биологические ритмы организма подстраиваются под новые условия. Интересно, что, если перелет был с востока на запад, средняя скорость восстановления составит 92 минуты в сутки, а если с запада на восток - она будет в полтора раза ниже, 57 минут в сутки. Получается, адаптироваться при перелете на восток труднее.

Рассинхронизацию наш организм чувствует и когда мы коротаем время со смартфоном. Именно голубая, коротковолновая часть цветового спектра подавляет выработку мелатонина. На голубой свет реагирует фотопигмент меланопсин в клетках сетчатки глаза - именно от него зависит мнение мозга о том, ночь сейчас или день. При красном свете мозг не понимает, что на улице день. Но экраны гаджетов как раз излучают яркий и холодный голубой свет, понапрасну подбадривая мозг среди ночи.

Биохакерам: мобильные приложения для заботы о циркадных ритмах

Как называется: My circadian clock

На чем работает: Android и IOS

Что умеет: помогает нормализовать ритмы сна, еды и физической активности

Как работает. Ход биологических часов зависит не только от света, но и от времени тренировок и приема пищи. Причем чем более предсказуемым будет распорядок дня, тем успешнее биоритмы будут регулировать важные процессы в организме: пищеварение, иммунный ответ, сон и многое другое. Увидеть свое расписание в виде графиков, получить рекомендации, а также помочь ученым из Института биологических исследований Солка в США больше узнать о циркадных ритмах разных людей можно с помощью мобильного приложения. Первые две недели оно будет тщательно собирать информацию об испытуемом, а потом начнет прививать полезные привычки - например, не пропускать обед на работе и вовремя ложиться спать.

Как называется: Twilight

На чем работает: Android

Что умеет: не дает гаджетам портить сон

Как работает. С медицинской точки зрения жизнь в розовых очках может оказаться довольно полезной. Но еще лучше соорудить между глазами и экранами гаджетов красный или оранжевый фильтр. Такой режим полезно соблюдать по вечерам, чтобы голубой спектр лишний раз не приводил к выработке меланопсина, сигнализирующего биологическим часам, что сейчас день - время бодрствовать. Уменьшить вредное влияние голубых экранов поможет мобильное приложение, которое с наступлением вечера будет делать цвета дисплея более теплыми. Кстати, во многих современных смартфонах эта функция входит в стандартные настройки.

Как называется: Lux Light Meter Free

На чем работает: Android

Что умеет: измеряет уровень освещенности

Как работает. Если отправиться на сафари в какую-нибудь африканскую страну, то сетчатка глаза будет каждый день получать не меньше 1000 люкс (это единицы, в которых измеряют уровень освещенности). А вот в офисном помещении при включенном свете показатели окажутся совсем другими - около 500 люкс, если сотрудник сидит недалеко от окна без штор. И поскольку от количества света зависит не только режим сна и бодрствования, но и наше настроение, было бы неплохо знать, насколько хорошо освещены помещения, в которых мы проводим много времени. Самый точный результат даст прибор люксметр, но можно воспользоваться и мобильным устройством с датчиком освещенности и соответствующим приложением. Главное правило - стараться получать люксы утром и днем, но избегать яркого света вечером и ночью.

Что такое биологические ритмы человека?

В природе все развивается циклично, если присмотреться, можно заметить определенную закономерность во всем. Приливы и отливы, смена времен года, день и ночь – явления, характеризующие их. За общее состояние организма человека отвечают биоритмы, которые запускаются в момент рождения.

Внимание! Временное приспособление всех систем организма к окружающим факторам, способствующее их жизнедеятельности и слаженной работе, называется биологическими ритмами.

Самочувствие и поведение человека меняется от времени суток, смены времен года. Вся жизнь подчинена суточным, месячным и годовым биоритмам. Человек индивидуален, поэтому каждому присущ свой образ жизни, со своим расписанием работы, питания и отдыха.

При нарушении биоритмов в результате смены климата или часового пояса организм нуждается в адаптации, которая может длиться до трех дней.


Основные группы биоритмов

Условно их делят на ритмы:

  1. Высокой частоты. Продолжительность не превышает получаса. К ним относят частоту дыхания, сокращения сердечной мышцы, биотоки мозга, перистальтику кишечника и скорость биохимических реакций.
  2. Средней частоты. Продолжительность от получаса до недели. Сюда входят бодрствование и сон, работа и отдых, процесс обмена веществ, показатели давления, температуры тела и крови, частота деления клеток.
  3. Низкой частоты. Недельные, сезонные и лунные периоды. Основные биологические процессы – функционирование эндокринной системы и изменение циклов в половой системе.

Выделяют три основных биоритма:

  • физиологический – продолжительность 23 дня;
  • эмоциональный – 28 дней;
  • интеллектуальный – 33 дня.

Все они имеют одну точку отсчета – момент рождения человека.

Совместимость по биоритмам

Биоритмы совместимости можно рассчитать. Большое значение это имеет при подборе сотрудников, личного секретаря, помощника либо семейного доктора. Это простой способ определить, насколько будет высок процент взаимопонимания при совместной работе. Лучший вариант, когда биоритм одного снижается, а другого, напротив, идет на подъем.

Как эффективно использовать биоритмы?

В приведенной системе координат определите, где находятся ваши биоритмы по отношению к нулю. В таблице приведены все возможные сочетания и рекомендации.


 

Физ.

Эмоц.

Интел.

Что можно делать

+

+

+

Ваши возможности на пике. Показан любой род деятельности.

+

+

-

Активный отдых в кругу семьи или с друзьями.

+

-

+

Интеллектуальная работа в одиночестве. Создайте расслабляющую атмосферу и решайте самые сложные задачи.

+

-

-

Рекомендовано занятие спортом. Посетите тренажерный зал или отправляйтесь в парк на пробежку.

-

+

-

Хорошо выспитесь и проведите день в кругу друзей.

-

+

+

Рекомендовано посещение тренингов, провести совещание или отправиться на собеседование.

-

-

+

Займитесь интеллектуальным трудом в одиночестве.

-

-

-

Ваши способности сейчас на нуле. Посмотрите интересный фильм или почитайте книгу.

 

 

При нарушении циклических периодов тяжелый труд может привести к серьезным заболеваниям. Изучив характер своих внутренних часов, можно эффективно использовать их для продуктивной деятельности и отдыха. Прислушивайтесь к своему организму и выстраиваете свою жизнь максимально эффективно и комфортно.

Биологические ритмы здоровья | Наука и жизнь

Все живые существа на Земле - от растений до высших млекопитающих - подчиняются суточным ритмам. У человека в зависимости от времени суток циклически меняются физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение. Ученые доказали, что виной тому колебания концентраций гормонов в крови. В последние годы в науке о биоритмах, хронобиологии было сделано многое, чтобы установить механизм возникновения суточных гормональных циклов. Ученые обнаружили в головном мозге "циркадный центр", а в нем - так называемые "часовые гены" биологических ритмов здоровья.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

ХРОНОБИОЛОГИЯ - НАУКА О СУТОЧНЫХ РИТМАХ ОРГАНИЗМА

В 1632 году английский естествоиспытатель Джон Врен в своем "Трактате о травах" ("Herbal Treatise") впервые описал дневные циклы тканевых жидкостей в организме человека, которые он, следуя терминоло гии Аристотеля, назвал "гуморы" (лат. humor - жидкость). Каждый из "приливов" тканевой жидкости, по мнению Врена, длился шесть часов. Гуморальный цикл начинался в девять часов вечера выделением первой гуморы желчи - "сhole" (греч. cholе - желчь) и продолжался до трех утра. Затем наступала фаза черной желчи - "melancholy" (греч. melas - черный, chole - желчь), за которой следовала флегма - "phlegma" (греч. phlegma - слизь, мокрота), и, наконец, четвертая гумора - кровь.

Конечно, соотнести гуморы с известными ныне физиологическими жидкостями и тканевыми секретами невозможно. Современная медицинская наука никакой связи физиологии с мистическими гуморами не признает. И все же описанные Вреном закономерности смены настроений, интеллектуальных возможностей и физического состояния имеют вполне научную основу. Наука, изучающая суточные ритмы организма, называется хронобиологией (греч. chronos - время). Ее основные понятия сформулиро вали выдающиеся немецкий и американский ученые профессора Юрген Ашофф и Колин Питтендриг, которых в начале 80-х годов прошлого века даже выдвигали на соискание Нобелевской премии. Но высшую научную награду они, к сожалению, так и не получили.

Главное понятие хронобиологии - дневные циклы, длительность которых периодична - около (лат. circa) дня (лат. dies). Поэтому сменяющие друг друга дневные циклы называются циркадными ритмами. Эти ритмы напрямую связаны с циклической сменой освещенности, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Они есть у всех живых существ на Земле: растений, микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных, вплоть до высших млекопитающих и человека.

Каждому из нас известен циркадный цикл "бодрствование - сон". В 1959 году Ашофф обнаружил закономерность, которую Питтендриг предложил назвать "правилом Ашоффа". Под этим названием оно вошло в хронобиологию и историю науки. Правило гласит: "У ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте". И действительно, как впоследствии установил Ашофф, при длительной изоляции человека или животных в темноте цикл "бодрствование - сон" удлиняется за счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Из правила Ашоффа следует, что именно свет определяет циркадные колебания организма.

ГОРМОНЫ И БИОРИТМЫ

В течение циркадного дня (бодрствования) наша физиология в основном настроена на переработку накопленных питательных веществ, чтобы получить энергию для активной дневной жизни. Напротив, во время циркадной ночи питательные вещества накапливаются, происходят восстановление и "починка" тканей. Как оказалось, эти изменения в интенсивности обмена веществ регулируются эндокринной системой, то есть гормонами. В том, как работает эндокринный механизм управления циркадными циклами, есть много общего с гуморальной теорией Врена.

Вечером, перед наступлением ночи, в кровь из так называемого верхнего мозгового придатка - эпифиза выделяется "гормон ночи" - мелатонин. Это удивительное вещество производится эпифизом только в темное время суток, и время его присутствия в крови прямо пропорционально длительности световой ночи. В ряде случаев бессонница у пожилых людей связана с недостаточностью секреции мелатонина эпифизом. Препараты мелатонина часто используют в качестве снотворных.

Мелатонин вызывает снижение температуры тела, кроме того, он регулирует продолжительность и смену фаз сна. Дело в том, что человеческий сон представляет собой чередование медленноволновой и парадоксальной фаз. Медленноволновый сон характеризуется низкочастотной активностью коры полушарий. Это - "сон без задних ног", время, когда мозг полностью отдыхает. Во время парадоксального сна частота колебаний электрической активности мозга повышается, и мы видим сны. Эта фаза близка к бодрствованию и служит как бы "трамплином" в пробуждение. Медленноволновая и парадоксальная фазы сменяют одна другую 4-5 раз за ночь, в такт изменениям концентрации мелатонина.

Наступление световой ночи сопровождается и другими гормональными изменениями: повышается выработка гормона роста и снижается выработка адренокортикотропного гормона (АКТГ) другим мозговым придатком - гипофизом. Гормон роста стимулирует анаболические процессы, например размножение клеток и накопление питательных веществ (гликогена) в печени. Не зря говорят: "Дети растут во сне". АКТГ вызывает выброс в кровь адреналина и других "гормонов стресса" (глюкокортикоидов) из коры надпочечников, поэтому снижение его уровня позволяет снять дневное возбуждение и мирно заснуть. В момент засыпания из гипофиза выделяются опиоидные гормоны, обладающие наркотическим действием, - эндорфины и энкефалины. Именно поэтому процесс погружения в сон сопровождается приятными ощущениями.

Перед пробуждением здоровый организм должен быть готов к активному бодрствованию, в это время кора надпочечников начинает вырабатывать возбуждающие нервную систему гормоны - глюкокортикоиды. Наиболее активный из них - кортизол, который приводит к повышению давления, учащению сердечных сокращений, повышению тонуса сосудов и снижению свертываемости крови. Вот почему клиническая статистика свидетельствует о том, что острые сердечные приступы и внутримозговые геморрагические инсульты в основном приходятся на раннее утро. Сейчас разрабатываются препараты, снижающие артериальное давление, которые смогут достигать пика концентрации в крови только к утру, предотвращая смертельно опасные приступы.

Почему некоторые люди встают "ни свет, ни заря", а другие не прочь поспать до полудня? Оказывается, известному феномену "сов и жаворонков" есть вполне научное объяснение, которое базируется на работах Жэми Зейцер из Исследовательского центра сна (Sleep Research Center) Станфордского университета в Калифорнии. Она установила, что минимальная концентрация кортизола в крови обычно приходится на середину ночного сна, а ее пик достигается перед пробуждением. У "жаворонков" максимум выброса кортизола происходит раньше, чем у большинства людей, - в 4-5 часов утра. Поэтому "жаворонки" более активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру. Их обычно рано начинает клонить ко сну, поскольку гормон сна - мелатонин поступает в кровь задолго до полуночи. У "сов" ситуация обратная: мелатонин выделяется позже, ближе к полуночи, а пик выброса кортизола сдвинут на 7-8 часов утра. Указанные временные рамки сугубо индивидуальны и могут варьировать в зависимости от выраженности утреннего ("жаворонки") или вечернего ("совы") хронотипов.

"ЦИРКАДНЫЙ ЦЕНТР" НАХОДИТСЯ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

Что же это за орган, который управляет циркадными колебаниями концентрации гормонов в крови? На этот вопрос ученые долгое время не могли найти ответ. Но ни у кого из них не возникало сомнений, что "циркадный центр" должен находиться в головном мозге. Его существование предсказывали и основатели хронобиологии Ашофф и Питтендриг. Внимание физиологов привлекла давно известная анатомам структура головного мозга - супрахиазматическое ядро, расположенное над (лат. super) перекрестом (греч. chiasmos) зрительных нервов. Оно имеет сигарообразную форму и состоит, например, у грызунов всего из 10 000 нейронов, что очень немного. Другое же, близко расположенное от него, ядро, параветрикулярное, содержит сотни тысяч нейронов. Протяженность супрахиазматического ядра также невелика - не более половины миллиметра, а объем - 0,3 мм3 .

В 1972 году двум группам американских исследователей удалось показать, что супрахиазматическое ядро и есть центр управления биологическими часами организма. Для этого они разрушили ядро в мозге мышей микрохирургическим путем. Роберт Мур и Виктор Эйхлер обнаружили, что у животных с нефункционирующим супрахиазматическим ядром пропадает цикличность выброса в кровь гормонов стресса - адреналина и глюкокортикоидов. Другая научная группа под руководством Фредерика Стефана и Ирвина Цукера изучала двигательную активность грызунов с удаленным "циркадным центром". Обычно мелкие грызуны после пробуждения все время находятся в движении. В лабораторных условиях для регистрации движения к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. Мышки и хомячки в колесе диаметром 30 см пробегают 15-20 км за день! По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами. Оказалось, что разрушение супрахиазматического ядра приводит к исчезновению циркадной двигательной активности животных: периоды сна и бодрствования становятся у них хаотичными. Они перестают спать в течение циркадной ночи, то есть в светлое время суток, и бодрствовать циркадным днем, то есть с наступлением темноты.

Супрахиазматическое ядро - структура уникальная. Если ее удалить из мозга грызунов и поместить в "комфортные условия" с теплой питательной средой, насыщенной кислородом, то несколько месяцев в нейронах ядра будут циклически меняться частота и амплитуда поляризации мембраны, а также уровень выработки различных сигнальных молекул - нейротрансмиттеров, передающих нервный импульс с одной клетки на другую.

Что помогает супрахиазматическому ядру сохранять такую стабильную цикличность? Нейроны в нем очень плотно прилегают друг к другу, формируя большое количество межклеточных контактов (синапсов). Благодаря этому изменения электрической активности одного нейрона мгновенно передаются всем клеткам ядра, то есть происходит синхронизация деятельности клеточной популяции. Помимо этого, нейроны супрахиазматического ядра связаны особым видом контактов, которые называются щелевыми. Они представляют собой участки мембран соприкасающихся клеток, в которые встроены белковые трубочки, так называемые коннексины. По этим трубочкам из одной клетки в другую движутся потоки ионов, что также синхронизирует "работу" нейронов ядра. Убедительные доказательства такого механизма представил американский профессор Барри Коннорс на ежегодном съезде нейробиологов "Neuroscience-2004", прошедшим в октябре 2004 года в Сан-Диего (США).

По всей вероятности, супрахиазматическое ядро играет большую роль в защите организма от образования злокачественных опухолей. Доказательство этого в 2002 году продемонстрировали французские и британские исследователи под руководством профессоров Франсис Леви и Майкла Гастингса. Мышам с разрушенным супрахиазматическим ядром прививали раковые опухоли костной ткани (остеосаркома Глазго) и поджелудочной железы (аденокарцинома). Оказалось, что у мышей без "циркадного центра" скорость развития опухолей в 7 раз выше, чем у их обычных собратьев. На связь между нарушениями циркадной ритмики и онкологическими заболеваниями у человека указывают и эпидемиологические исследования. Они свидетельствуют о том, что частота развития рака груди у женщин, длительно работающих в ночную смену, по разным данным, до 60% выше, чем у женщин, работающих в дневное время суток.

ЧАСОВЫЕ ГЕНЫ

Уникальность супрахиазматического ядра еще и в том, что в его клетках работают так называемые часовые гены. Эти гены были впервые обнаружены у плодовой мушки дрозофилы в аналоге головного мозга позвоночных животных - головном ганглии, протоцеребруме. Часовые гены млекопитающих по своей нуклеотидной последовательности оказались очень похожи на гены дрозофилы. Выделяют два семейства часовых генов - периодические (Пер1, 2, 3) и криптохромные (Кри1 и 2). Продукты деятельности этих генов, Пер- и Кри-белки, обладают интересной особенностью. В цитоплазме нейронов они образуют между собой молекулярные комплексы, которые проникают в ядро и подавляют активацию часовых генов и, естественно, выработку соответствующих им белков. В результате концентрация Пер- и Кри-белков в цитоплазме клетки уменьшается, что снова приводит к "разблокированию" и активации генов, которые начинают производить новые порции белков. Так обеспечивается цикличность работы часовых генов. Предполагается, что часовые гены как бы настраивают биохимические процессы, происходящие в клетке, на работу в циркадном режиме, но то, как происходит синхронизация, пока непонятно.

Интересно, что у животных, из генома которых генно-инженерными методами исследователи удалили один из часовых генов Пер 2, спонтанно развиваются опухоли крови - лимфомы.

СВЕТОВОЙ ДЕНЬ И БИОРИТМЫ

Циркадные ритмы "придуманы" природой, чтобы приспособить организм к чередованию светлого и темного времени суток и поэтому не могут не быть связаны с восприятием света. Информация о световом дне поступает в супрахиазматическое ядро из светочувствительной оболочки (сетчатки) глаза. Световая информация от фоторецепторов сетчатки, палочек и колбочек по окончаниям ганглионарных клеток передается в супрахиазматическое ядро. Ганглионарные клетки не просто передают информацию в виде нервного импульса, они синтезируют светочувствительный фермент - меланопсин. Поэтому даже в условиях, когда палочки и колбочки не функционируют (например, при врожденной слепоте), эти клетки способны воспринимать световую, но не зрительную информацию и передавать ее в супрахиазматическое ядро.

Можно подумать, что в полной темноте никакой циркадной активности у супрахиазматического ядра наблюдаться не должно. Но это совсем не так: даже в отсутствие световой информации суточный цикл остается стабильным - изменяется лишь его продолжительность. В случае когда информация о свете в супрахиазматическое ядро не поступает, циркадный период у человека по сравнению с астрономическими сутками удлиняется. Чтобы доказать это, в 1962 году "отец хронобиологии" профессор Юрген Ашофф, о котором шла речь выше, на несколько дней поместил в абсолютно темную квартиру двух волонтеров - своих сыновей. Оказалось, что циклы "бодрствование - сон" после помещения людей в темноту растянулись на полчаса. Сон в полной темноте становится фрагментар ным, поверхностным, в нем доминирует медленноволновая фаза. Человек перестает ощущать сон как глубокое отключение, он как бы грезит наяву. Через 12 лет француз Мишель Сиффрэ повторил эти эксперимен ты на себе и пришел к аналогичным результатам. Интересно, что у ночных животных цикл в темноте, наоборот, сокращается и составляет 23,4 часа. Смысл таких сдвигов в циркадных ритмах до сих пор не вполне ясен.

Изменение длительности светового дня влияет на активность супрахиазматического ядра. Если животных, которых в течение нескольких недель содержали в стабильном режиме (12 часов при свете и 12 часов в темноте), затем помещали в другие световые циклы (например, 18 часов при свете и 6 часов в темноте), у них происходило нарушение периодичности активного бодрствования и сна. Подобное происходит и с человеком, когда изменяется освещенность.

Цикл "сон - бодрствование" у диких животных полностью совпадает с периодами светового дня. В современном человеческом обществе "24/7" (24 часа в сутках, 7 дней в неделе) несоответствие биологических ритмов реальному суточному циклу приводит к "циркадным стрессам", которые, в свою очередь, могут служить причиной развития многих заболеваний, включая депрессии, бессонницу, патологию сердечно-сосудистой системы и рак. Существует даже такое понятие, как сезонная аффективная болезнь - сезонная депрессия, связанная с уменьшением продолжительности светового дня зимой. Известно, что в северных странах, например в Скандинавии, где несоответствие длительно сти светового дня активному периоду особенно ощутимо, среди населения очень велика частота депрессий и суицидов.

При сезонной депрессии в крови больного повышается уровень основного гормона надпочечников - кортизола, который сильно угнетает иммунную систему. А сниженный иммунитет неминуемо ведет к повышенной восприимчивости к инфекционным болезням. Так что не исключено, что короткий световой день - одна из причин всплеска заболеваемости вирусными инфекциями в зимний период.

СУТОЧНЫЕ РИТМЫ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

На сегодняшний день установлено, что именно супрахиазматическое ядро посылает сигналы в центры мозга, ответственные за циклическую выработку гормонов-регуляторов суточной активности организма. Одним из таких регуляторных центров служит паравентрикулярное ядро гипоталамуса, откуда сигнал о "запуске" синтеза гормона роста или АКТГ передается в гипофиз. Так что супрахиазматическое ядро можно назвать "дирижером" циркадной активности организма. Но и другие клетки подчиняются своим циркадным ритмам. Известно, что в клетках сердца, печени, легких, поджелудочной железы, почек, мышечной и соединительной тканей работают часовые гены. Деятельность этих периферических систем подчинена своим собственным суточным ритмам, которые в целом совпадают с цикличностью супрахиазматического ядра, но сдвинуты во времени. Вопрос о том, каким образом "дирижер циркадного оркестра" управляет функционированием "оркестрантов", остается ключевой проблемой современной хронобиологии.

Циклично функционирующие органы довольно легко вывести из-под контроля супрахиазмати ческого ядра. В 2000-2004 годах вышла серия сенсационных работ швейцарской и американской исследовательских групп, руководимых Юли Шиблером и Майклом Менакером. В экспериментах, проведенных учеными, ночных грызунов кормили только в светлое время суток. Для мышей это так же противоестественн о, как для человека, которому давали бы возможность есть только ночью. В результате циркадная активность часовых генов во внутренних органах животных постепенно перестраивал ась полностью и переставала совпадать с циркадной ритмикой супрахиазматического ядра. Возвращение же к нормальным синхронным биоритмам происходило сразу после начала их кормления в обычное для них время бодрствования, то есть ночное время суток. Механизмы этого феномена пока неизвестны. Но одно ясно точно: вывести все тело из-под контроля супрахиазматического ядра просто - надо лишь кардинально изменить режим питания, начав обедать по ночам. Поэтому строгий режим приема пищи не пустой звук. Особенно важно следовать ему в детстве, поскольку биологические часы "заводятся" в самом раннем возрасте.

Сердце, как и все внутренние органы, тоже обладает собственной циркадной активностью. В искусственных условиях оно проявляет значительные циркадные колебания, что выражается в циклическом изменении его сократительной функции и уровня потребления кислорода. Биоритмы сердца совпадают с активностью "сердечных" часовых генов. В гипертрофированном сердце (в котором мышечная масса увеличена из-за разрастания клеток) колебания активности сердца и "сердечных" часовых генов исчезают. Поэтому не исключено и обратное: сбой в суточной активности клеток сердца может вызвать его гипертрофию с последующим развитием сердечной недостаточности. Так что нарушения режима дня и питания с большой вероятностью могут быть причиной сердечной патологии.

Суточным ритмам подчинены не только эндокринная система и внутренние органы, жизнедеятельность клеток в периферических тканях тоже идет по специфической циркадной программе. Эта область исследований только начинает развиваться, но уже накоплены интересные данные. Так, в клетках внутренних органов грызунов синтез новых молекул ДНК преимущественно приходится на начало циркадной ночи, то есть на утро, а деление клеток активно начинается в начале циркадного дня, то есть вечером. Циклически меняется интенсивность роста клеток слизистой оболочки рта человека. Что особенно важно, согласно суточным ритмам меняется и активность белков, отвечающих за размножение клеток, например топоизомеразы II α - белка, который часто служит "мишенью" действия химиотерапевтических препаратов. Данный факт имеет исключительное значение для лечения злокачественных опухолей. Как показывают клинические наблюдения, проведение химиотерапии в циркадный период, соответствующий пику выработки топоизомеразы, намного эффективнее, чем однократное или постоянное введение химиопрепаратов в произвольное время.

Ни у кого из ученых не вызывает сомнения, что циркадные ритмы - один из основополагающих биологических механизмов, благодаря которому за миллионы лет эволюции все обитатели Земли приспособились к световому суточному циклу. Хотя человек и является высокоприспособленным существом, что и позволило ему стать самым многочисленным видом среди млекопитающих, цивилизация неизбежно разрушает его биологический ритм. И в то время как растения и животные следуют природной циркадной ритмике, человеку приходится намного сложнее. Циркадные стрессы - неотъемлемая черта нашего времени, противостоять им крайне непросто. Однако в наших силах бережно относиться к "биологическим часам" здоровья, четко следуя режиму сна, бодрствования и питания.

Иллюстрация «Жизнь растений по биологическим часам.»
Не только животные, но и растения живут по "биологическим часам". Дневные цветы закрывают и открывают лепестки в зависимости от освещенности - это известно всем. Однако не каждый знает, что образование нектара тоже подчиняется суточным ритмам. Причем пчелы опыляют цветы только в определенные часы - в моменты выработки наибольшего количества нектара. Это наблюдение было сделано на заре хронобиологии - в начале ХХ века - немецкими учеными Карлом фон Фришем и Ингеборгом Белингом.

Иллюстрация «Схема "идеальных" суточных ритмов синтеза "гормона бодрствования" - кортизола и "гормона сна" - мелатонина.»
У большинства людей уровень кортизола в крови начинает нарастать с полуночи и достигает максимума к 6-8 часам утра. К этому времени практически прекращается выработка мелатонина. Приблизительно через 12 часов концентрация кортизола начинает снижаться, а спустя еще 2 часа запускается синтез мелатонина. Но эти временные рамки весьма условны. У "жаворонков", например, кортизол достигает максимального уровня раньше - к 4-5 часам утра, у "сов" позже - к 9-11 часам. В зависимости от хронотипа смещаются и пики выброса мелатонина.

Иллюстрация «График зависимости количества инфарктов со смертельным исходом.»
На графике представлена зависимость количества инфарктов со смертельным исходом среди больных, поступивших в клинику Медицинского колледжа университета Кентукки (США) в 1983 году, от времени суток. Как видно из графика, пик количества сердечных приступов приходится на временной промежуток с 6 до 9 часов утра. Это связано с циркадной активацией сердечно-сосудистой системы перед пробуждением.

Иллюстрация «Супрахиазматическое ядро.»
Если супрахиазматическое ядро поместить в "комфортные" физиологические условия (левый снимок) и записать электрическую активность его нейронов в течение суток, то она будет выглядеть как периодические нарастания амплитуды разрядов (потенциала действия) с максимумами каждые 24 часа (правая диаграмма).

Иллюстрация «Ночные животные - хомяки в период бодрствования находятся в постоянном движении.»
В лабораторных условиях для регистрации двигательной активности грызунов к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами.

Иллюстрация «Главный "дирижер" биологических ритмов - супрахиазматическое ядро (СХЯ) располагается в гипоталамусе, эволюционно древнем отделе мозга.»
Гипоталамус выделен рамкой на верхнем рисунке, сделанном с продольного разреза мозга человека. Супрахиазматическое ядро лежит над перекрестом зрительных нервов, через которые оно получает световую информацию из сетчатки глаза. Правый нижний рисунок - это срез гипоталамуса мыши, покрашенный в синий цвет. На левом нижнем рисунке то же самое изображение представлено схематически. Парные шарообразные образования - скопление нейронов, формирующих супрахиазматическое ядро.

Иллюстрация «Схема синтеза "гормона ночи" - мелатонина.»
Мелатонин вызывает засыпание, а его колебания в ночное время суток приводят к смене фаз сна. Секреция мелатонина подчиняется циркадной ритмике и зависит от освещенности: темнота ее стимулирует, а свет, наоборот, подавляет. Информация о свете у млекопитающих поступает в эпифиз сложным путем: от сетчатки глаза до супрахиазматического ядра (ретино-гипоталамический тракт), затем от супрахиазматического ядра до верхнего шейного узла и от верхнего шейного узла в эпифиз. У рыб, амфибий, рептилий и птиц освещенность может управлять выработкой мелатонина через эпифиз напрямую, поскольку свет легко проходит через тонкий череп этих животных. Отсюда еще одно название эпифиза - "третий глаз". Как мелатонин управляет засыпанием и сменой фаз сна, пока непонятно.

Иллюстрация «Супрахиазматическое ядро - контролер циркадной ритмики различных органов и тканей.»
Оно осуществляет свои функции, регулируя выработку гормонов гипофизом и надпочечниками, а также с помощью непосредственной передачи сигнала по отросткам нейронов. Циркадную активность периферических органов можно вывести из-под контроля супрахиазматического ядра, нарушив режим питания - принимая пищу по ночам.

Биологические ритмы, или Режим дня в гармонии с телом и Вселенной

В какое время суток спать, есть, работать и отдыхать, чтобы оставаться здоровым. Часть 3-я

Изучая человеческий организм, люди издавна заметили, что его состояние меняется в зависимости от времени суток, времен года и других природных и вселенских ритмов (солнечных, лунных, звездных и пр.). Эти наблюдения нашли отражение в восточной медицине, где даются рекомендации по созданию идеального режима дня.

Александр Иванов

В наши дни влияние ритмов на организм человека изучает специальная наука — хронобиология (или биоритмология), и официальная медицина сегодня во многом солидарна с древним знанием. В этой статье я расскажу о том, каким должен быть распорядок дня человека с точки зрения традиционной медицины.

Традиционная китайская медицина строится на учении о меридианах — энергетических каналах тела. Каждый меридиан отвечает за работу определенных органов и систем. Ученые установили, что активность некоторых меридианов приходится на определенные часы в течение дня. В связи с этим можно составить нечто вроде гороскопа на день — в какое время в течение суток лучше всего заниматься спортом, принимать пищу, отдыхать, заниматься лечением (см. рис.). В повседневной жизни необходимо учитывать суточную активность меридианов для того, чтобы оставаться здоровым. Эта система называется «Шичэнь» (ее основные постулаты изложены в трактате «Хуанди нэйцзин»), и она показывает свою эффективность на протяжении многих веков. В своей работе с пациентами мы уже много лет применяем это проверенное веками знание.

Итак, для того чтобы оставаться здоровым, необходимо отрегулировать три циркадных ритма:

  • «Сон — бодрствование»;
  • «Ритм питания»;
  • «Работа — отдых».

Нажмите, чтобы увеличить

СОН И БОДРСТВОВАНИЕ

С точки зрения активности меридианов, лучший сон начинается в период с 22:00 часов, и до 24:00 человек должен уснуть. Именно в этот период происходит переход организма в режим сна: активизируется парасимпатическая нервная система, замедляются все процессы метаболизма, дыхание и пульс.

Кроме того, ранний отход ко сну хорош тем, что в это время каждый час сна соответствует двум часам отдыха, таким образом вы как бы удлиняете сон.

В медицине понятие нормы относительно: тот же Наполеон спал пять часов и имел прекрасную работоспособность. Однако для среднестатистического человека необходимо не менее 7 - 8 часов сна, чтобы отдохнуть. Но если человек засыпает позднее 24:00, нарушается его суточный биологический ритм.

Чем же чревато недосыпание? Сон чередуется фазами быстрого и медленного сна, и за это время должно смениться несколько фаз. Если человек спит меньше 7 - 8 часов, то, как правило, чередование нарушается, и человек просыпается в фазу медленного сна — тогда он чувствует себя невыспавшимся, усталым и разбитым. Если человек спит положенные 7 - 8 часов, он просыпается в большинстве случаев в фазу быстрого сна и ощущает себя отдохнувшим и бодрым.

Также существует научно доказанный факт, что во время сна в организме вырабатывается гормон лептин, который регулирует жировой обмен. Поэтому пренебрежение сном — это один из факторов риска избыточного веса.

Кроме того, если вы привыкли засыпать после полуночи, вы лишаете свою печень (ее максимальная активность — с 23:00) возможности качественно проводить детоксикацию, что ведет к накоплению токсинов в организме. Ведь именно в ночное время организм занимается переработкой шлаков и регенерацией.

Кто-то может возразить, что есть разные типы людей — совы и жаворонки. Но истинных сов очень мало, это исключение из правил. Большинство так называемых сов живут с нарушенным режимом дня, привыкнув ложиться и вставать поздно. Ведь в природе все дневные млекопитающие с заходом солнца ложатся спать, а с восходом — встают, и наши предки так жили веками до изобретения электричества. Появление искусственного света сбило наши биоритмы, и это не всегда положительно влияет на наше здоровье.

РИТМ ПИТАНИЯ

Согласно учению «Шичэнь», для завтрака лучше подойдет время активности меридиана желудка с 7:00 до 9:00. В это время хорошо усваивается белок, поэтому на завтрак хорошо использовать белковые продукты — творог, йогурт, яйца.

Второй завтрак целесообразно провести в период с 9:00 до 11:00, когда активен меридиан поджелудочной железы. В это время сок поджелудочной железы хорошо выделяется и переваривает углеводную пищу. Можно перекусить безглютеновой кашей.

В период с 13:00 до 15:00 активен меридиан тонкого кишечника, происходит активный приток энергии к желудку, усиливается переваривание, поэтому в этот период лучше всего устроить обед. Заметим, что эти рекомендации китайской медицины не противоречат рекомендациям западных диетологов — традиционно именно в полуденное время принято обедать практически во всех странах мира.

Перекус можно сделать в районе 16:00 - 17:00 — в период активности мочевого пузыря. В это время рекомендуется выпить травяной чай, приготовить фруктово-ягодный или овощной сок (смузи).

Ужин можно провести в 19:00, поскольку в это время активизируется меридиан перикарда. В качестве ужина лучше всего выбрать растительный или животный белок в сочетании с некрахмалистыми овощами и зеленью. Ужин должен быть легкий (небольшая порция 200 - 300 г), пища должна быть нежирной, нетяжелой, неострой. Это могут быть овощи в любом виде, к ним добавьте кусок рыбы, запеченный на пару или в духовке. Хорошо подойдут и морепродукты. Кстати, западные диетологи тоже рекомендуют ужинать за два часа до сна, но не позднее 19:00.

Согласно подсчетам физиологов, воды в день нужно выпивать в расчете 30 мл на 1 кг массы тела. Основную долю жидкости лучше выпивать до 7 вечера, чтобы утром не было отечности. После 7 вечера допускается выпить два-три стакана воды, но не более половины литра.

Всем известно, что нельзя переедать на ночь. В ночное время снижается активность пищеварительных ферментов, и усвоение пищи идет гораздо хуже, чем в дневное время. Допускается легкий ужин перед сном — стакан кисломолочного напитка или овощной салат.

Китайцы большую роль в поддержании здоровья отводят толстому кишечнику, так как он является основным загрязнителем тела. Активность меридиана этого органа приходится на утреннее время — с 5:00 до 7:00. Именно в это время должно произойти опорожнение кишечника и выведение шлаков. Рекомендуется после пробуждения сразу же выпить стакан теплой воды, что поможет очистить желудок от скопившейся за ночь слизи и простимулирует стул. И здесь опять же очень важно, чтобы человек заснул не позднее полуночи, чтобы не пропустить период максимальной активности толстого кишечника. Поэтому нужно засыпать примерно в 22:00 с расчетом, что вы проснетесь в 5:00, с восходом солнца. Тогда у вас будет нормальный стул, естественное и своевременное желание позавтракать и хорошая работоспособность.

РАБОТА И ОТДЫХ

По канонам «Шичэнь», первый «золотой период» для работы и учебы длится с 9:00 до 11:00 часов, это время активности меридиана селезенки. «Золотой период» характеризуется максимальной работоспособностью, концентрацией внимания, высокой производительностью труда. Но все выгоды этого периода мы сможем ощутить только в том случае, если живем в согласии с биологическими ритмами, то есть если мы хорошо поспали, не переели перед сном, у нас был своевременный стул и полноценный завтрак. Заметим, что эти рекомендации «Шичэнь» не противоречат и западному образу жизни — именно в утренние часы начинается работа многих учреждений, занятия в школах.

В период максимальной активности меридиана сердца, то есть с 12:00 до 13:00, по образному выражению китайских врачей, нужно уменьшить «огонь сердца» кратковременным дневным сном. Это время как раз приходится на послеобеденное состояние. Однако дневной сон должен быть не более 10 - 15 минут, иначе эффект будет противоположный — может появиться головная боль.

Второй «золотой период» для работы и учебы приходится на активность меридиана мочевого пузыря с 15:00 до 17:00. В это время надо пить много воды.

Третий «золотой период» — с 19:00 до 21:00 — это период активности меридиана перикарда. В это время вы ограничиваете прием жидкости и еды.

Перед сном не рекомендуется смотреть телевизор и даже читать книги. Можно дать себе легкую физическую нагрузку в виде ходьбы или плавания. Полезно также прогуляться на свежем воздухе, чтобы ощутить легкую физическую усталость. Тогда человек легче засыпает, его нервная система не возбуждена, у него нет дурных мыслей в голове. Это способствует хорошему отдыху.

Живите в согласии со своими биологическими ритмами и будьте здоровы!

Александр Иванов

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Когда спать? Советы по режиму сна | Блоги ОТР

Сон в среднем занимает одну треть нашего дня, но это не мешает каждому человеку спать по собственному графику. Несмотря на это, всегда есть общие рекомендации о самом полезном и правильном режиме сна. Для развенчания мифов и ответов на частые вопросы про сон мы узнали мнение трёх сомнологов и выделили самое главное.

  • Сколько и когда нужно спать?
  • Как жить тем, кто работает по ночам?
  • Можно ли выспаться в метро?
  • Что делать со сном во время отпуска?
  • Почему вреден вечерний сон?
  • Может ли сон два раза в день по 4 часа заменить один 8-часовой?

По интернету гуляет вот эта картинка. Правда ли, что сон с 19 до 21 часа будет оцениваться организмом как сон в 13 часов?

https://postila.ru

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

Представление о ценности сна в определённое время называют «золотыми часами сна», однако это миф. Возможно, он основан на том, что самым восстанавливающим считается дельта-сон, большая часть которого приходится на первые три часа сна. Дальше, под утро дельта-сна становится меньше, а человек находится в поверхностном, медленном сне и сне со сновидениями. Последний по ошибке рассматривается как поверхностный, хотя тоже очень важен. При этом в западной Европе и Америке, люди обычно ложатся в 9-10 часов, так что большинство исследований сна сосредоточены на промежутке с 9 до полуночи, с 10 до часу. Вот отсюда и растут ноги этого мифа, который совершенно никакого отношения к научной сомнологии не имеет.

Владимир Дорохов (заведующий лаборатории «Нейробиологии сна и бодрствования» в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН):

Качество сна зависит от совпадения времени с пиком гормона «сна» — мелатонином, максимум которого в крови наблюдается в 1-3 часа ночи в зависимости от хронотипа (сова, жаворонок). Подъем уровня мелатонина начинается в 22-23 часа, поэтому сон с 19 до 21-го часа малоэффективен и вреден. Он нарушает дальнейший ночной сон.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

Вряд ли есть на свете хоть один человек, который может поспать пару часов вечером и потом чувствовать себя свежим до следующей ночи. Час сна эквивалентен часу сна. Точка.

А что касается времени сна (в какие часы спать) — оно должно определяться не астрономическими часами, а хронотипом человека. Попробуйте заставить сову лечь в 21 час — и человек просто не сможет заснуть!

Что Вы думаете по поводу дневного и вечернего сна? Полезен ли короткий сон в 10-20 минут?

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

Дневной сон (сиеста) — это один из самых распространённых режимов дневного сна. Обычно он приходится на тоже время, что и спят дошкольники в садах. Если человек быстро засыпает и хорошо себя чувствует после дневного сна, то это хороший вариант. Вечерний сон плох тем, что он может препятствовать ночному засыпанию.

Научно доказано, что короткий сон помогает взбодриться. За 10-20 минут человек не успевает погрузиться в глубокие стадии сна, что препятствует развитию сонного опьянения, то можно проснуться разбитым, долго раскачиваться. Более продолжительный сон может нарушать засыпание в ночь.

Владимир Дорохов :

Вечерний сон, который не переходит в длительный ночной сон, вреден. Короткий сон в 10-20 минут при длительной работе, как днем, так и ночью, однозначно полезен для восстановления работоспособности. Необходимое условие, чтобы этот короткий сон содержал минимум 3 минуты второй стадии медленного сна, с сонными веретенами в электроэнцефалограмме. Такой короткий сон получил название PowerNap— короткий сон дающий энергию.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

Дневной сон допустим, если человек по каким-то причинам недосыпает ночью. В этом случае сон позволяет восполнить силы, освежиться на несколько часов. Однако важно не навредить ночному засыпанию. Желательно спать не более 30 минут и просыпаться не позднее 15 часов дня — в этом случае ночное засыпание в безопасности. Вечером спать нежелательно. Американские ученые установили, что даже 10 минут сна возвращают бодрость на 1 час, а 15-20 минут способны взбодрить уже на несколько часов.

Какие советы Вы можете дать людям, которые работают по ночам?

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

Вечером, перед дежурством, можно поспать, чтобы быть бодрым и активным в течение смены. После работы нужно вернуться, не попадая под солнечный свет, то есть прикрываясь тёмными очками или по возможности вообще не выходить на улицу. Дома можно немного доспать, а потом ночью уснуть раньше или в привычное время. Чаще выбирается вариант, когда человек дотягивает до вечера, ложится раньше и спит ночью дольше. Если человек всегда работает ночью, то он может всегда спать в какое-то другое время, например, с утра до обеда или, наоборот, перед своим рабочим днём, с вечера до начала рабочей смены.

Владимир Дорохов:

Самый главный совет, не делать этого, не работать ночью! Однако, при наличии определенных вариантов генов, некоторые люди легче переносят работу в ночные смены. Фактически именно они и работают по ночам. Но в любом случае длительная работа в ночную смену однозначно сокращает жизнь. Место для сна днём, также, как и для ночного сна должно быть комфортным. Помещение затемнённое, с отсутствием шума, проветриваемое, с температурой воздуха ниже 20-ти градусов.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

В день перед сменой не принимайте алкоголь. Во время ночной смены желательно есть только легкую пищу в небольшом количестве. Если пьете кофе или крепкий чай, то делайте это только в первой половине ночи, а за 6 часов до конца смены прекратите их прием. На протяжении ночной смены пейте воду (за ночь 0,7-1 л). Это позволяет предотвратить обезвоживание, усугубляющее последствия нарушения циркадных ритмов. После смены, если до дома далеко, добираться лучше на транспорте, иначе, во-первых, вы потеряете время, которое могли бы потратить на сон, а во-вторых, из-за быстрой ходьбы взбодритесь и, возможно, не захотите спать дома.

Можно ли выспаться, сидя в кресле, в вагоне метро или электрички?

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

В метро выспаться невозможно. Здесь вопрос не только в позе, но и в неравномерном ускорении поезда. В самых глубоких стадиях сна мышцы расслабляются, и человек просто не сможет сидеть, а завалится, упадёт. Мозг начинает контролировать позу, не позволяя уйти в эти глубокие фазы сна. Хотя при этом само качание, похожее на покачивание коляски, даже углубляет сон взрослого человека, но вот с неравномерным раскачиваниеми в сидячем состоянии выспаться нельзя.

Владимир Дорохов:

Да, можно, если есть привычка и умение спать сидя. Но только если удается быстро перейти ко второй фазе сна.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

В неудобной позе сон может становиться более поверхностным и прерывистым. С другой стороны, у разных людей разная «чувствительность» к неудобствам. А иногда настолько хочется спать, что уснешь не только сидя, но и даже стоя — и получишь пользу от этого, если сна катастрофически не хватает.

Почему некоторые люди спят больше восьми часов?

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

7-8 часов —это самая частая продолжительность сна. В целом, 9-10 часов тоже считается нормой. Мы называем таких людей долгоспящими. Если человек спит больше 10 часов, то тут уже могут проявляться нарушения сна. Причиной длительного сна могут быть заболевания, например, апноэ (остановка дыхания во сне), периодическое движение конечностей, бруксизм. Длительный сон может быть проявлением гиперсомнии — состояния, которое сопровождается повышенной сонливостью, и в ряде случаев удлинённой продолжительностью сна. Соответственно, в случае очень долгого сна есть причины обратиться к сомнологу и узнать, всё ли в порядке.

Владимир Дорохов:

Обычно, когда люди длительное время спят больше восьми часов, это означает, что у них некачественный сон, и они пытаются за счет удлинения времени в постели лучше выспаться. Это показатель проблем со сном, и им следует обратиться к врачу сомнологу.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

Есть определенная категория людей, чья потребность во сне составляет 9-12 часов. Для них длительный сон — норма. Есть и те, которые пересыпают по причине наличия свободного времени или банально из лени, или после длительного, хронического недосыпа. В данном случае привычку долго спать нельзя назвать здоровой: она, согласно исследованиям, способствует снижению интеллекта, повышенному риску инсультов и других проблем со здоровьем. Совсем несложно уменьшить длительность сна, если она избыточна: надо просто начать спать по режиму.

Может ли сон два раза в день по 4 часа заменить один 8-часовой?

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

Полифазный сон возможен, если подходит конкретному человеку. Если есть возможность создать необходимые условия, поспать ещё раз, помимо ночи, если два куска сна не мешают друг другу. Естественно, при полифазном сне нужно придерживаться его всегда, а не спать время от времени, потому что это может нарушать сон, сбивать ритмы. Обычно всё-таки выстраивается не куски 4 и 4, а дневной сон, ориентируясь на циклы, получается около 1 час 15-30 минут. При регулярном режиме особого преимущества у полифазного или монофазного сна нет. Главное - регулярность, быстрое погружение в сон на оба куска и правильные условия сна.

Владимир Дорохов:

Существуют различные режимы полифазного сна, которые действительно позволяют сократить время на сон и оставаться эффективным в бодрствующем состоянии. Но сомнологи не рекомендуют длительное время жить в таких режимах, так как они вызывают сбои наших биологических часов, ухудшение состояния здоровья и, как следствие, возникновение различных патологий.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

Человек — дневное животное. Нам по природе определен монофазный сон ночью. Дробить ли его? Иногда это необходимость, когда недосыпаешь ночью и добираешь сна днем. В остальных случаях нет никакой причины разрывать свой сон. Это, скорее, наносит вред.

Как правильно изменять свой режим сна? Как определить индивидуальную норму сна?

Ирина Завалко (врач невролог-сомнолог):

Индивидуальную норму определяем следующим образом: либо чисто математически, а именно средняя арифметическая продолжительность сна в неделю. Складываем часы сна семи ночей и делим на семь. Однако правильнее высыпаться на протяжении двух недель, например, в отпуске. Сколько человеку нужно будет спать к концу этого отдыха, столько часов и будет индивидуальной нормой. Дело в том, что если просто попытаться выспаться, то как правило сон будет длиннее, потому что большинство современных людей недосыпает.

Для сдвига сна на более ранний взрослым проще сразу зафиксировать желаемое время подъёма, начинать день активно. А вот ложиться заранее не нужно. В первый день, как обычно. Потом — раньше, когда возникает желание спать.

Владимир Дорохов:

В любом случае надо наладить режим сна: ложится спать и просыпаться в одно время, с учетом изложенных выше рекомендаций. И только после этого пробовать сокращать время сна. Критерием хорошего сна является хорошее самочувствие и эффективная работоспособность в течении дня.

Роман Бузунов (президент российского общества сомнологов):

Сколько вам в наиболее активный период жизни требовалось минимально поспать в рабочий день, чтобы чувствовать себя бодрым до вечера? Ответьте на этот вопрос, и вы получите значение индивидуальной нормы сна.

Далее можно изменить свой режим, чтобы начать спать согласно своей норме. Каких-то особых знаний и навыков для составления режима не требуется. Если вы сова, то желательно ложиться и вставать попозже, а если жаворонок, то пораньше. Скорее всего, придется ориентироваться и на социальные ритмы: подстраивать подъем под то время, когда нужно вставать на работу.

Ольга Шарова

«Здоровый образ жизни и его составляющие»

Здоровый образ жизни — это индивидуальная система поведения человека, обеспечивающая ему физическое, душевное и социальное благополучие в реальной окружающей среде (природной, техногенной и социальной) и активное долголетие.

Здоровый образ жизни создает наилучшие условия для нормального течения физиологических и психических процессов, что снижает вероятность различных заболеваний и увеличивает продолжительность жизни человека.

Здоровый образ жизни помогает нам выполнять наши цели и задачи, успешно реализовывать свои планы, справляться с трудностями, а если придётся, то и с колоссальными перегрузками. Крепкое здоровье, поддерживаемое и укрепляемое самим человеком, позволит ему прожить долгую и полную радостей жизнь. Здоровье - бесценное богатство каждого человека в отдельности, и всего общества в целом. Как же укрепить свое здоровье? Ответ прост - вести здоровый образ жизни.

1. Режим дня и здоровье человека.

Вся жизнь человека проходит в режиме распределения времени, частично вынужденного, связанного с общественно необходимой деятельностью, частично по индивидуальному плану. Так, например, режим дня студента определен учебным планом занятий в учебном заведении, режим военнослужащего — распорядком дня, утвержденным командиром воинской части, режим работающего человека — началом и концом рабочего дня.

Таким образом, режим — это установленный распорядок жизни человека, который включает в себя труд, питание, отдых и сон.

Главной составляющей режима жизнедеятельности человека является его труд, который представляет целесообразную деятельность человека, направленную на создание материальных и духовных ценностей.

Режим жизнедеятельности человека должен быть подчинен, прежде всего, его эффективной трудовой деятельности. Работающий человек живет в определенном ритме: он должен в определенное время вставать, выполнять свои обязанности, питаться, отдыхать и спать. И это неудивительно — все процессы в природе подчинены в той или иной мере строгому ритму: чередуются времена года, ночь сменяет день, день снова приходит на смену ночи. Ритмичная деятельность — один из основных законов жизни и одна из основ любого труда.

Рациональное сочетание элементов режима жизнедеятельности обеспечивает более продуктивную работу человека и высокий уровень его здоровья. В трудовой деятельности человека участвует весь организм как целое. Трудовой ритм задает ритм физиологический: в определенные часы организм испытывает нагрузку, вследствие чего повышается обмен веществ, усиливается кровообращение, а затем появляется чувство усталости; в другие часы, дни, когда нагрузка снижается, наступает отдых после утомления, восстанавливаются силы и энергия. Правильное чередование нагрузки и отдыха является основой высокой работоспособности человека.  

Теперь необходимо остановиться на вопросе об отдыхе. Отдых — это состояние покоя или активной деятельности, ведущее к восстановлению сил и работоспособности.

Наиболее эффективным в деле восстановления работоспособности является активный отдых, который позволяет рационально использовать свободное время. Чередование видов работы, гармоничное сочетание умственного и физического труда, физическая культура обеспечивают эффективное восстановление сил и энергии. Отдыхать человеку требуется ежедневно, еженедельно в выходные дни, ежегодно во время очередного отпуска, используя свободное время для укрепления физического и духовного здоровья.

2. Рациональное питание и его значение для здоровья.

Извечное стремление людей быть здоровыми и работоспособными привело к тому, что в последнее время много внимания стало уделяться рациональному питанию как одному из важных компонентов здорового образа жизни. Правильное, научно обоснованное питание — это важнейшее условие здоровья, работоспособности и долголетия человека.

С пищей человек получает все необходимые элементы, которые обеспечивают организм энергией, необходимой для роста и поддержания жизнедеятельности тканей.

Необходимые организму питательные вещества подразделяются на шесть основных типов: углеводы, белки, жиры, витамины, минеральные элементы и вода. Правильно питаться — это значит получать с пищей в достаточном количестве и в правильном сочетании все, что требуется организму.

Правильное питание — это, прежде всего разнообразное питание с учетом генетических особенностей человека, его возраста, физических нагрузок, климатических и сезонных особенностей окружающей среды. Оно позволяет организму максимально реализовать его генетический потенциал, однако превзойти этот потенциал организм не в состоянии, как бы хорошо не было организовано питание.

Необходимо отметить, что нет таких пищевых продуктов, которые сами по себе были бы хорошими или плохими. Питательной ценностью в той или иной степени обладают все пищевые продукты, но не существует и некой идеальной пищи. Важно не только то, что мы едим, а, сколько едим, когда едим и в каких сочетаниях съедаем те или иные продукты.

Рассмотрим подробно основные типы питательных веществ, необходимых организму.

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они содержатся во всех пищевых продуктах, но особенно много их в крупах, фруктах и овощах.

Углеводы по сложности их химической структуры подразделяются на две группы: простые и сложные углеводы.

Основной единицей всех углеводов является сахар, называемый глюкозой. Глюкоза является простым сахаром.

Несколько остатков простых Сахаров соединяются между собой и образуют сложные сахара. Основной единицей всех углеводов является сахар, называемый глюкозой. Глюкоза является простым сахаром.

Несколько остатков простых Сахаров соединяются между собой и образуют сложные сахара.

Тысячи остатков молекул одинаковых Сахаров, соединяясь между собой, образуют полисахарид:присутствует около 50 тысяч различных типов белков. Все они состоят из четырех элементов: углерода, водорода, кислорода и азота, которые, определенным образом соединяясь между собой, образуют аминокислоты. Существует 20 типов аминокислот. Соединение, состоящее из большого числа аминокислот, называют, поли пептидом. Каждый белок по своему химическому строению является полипептидом. В составе большинства белков находится в среднем 300—500 остатков аминокислот. Необходимо отметить, что некоторые бактерии и все растения способны синтезировать все аминокислоты, из которых строятся белки.

Витамины — это органические химические соединения, необходимые организму для нормального роста, развития и обмена веществ. Витамины не относятся ни к углеводам, ни к белкам, ни к жирам. Они состоят из других химических элементов и не обеспечивают организм энергией.   

Цитрусовые - великолепный источник витамина С. Получение необходимого количества витамина С из фруктов и овощей заряжает иммунную систему.

Так же для укрепления иммунитета очень важен цинк - он имеет антивирусное и антитоксическое действие. Получить его можно из морепродуктов, из неочищенного зерна и пивных дрожжей. Кроме того, нужно пить томатный сок - он содержит большое количество витамина А.

Нужно употреблять белок. Из белка строятся защитные факторы иммунитета - антитела (имунноглобины) Если вы будете употреблять в пищу мало мяса, рыбы, яиц, молочных блюд, орехов, то они просто не смогут образовываться.

Пробиотики:

Полезно употреблять продукты, повышающие количество полезных бактерий в организме. Они называются пробиотическими, в их список входит репчатый лук и лук-порей, чеснок, артишоки и бананы.

Весной и в конце зимы в организме наблюдается недостаток витаминов. Вам, конечно известны коробочки и баночки с витаминами. Некоторые накупят сладких таблеток, содержащих витамины, и съедят, чуть ли не всю пачку сразу. Потом вдруг ни с того ни сего начинается тошнота, головная боль.... Это организм дает знать о повышенном содержании витаминов. Поэтому препараты витаминов можно принимать только по рекомендации врача или, по крайней мере, с разрешения взрослых.

В состав тела человека входят самые различные вещества: железо, кальций, магний, калий и т. д. Но больше всего в организме человека воды. В головном мозгу, например, содержится 80% воды, в мышцах 76%, в костях 25%.

Животные в процессе эволюции утратили способность осуществлять синтез десяти особо сложных аминокислот, называемых незаменимыми. Они получают их в готовом виде с растительной и животной пищей. Такие аминокислоты содержатся в белках молочных продуктов (молоке, сыре, твороге), яйцах, рыбе, мясе, а также в сое, бобах и некоторых других растениях.

В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот, которые всасываются в кровь и попадают в клетки. В клетках из них строятся собственные белки, характерные для данного организма.
Минеральные вещества — неорганические соединения, на долю которых приходится около 5% массы тела. Минеральные вещества служат структурными компонентами зубов, мышц, клеток крови и костей. Они необходимы для мышечного сокращения, свертывания крови, синтеза белков и проницаемости клеточной мембраны. Минеральные вещества организм получает с пищей.

Минеральные вещества подразделяются на два класса: макроэлементы и микроэлементы.
Макроэлементы — кальций, фосфор, калий, сера, натрий, хлор и магний — требуются организму в относительно больших количествах.

Микроэлементы: железо, марганец, медь, йод, кобальт, цинк и фтор. Потребность в них несколько меньше.

Вода — это один из наиболее важных компонентов организма, составляющий 2/3 его массы. Вода является главным компонентом всех биологических жидкостей. Она служит растворителем питательных веществ и шлаков. Велика роль воды в регуляции температуры тела и поддержания кислотно-щелочного равновесия; вода участвует во всех протекающих в организме химических реакциях.

Для того чтобы питание отвечало требованиям здорового образа жизни, оно должно обеспечивать организм всеми необходимыми пищевыми элементами в необходимом количестве и нужном сочетании. Человеческий организм — сложный механизм. Здоровье человека зависит от того, сколько человек получает энергии и сколько он ее расходует и как гармонично при этом работают все его органы, обеспечивая необходимый уровень жизнедеятельности.

3.Влияние двигательной активности и закаливания

Физическая культура всегда занимала ведущее место в подготовке человека к активной плодотворной жизнедеятельности. Она успешно может решить проблему нарушенного равновесия между силой эмоциональных раздражителей и реализацией физических потребностей тела. Это верный путь к укреплению духовного и физического здоровья.

Физическая культура оказывает важное воздействие на умение человека приспосабливаться к внезапным и сильным функциональным колебаниям. Всего у человека 600 мускулов, и этот мощный двигательный аппарат требует постоянной тренировки и упражнений. Мышечные движения создают громадный поток нервных импульсов, направляющихся в мозг, поддерживают нормальный тонус нервных центров, заряжают их энергией, снимают эмоциональную перегрузку. Кроме того, люди, постоянно занимающиеся физической культурой, внешне выглядят более привлекательными. Занятия физической культурой — лучшая мера профилактики употребления алкоголя, курения и наркомании.

Тренированность придает человеку уверенность в себе. Люди, постоянно занимающиеся физической культурой, меньше подвержены стрессу, они лучше справляются с беспокойством, тревогой, угнетенностью, гневом и страхом. Они не только способны легче расслабиться, но и умеют снять эмоциональное напряжение с помощью определенных упражнений. Физически тренированные люди лучше сопротивляются болезням, им легче вовремя засыпать, сон у них крепче, им требуется меньше времени, чтобы выспаться. Некоторые физиологи считают, что каждый час физической активности продлевает жизнь человека на два-три часа.

Ежедневная утренняя зарядка - обязательный минимум физической нагрузки на день. Необходимо сделать её такой же привычкой, как умывание по утрам.

Закаливание — это повышение устойчивости организма к неблагоприятному воздействию ряда факторов окружающей среды (например, низкой или высокой температуры) путем систематического воздействия на организм этих факторов.

Современные жилища, одежда, транспорт и т. п. уменьшают воздействие на организм человека атмосферных влияний, таких, как температура, влажность, солнечные лучи. Уменьшение таких влияний на наш организм снижает его устойчивость к факторам окружающей среды. Закаливание - мощное оздоровительное средство. С его помощью можно избежать многих болезней и на долгие голы сохранить трудоспособность, умение радоваться жизни. Особенно велика роль закаливания в профилактике простудных заболеваний. В 2-4 раза снижают их число закаливающие процедуры, а в отдельных случаях помогают вовсе избавиться от простуд. Закаливание оказывает общеукрепляющее действие на организм, повышает тонус центральной нервной системы, улучшает кровообращение, нормализует обмен веществ.
Основными условиями, которые нужно выполнять при закаливании организма являются систематическое использование закаливающих процедур и постепенное наращивание силы воздействия. Надо помнить, что через 2-3 месяца после прекращения закаливания достигнутый ранее уровень устойчивости организма начинает снижаться.

Наиболее распространенной формой закаливания является использование свежего прохладного воздуха. Для этого в теплое время года хороши длительные прогулки, туристические походы, сон в помещении с открытым окном.

Дома полезно ходить по полу босиком, причем в первый раз в течение! минуты, затем каждую неделю увеличивать продолжительность на 1 минуту. В холодное время года прогулки пешком хорошо дополнять ходьбой на лыжах, бегом на коньках, медленным закаливающим бегом в облегченной одежде. Повышению устойчивости к низким температурам способствует также занятие утренней гимнастикой на открытом воздухе или в тщательно проветриваемом помещении.

Более сильный закаливающий фактор-вода. Кроме температурного, вода оказывает механическое воздействие на кожу, что является своеобразным массажем, улучшающем кровоснабжение.
Закаливание можно проводить в виде обтирания или обливания водой. Начинают закаливание водой при температуре ее не ниже 33-35 градусов и дальше через каждые 6-7 дней воду охлаждают на один градус. Если со стороны организма не возникает никаких изменений, температуру воды можно довести до температуры водопроводной (10-12 градусов).

Большим закаливающим действием обладают купания в открытых водоемах. При этом раздражение водой сочетается с воздействием воздуха. При купании согреванию тела способствует усиленная работа мышц во время плавания. Вначале продолжительность купания оставляет 4-5 минут, постепенно ее увеличивают до 15-20 минут. Во время слишком долгого купания или купания в очень холодной воде усиленный обмен веществ не может восполнить потерю тепла и организм переохлаждается. В результате вместо закаливания человек наносит вред своему здоровью.

Одним из закаливающих факторов является солнечное облучение. Оно вызывает расширение сосудов, усиливает деятельность кроветворных органов, способствует образованию в организме витамина D. Это особенно важно для предупреждения у детей рахита.

Продолжительность пребывания на солнце вначале не должна превышать 5 минут. Постепенно ее увеличивают до 40-50 минут, но не более. При этом надо помнить, что неумеренное пребывание на солнце может привести к перегреванию организма, солнечному удару, ожогам.

Таковы основные слагаемые здоровья. Помните: здоровый образ жизни позволяет в значительной мере раскрыть те ценные качества личности, которые столь необходимы в условиях современного динамического развития. Это, прежде всего высокая умственная и физическая работоспособность, социальная активность, творческое долголетие. Сознательное и ответственное отношение к здоровью как к общественному достоянию должно стать нормой жизни и поведения всех людей. Повсеместное утверждение здорового образа жизни - дело общегосударственной значимости, всенародное, и в то же время оно касается каждого из нас.

Формирование образа жизни, способствующего укреплению здоровья человека, осуществляется на трёх уровнях.

Отказ от вредных привычек. Вред курения.

К вредным привычкам относятся злоупотребление алкоголем, курение, наркомания и токсикомания. Все они отрицательно влияют на здоровье человека, разрушающе действуя на его организм и вызывая различные заболевания. Курение табака является одной из наиболее распространенных вредных привычек. С течением времени она вызывает физическую и психическую зависимость курильщика.
Прежде всего, от табачного дыма страдает легочная система, разрушаются механизмы защиты легких, и развивается хроническое заболевание — бронхит курильщика.

Часть табачных ингредиентов растворяется в слюне и, попадая в желудок, вызывает воспаление слизистой, впоследствии развивающееся в язвенную болезнь желудка или двенадцатиперстной кишки.
Крайне вредно табакокурение сказывается на деятельности сердечно - сосудистой системы и часто приводит к сердечной недостаточности, стенокардии, инфаркту миокарда и другим заболеваниям.
Содержащиеся в табачном дыме радиоактивные вещества иногда способны вызвать образование раковых опухолей. Табачный дым содержит более трех тысяч вредных веществ. Все их запомнить невозможно. Но три основные группы токсинов знать надо:

Смолы. Содержат сильные канцерогены и вещества, раздражающие ткани бронхов и легких. Рак легких в 85% всех случаев вызывается курением. Рак полости рта и гортани также в основном бывает у курильщиков. Смолы являются причиной кашля курильщиков и хронического бронхита.
Никотин. Никотин является наркотическим веществом стимулирующего действия. Как любой наркотик вызывает привыкание, пристрастие и зависимость. Повышает частоту сердечных сокращений и артериальное давление. Вслед за стимуляцией мозга наступает значительный спад вплоть до депрессии, что вызывает желание увеличить дозу никотина. Подобный двухфазный механизм присущ всем наркотическим стимуляторам: сначала возбуждают, затем истощают. Полный отказ от курения может сопровождаться синдромом отмены продолжительностью чаще до 2-3 недель. Наиболее частые симптомы отмены никотина - раздражительность, нарушение сна, тремор, беспокойство, пониженный тонус.
Все эти симптомы угрозы здоровью не представляют, они угасают и исчезают полностью сами собой.

Повторное поступление никотина в организм после длительного перерыва быстро восстанавливает зависимость.

Токсичные газы (окись углерода, цианистый водород, окись азота и др.):

Окись углерода или угарный газ - основной ядовитый компонент газов табачного дыма. Он повреждает гемоглобин, после чего гемоглобин теряет способность переносить кислород. Поэтому курильщики страдают хроническим кислородным голоданием, что отчетливо проявляется при физических нагрузках. Например, при подъеме по лестнице или во время пробежки у курильщиков быстро появляется одышка.

Угарный газ не имеет цвета и запаха, поэтому является особо опасным и нередко ведет к смертельным отравлениям. Угарный газ табачного дыма и выхлопных газов автомашины - это одно и то же вещество с одинаковой химической формулой - СО. Только в табачном дыме его больше.

Цианистый водород и окись азота также поражают легкие, усугубляя гипоксию (кислородное голодание) организма.

Постарайтесь запомнить хотя бы одну цифру: табачный дым содержит 384000 ПДК токсичных веществ, что в четыре раза больше, чем в выхлопе автомашины. Иными словами, курить сигарету в течение одной минуты – примерно-то же самое, что дышать непосредственно выхлопными газами в течение четырех минут.

Табачный дым вредно влияет не только на курящего, но и на тех, кто находится рядом с ним. В этом случае у некурящих людей возникает головная боль, недомогание, обостряются заболевания верхних дыхательных путей, происходят негативные изменения в деятельности нервной системы и составе крови. Особенно вредное влияние оказывает пассивное курение на детей.

Важными направлениями профилактики табакокурение являются повышение нравственности, общей и медицинской культуры населения и другие меры психологического и педагогического воздействия.
Вред алкоголя.

Алкоголь разрушающе действует на все системы и органы, так как хорошо растворяется в крови и разносится ею по всему организму.

Попадая в желудок, этиловый спирт негативно воздействует на его слизистую, а через центральную нервную систему — на всю пищеварительную функцию. При частом употреблении алкоголя это может привести к хроническому алкогольному гастриту.

Очень вредное влияние оказывает алкоголь на печень, которая не способна справляться с большим количеством спирта. Работа печени с перенапряжением приводит к гибели ее клеток и развитию цирроза.
Злоупотребление спиртными напитками приводит к тяжелым нарушениям в деятельности желез внутренней секреции, прежде всего поджелудочной и половой.

Главная проблема состоит в том, что большая часть алкогольной продукции, выпускаемой негосударственными предприятиями, содержит большое количество ядовитых веществ.

Особенно страдает от алкоголя головной мозг, в результате чего нарушается координация движений, изменяются речь и почерк, снижается моральный и интеллектуальный уровень человека, а в дальнейшем происходит социальная деградация личности. Снижается интеллектуальный потенциал и моральный уровень, все интересы формируются вокруг одной проблемы — достать спиртное. Прежние друзья заменяются на новых, соответствующих стремлениям пьющего. Забываются семейные друзья и друзья по работе. Возникают сомнительные знакомства с лицами, склонными к воровству, мошенничеству, подлогам, грабежу, пьянству. Ведущим мотивом поведения становится получение средств для приобретения спиртных напитков.

Пивной алкоголизм формируется быстрее водочного!

Пиво влияет на гормоны человека:

1. У мужчин: подавляется выработка мужского полового гормона-тестостерона. Одновременно начинают вырабатываться женские половые гормоны, вызывающие изменения внешнего вида мужчины.

2. У женщин: возрастает вероятность заболеть раком, становится грубее голос, появляются «пивные усы».
Основными направлениями профилактики пьянства и алкоголизма являются трудовое воспитание, организация полноценного отдыха, повышение культуры и санитарной грамотности населения, а также меры психологического, педагогического и административно-правового характера.

Наркотическая зависимость.

Установить факт употребления наркотиков можно несколькими путями:
•    С помощью экспресс-тестов на наркотики.
•    По косвенным признакам употребления наркотиков и наркотической зависимости.
•    В процессе наркологической экспертизы.

Косвенные признаки употребления наркотиков и наркотической зависимости: Помните, что они не подходят к наркоманам с небольшим стажем.
•    Длинные рукава одежды всегда, независимо от погоды и обстановки.
•    Неестественно узкие или широкие зрачки независимо от освещения.
•    Отрешенный взгляд.
•    Часто - неряшливый вид, сухие волосы, отекшие кисти рук; темные, разрушенные, «обломанные» зубы в виде «пеньков».
•    Осанка чаще сутулая.
•    Невнятная, «растянутая» речь.
•    Неуклюжие и замедленные движения при отсутствии запаха алкоголя изо рта.
•    Явное стремление избегать встреч с представителями властей.
•    Раздражительность, резкость и непочтительность в ответах на вопросы.
После его появления в доме у Вас пропадают вещи или деньги.
•       Следы уколов наркоманы обычно не показывают, но иногда их можно заметить на тыльной стороне кистей, а вообще-то наркоманы со стажем делают себе инъекции куда угодно, и следы нужно искать во всех областях тела, не исключая кожи на голове под волосами. Часто следы уколов выглядят не просто как множественные красные точки, а сливаются в плотные синевато-багровые тяжи по ходу вен.
Организм молодого человека в среднем выдерживает потребления наркотиков не более 7 лет. Детский организм - намного меньше. Средняя продолжительность жизни наркомана - 25 лет. Число детей наркоманов растет с ужасающими темпами. Стремительный рост наркотизации, алкоголизма среди детей и подростков влияет на здоровье нации.

Итак, можно сделать следующие выводы:
• Здоровье — нормальное психосоматическое состояние человека, отражающее его полное физическое, психическое и социальное благополучие и обеспечивающее полноценное выполнение трудовых, социальных и биологических функций.
• Здоровье во многом зависит от образа жизни, однако, говоря о здоровом образе жизни, в первую очередь имеют в виду отсутствие вредных привычек. Это, конечно, необходимое, но вовсе не достаточное условие. Главное в здоровом образе жизни — это активное творение здоровья, включая все его компоненты. Таким образом, понятие здорового образа жизни гораздо шире, чем отсутствие вредных привычек, режим труда и отдыха, система питания, различные закаливающие и развивающие упражнения; в него также входит система отношений к себе, к другому человеку, к жизни в целом, а также осмысленность бытия, жизненные цели и ценности и т.д. Следовательно, для творения здоровья необходимо как расширение представлений о здоровье и болезнях, так и умелое использование всего спектра факторов, влияющих на различные составляющие здоровья (физическую, психическую, социальную и духовную), овладение оздоровительными, общеукрепляющими, природосообразными методами и технологиями, формирование установки на здоровый образ жизни.
• Здоровый образ жизни во многом зависит от ценностной ориентации студента, мировоззрения, социального и нравственного опыта. Общественные нормы, ценности здорового образа жизни принимаются студентами как личностно значимые, но не всегда совпадают с ценностями, выработанными общественным сознанием.

Биохимический анализ крови. Расшифровка основных показателей

2. Холестерин общий. Этот показатель в норме не должен превышать 5,2. Высокий холестерин в крови, не считавшийся проблемой еще несколько десятков лет назад, сейчас волнует многих. Инфаркты и инсульты уносят жизни, а причиной половины из них является атеросклероз сосудов, который, в свою очередь, является следствием повышенного холестерина в крови у мужчин и женщин. Цифра именно «общего» холестерина сама по себе не показательна, поэтому если он повышен, то врач назначит дополнительные анализы, которые покажут фракции холестерина, то есть соотношение «плохого» (липопротеид низкой плотности) и «хорошего» (липопротеид высокой плотности ) холестерина в крови.

Повышенное содержание в крови холестерина способствует развитию атеросклеротического поражения стенок кровеносных сосудов и является одним из факторов риска развития тяжелых сердечно-сосудистых заболеваний, таких как стенокардия (ишемическая болезнь сердца) и инфаркт миокарда, мозговой инсульт и перемежающаяся хромота.

Помогает снизить холестерин физическая активность, отсутствие в рационе продуктов, содержащих транс-жиры, употребление клетчатки, в продуктах, разрешенных для низко-углеводной диеты, включение в рацион морской рыбы хотя бы 2 раза в неделю, отказ от курения и алкоголя.

Следует отметить важное значение регулярных медицинских осмотров, ведь большинство заболеваний гораздо проще вылечить на начальной стадии, когда человека еще практически ничто не беспокоит. Помните: осложнения, которые вызываются повышенным холестерином, необратимы, а лечение не избавляет от существующих проблем, а лишь предотвращает развитие новых.

3. Билирубин общий. Биохимический анализ крови на билирубин проводится при: болезнях печени, разрушении эритроцитов, нарушении оттока желчи и заболеваниях желчевыводящих путей, появлении желтушности глаз и кожи. Этот показатель дает врачу понимание о том, как у человека работает печень.

Билирубином называют желчный пигмент, вещество, которое образуется при распаде некоторых веществ, в том числе отработанного гемоглобина. Железо из гемоглобина организм использует повторно, а вот белковая часть молекулы после сложных биохимических процессов превращается в билирубин.

Показатель в норме – от 5 до 21. Если билирубин повышен, то нужно обратиться к врачу, чтобы он исключил желчекаменную болезнь, гепатиты, инфекционное поражение печени. Часто повышенный билирубин может говорить о гепатите А (болезнь Боткина, желтуха). Подъем этой болезни обычно бывает осенью.

4. АЛТ, АлАТ, аланинаминотрансфераза и АСТ, АсАТ, аспартатаминотрансфераза. Все это вместе можно назвать одним термином – «трансминазы». Аланинаминотрансфераза (алт, или АлАТ) - маркерные ферменты для печени. Аспартатаминотрансфераза (аст, или АсАТ) - маркерные ферменты для миокарда. Количество содержания фермента аланинаминотрансферазы в крови измеряется в единицах на литр. Врач смотрит на соотношение АЛТ и АСТ и делает выводы.

В диагностических целях важен не только факт изменения показателей крови АсАТ и АлАТ, но и степень их повышения или понижения, а также соотношение количества ферментов между собой. К примеру:

Об инфаркте миокарда свидетельствует повышение обоих показателей (АСТ и АЛТ) в анализе в 1,5–5 раз. Если соотношение АСТ/АЛТ находится в пределах 0,55–0,65, можно предположить вирусный гепатит.

Синхронизация биологических часов с расписанием

Что, если бы был способ получать больше от каждого дня? Хотя у всех нас одни и те же 24 часа, то, как мы их используем, влияет на наши возможности. Недавние исследования показывают, что один из способов сделать свой день более насыщенным - это синхронизировать биологические часы со своим ежедневным расписанием. Делая определенные вещи в периоды максимальной активности и энергии, вы можете повысить свою продуктивность.

Ваши биологические часы

Ваши биологические часы во многом определяют то, как вы функционируете.Это работает очень похоже на программу, регулируя время выполнения многих биологических функций, начиная от того, когда вы спите, и заканчивая воспроизведением. Циркадные ритмы управляют ежедневными циклами сна и бодрствования и способствуют повышению уровня вашей энергии в различные моменты дня.

Вы можете особенно осознавать биологические часы своего тела в те моменты, когда ваш распорядок дня нарушен. Например, сменные рабочие должны постоянно корректировать свои ежедневные приливы и отливы в соответствии с требованиями своего рабочего графика.Путешественники могут испытывать нарушения в циклах сна и бодрствования, что приводит к смене часовых поясов.

Вы, наверное, заметили, что в течение дня бывают моменты, когда вы чувствуете себя более энергичным. В других случаях вы можете чувствовать себя опустошенным. Однако исследования показали, что биологические часы отвечают не только за цикл сна и бодрствования.

На умственную активность, голод, стресс, настроение, работу сердца и даже иммунитет также влияют дневные ритмы организма.Синхронизируя свои биологические часы со своим ежедневным расписанием, вы можете максимально использовать свой день и чувствовать себя более успешным и мотивированным.

Как это влияет на ваше здоровье

Циркадные ритмы влияют на ваш цикл сна и бодрствования, пищевые привычки, температуру тела, пищеварение, уровень гормонов и другие функции организма. Из-за этого внутренние часы вашего тела могут играть важную роль в вашем общем состоянии здоровья. Нарушения вашего циркадного ритма могут способствовать ухудшению здоровья, включая диабет, сезонное аффективное расстройство и нарушения сна.

К счастью, понимание того, как эти циклы влияют на ваше здоровье, может помочь вам решить потенциальные проблемы и найти методы лечения, которые могут помочь. Например, вы можете изменить образ жизни, чтобы вернуть свой циркадный ритм в норму. Ваш врач также может помочь вам справиться с состояниями, на которые могут влиять естественные ритмы вашего тела, и подобрать лечение, которое включает как лекарства, так и изменение образа жизни.

Лучшее время для занятий

Реальность такова, что требования повседневной жизни, такие как школа, поездки на работу, работа и общественные мероприятия, могут нарушить естественные циклы организма.То, как мы организуем нашу повседневную деятельность, иногда прямо противоречит собственным наклонностям нашего тела.

Не всегда легко изменить свой график, но в этом есть очевидные преимущества. Помимо того, что вы лучше используете свое время, есть также потенциальные последствия для здоровья. Нарушения циркадного ритма связаны с рядом негативных последствий для здоровья, включая депрессию и диабет.

Когда лучше всего решать определенные задачи?

Спящий

Ваши биологические часы играют важную роль в контроле вашего ежедневного цикла сна и бодрствования.Такие факторы, как ваше расписание, распорядок отхода ко сну и даже возраст, также могут иметь значение.

Естественный цикл сна в организме меняется с возрастом. Знание этого может помочь вам адаптировать свой собственный график в соответствии с вашими потребностями во сне.

  • Маленькие дети, как правило, рано встают, а подростки более склонны спать.
  • По мере того, как люди достигают более зрелого возраста, цикл сна продолжает смещаться в сторону более раннего подъема утром.
  • Подросткам, возможно, лучше было бы дать более продолжительный отдых перед тем, как заняться своим днем, тогда как пожилые люди могут предпочесть вставать раньше и раньше ложиться спать.

Уровень энергии имеет тенденцию к понижению в полдень. Это может быть прекрасное время, чтобы вздремнуть. Даже если вы не можете быстро вздремнуть, небольшой перерыв в работе может оказаться полезным и улучшить выполнение задачи.

Есть

Действительно ли своевременное питание может быть лучше для вашего здоровья? Исследования показывают, что прием пищи в определенное время может иметь некоторую пользу для здоровья.

  • Правильное питание может помочь контролировать свой вес.Согласно одному исследованию, когда пищу некоторых мышей ограничивали определенное время, они были защищены от чрезмерного набора веса и нарушений обмена веществ.
  • Удивительно, но исследования показали, что когда вы едите, это может даже сыграть роль в сбросе ваших биологических часов. Это исследование также показывает, что если вы пытаетесь приспособиться к новому графику (например, путешествуете или выполняете сменную работу), изменение режима питания также может помочь вам сбросить биологические часы, чтобы они лучше соответствовали новому распорядку дня.

Может оказаться полезным ограничение приема пищи до 12–15 часов в течение дня. Прием пищи перед сном также может негативно сказаться на сне, поэтому лучше не есть поздно вечером. По крайней мере, постарайтесь рассчитать свой последний прием пищи так, чтобы до отхода ко сну оставалось как минимум три часа.

Тренировка

Корректировка расписания упражнений в соответствии с вашими биологическими часами также может помочь вам получить максимальную отдачу от тренировок.

Исследования

показывают, что регулярные упражнения могут помочь регулировать ваш циркадный ритм и улучшить ежедневный график сна.

  • Вы можете получить максимальную отдачу от тренировок, которые проводятся в середине и конце дня. Люди, как правило, стараются изо всех сил и наименее подвержены травмам в период с 15:00. и 18:00.
  • Попробуйте силовые тренировки днем. Физическая сила также имеет тенденцию быть на самом высоком уровне между 14:00. и 18:00.

Вечер может быть лучшим временем для йоги и других упражнений, требующих гибкости. Это потому, что это время, когда тело максимально расслаблено и меньше всего подвержено травмам.

Мышление

Вы также можете изменить свое расписание, чтобы максимально использовать свои умственные способности.

  • Вы, вероятно, наиболее четки по утрам. Исследования показывают, что когнитивные способности, как правило, достигают пика в поздние утренние часы, и вам, возможно, захочется заняться этими изнурительными мыслями перед обедом.
  • Эксперты также предполагают, что уровень бдительности и внимания снижается после еды. Вот почему вам может быть трудно сосредоточиться на этих послеобеденных рабочих встречах.
  • Уровень концентрации обычно падает с полудня до 16:00, что может объяснить, почему так много людей чувствуют, что им нужен какой-то тип бодрящей энергии в эти часы.

Если вы работаете над каким-то творческим заданием, вы можете подождать, пока не почувствуете легкую усталость. В исследовании, посвященном изучению того, как время суток влияет на решение проблем, исследователи предлагали участникам решать аналитические задачи в то время, когда они были либо на пике своего умственного развития, либо в неоптимальные времена усталости.

Исследователи обнаружили, что люди, как правило, проявляют лучшее творческое мышление, когда устают. Поскольку ум более склонен блуждать, когда мы устали, кажется, что он может побуждать людей думать более новыми и новаторскими способами.

Как изменить свой циркадный ритм

Конечно, не у всех биологические часы работают одинаково. Некоторые люди, как правило, испытывают пик энергии раньше днем, в то время как другие более активны в более поздние часы.Из-за требований повседневной жизни иногда может казаться, что ваши биологические часы и расписание расходятся.

Итак, что вы можете сделать, если ваш ежедневный график не синхронизируется с вашими биологическими часами? Например, люди, вставшие рано утром, могут израсходовать свои лучшие силы в ранние утренние часы и чувствовать себя измотанными к вечеру. Ночные совы, с другой стороны, могут спать в наиболее продуктивное время дня и обнаруживать, что не ложатся спать в то время, когда у них, как правило, мало энергии.

Советы по настройке

Вот несколько советов по созданию более продуктивного ежедневного графика:

  • Установите график сна: Установите будильник и ложитесь спать в одно и то же время каждую ночь. Просыпайтесь, когда срабатывает будильник - не нажимайте кнопку повтора снова и снова.
  • Дайте ему немного времени: Привыкание к новому расписанию может занять некоторое время, но придерживайтесь его, пока он не станет более естественным.
  • Обратите внимание на уровень своей энергии: Постарайтесь организовать определенные занятия в соответствии с вашими пиковыми уровнями энергии.Не все одинаковы, поэтому ваш собственный уровень энергии может немного отличаться от графика.

Слово Verywell

Обращая внимание на то, как меняется уровень вашей энергии в течение дня, вы сможете лучше понять, когда вы можете быть в лучшей форме. Если вы склонны чувствовать себя более умственно бдительным по утрам, постарайтесь запланировать на это время занятия, требующие когнитивных усилий. Изменение ежедневного расписания, чтобы оно лучше соответствовало вашим ежедневным ритмам, может занять некоторое время, но в конечном итоге может привести к повышению производительности и мотивации.

Идеальный график работы, определяемый циркадными ритмами

У людей есть четко определенные внутренние часы, которые формируют наши энергетические уровни в течение дня: наш циркадный процесс, который часто называют циркадным ритмом, потому что он имеет тенденцию быть очень регулярным. Если у вас когда-либо была смена часовых поясов, то вы знаете, насколько устойчивыми могут быть циркадные ритмы. Эти естественные - и жесткие - приливы и отливы в нашей способности чувствовать бодрость или сонливость имеют важные последствия для вас и ваших сотрудников.

Хотя менеджеры ожидают, что их сотрудники будут в наилучшей форме в любое время рабочего дня, это нереалистичные ожидания. Сотрудники могут захотеть, чтобы был на высоте в любое время, но их естественные циркадные ритмы не всегда соответствуют этому желанию. В среднем после начала рабочего дня сотрудникам требуется несколько часов, чтобы достичь пикового уровня бдительности и энергии, и этот пик длится недолго. Вскоре после обеда эти уровни начинают снижаться, достигая минимума около 15:00.Мы часто виним в этом обед, но на самом деле это естественная часть циркадного процесса. После падения в 15:00 бдительность снова имеет тенденцию к увеличению, пока не достигнет второго пика примерно в 18:00. После этого бдительность имеет тенденцию к снижению до конца вечера и в течение первых утренних часов, пока не достигнет самой низкой точки примерно в 3:30 утра. После достижения этого рекордно низкого уровня бдительность имеет тенденцию увеличиваться до конца утра, пока не достигнет первого пика вскоре после полудня следующего дня.Очень большое количество исследований подчеркивает эту закономерность, хотя, конечно, существует индивидуальная изменчивость этого паттерна, о которой я вскоре расскажу.

Менеджеры, которые хотят максимизировать производительность своих сотрудников, должны учитывать этот циркадный ритм при определении заданий, сроков и ожиданий. Это требует реалистичного взгляда на регулирование энергии человека и осознания того факта, что один и тот же сотрудник будет более эффективным в одно время дня, чем другой. Точно так же сотрудники должны учитывать свои собственные циркадные ритмы при планировании своего рабочего дня.Наиболее важные задачи следует выполнять, когда люди находятся на пике бдительности или около него (примерно в течение часа после полудня и 18:00). Наименее важные задачи следует планировать на время, когда бдительность ниже (очень рано утром, около 15:00 и поздно вечером).

Дремота также может быть хорошим способом регулирования энергии, обеспечивая кратковременное восстановление, которое может повысить бдительность. Большое количество доказательств связывает дневной сон с повышением производительности задач. Однако даже усталым и недосыпающим сотрудникам может быть трудно вздремнуть, если они работают вопреки своим циркадным ритмам.К счастью, есть хорошая дополнительная посадка; дневной сон лучше всего запланировать на нижнюю точку бодрствования в циркадном ритме. Таким образом, умные менеджеры и сотрудники будут планировать дневной сон около 3 часов дня, когда они в любом случае менее полезны для важных задач, так что они будут еще более внимательными позже во время естественных пиков своего циркадного ритма.

Дополнительная литература

К сожалению, мы часто ошибаемся. Многие сотрудники переполнены письмами и ответами на электронные письма в течение всего утра, что заставляет их работать до обеда.Они возвращаются с обеда, уже израсходовав большую часть своего первого пика бдительности, а затем приступают к важным задачам, требующим глубокой когнитивной обработки, как раз в тот момент, когда они начинают двигаться к падению бдительности и энергии в 3 часа дня. Мы часто ставим сотрудников в положение, при котором они должны уложиться в крайний срок окончания рабочего дня, поэтому они настойчиво выполняют эту важную задачу в течение всего 3-х часового периода. Затем, когда они приближаются ко второму пику бдительности, типичный рабочий день заканчивается. Трудоголики могут просто сделать перерыв на обед, который занимает часть времени их пиковой активности, а затем работать весь вечер и ночь, поскольку их бдительность и когнитивные способности снижаются на все время.А в худшем случае сотрудник сжигает полуночное масло и остается в наихудшем циркадном спаде всего цикла, с мутными глазами, напрягающимися, чтобы не заснуть, работая над важной задачей в 3:30 утра. Все эти примеры представляют собой общие несоответствия между оптимальной стратегией и тем, что люди на самом деле делают.

Как я вкратце отмечал выше, существуют, конечно, индивидуальные различия в циркадных ритмах. Типичный образец действительно очень распространен, а общая форма кривой описывает почти всех.Однако у некоторых людей циркадный ритм смещен в одну или другую сторону. Люди, которых называют «жаворонками» (или утренние люди), как правило, имеют пики и спады бдительности раньше, чем у среднего человека, а «совы» (или полуночники) смещаются в противоположном направлении. Большинство людей, как правило, переживают такие сдвиги на протяжении всей своей жизни, например, когда они совсем маленькие дети, совы в подростковом возрасте, а потом снова веселятся, когда становятся пожилыми людьми. Но помимо этого шаблона, люди любого возраста могут быть жаворонками или совами.

Эти различия в циркадных ритмах (называемых хронотипами) представляют некоторые проблемы и некоторые преимущества. Самая большая проблема - это сопоставление моделей активности с индивидуальными циркадными ритмами. Жаворонок, работающий с опозданием, или сова, работающий по раннему расписанию, - это несоответствие хронотипа, с которым трудно справиться. Такие сотрудники страдают низкой бдительностью и энергией, изо всех сил стараясь бодрствовать, даже если они действительно заботятся о задаче. Некоторые из моих собственных исследований показывают, что циркадные несоответствия увеличивают распространенность неэтичного поведения просто потому, что жертвам не хватает энергии, чтобы сопротивляться искушениям.Это уже плохо для сотрудника, который работает один. В контексте групп бывает трудно найти хорошее время для команды, состоящей из нескольких жаворонков и нескольких сов, для достижения оптимальной эффективности. Однако это также дает возможности. Для организаций или задач, требующих круглосуточной работы, если менеджеры могут оптимально подбирать сотрудников с разными хронотипами для работы в разные смены, работа может быть передана между сотрудниками, которые все работают на своих пиках циркадных ритмов или близки к ним. Для этого необходимо знать хронотип каждого сотрудника и использовать эту информацию при разработке графиков работы.

Flextime дает возможность сотрудникам согласовывать свой рабочий график со своими собственными циркадными ритмами. Однако менеджеры часто упускают эту возможность для получения прибыли, наказывая сотрудников за использование расписаний, которые соответствуют ритму совы. В своем собственном исследовании я обнаружил, что руководители склонны предполагать, что сотрудники, которые начинают и заканчивают работу поздно (по сравнению с ранним), менее сознательны и менее эффективны, даже если их поведение и производительность точно такие же, как у тех, кто работает по графику рано вставать.Менеджеры должны смотреть сквозь пальцы на собственные предубеждения, если они хотят оптимизировать графики, чтобы привести наиболее важные виды деятельности в соответствие с естественными энергетическими циклами сотрудников. Руководители, которые поступают таким образом, скорее будут энергичными, преуспевающими сотрудниками, чем сонными, вялыми сотрудниками, изо всех сил старающимися бодрствовать. Ваши самые важные задачи заслуживают тех сотрудников, которые работают в полную силу.

Обзор циркадных ритмов

В суточный цикл свет-темнота регулирует ритмические изменения в поведении и / или физиологии большинства видов.Исследования показали, что эти изменения регулируются биологические часы, которые у млекопитающих расположены в двух областях мозга, называемых супрахиазматические ядра. Циркадные циклы, установленные этими часами встречаются в природе и имеют период примерно 24 часа. В Кроме того, эти циркадные циклы можно синхронизировать с внешними сигналами времени. но также может сохраняться в отсутствие таких сигналов. Исследования показали что внутренние часы состоят из множества генов и белковых продуктов они кодируют, которые регулируют различные физиологические процессы на всем протяжении тело.Нарушения биологических ритмов могут нанести вред здоровью и благополучию. организма. КЛЮЧ СЛОВА: циркадный ритм; время суток; биологическая регуляция; биологический приспособление; температура; свет; гипоталамус; нервная клетка; экспрессия генов; мутагенез; расстройство сна; физиологический AODE (воздействие алкоголя или других употребление наркотиков, злоупотребление и зависимость)

Один из самых драматических черт мира, в котором мы живем, является цикл дня и ночи.Соответственно, почти все виды демонстрируют суточные изменения. в их поведении и / или физиологии. Эти суточные ритмы не просто ответ на 24-часовые изменения в физической среде, вызванные Земля вращается вокруг своей оси, но вместо этого возникает из системы хронометража внутри организма. Эта система хронометража, или биологические «часы», позволяет организму предвидеть и подготовиться к изменениям в физическом среды, которые связаны с днем ​​и ночью, тем самым гарантируя, что организм будет «поступать правильно» в нужное время день.Биологические часы также обеспечивают внутреннюю временную организацию и гарантирует, что внутренние изменения происходят согласованно друг с другом.

синхронность организма как с внешней, так и с внутренней средой имеет решающее значение для благополучия и выживания организма; отсутствие синхронности между организмом и внешней средой может привести к немедленная кончина. Например, если ночной грызун рискнет выйти из нору средь бела дня грызуну было бы исключительно легко добыча для других животных.Точно так же отсутствие синхронизации во внутреннем окружающая среда может привести к проблемам со здоровьем у человека, таким как связанные с сменой часовых поясов, сменной работой и сопутствующей потерей сна (например, нарушение когнитивной функции, нарушение гормональной функции и желудочно-кишечного тракта жалобы).

механизмы, лежащие в основе биологических систем хронометража и потенциал последствия их отказа входят в число вопросов, которыми занимаются исследователи. в области хронобиологии. 1 ( 1 Для определения этого и другие технические термины, используемые в этой статье и во всем этом выпуске журнал, см. глоссарий, стр. 92.) В своем в самом широком смысле хронобиология охватывает все области исследований, биологическое время, включая высокочастотные циклы (например, секреция гормона происходящие отдельными импульсами в течение дня), дневные циклы (например, активность и циклы отдыха), а также месячные или годовые циклы (например,г., репродуктивные циклы у некоторых видов). Среди этих взаимосвязанных областей хронобиологии это статья фокусируется на одной частотной области - суточных циклах, известных как циркадные ритмы. ритмы. (Термин «циркадный» происходит от латинской фразы «около diem », что означает« около суток »). Хотя практически все формы жизни, включая бактерии, грибы, растения, плодовых мух, рыб, мышей, и люди проявляют циркадные ритмы, этот обзор в основном ограничен система млекопитающих.Другие животные обсуждаются только в тех случаях, когда они внесли свой вклад в понимание системы млекопитающих, в частности в исследованиях молекулярно-генетического состава системы хронометража. (Для сравнительные обсуждения других модельных систем, не относящихся к млекопитающим, которые внесли свой вклад до глубины понимания циркадной ритмики у млекопитающих, читатель относится к Wager-Smith and Kay 2000.) В целом, эта статья имеет следующие основные цели: (1) обеспечить высокоселективный исторический обзор области, (2) для обзора характерных свойств циркадных ритмы, (3) для определения структурных компонентов и молекулярно-генетических механизмы, составляющие биологические часы, и (4) исследовать здоровье эффекты биологических ритмов.

Исторический Обзор хронобиологии

Исследователи начал изучать биологические ритмы около 50 лет назад. Хотя нет единичный эксперимент служит определяющим событием, с которого начинается современных исследований в области хронобиологии, исследования циркадных ритмов, проведенные в 1950-х гг. ритмичность у плодовых мушек Колина Питтендри и у людей Юргена Его основой можно считать Ашоффа.Область исследования сна, которая также относится к области хронобиологии, развившейся в некоторой степени независимо, с определением различных стадий сна Натаниэлем Клейтманом вокруг в то же время (Dement 2000). Наследие этих пионеров продолжается и сегодня с развитием полей, которые они основали.

корни изучения биологических ритмов уходят еще дальше, к 1700-м годам и работам французского ученого де Майрана, опубликовавшего монография, описывающая ежедневные движения листьев растения.Де Майран заметил что ежедневное поднятие и опускание листьев продолжалось даже тогда, когда растение было помещено во внутреннюю комнату и, таким образом, не подвергалось воздействию солнечного света. Это открытие предполагает, что движения представляют собой нечто большее, чем простой ответ на солнце и контролировались внутренними часами.

Характеристика Свойства циркадных ритмов

De Удачные наблюдения Майрана иллюстрируют одну важную особенность циркадных ритмов. ритмы - их самостоятельная природа.Таким образом, практически все суточные ритмы, происходят в естественных условиях, продолжают цикл в лабораторных условиях лишены каких-либо внешних сигналов, дающих время, из физической среды (например, при постоянном освещении или постоянной темноте). Выраженные циркадные ритмы при отсутствии каких-либо круглосуточных сигналов из внешней среды называется свободным ходом. Это означает, что ритм не синхронизируется никакими циклическое изменение физической среды.Строго говоря, суточный ритм не следует называть циркадным, пока не будет доказано его сохранение в постоянных условиях окружающей среды и благодаря этому можно отличить от тех ритмов, которые являются просто реакцией на 24-часовые изменения окружающей среды. Однако для практических целей нет оснований проводить различие между суточные и циркадные ритмы, потому что обнаруживаются почти все суточные ритмы быть циркадным. Не проводится различий в терминологии циркадных ритмов. в зависимости от типа стимула окружающей среды, который синхронизирует цикл.

сохранение ритмов при отсутствии цикла темный-светлый или других экзогенных сигнал времени (то есть Zeitgeber) явно указывает на существование какого-то внутреннего механизма хронометража или биологических часов. Тем не мение, некоторые исследователи отметили, что постоянство ритмичности не обязательно исключает возможность того, что другие, неконтролируемые циклы вызванный вращением Земли вокруг своей оси, может приводить в движение ритм (см. Aschoff 1960).

гипотеза о том, что такие неконтролируемые геомагнитные сигналы могут играть роль в стойкость ритмичности можно опровергнуть второй характеристикой особенность циркадных ритмов: эти циклы сохраняются с периодом близкого до, но не точно, до 24 часов. Если бы ритмы управлялись экзогенно, они должен сохраняться ровно 24 часа. Кажущаяся неточность однако это важная черта ритмичности.Как показал Питтендрай (1960), отклонение от 24-часового цикла фактически обеспечивает средства для внутреннего система хронометража должна быть постоянно выровнена и выровнена по свету-темноте среда. Эта непрерывная регулировка приводит к большей точности контроль времени или фазы выраженных ритмов, потому что мало дрейф может произойти до того, как ритм будет «сброшен» на правильная фаза.

Третий характерным свойством циркадных ритмов является их способность к синхронизации, или увлеченные внешними сигналами времени, такими как цикл свет-темнота.Таким образом, хотя циркадные ритмы могут сохраняться в отсутствие внешних временных сигналов (что означает, что ими не управляет окружающая среда), обычно такие сигналы присутствуют, и ритмы согласованы с ними. Соответственно, если сдвиг при появлении внешних сигналов (например, после путешествия через часовые пояса) ритмы будут согласованы с новыми репликами. Такое выравнивание называется увлечением.

Первоначально, было неясно, достигается ли увлечение за счет модуляции скорости езда на велосипеде (т.е., был ли цикл сокращен или удлинен до тех пор, пока он не был выровнен с новыми репликами, а затем вернулся к своей исходной длине) или увлечение достигалось дискретными событиями «перезагрузки». Эксперименты в результате этой дискуссии привели к фундаментальным открытиям. Например, исследователи обнаружили, что реакция организма на свет (т. е. продвигается ли цикл вперед, задерживается или остается неизменным) различается в зависимости от на фазе цикла, на которой он представлен (Pittendrigh 1960).Таким образом, воздействие света на ранней стадии «нормальной» жизни человека. темный период обычно приводит к фазовой задержке, тогда как воздействие света в конце нормального темного периода человека, как правило, приводит к сдвигу фазы. Эту разницу в ответах можно представить кривой фазовой характеристики (см. рисунок 1 для схематической иллюстрации циркадный цикл, а также кривая фазового отклика). Такая кривая может предсказать способ, которым организм увлекается не только движениями в темноте-светлой циклов, но также и необычных световых циклов, таких как не 24-часовые циклы или другие соотношение свет: темнота.Наличие кривой фазовой характеристики также подразумевает что увлечение достигается за счет дискретных событий сброса, а не изменений в скорости езды на велосипеде.

Дополнительно к времени воздействия света, интенсивность света может модулировать цикличность периоды, когда организмы находятся на постоянном освещении. Таким образом, воздействие более яркого интенсивность света может удлинять период у некоторых видов и сокращать его у других видов.Это явление было названо «правилом Ашоффа» (Aschoff 1960). В конечном счете, оба механизма увлечения, по-видимому, являются аспектами то же самое, потому что последствия правила Ашоффа можно предсказать или объясняется кривыми фазового отклика на свет.

Хотя цикл свет-темнота явно является основным Zeitgeber для всех организмов, другие факторы, такие как социальное взаимодействие, активность или упражнения, и даже температура, также может модулировать фазу цикла.Влияние температуры на циркадный ритм ритмов особенно интересен тем, что изменение температуры может влияют на фазу цикла без существенного изменения скорости цикла. Это означает, что цикл может начаться раньше или позже обычного времени. но все равно иметь такую ​​же длину. С одной стороны, эта способность внутреннего кардиостимулятор часов для компенсации изменений температуры имеет решающее значение его способности прогнозировать изменения окружающей среды и адаптироваться к ним, потому что часы, которые ускоряются и замедляются, поскольку изменения температуры не будут быть полезным.С другой стороны, температурная компенсация тоже вызывает недоумение, потому что большинство видов биологических процессов (например, биохимических реакций в организме) ускоряются или замедляются при изменении температуры. В конечном счете, эта загадка дала ключ к разгадке природы внутренних часов - что в том, что циркадные ритмы имеют генетическую основу. Такая программа экспрессии генов будет более устойчивым к изменению температуры, чем, например, простая биохимическая реакция.

Два окончательные свойства циркадных ритмов также дают важные подсказки состав ритмов. Одно из таких свойств - повсеместность ритмов. в природе: циркадные ритмы присутствуют в широком спектре биологических процессов. и организмы, с похожими свойствами и даже похожими кривыми фазового отклика зажечь. Другое свойство состоит в том, что циркадные ритмы, по-видимому, генерируются на клеточном уровне, потому что ритмы одноклеточных организмов (например,грамм., водоросли или динофлагеллята Gonyaulax ) во многом похожи на ритмы очень сложных млекопитающих. Оба эти наблюдения предполагают, что цикл в активации (т.е. экспрессии) определенных генов может лежать в основе хронометражный механизм.

Рисунок 1 Ответ циркадного ритма на свет.

А. Параметры циркадного ритма

А изображен репрезентативный циркадный ритм, в котором уровень особая мера (например,g., уровни гормонов в крови и уровни активности) меняется в зависимости от времени. Разница в уровне между пиком и минимальные значения - это амплитуда ритма. Время контрольная точка в цикле (например, пик) относительно фиксированного события (например, начало ночной фазы) - это фаза . Временной интервал между опорными точками фазы (например, двумя пиками) называется периодом .Показанный ритм сохраняется даже в непрерывной темноте (т. Е. Свободный Бег).

B. Сброс циркадный ритм

эффекты сигнала сброса ритма, такие как воздействие света на животных иначе хранится в сплошной темноте, может изменить ритм либо назад (верхняя панель) или вперед (нижняя панель), в зависимости от того, когда во время цикл отображается сигнал.В случае задержки фазы пиковые уровни достигаются позже, чем они были бы, если бы ритм не был сдвинут. В случае опережения фазы достигаются пиковые уровни. раньше, чем они были бы, если бы ритм не был изменен. Черный Линия показывает, как бы выглядела езда на велосипеде, если бы ритм оставался неизменным.

С. Изменения циркадного ритма в ответ на изменение освещенности

Практически все виды демонстрируют сходные фазозависимые реакции перезагрузки на свет, что может быть выражено в виде кривой фазовой характеристики.Воздействие света в начале ночи у животного вызывает задержку фазы, тогда как воздействие света во второй половине ночи животного вызывает сдвиг фазы. Освещение при обычном для животного дневной период производит небольшой фазовый сдвиг или совсем не дает его.

В Анатомическая организация внутренних часов

Хотя исследования одноклеточных организмов указывают на клеточную природу системы генерирует циркадные ритмы, ритм-ритм у высших организмов находится в клетках определенных структур организма.Эти структуры включают определенные области мозга (например, зрительные и церебральные доли) у насекомых; глаза у некоторых беспозвоночных и позвоночных; и шишковидная железа железа, которая расположена в головном мозге у позвоночных, не являющихся млекопитающими. В млекопитающих, циркадные часы находятся в двух кластерах нервных клеток, называемых супрахиазматические ядра (SCN), которые расположены в области у основания головного мозга называется передним гипоталамусом.

роль SCN была продемонстрирована историческим открытием в начале 1970-х гг. что, повреждая (т.е. повреждая) SCN у крыс, исследователи могут нарушить и отменить эндокринные и поведенческие циркадные ритмы (см. Klein et al. 1991). Кроме того, путем трансплантации SCN от других животных животным с пораженной SCN, исследователи могли восстановить некоторые из циркадные ритмы. Наконец, роль SCN как главного кардиостимулятора регуляция других ритмических систем была подтверждена аналогичными исследованиями на хомяках, что продемонстрировало, что восстановленные ритмы проявляют свойства часов (я.д., период или фаза ритма) донора, а не хозяин (Ральф и др., 1990). Открытие того, что SCN является сайтом первичного регулирование циркадной ритмики у млекопитающих дало исследователям фокус для их исследования: если кто-то хочет понять 24-часовой хронометраж, ему нужно изучить часы в СКС.

Недавно, однако исследователи были удивлены, обнаружив, что циркадные ритмы могут сохраняются в изолированных легких, печени и других тканях, выращенных в культуральной чашке (я.е., in vitro), которые не находились под контролем SCN (Yamazaki et al. 2000). Эти наблюдения показывают, что большинство клеток и тканей тела могут быть способны модулировать свою активность на циркадной основе. Такие выводы не умаляют, однако, центральной роли, которую играет SCN как ведущий циркадный кардиостимулятор, который каким-то образом координирует весь 24-часовой временной интервал организация клеток, тканей и всего организма. Физиологические механизмы, лежащие в основе этой координации, включают сигналы, излучаемые SCN которые действуют на другие нервные клетки (т.е., нейронные сигналы) или которые также распространяются через кровь в другие органы (т.е. нейрогормональные сигналы). На сегодняшний день, однако характеристики самого циркадного сигнала, то есть конкретные способ, которым SCN «разговаривает» с остальной частью тела - остается неизвестным (см. Stokkan et al. 2001).

Хотя было выяснено влияние поражений SCN на многочисленные ритмы, их влияние на сон менее очевидно. Таким образом, поражения SCN явно нарушают консолидацию и характер сна у крыс, но оказывает минимальное воздействие на животных. количество сна или потребность во сне (Mistlberger et al.1987). Для этого и других причин, исследователи постулировали, что сон зависит от двух основных независимые механизмы управления: (1) циркадные часы, которые модулируют склонность ко сну и (2) гомеостатический контроль, отражающий продолжительность предшествующего бодрствования (например, «недосыпание»). Однако в последнее время исследования у беличьих обезьян обнаружено, что поражения SCN могут влиять на количество сна. Более того, исследования сна у мышей, несущих изменения (т.е., мутации) в двух генов, влияющих на циркадные циклы (т. е. ДАД, и Clock гены) показали, что эти мутации привели к изменениям в регуляции сна. (Нейлор и др., 2000; Франкен и др., 2000). Оба эти наблюдения вызывают интригующая возможность того, что гомеостатический и циркадный контроль могут быть более взаимосвязанными, чем думали ранее исследователи.

Молекулярный Генетика циркадных ритмов

Как обсуждалось ранее свойства циркадных часов предполагали циклические изменения в экспрессия определенных генов как возможный механизм, лежащий в основе внутреннего кардиостимулятор.Эта гипотеза была подтверждена демонстрацией в ряде видов, которые кодируют экспрессию генов и продукцию белков эти гены были необходимы для нормальной работы часов. Тем не менее, полностью другой экспериментальный подход в конечном итоге привел к идентификации молекулярных компоненты суточных часов. Исследователи использовали химические вещества для введения многочисленные случайные мутации в ДНК плодовой мушки, Drosophila melanogaster, и мицелиального гриба Neurospora .Получившийся мутант Затем организмы были проверены на нарушения ритма. Этот подход мутагенеза привели к идентификации первых мутантов циркадных часов, которые были называется периодом ( на ) и частотой ( frq , произносится «Урод»). Гены, несущие мутации в этих организмах были клонированы в 1980-х годах (обзор см. в Wager-Smith and Kay 2000). Тем не мение, последовало значительное разочарование, поскольку исследователи пытались выделить эквивалент гены у млекопитающих (т.е., гомологи млекопитающих). Наконец, в начале 1990-х гг. исследователи начали аналогичный подход к скринингу мутагенеза у мышей и описали первую циркадную мутацию мыши, названную Clock, в 1994 г. (см. King and Takahashi 2000). В 1997 году ген, затронутый этой мутацией стал первым клонированным геном циркадных часов млекопитающих (King and Takahashi 2000). Подобно мутантам генов Per и Frq , измененный Clock оба гена влияют на период свободного ритма (т.е., удлиненный периода) и вызвали потерю устойчивости циркадных ритмов при постоянном условия окружающей среды. Как мутант C lock у мышей, так и мутант Per Мутант среди мух были первыми идентифицированными животными соответствующего вида. используя такой подход мутагенеза, при котором мутация проявляется как измененная поведение, а не измененный физиологический процесс.

С открытие гена Clock у мышей, список циркадных часов гены, идентифицированные у млекопитающих, выросли за очень короткий период времени (см. таблицу 1).Например, исследователи выделили не один, а три гены млекопитающих, которые соответствуют генам на по своей структуре (т.е. нуклеотидная последовательность) и их функции (King and Takahashi 2000; Lowrey и Такахаши 2000). Некоторые из предполагаемых генов циркадных часов были идентифицированы исключительно на основании их сходства в последовательности с часами Drosophila гены и не было подтверждено, что часы работают на основании обследования поведения соответствующих мутантов.Тем не менее, выводы Дата четко указывает схему кардиостимулятора, основанную на обратной связи цикл экспрессии гена (см. фиг.2).

Стол 1 гены циркадных часов млекопитающих; Соответствующие гены в плодовая муха, дрозофила; и последствия изменений (т. е. мутаций) в Эти гены поведения (т. Е. Фенотипа) пораженных животных

Мышь Джин

Псевдоним

Дрозофила Джин

Мутант Фенотип

* Часы

часов

Удлиненный период; потеря стойкой ритмичности в постоянных условиях

мПер1

период

Уменьшено амплитуда, укороченный период или потеря ритма

* мПер2

период

укороченный период, нарушение ритма

* мПер3

период

Скромный сокращение периода

* СК є

тау (хомяк)

двойной

укороченный период у мутантов хомяков

* мCry1 mCry2

докри

Животные без гена mCry1 (т.е.е., mCry1 нокаутов) имеют сокращенный период; mCry2 нокауты имеют удлиненный период; животные отсутствие обоих генов (т. е. двойные нокауты) имеют потерю ритма

* БМАЛ1

MOP3

цикл

Убыток ритма

? мТим

неподвластный времени

Роль у млекопитающих не ясен

? ДАД

Скромный удлинение периода

ПРИМЕЧАНИЕ: Звездочка (*) указывает на то, что ключевая роль гена в хронометрировании была демонстрируется фенотипом мутанта.

Рисунок 2 Схема представление о регуляции генов, которые, как полагают, участвуют в циркадных ритмах. Часы. BMAL1, Clock, CK1є, mPer и mCry - все это гены циркадных часов. выявлено у мышей. (Существует несколько вариантов генов mPer и mCry.) ядра клетки, генетическая информация, закодированная в этих генах, превращается в молекулу-носитель, называемую мРНК (черные волнистые линии), которая транспортируется в жидкость внутри клетки (т.э., цитоплазма). Там мРНК используется для генерации белковых продуктов, кодируемых циркадными часами. гены (кружки и овалы с цветами, соответствующими генам). Некоторые из этих белков регулируют активность определенных часовых генов путем связывания к «молекулярным переключателям» (т. е. электронным блокам), расположенным перед этими гены. Это называется циклом обратной связи. Таким образом, BMAL1 и часовые белки способствуют активации генов Per и mCry, тогда как белки Per ингибируют активация этих генов.24-часовая езда на велосипеде представлена ​​как BMAL1 и Белки часов вызывают повышенное производство белков Per и Cry. Как перс и Crys накапливаются, они подавляют собственный синтез, и уровни белка отклонить. Белок CK1є также помогает регулировать уровни белка Clock путем дестабилизирующий протеин.

ПРИМЕЧАНИЕ: BMAL1 = мозговой и мышечный ARNT-подобный 1; CK1є = казеинкиназа 1 эпсилон; mPer = период мыши; mCry = криптохром мыши.

Важность Циркадных часов для здоровья и благополучия человека

Почти все физиологические и поведенческие функции у человека происходят на ритмической основе, что, в свою очередь, приводит к резким суточным ритмам в производительности человека. Независимо от того, является ли он результатом добровольного (например, посменной работы или быстрого путешествия через часовые пояса) или непреднамеренные (например, болезнь или преклонный возраст) обстоятельства, Нарушенная циркадная ритмика у людей была связана с различными психических и физических расстройств и может отрицательно повлиять на безопасность, работоспособность, и продуктивность.Многие побочные эффекты нарушенной циркадной ритмики на самом деле может быть связано с нарушениями цикла сна и бодрствования. Некоторые ритмичные на процессы в большей степени влияют циркадные часы, чем сон-бодрствование состояние, тогда как другие ритмы больше зависят от состояния сна-бодрствования.

Для большинства животных, время сна и бодрствования в естественных условиях находится в синхронность с циркадным контролем цикла сна и всеми другими циркадными ритмами. ритмы.Однако люди обладают уникальной способностью когнитивно преодолевать их внутренние биологические часы и их ритмические выходы. Когда сон-бодрствование цикл не в фазе с ритмами, которые контролируются циркадными ритмами. часы (например, при сменной работе или быстром перемещении по часовым поясам), неблагоприятные могут возникнуть последствия.

Дополнительно нарушениям сна, связанным с сменой часовых поясов или сменной работой, нарушениями сна может возникнуть по многим другим известным и неизвестным причинам.И хотя беспокоит сон является отличительной чертой многих психических и физиологических расстройств человека, в частности аффективные расстройства, часто неясно, способствуют ли нарушения сна к болезни или в результате болезни. Другие нарушения циркадного ритма также часто ассоциируется с различными болезненными состояниями, хотя опять же важность этих нарушений ритма в развитии (т. е. этиологии) заболевания остается неизвестным (Brunello et al.2000).

Одно важное фактор, способствующий неспособности исследователей точно определить роль циркадных нарушений при различных болезненных состояниях может заключаться в отсутствии знания о том, как циркадные сигналы от SCN передаются в ткани-мишени. Для дальнейшего выяснения регуляции циркадных ритмов исследователям необходимо: лучшее понимание природы циркадного сигнала на выходе из SCN и как эти выходные сигналы могут быть изменены, когда они достигнут своей цели системы.Такое расширенное понимание также позволило бы лучше разграничить о важности нормальной временной организации для здоровья и болезней человека. Выводы о том, что две основные причины смерти - сердечные приступы и инсульты - показывают показательный пример - вариация их встречаемости во времени. Если ученые знал больше о механизмах, ответственных за ритмичность этих нарушений, они могли бы найти более рациональные терапевтические стратегии, чтобы повлиять на эти события.Наконец, учитывая, что в циркадных ритмах происходят драматические изменения. часовую систему с преклонным возрастом эти изменения могут лежать в основе или, по крайней мере, усугублять, возрастное ухудшение физических и умственных способностей пожилых людей Взрослые.

Выводы

Хотя исследователи всего за последние несколько лет добились больших успехов в понимании молекулярной основе циркадной ритмичности, этот прогресс основан на обширных исследования, проведенные во многих лабораториях за последние 50 лет.В В тот же период другие исследователи в многочисленных лабораториях выяснили критическая роль, которую SCN играет в регуляции циркадной ритмичности у млекопитающих и, возможно, у других позвоночных. (Для получения дополнительной информации об этих выводы и их актуальность, читатель может обратиться к различным ресурсам во всемирной паутине, некоторые из которых перечислены в таблице 2.)

Большинство животных довольны тем, что подчиняются их SCN и позволяют им управлять выражением множества циркадных ритмов.Однако люди имеют собственное мнение и часто использовать этот разум, чтобы не подчиняться своим «внутренним часам» - например, растущая тенденция к круглосуточной доступности для бизнеса. Потенциал последствия такого все более и более круглосуточного дежурного образа жизни неизвестны. на данный момент, но доказательства не предвещают ничего хорошего.

Вызов исследователям и клиницистам теперь предстоит определить не только причину, но и также последствия для здоровья человека и болезней нарушений во временном организация циркадной системы.Эти вопросы также включают вопрос какую роль алкоголь может играть в нарушении нормальных циркадных ритмов и биологические часы. Более подробно этот вопрос рассматривается в это специальный выпуск журнала Alcohol Research & Health. Drs. Василевский и Холлоуэй изучают, как алкоголь и циркадный ритм тела взаимодействуют, используя температуру тела как показатель функции циркадного ритма. Цикл сна-бодрствования, который составляет центральный аспект циркадных ритмов. в частности, может быть изменен алкоголем; эффекты алкоголя о сне неалкоголиков и алкоголиков обсуждаются доктором.Roehrs и Ротом и доктором Брауэром, соответственно.

Как указано в этой статье нарушение нормальной циркадной ритмики может привести при серьезных последствиях для здоровья, включая психические расстройства, такие как депрессия. В то же время психоактивные препараты, такие как антидепрессанты, также имеют хронобиологический характер. эффекты. Доктор Розенвассер исследует эти ассоциации и обсуждает эффекты в моделях депрессии на людях и животных.Другие влияния алкоголя на биологических часах может быть даже более тонким и оставаться скорее спекулятивным, такие как последствия пренатального воздействия алкоголя, которое обсуждается пользователя Drs. Эрнест, Чен и Уэст. Наконец, не только потребление алкоголя влияют на циркадные ритмы, но циркадные факторы, такие как цикл свет-темнота, также может влиять на потребление алкоголя. Эту тему обсуждают д-р. Хиллер-Штурмхофель и Кулькоски. Вместе эти статьи предлагают читателям познакомиться с интересными и сложные взаимодействия, которые существуют между алкоголем и циркадными ритмами которые управляют большей частью поведения и благополучия всех организмов, включая люди.

Стол 2 Хронобиологические ресурсы в Интернете

Веб-сайт
Описание

http://www.nwu.edu/ccbm/

Интернет сайт Центра сна и циркадных ритмов Северо-Западного университета Биология

http: // www.sleepquest.com/

Информация сайт Центра исследования сна Уильяма Демента

http://www.med.stanford.edu/school/

Нарколепсия сайт создан Emmanuel Psychiatry / narcolepsy Mignot в Стэнфордском университете

http: // www.sleepfoundation.org/

Интернет сайт Национального фонда сна

http://www.srbr.org/

Интернет сайт Общества исследования биологических ритмов

http: // www.cbt.virginia.edu/

Интернет сайт Центра биологического хронометража Университета Вирджинии

http://www.hhmi.org/grants/lectures

Интернет сайт, посвященный праздничным лекциям Медицинского института Говарда Хьюза

Список литературы

АШОФФ, Дж.Экзогенные и эндогенные компоненты циркадных ритмов. Колд-Спринг-Харбор Симпозиумы по количественной биологии: Том XXV. Биологические часы. Нью-Йорк: Cold Spring Harbor Press, 1960. С. 11–28.

БРУНЕЛЛО, N .; ARMITAGE, R .; FEINBERG, I .; И ДРУГИЕ. Депрессия и нарушения сна: Клиника актуальность, экономическая нагрузка и фармакологическое лечение. Нейропсихобиология 42: 107-119, 2000.

DEMENT, W.С. История физиологии и медицины сна. В: Kryer, M.H .; Roth, T .; и Демент, W.C., ред. Принципы и практика медицины сна. 3-е изд. Филадельфия: W.B. Сондерс, 2000

FRANKEN, P .; ЛОПЕС-МОЛИНА, Л .; MARCACCI, L .; SCHIBLER, U .; И ТАФТИ, М. Транскрипция Фактор ДАД влияет на консолидацию суточного сна и ритмическую активность ЭЭГ. Журнал неврологии 20 (2): 617-625, 2000.

КИНГ, Д.П., И ТАКАХАСИ, Дж. Молекулярная генетика циркадных ритмов у млекопитающих. Годовой Обзор неврологии 23: 713-742, 2000.

KLEIN, D.C .; MOORE, R.Y .; И РЕПЕРТ, С. Супрахиазматическое ядро: разум Часы. Нью-Йорк: Oxford University Press, 1991.

ЛОУРИ, П.Л., И ТАКАХАСИ, Дж. Генетика циркадной системы млекопитающих: фотозное увлечение, механизмы циркадного ритма и посттрансляционный контроль. Годовой Обзор генетики 34: 533-562, 2000.

МИСТЛБЕРГЕР, R.E .; BERGMANN, B.M .; AND RECHTSCHAFFEN, A. Взаимосвязь между эпизодами бодрствования продолжительность, продолжительность непрерывных эпизодов сна и электроэнцефалографическая дельта волны у крыс с супрахиазматическим поражением ядер. Сон 10 (1): 12-24, 1987.

NAYLOR, E .; BERGMANN, B.M .; КРАУСКИЙ, К .; И ДРУГИЕ. Мутация циркадных часов меняет сон гомеостаз у мыши .Журнал неврологии 20 (21): 8138-8143, 2000.

ПИТТЕНДРИГ, К.С. Циркадные ритмы и циркадная организация живых систем . Симпозиумы Колд-Спринг-Харбора по количественной биологии: Том XXV. Биологические Часы. New York: Cold Spring Harbor Press, 1960. pp. 159-184.

RALPH, M.R .; FOSTER, R.G .; DAVIS, F.C .; AND MENAKER, M. Пересаженное супрахиазматическое ядро определяет циркадный период. Наука 247: 975-978. 1990.

STOKKAN, K.A .; YAMAZAKI, S .; TEI, H .; SAKAKI, Y .; И МЕНАКЕР, М. Удержание циркадных ритмов. часы в печени при кормлении. Наука 291: 490-493, 2001.

ВАГЕР-СМИТ, K., AND KAY, S.A. Генетика циркадных ритмов: от мух до мышей и людей. Nature Genetics 26: 23-27, 2000.

ЯМАЗАКИ, S .; NUMANO, R .; ABE, M .; И ДРУГИЕ. Сброс центрального и периферического циркадного ритма осцилляторы у трансгенных крыс. Наука 288: 682-685, 2000.

ГЛОССАРИЙ

Каждые научная область имеет свою специфическую терминологию; научная область биологических ритмы и сон не исключение. В этом глоссарии определены некоторые термины с которыми читатели могут столкнуться в этой статье и в этом специальном выпуске исследования алкоголя и здоровья.

Хронобиология : Поддисциплина биологии, связанная с определением времени биологических событий, особенно повторяющиеся или циклические явления в отдельных организмах.

Циркад: Термин происходит от латинской фразы «около diem», что означает «примерно в день »; относится к биологическим вариациям или ритмам с циклом приблизительно 24 часа. Циркадные ритмы являются самоподдерживающимися (т. Е. Свободным бегом), что означает что они сохранятся, когда организм будет помещен в среду, лишенную сигналов времени, таких как постоянный свет или постоянная темнота. Для сравнения, см. суточный, инфрадиан и ультрадиан.

Циркад time (CT): Стандартизированная 24-часовая запись фазы циркадного ритма. цикл, который представляет собой оценку субъективного времени организма. CT 0 указывает на начало субъективного дня, а CT 12 - на начало субъективной ночи. Например, для ночного грызуна начало субъективной ночи (т. е. CT 12) начинается с начала активности, тогда как для суточных видов CT 0 будет началом активности.Для сравнения, см. время Zeitgeber.

DD: Обычное обозначение среды, находящейся в непрерывной темноте (как в отличие от цикла свет-темнота). Для сравнения см. LD.

Суточный: В зависимости от времени суток. Суточные ритмы могут сохраняться, когда организм помещены в среду, лишенную временных сигналов, таких как постоянный свет или постоянный тьма. Таким образом, суточные колебания могут быть обусловлены светом или часами. ведомый.Для сравнения см. Циркадный ритм.

Захват: Процесс синхронизации механизма хронометража с окружающей средой, например, до цикла свет-темнота или LD. Для сравнения см. Бесплатный запуск.

Бесплатно бег: Состояние организма (или ритм) при отсутствии вовлечения стимулы. Обычно объекты находятся в постоянном тусклом свете или постоянной темноте. оценить их свободный ритм.Для сравнения см. Увлечение.

Инфрадиан: Термин происходит от латинского слова «Infra diem», что означает «меньше». чем сутки »; относится к биологическим циклам, которые длятся более 1 дня и, следовательно, имейте периодичность менее одного раза в день. Для сравнения см. циркадный и ультрадианский.

ЛД: Условные обозначения для цикла окружающей среды свет-темнота; количество светлые и темные часы обычно разделяются двоеточием.Для Например, LD 16: 8 обозначает цикл, состоящий из 16 часов света и 8 часов темноты. Для сравнения см. DD.

Маскировка: Затемнение «истинного» состояния ритма условиями, которые предотвратить его обычное проявление. Обычно фаза увлеченного ритма или отсутствие увлечения (например, у животного, которое не может увлечься, потому что некоторого дефекта), как говорят, маскируется световым циклом. Например, отвращение ночного грызуна на яркий свет приводит к появлению проявления его активности совпадать с отсутствием света или «выключить свет», когда животное на самом деле бодрствовало несколько часов.Для сравнения см. Унос .

Небыстрый сон с движением глаз (NREM) : стадии сна, которые включают «более глубокий» стадии сна, на которых сновидения обычно не возникают. Также упоминается как медленный сон. Для сравнения см. Сон с быстрым движением глаз.

Фазовый сдвиг: Изменение фазы ритма. Это изменение можно измерить, наблюдая изменение времени точки отсчета фазы (например,g., начало активности или ночное повышение выброса гормона мелатонина) от времени ожидается на основе предыдущих автономных циклов. Фазовые сдвиги могут быть либо продвигается вперед (т. е. опорная точка фазы наступает раньше, чем обычно) или задержки (т. е. опорная точка фазы наступает позже, чем обычно).


Кривая фазовой характеристики (PRC):
Графическая сводка фазовых сдвигов , произведенный определенной манипуляцией, такой как световой импульс или фармакологический лечение в зависимости от фазы (т.е., суточного времени ), при котором происходит манипуляция. Определение КНР на свет позволило исследователям чтобы понять и спрогнозировать, как выполняется увлечение световыми циклами.


Сон с быстрым движением глаз (REM):
Стадия легкого сна, характеризующаяся быстрые движения глаз и связанные со сновидениями. Также называется парадоксальным спать. Для сравнения см. сон с небыстрым движением глаз.


Супрахиазматическое ядро ​​или ядра (SCN):
Кластер нервных клеток, расположенных в области мозга, называемой гипоталамусом, который отвечает за выработку и координирование циркадных ритмов у млекопитающих.


Ultradian:
Термин, образованный от латинского слова «ultra diem», что означает «больше суток»; относится к биологическим циклам, которые длятся менее 1 дня и, следовательно, чаще одного раза в день.Для сравнения см. циркадный и инфрадиан .


Zeitgeber:
Немецкое слово, буквально означающее «дающий время». Время кий, способный уловить циркадных ритмов. Свет представляет самое важный Zeitgeber.


Время Zeitgeber (ZT):
Стандартизированное 24-часовое обозначение фазы в увлеченный циркадный цикл , в котором ZT 0 указывает на начало дня, или светлая фаза, и ZT 12 - начало ночи, или темная фаза.Для сравнения см. суточного времени.

Присоединяйтесь к нам в Фениксе, Атланта, Сан-Диего и остров Амелия

Национальный Институт злоупотребления алкоголем и алкоголизмом (NIAAA) приглашает вас посетить свой научная выставка на предстоящих конференциях по стране. Алкоголь и База данных по проблемам алкоголя (ETOH), недавние публикации NIAAA и Информация о исследовательском гранте будет отображаться.

Общество за развитие науки чикано и коренных американцев

сентябрь 27–30

Феникс, AZ

Общество для неврологии

ноябрь 10–15

Сан Диего, Калифорния

Американский Общественное здравоохранение

В База данных науки об алкоголе и проблемах с алкоголем (ETOH), последние публикации NIAAA, и информация о исследовательском гранте будет отображаться.

Границы | Жизнь без темпоральных подсказок: пример

Введение

Поддержание временной организации наших физиологических и поведенческих процессов необходимо для поддержания хорошего состояния здоровья и благополучия. Систему суточного ритма необходимо переустанавливать каждый день, поскольку ее эндогенный период (τ) составляет не точно 24 часа (Миддлтон и др., 1996; Хиддинга и др., 1997; Карскадон и др., 1999; Чейслер и др., 1999). ; Берджесс, Истман, 2008). Таким образом, наша циркадная система использует циклические сигналы окружающей среды ( zeitgebers ), такие как цикл свет / темнота, чтобы синхронизировать центральный кардиостимулятор, расположенный в супрахиазматических ядрах (SCN), на ежедневной основе и оставаться вовлеченным в 24-часовой день.Циркадная система будет работать свободно (колебаться в зависимости от своего эндогенного периода) в постоянных условиях.

Переменные, которые, как было показано, колеблются циркадным образом у людей, включают температуру тела и кожи тела (Aschoff, 1983; Carskadon et al., 1999; Wyatt et al., 1999; Hanneman, 2001), мелатонин (Lockley et al. , 1997; Dijk et al., 1999; Zeitzer et al., 1999) и производство кортизола (Linkowski et al., 1993; Skene et al., 1999; van de Werken et al., 2014), кровяное давление (Shea et al., 2014) al., 2011), сон (Aschoff, 1993; Dijk, Cheisler, 1995; Wyatt et al., 1999), субъективная сонливость (Wu et al., 2015) и настроение (Koorengevel et al., 2000; Murray et al., 2002, 2009; Wirz-Justice, 2003). Другие переменные, которые демонстрируют циркадную ритмичность, связаны с интеллектуальными или когнитивными характеристиками, такими как концентрация, время реакции, память и т. Д. (Обзор Dijk et al., 1992; Jewett et al., 1999; Schmidt et al., 2007; Wu et al., 2015), а также другие аспекты, связанные с физической работоспособностью (см. Обзор Teo et al., 2011). Другой ритмической переменной, которая редко изучается, является восприятие времени, хотя ранние исследования показали, что способность оценивать короткие (5–10 с) временные интервалы колеблется в течение дня (Aschoff, 1998).

Адекватное воздействие zeitgebers важно для синхронизации с внешней средой, но также и для внутренней, чтобы гарантировать нормальное фазовое соотношение между этими ритмическими переменными. Однако в настоящее время большой процент населения не подвержен сильному циклу свет / темнота и проводит большую часть своего времени в помещении с низким контрастом между днем ​​и ночью (Roenneberg et al., 2003), либо выполняя посменную работу (Straif et al., 2007). Сменная работа и связанное с ней смещение циркадных ритмов и укороченный сон были связаны с краткосрочным воздействием на работоспособность, продуктивность и безопасность, а также с долгосрочным воздействием на здоровье (Möller-Levet et al., 2013; Eckel et al., 2015) , предрасполагающие людей к хроническим нарушениям (обзор в Bonmati-Carrion et al., 2014) из-за несоответствия между социальным временем (включая рабочий график и свободное время), поведением (сон / бодрствование, кормление / голодание) и внутренним биологическим временем (эндогенное циркадное поведение). фаза).Хронодеструкция связана с более высокой распространенностью различных нарушений здоровья, включая метаболический синдром (Garaulet and Madrid, 2010; Reiter et al., 2011), сердечно-сосудистые заболевания (Knutsson and Bøggild, 2000), когнитивные нарушения (Cho et al., 2000). ) и различные типы рака [молочной железы (Davis et al., 2001; Schernhammer et al., 2001), колоректального рака (Schernhammer et al., 2003) и рака простаты (Conlon et al., 2007; Kubo et al., 2006). ].

Протоколы и инструменты для изучения эндогенной циркадной ритмичности и увлечения постоянно разрабатываются.В 1930-х годах Натаниэль Клейтман первым исследовал эндогенную природу циркадных ритмов у людей (Kleitman et al., 1938). В 1965 году Юрген Ашофф, еще один пионер в изучении биологических ритмов, расширил изучение системы суточного ритма у людей (Aschoff, 1965). Добровольцы жили в бункере (группами или индивидуально) в течение длительных периодов времени, не имея доступа к каким-либо внешним временным сигналам для синхронизации своих внутренних часов, хотя в некоторых экспериментах участники могли самостоятельно выбирать свой цикл свет / темнота (Aschoff, 1965, 1967 ).Этот и последующие эксперименты подтвердили эндогенное происхождение циркадных ритмов человека, установив один из принципов циркадной биологии (Aschoff, 1967). Изоляционные исследования были также выполнены Пёппелем и Гедке, которые также исследовали суточные вариации восприятия времени (Pöppel and Giedke, 1970). Более поздние эксперименты на здоровых добровольцах при непрерывном тусклом свете (Миддлтон и др., 1996, 1997) и слепых людях, не воспринимающих свет (Леви и Ньюсом, 1983; Локли и др., 1997, 2007; Скин и Арендт, 2007) также позволили охарактеризовать свободные циркадные ритмы у людей.Однако все эти более поздние эксперименты включали в себя социальные контакты и знание времени на часах.

Другой подход к изучению периодичности циркадных ритмов человека - это протокол принудительной десинхронии (FD) (Minors and Waterhouse, 1981; Schmidt et al., 2007; Stack et al., 2017), впервые предложенный Клейтманом (1987). Этот протокол предоставляет участникам «день», который значительно длиннее (например, 28, 40 часов) или короче (например, 20 часов), чем 24-часовой день. Поскольку установленная продолжительность светового дня находится за пределами диапазона увлечения (часы не могут быть синхронизированы с этой продолжительностью светового дня), циркадные ритмы свободно работают в свой эндогенный период (τ).Однако этот протокол обычно также включает в себя социальные контакты между участниками и / или исследователями. Следовательно, эксперимент в условиях постоянного тусклого света с социальной изоляцией и незнанием времени на часах предоставит дополнительное понимание циркадной ритмичности человека.

Хотя это тематическое исследование изначально было разработано как часть телевизионного документального фильма (Body Clock: Что заставляет нас тикать?), Целью которого было распространение знаний и исследований по хронобиологии среди широкой публики, уникальная социальная изоляция и временная изоляция, а также условия тусклого света в бункер, а также проводившийся непрерывный физиологический мониторинг предоставили прекрасную возможность изучить циркадные часы человека при повторном посещении первых экспериментов в бункере, упомянутых выше.Кроме того, условия хронодеструкции, возникающие во время цикла свет / темнота с ранним пробуждением (третья стадия, включающая резкое прекращение сна), не часто выполняются в условиях временной и социальной изоляции.

Научной целью протокола было изучение ритмических изменений у человека, живущего в социальной / экологической изоляции, в трех условиях (базовый цикл свет / темнота, постоянный тусклый свет и цикл свет / темнота с ранним пробуждением). Для оценки температуры запястья, двигательной активности и освещенности, а также для определения цикла сна и бодрствования использовалась новая система амбулаторного мониторинга (ACM) (Kronowise) (Madrid-Navarro et al., 2019). Другой целью исследования было оценить время на часах, переменную, которая редко оценивается, параллельно с оценками субъективной сонливости, времени реакции, памяти / концентрации, силы хвата, времени спринта и настроения. Мы выдвинули гипотезу, что большинство измеряемых физиологических переменных будут следовать циркадным колебаниям, имеющим тенденцию к произвольному бегу (не с 24-часовой периодичностью) при постоянных условиях. Мы также ожидали резкого ухудшения способности бодрствовать после цикла свет / темнота с ранним пробуждением.

Материалы и методы

Участник

Участником был здоровый, некурящий, 40-летний мужчина, которого пригласили принять участие в телевизионном документальном исследовании BBC (Cook, 2018). Полная информация о протоколе и процедурах исследования была объяснена участнику до начала исследования, и ему был предоставлен письменный документ с описанием протокола исследования. В этом документе объяснялись различные этапы, которые ему предстоит пройти, но не совсем точно, когда они должны были произойти.Участник знал, что может выйти из эксперимента в любое время, и было получено письменное информированное согласие. Участник также прошел независимую психологическую оценку, чтобы убедиться, что он подходит для эксперимента. Все протоколы исследований были одобрены отделом соблюдения требований Би-би-си, который рассмотрел план эксперимента и этические вопросы. Все исследования проводились в соответствии с соответствующими инструкциями и правилами. Продюсеры документальных фильмов провели полную оценку рисков, которую провела независимая внешняя компания по оценке рисков (Первый вариант - специалисты по охране труда, которые консультируют телеиндустрию).При необходимости участнику также была предложена последующая поддержка.

Протокол

В течение 10-дневного исследования участник оставался в бункере без прямого контакта с людьми и без знания реального времени (то есть без телефона, Интернета, телевидения, радио или естественного света). Эксперимент состоял из трех последовательных фаз: самостоятельно выбранный цикл свет / темнота (Стадия 1), постоянный тусклый свет (Стадия 2) и цикл свет / темнота с ранним пробуждением (с последующим сокращением сна) (Стадия 3).Эксперимент проводился в мае – июне 2018 г. в Юго-Западной Англии.

Экспериментальная фаза показана на Рисунке 1 и состоит из:

Рисунок 1. Схема эксперимента. (A) Протокол эксперимента с продолжительностью каждой стадии (57 ч, самостоятельно выбранный цикл свет / темнота; 107 ч, постоянный тусклый свет; и 52 ч, цикл свет / темнота с ранним пробуждением), ( B) переменных, измеряемых непрерывно на протяжении всего эксперимента, (C) диаграмма выполненных тестов и семь примерных значений времени (синие стрелки) в течение каждого периода бодрствования.

1 этап

Самостоятельно выбранный цикл свет / темнота (57 ч, 2,4 дня). Источники света представляли собой смесь ярких светодиодных панелей и галогенных настольных ламп (цветовая температура примерно 3200 К). Когда свет был включен, это давало такую ​​же яркость, как в хорошо освещенном помещении ночью. Когда свет был выключен, в комнате было совсем темно (0 люкс). В спальне был источник яркого инфракрасного света, позволяющий снимать видео в инфракрасном свете в условиях 0 люкс. Выключатель света управлялся дистанционно исследовательской группой, но участник выбирал, когда он хотел, чтобы свет был включен или выключен.

2 этап

Фаза тусклого света (107 ч, ∼4.5 суток). Источники света были установлены на уровне <10 люкс по всему бункеру с использованием галогенных ламп с основным затемнением (3200 K). Этот уровень освещенности поддерживался постоянно с 3-го дня эксперимента в 19:10 (по местному времени) до 8-го дня (ночь 7) в 06:00. Опять же, инфракрасные огни использовались в нескольких комнатах для освещения инфракрасных камер. При необходимости участник также носил очень тускло освещенный налобный фонарь, чтобы помочь ему обойти самые темные области бункера.

3 этап

Цикл свет / темнота с ранним пробуждением, включал повторное введение цикла свет / темнота с принудительным ранним пробуждением (52 часа, ∼2,2 дня). Чтобы смоделировать график работы по раннему началу смены, волонтера разбудили в 06:00 по местному времени 7–9 ночей по телефону, и исследователи включили свет в комнате. В ночь 7 это было примерно 3,5 часа его сна (ограничение сна). После этого он мог свободно выбирать свои занятия, в том числе, когда ложиться спать (когда он был готов, он попросил команду выключить свет).

На протяжении всего исследования участник оставался изолированным, без указания времени. За исключением короткого телефонного разговора с исследователем в начале 2-го и 3-го этапов, у него не было ни словесного, ни визуального контакта с командой. Он был свободен выбирать время для всех своих действий (сон / бодрствование, еда, упражнения и т. Д.) На протяжении всего исследования (за исключением раннего пробуждения на стадии 3). По запросу ему давали готовые блюда по его выбору в количестве до суточной нормы калорий, рекомендованной для взрослого мужчины.Он сам контролировал время приема пищи, а также время, когда проводил тесты.

Участник не имел доступа к каким-либо светоизлучающим устройствам, кроме небольшой камеры с минимальной яркостью экрана (2 × 4 см, угол обзора 2 ° 51 ′ 0,85 ″). Это использовалось для самосъемки и записи его чувств на протяжении всего исследования. У него также были бумажные книги, и он мог тренироваться с отягощениями, отжиматься и бегать вверх и вниз по коридору.

Амбулаторный мониторинг циркадного ритма

Участник постоянно носил небольшое устройство, напоминающее часы для амбулаторного циркадного мониторинга, «Kronowise 3.0 ”(Kronohealth SL, Испания) (Arguelles-Prieto et al., 2019) на его недоминантной руке, чтобы уменьшить возможное маскирование двигательной активности на измеряемых переменных.

Температура кожи запястья, воздействие света (в трех спектральных диапазонах: видимый (400-700 нм), коротковолновый между 460-490 нм и инфракрасный> 800 нм) и трехосное моторное ускорение непрерывно регистрировались. По трехосному ускорению оценивали (i) ускорение движения, (ii) положение запястья (наклон оси x ) и (iii) время в движении.Время движения рассчитывалось как время с периодом 0,1 с, в течение которого было обнаружено движение по любой из трех осей, причем эта информация особенно полезна для различения состояний сна и бодрствования (Madrid-Navarro et al., 2019). Частота дискретизации составляла 1 Гц для температуры кожи запястья и воздействия света, 10 Гц для ускорения и 0,033 Гц (1 показание на эпоху) для положения запястья. Затем данные были обработаны и сохранены в 30-секундные эпохи на протяжении всего эксперимента.

Связь с устройством ACM Kronowise была установлена ​​с помощью Kronoware 10.0 (Kronohealth SL, Испания) через порт USB. Это программное обеспечение позволяет визуально проверять данные перед анализом для устранения артефактов и расчета основных циркадных параметров и параметров сна. Данные были преобразованы в текстовый файл для анализа с помощью хронобиологического программного обеспечения «Circadianware», реализованного на онлайн-платформе Kronowizard (Университет Мерсии).

Обнаружение сна

Параметры сна (начало сна, смещение, продолжительность) и параметры, связанные со светом (выключение света в зависимости от того, когда доброволец готовился ко сну, и включение света в связи с пробуждением) были оценены с использованием веб-сайта Kronowizard (см. Текстовую сноску 1, Университет Мерсия) и основан на алгоритме TAP (температура запястья, двигательная активность и положение тела, интегрированная переменная) (Ortiz-Tudela et al., 2010). Таким образом, эпоха засчитывалась как сон, когда ТАР было ниже порога по умолчанию (0,28), ранее подтвержденного полисомнографией (ПСГ) (Ortiz-Tudela et al., 2014). Время в середине сна, полученное из данных Kronowise, использовалось в качестве оценки циркадной фазы.

Тесты на работоспособность, субъективную сонливость и настроение

Участник выполнял различные тесты производительности в выбранное им время в течение каждого дня исследования. Проверенные переменные включали время реакции (Fitlight Trainer TM , FITLIGHT Corp., Дания), память / концентрация [бумажный тест замены цифровых символов, DSST (Rosano et al., 2016)], сила захвата (цифровой ручной динамометр Camry 200 фунтов / 90 кг, весы Camry ® , США) и время спринта на дистанции 11 метров (TC Timing Systems, Brower Timing © ). Кроме того, субъективная сонливость [Каролинская шкала сонливости (Akerstedt and Gillberg, 1990)] и настроение [оценивается с помощью 4 визуальных аналоговых шкал 1–9 (Lockley et al., 2008; Revell et al., 2006) в диапазоне от очень внимательного (1). ) - очень сонный (9), очень веселый (1) - очень несчастный (9), очень спокойный (1) - очень напряженный (9), очень приподнятый (1) - очень подавленный (9)].

Участника попросили выполнять семь наборов тестов каждый день бодрствования. От него требовалось сделать первое, как только он проснется; второй - в середине его субъективного утра, а третий - перед обедом. Следующий подход нужно было выполнить в середине дня, а последние три подхода - перед ужином, в середине вечера и непосредственно перед сном, соответственно. Для каждого теста в каждый момент времени записывались три попытки и вычислялось среднее значение.

Оценка времени на часах

На каждом этапе тестирования для оценки производительности, субъективной сонливости и настроения участнику задавали вопрос: «Который час?» Часы (как фактические, так и расчетные) были преобразованы в время (ч) с момента пробуждения (нулевое время) и рассчитана разница между ними. Чтобы коррелировать со средней точкой сна, различия между фактическим и расчетным временем были усреднены для каждого дня исследования.

Анализы

Каждая переменная, зарегистрированная Kronowise (Kronohealth SL, Испания) за 30-секундные эпохи, усреднялась ежечасно, чтобы можно было сравнить эти данные с данными теста производительности.Среднее время сна рассчитывалось как средняя точка периода сна, определенная программным обеспечением KronoWare (Kronohealth SL, Испания).

Для расчета периода переменных ACM на этапе 2 (постоянный тусклый свет) использовалось программное обеспечение El Temps (версия 1.228, авторское право Diez-Noguera, Университет Барселоны). Для переменных, не относящихся к ACM, период рассчитывался путем усреднения времени между максимальными значениями на этом этапе.

Для вычисления амплитуды или разницы между днем ​​и ночью были рассчитаны средние формы волны (не показаны) для каждой переменной в соответствии с предполагаемым началом сна для предыдущей ночи с учетом времени как « часов после начала сна » (HASO).Каждая переменная была усреднена с 00:00 до 08:00 (HASO) для ночного времени и с 09:00 до 23:00 (HASO) для дневного времени, а затем была рассчитана разница между ними.

Статистика

Усредненные данные за разные дни на каждой экспериментальной стадии выражены как среднее ± стандартное отклонение.

Были также выполнены корреляции между переменными, зарегистрированными Kronowise, и результатами тестов производительности. Все расчеты и статистический анализ были выполнены с использованием SAS версии 9.4.

Результаты

Условия этого эксперимента позволили нам продемонстрировать циркадную ритмичность в ряде переменных (Рисунок 2) и рассчитать периодичность свободного хода (τ) этих переменных в условиях постоянного тусклого освещения (Стадия 2: 107 ч, ∼4.5). дней): температура запястья (τ 24,16 ч), двигательная активность (τ 25,16 ч и 24,30 ч для ускорения и времени в движении, соответственно), цикл сна-бодрствования (выведенный из новой системы ACM: середина сна, τ 24,40 ч) , субъективная сонливость и настроение (τ 24.80 ч).

Рисунок 2. Десятидневная амбулаторная запись (A) времени движения (светло-зеленый) и двигательной активности (темно-зеленый), (B) температуры запястья (красный) и субъективной сонливости (Каролинская шкала сонливости, KSS) (синий), (C) вероятность сна (черный) и воздействие света (оранжевый). Серые области обозначают стадию 2 (постоянный тусклый свет). Предыдущие и последующие дни соответствуют Этапу 1 (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) и Стадии 3 (цикл свет / темнота с ранним пробуждением) соответственно.Черная лампочка указывает на темноту, желтая лампочка указывает на яркий свет (этап 1, самостоятельно выбранный цикл света / темноты), серая лампочка указывает на тусклый свет (этап 2), а будильник указывает на цикл свет / темнота с ранним пробуждением (этап 3).

Что касается переменных, измеряемых Kronowise ® , двигательная активность (рис. 2A) - как ускорение, так и время в движении - показала суточный характер с более высокими значениями в течение дня в течение всего эксперимента с периодом (τ) в постоянном тусклом свете. 25,16 и 24.30 ч соответственно. Температура кожи запястья (рис. 2В) показала обратную картину: более высокие значения в ночное время (достигая максимума приблизительно 34 ° C, 32,9 ± 0,3 ° C) и более низкие значения в течение дня (минимум ≈ 27 ° C, 28,8 ± 0,6 ° C). ° C), показывая период (τ) 24,16 ч во время фазы постоянного тусклого света. Амплитуда этого суточного ритма уменьшилась на 77% в условиях тусклого освещения (стадия 2) по сравнению с самостоятельно выбранным циклом свет / темнота (стадия 1) и, по-видимому, восстановилась только во второй и последний день стадии 3 (свет / темный цикл с ранним пробуждением).

Запись светового воздействия (рис. 2C) во время этапа 1 (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) подтвердила, что уровни освещения в окружающей среде имеют более высокие значения в течение дня (максимум достигает около 100 люкс) и темноты в ночное время. Во время стадии 2, 4-дневной фазы тусклого света (начало 3-го дня в 19:10 по местному времени), экспериментальные условия были подтверждены как постоянно <10 люкс, за исключением двух эпох (не более 20 люкс). Во время Этапа 2, когда освещение было постоянно тусклым (<10 люкс), монитор на запястье показывал более низкий уровень освещенности ночью, чем днем ​​(со средним снижением примерно на 65%), вероятно, потому что участник накрылся одеяло, также закрывающее датчик освещенности в течение части субъективной ночи.

Во время Этапа 1 (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) картина сна и бодрствования, полученная с помощью устройства ACM (рисунки 2C, 3 и таблица 1), показывала задержку начала сна от ночи 1 до 2 (104 мин), средняя точка сон (64 мин) и смещение сна (23 мин). В условиях тусклого освещения (стадия 2) средняя точка сна задерживается в среднем на 23 ± 28 минут (среднее ± стандартное отклонение) каждую ночь с периодом (τ) 24,40 ч (ночи 2–6).

Рис. 3. Актограмма, построенная на основе ежедневных записей, показывающая периоды сна желтым цветом и время середины сна (красные кружки) для каждой ночи.Черная лампочка указывает на темноту, желтая лампочка указывает на яркий свет (этап 1, самостоятельно выбранный цикл света / темноты), серая лампочка указывает на тусклый свет (этап 2), а будильник указывает на цикл свет / темнота с ранним пробуждением (этап 3).

Таблица 1. Сводка предполагаемого сна и связанного с ним светового воздействия.

Продолжительность сна (таблица 1 и рисунок 3), полученная с помощью устройства ACM, как правило, была больше (9,7 ± 0,7 ч) в начале исследования (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота), когда участник был полностью свободен выберите время для засыпания и пробуждения (без будильника, без дневного цикла, без временных индикаторов), которое обычно бывает короче во время фазы тусклого света (7.9 ± 0,2 ч).

Поскольку из измеряемых переменных температура запястья имеет наибольший эндогенный компонент, как ранее было продемонстрировано с помощью процедур демаскировки, он был нанесен на график параллельно с субъективной сонливостью (Рисунок 2B), оценкой времени (Рисунок 4), результатами работы и настроением (Рисунок 5). . Субъективная сонливость (KSS) (рис. 2B) была максимальной непосредственно перед сном, независимо от фазы эксперимента. Время максимальной сонливости имеет тенденцию откладываться от начала (23:05 ч) до конца стадии 2 (1:29 ч) с периодом (τ), равным 24.8 ч во время фазы тусклого света. Температура кожи запястья также оказалась хорошим предиктором оценки сонливости в постоянных условиях, показывая положительную корреляцию ( R = 0,486, p = 0,007) в условиях постоянного тусклого света, но не в состоянии сделать это во время самостоятельной съемки. выбранный цикл свет / темнота и цикл свет / темнота с ранним пробуждением ( R = 0,318, p = 0,290 и R = -0,268, p = 0,334 соответственно).

Рисунок 4. Десятидневные амбулаторные записи температурного ритма запястья (красный) с разницей между фактическим и расчетным временем после пробуждения (черный, A ). Среднесуточная разница (± стандартное отклонение) между фактическим и расчетным временем с момента пробуждения ( B , сплошная линия, черная) со временем сна (пунктирная линия, синяя). Серая область обозначает стадию 2 (постоянный тусклый свет). Предыдущие и последующие дни соответствуют Этапу 1 (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) и Стадии 3 (цикл свет / темнота с ранним пробуждением) соответственно.

Рис. 5. Десятидневные амбулаторные записи температурного ритма запястья (красный) с графиком зависимости времени реакции ( A, , синий), теста замены символа цифры (DSST) ( B, , зеленый), силы захвата ( C) , коричневый), время спринта ( D, , зеленый), настроение (более высокие значения, более депрессивное настроение) ( E , бирюзовый). Серые области обозначают стадию 2 (постоянный тусклый свет). Предыдущие и последующие дни соответствуют Этапу 1 (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) и Стадии 3 (цикл свет / темнота с ранним пробуждением) соответственно.Черная лампочка указывает на темноту, желтая лампочка указывает на яркий свет (этап 1, самостоятельно выбранный цикл света / темноты), серая лампочка указывает на тусклый свет (этап 2), а будильник указывает на цикл свет / темнота с ранним пробуждением (этап 3).

Другой переменной, оцениваемой в этом исследовании, была оценка времени (Рисунок 4). На протяжении всего исследования фактическое местное время всегда недооценивалось участником (т.е. он всегда думал, что оно было раньше, чем было на самом деле). Разница между фактическим и расчетным временем (выраженная относительно времени пробуждения) колебалась в зависимости от суточного и циркадного ритма (рис. 4A) на этапах 1 и 2 соответственно, показывая период 25.42 и 24,28 ч относительно максимальной и минимальной разницы соответственно. Максимальная разница наблюдалась непосредственно перед сном, а минимальная - утром.

Разница между фактическим временем и расчетным временем с момента пробуждения постепенно увеличивалась от начала исследования (средняя разница 0,67 часа, этап 1) до начала (2,68 часа) и конца (4,29 часа) фазы тусклого света ( 2 этап). Эта разница снова уменьшилась на этапе 3 (0,5 ч в конце).Это изменение оценки времени с момента пробуждения сильно коррелировало ( R = 0,908, p = 0,001) (рис. 4B) со средней точкой сна во все дни исследования.

Что касается психомоторных тестов, то как время реакции (рис. 5A), так и тесты на замену цифровых символов (DSST, психомоторный тест) (рис. 5B) показали тенденцию к улучшению на протяжении всего исследования. Время реакции варьировалось в среднем от 0,49 ± 0,06 с в начале (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) до 0,41 ± 0,02 с в конце исследования, что отражает улучшение скорости реакции.Показатели DSST также улучшились при переходе от самостоятельно выбранного цикла свет / темнота (54,7 ± 5,4 правильных ответа) к фазам тусклого света (63,5 ± 3,8 правильных ответа) и цикла свет / темнота с ранним пробуждением (63,1 ± 2,7 правильных ответа).

Несмотря на тенденцию к улучшению в течение периода исследования, четкая суточная картина времени реакции наблюдалась в начале исследования (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) с лучшими показателями в целом (таким образом, более короткое время реакции) во время день по сравнению с вечером.Однако с самого начала тусклого освещения (стадия 2) разница дня и ночи явно уменьшилась. В течение 57-часового цикла свет / темнота (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота, этап 1) время реакции значительно коррелировало с температурным режимом запястья ( R = 0,513, p = 0,042), таким образом, более медленное время реакции. с более высокими значениями температуры запястья.

Физическая работоспособность также соответствовала дневному ритму с силой захвата (рис. 5C) и скоростью спринта (рис. 5D), демонстрируя лучшие результаты во второй половине дня (~ 5 ч после бодрствования).Время максимальной производительности (большая сила захвата и скорость спринта), как правило, задерживалось в течение первых 3 дней постоянного тусклого света (с 13:56 до 17:37 ч, 221 мин), снова увеличиваясь в последующие дни тусклого света ( обратно к ∼13: 50 ч). Обе переменные имели обратную зависимость от температуры запястья.

Настроение (рис. 5E) также следовало дневному графику с пиком депрессивного настроения (более высокие баллы) перед сном (21:23 ч) и минимумом в начале дня в цикле свет / темнота (самостоятельно выбранный свет / темный цикл, Этап 1).Время максимальной оценки имеет тенденцию к задержке в условиях тусклого освещения (этап 2), с 23:05 ч в начале этапа 2 до 1:29 ч в конце этапа 2, что указывает на период (τ), равный 24,8 ч. . Пиковое время снова увеличилось в первый день цикла свет / темнота с ранним пробуждением (стадия 3). Эти пиковые времена депрессивного настроения совпадают с периодами максимальной сонливости (обе модели показали сильную и значимую корреляцию, R = 0,644, p <0,0001), что указывает на четкую взаимосвязь между настроением и сонливостью.Чтобы оценить влияние экспериментального протокола на настроение, были рассчитаны средние (± стандартное отклонение) максимальные депрессивные баллы [5,50 ± 0,00, стадия 1; 4,53 ± 0,19, 2 этап; и 4,75, стадия 3 ( n = 1)]. Минимальные баллы, однако, имели тенденцию к увеличению на протяжении стадии 1 эксперимента, 3,0 ± 0,0; 2 этап - 3,48 ± 0,47; и стадия 3 - 3,75 ( n = 1). Таким образом, похоже, что отсутствие цикла свет / темнота влияет на амплитуду этого ритма, снижаясь с ∼2,5 на Стадии 1 (самостоятельно выбранный цикл свет / темнота) до ∼1.05 и ∼1 на Этапе 2 (постоянный тусклый свет) и Стадии 3 (цикл свет / темнота с ранним пробуждением) соответственно.

Цикл опережения фазы свет / темнота, выполненный в этом исследовании, включал в себя пробуждение участника в 06:00 часов в течение 3 дней, что было на 3:43 часа раньше, чем время пробуждения в последний день в условиях тусклого освещения, таким образом увеличивая время сна на 96 мин. Как и ожидалось, участник спал около 3,5 часов в первую ночь цикла свет / темнота с ранним пробуждением, что привело к сокращению сна и в тот день у него был утренний сон.В последующие две ночи начало его сна улучшилось, вероятно, из-за повышенного гомеостатического давления, с продолжительностью сна ∼5 и 6.5 часов соответственно. Как и ожидалось, в большинстве записанных переменных произошел сдвиг фазы. После принудительного раннего пробуждения (день 8) наблюдалось снижение показателя DSST, силы захвата и скорости реакции (более длительное время реакции) (дополнительный рисунок S1) в первом сеансе отбора проб по сравнению с первым сеансом отбора проб в предыдущий день. Однако скорость спринта не сильно ухудшилась из-за имитации раннего старта.

Обсуждение

План этого эксперимента, первоначально задуманного как телевизионный документальный фильм (Cook, 2018), позволил нам изучить внутренние циркадные часы без какого-либо влияния внешних временных сигналов (экологических или социальных). Это позволило оценить эндогенный период ряда ритмических переменных, а также изменения их амплитуды и фазы. Наши результаты также показали циркадную модуляцию оценки времени на часах в условиях постоянного тусклого освещения.Оценка времени показала, что участник всегда думал, что это было раньше, чем было на самом деле, и это, вероятно, было связано с его оценкой своего времени сна / бодрствования, поскольку он сообщил, что спал с 23:30 до 06:00 до начала эксперимента ( таким образом, раньше, чем в бункере). Оценка времени с момента пробуждения коррелировала со средней точкой сна (параметр, который ранее предлагался в качестве маркера хронотипа (Roenneberg et al., 2003; Roenneberg, 2012). Кроме того, средняя точка сна могла быть связана с бодрствованием. продолжительность, которая, как ранее сообщал Ашофф (1998), связана с оценкой времени у изолированных во времени добровольцев.Влияние времени и социальной изоляции на оценку времени ранее было описано у добровольцев, которые имели тенденцию значительно переоценивать 1-часовые периоды (Aschoff, 1985).

Циркадный паттерн, обнаруженный при оценке времени, является еще одним замечательным открытием этого исследования, поскольку, хотя ранее об этом сообщалось относительно коротких промежутков времени (10 с) (Pöppel and Giedke, 1970; Kuriyama et al., 2005), к лучшему из наших Это первый случай, когда суточные колебания оценки времени в течение более длительных периодов (например, целый день) были описаны у людей либо при наличии временных сигналов, либо в условиях постоянного тусклого освещения.Есть предыдущая литература, которая связывает восприятие времени с циркадными часами. У хомяков, например, предполагается, что тандемный SCN и другие циркадные осцилляторы лежат в основе временной памяти (Ralph et al., 2013). В нашем тематическом исследовании разница между фактическим и расчетным временем с момента пробуждения увеличивалась к концу субъективного дня и была меньше в ранние утренние часы. Этот «сбрасывающий» эффект пробуждения может отражать обратную связь сна в циркадной системе, действуя как zeitnehmer .Как предполагалось ранее (Даниленко и др., 2003), этот zeitnehmer может быть недостаточно сильным, чтобы вовлечь другие явные ритмы, но он может быть достаточно эффективным, чтобы вовлечь оценку времени. Мы также выдвинули гипотезу, что время смещения сна / пробуждения будет более сильным, чем начало сна, в соответствии с тем фактом, что в доиндустриальных обществах пробуждение обычно происходило до восхода солнца, что означает его предвосхищение, в то время как начало сна начиналось более чем через 3 часа после захода солнца. (Йетиш и др., 2015). Ранние исследования предполагали связь между суточными вариациями восприятия времени и циркадным осциллятором, но они не исключили влияние других ритмических переменных (таких как температура тела) на восприятие времени (Pöppel and Giedke, 1970). В нашем исследовании не было обнаружено никаких существенных корреляций между расчетным временем после пробуждения и температурой кожи запястья, а также другими измеренными переменными.

Переменные, измеренные амбулаторным устройством, Kronowise ® , демонстрировали ожидаемые ранее описанные паттерны двигательной активности с более высокими значениями в течение дня и более низкими значениями в течение ночи (Ortiz-Tudela et al., 2010; Бонмати-Каррион и др., 2013, 2015; Madrid-Navarro et al., 2018) и противоположная картина для температуры запястья (Sarabia et al., 2008; Ortiz-Tudela et al., 2010; Bonmati-Carrion et al., 2013). Амплитуда температуры запястья снижалась в условиях постоянного тусклого освещения, что может быть связано с отсутствием положительной маскировки светом (Martinez-Nicolas et al., 2013). Запись освещенности служила для подтверждения того, что средний уровень освещенности значительно снизился во время стадии тусклого освещения.

Зарегистрированные амбулаторные переменные (а именно, температура запястья и двигательная активность) позволили нам сделать выводы о характере сна / бодрствования (Ortiz-Tudela et al., 2010, 2014). Различные задержки, обнаруженные в начале, средней точке и смещении сна во время самостоятельно выбранной стадии цикла свет / темнота, подчеркивают важность поддержания регулярного цикла свет / темнота и дневного света, а также других нефотических сигналов времени (участник был социально изолированы и не знают времени), чтобы увлечь циркадную систему.Задержка сна в условиях постоянного тусклого освещения отражает естественную тенденцию к задержке и свободному бегу в отсутствие циклических экологических и социальных сигналов, выявляя базовые часы / τ дольше 24 часов (также обнаруженные в других изученных переменных) . Это было ранее описано в литературе как в экспериментах с постоянным тусклым светом (но со знанием времени на часах), так и в протоколах принудительной десинхронии (FD) (Middleton et al., 1996; Hiddinga et al., 1997; Carskadon et al., 1999; Чейслер и др., 1999; Берджесс и Истман, 2008). Однако, насколько нам известно, это первый случай, когда τ было получено по ряду переменных при постоянном тусклом свете в условиях как социальной, так и временной изоляции.

Помимо циркадного компонента сна, в этом эксперименте также наблюдался гомеостатический компонент сна. Относительно большая продолжительность сна, продемонстрированная участником в начале эксперимента, вероятно, отражает типичный недосып, возникающий в нормальных условиях повседневной жизни (Bonnet and Arand, 1995; Rajaratnam and Arendt, 2001; Basner et al., 2007), который восстанавливается / удлиняется, когда нет никаких обязательств или обязательств.

Что касается психомоторных показателей, мы обнаружили четкую суточную картину времени реакции в начале исследования с лучшей производительностью в дневное время. Однако время реакции и DSST (тест на память / концентрацию) показали тенденцию к улучшению на протяжении всего исследования. Эта тенденция, скорее всего, связана с эффектом обучения / практики (Beres and Baron, 1981), поскольку ограничением этого исследования было отсутствие интенсивного обучения различным тестам перед экспериментом.Затухание, обнаруженное в разнице между днем ​​и ночью в условиях тусклого освещения, было маловероятным из-за условий постоянного тусклого света как таковой , поскольку быстрое время реакции не изменилось, а было даже быстрее, в то время как более медленное время реакции в условиях света / темноты были явно снижены, вероятно, в результате уже упомянутого тренировочного эффекта. Однако это снижение амплитуды также согласуется с уменьшением температуры запястья, что подтверждает описанную взаимосвязь между внутренней температурой тела и работоспособностью, измеряемой с помощью тестов на психомоторную бдительность или подстановки кода (Johnson et al., 1992; Райт и др., 2002). В ранних работах Kleitman et al. (1938) постулировали причинную роль температуры тела в производительности, хотя более поздние исследования показывают, что когнитивные функции являются более сложными и зависят от множества факторов, помимо только внешних и внутренних изменений температуры тела [обзор в Schmidt et al. (2007)]. Температура запястья, со своей стороны, была предложена как хороший предиктор сонливости (Sarabia et al., 2008; Madrid-Navarro et al., 2018) и вечернего начала синтеза мелатонина ( при тусклом свете, , DLMO ) (Bonmati-Carrion et al., 2013), поэтому периферическая температура запястья также может быть объективным способом прогнозирования влияния времени суток на когнитивные функции, поскольку сообщалось, что сонливость и когнитивные способности тесно связаны (Dinges et al., 1997). Напротив, результаты DSST не показали четкой суточной модели во время какой-либо части исследования.

Физическая работоспособность также следовала дневному ритму, при этом сила захвата и скорость спринта показали лучшие результаты во второй половине дня и имели обратную зависимость от температуры запястья.В самом деле, ранее было обнаружено, что циркадный ритм физической работоспособности тесно связан с внутренней температурой тела [которая следует обратной модели периферической температуры (Kräuchi and Wirz-Justice, 1994)], которая, как предполагалось, увеличивает энергетический метаболизм. , улучшают эластичность мышц и способствуют образованию мостиков между актином и миозином [обзор Teo et al. (2011)]. Здесь мы демонстрируем, что периферийная температура, похоже, не влияет напрямую на улучшение физической работоспособности.Скорее физическая работоспособность, по-видимому, является отражением сонливости [также отражается периферической температурой (Kräuchi et al., 1997)], что увеличивает сонливость, более высокую температуру запястья и худшую работоспособность.

Настроение - еще один аспект психологического благополучия, который также следует дневному образцу, показывая более депрессивные настроения к ночи. Наши результаты также указывают на четкую взаимосвязь между настроением и сонливостью, как предполагалось ранее (Johnson et al., 1990; Dinges et al., 1997; Settineri et al., 2010, 2012; Wong et al., 2013). Наблюдаемое ослабление амплитуды этого ритма в условиях постоянного тусклого освещения может свидетельствовать о возможном маскирующем эффекте цикла свет / темнота на ежедневный ритм настроения. Настроение также может влиять на когнитивные и физические способности, что считается косвенным способом воздействия сна на оба типа работоспособности (Wong et al., 2013).

Последняя часть этого исследования включала моделирование графика работы в раннюю смену (цикл свет / темнота с ранним пробуждением), приводящего к несоответствию между биологическими часами и желаемым сном / бодрствованием (Möller-Levet et al., 2013; Eckel et al., 2015). Наблюдаемые параметры сна соответствовали ожидаемым для этого типа графика, с улучшением средней продолжительности сна из-за принудительного раннего пробуждения, за которым следовало более раннее начало сна из-за повышенного гомеостатического давления. Ограничением этого исследования, однако, является короткая продолжительность этой стадии эксперимента, недостаточная для оценки долгосрочного воздействия этой симуляции на циркадную ритмичность. Другим эффектом цикла свет / темнота с ранним пробуждением было резкое снижение большинства переменных производительности, что могло быть связано с острым эффектом ограничения сна, инерцией сна или тем, что оценка проводилась в другой циркадной фазе.Это нарушение работоспособности из-за пробуждения во время биологической ночи также было показано ранее (Scheer et al., 2008).

Одним из ограничений этого исследования в отношении освещенности было использование участником видеокамеры со светоизлучающим экраном. Несмотря на то, что установлена ​​минимальная яркость (освещенность не измерялась), эти устройства излучают коротковолновый свет, наиболее активный на циркадных часах [обзор Bonmati-Carrion et al. (2014)]. Хотя наши результаты показывают, что синхронизирующий эффект этого прерывистого слабого освещения во время фазы тусклого света будет минимальным, мы не можем исключить эту возможность.

С очевидным ограничением одного тематического исследования, этот эксперимент, первоначально задуманный как часть телевизионного документального фильма, также служил тематическим исследованием времени и социальной изоляции, чтобы показать, как разные циркадные ритмы сохраняются и протекают с разной периодичностью в условиях постоянный тусклый свет. Также было продемонстрировано острое влияние моделирования сменной работы раннего начала / прекращения сна на производительность. Подтверждение этих результатов в будущих экспериментах необходимо.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

Заявление об этике

Все протоколы исследования были одобрены отделом соблюдения требований Би-би-си, который рассмотрел план эксперимента и этические вопросы. Все исследования проводились в соответствии с соответствующими инструкциями и правилами. Продюсеры документальных фильмов провели полную оценку рисков, которую провела независимая внешняя компания по оценке рисков (Первый вариант - специалисты по охране труда, которые консультируют телеиндустрию).Участник предоставил свое письменное информированное согласие на участие в этом исследовании, и участник знал, что он может отказаться от эксперимента в любое время. Участник также прошел независимую психологическую оценку, чтобы убедиться, что он подходит для эксперимента. При необходимости участнику также была предложена последующая поддержка.

Авторские взносы

Все авторы задумали и разработали исследование и просмотрели рукопись. VR, TC и TW получили данные.M-AB-C и JM проанализировали данные. M-AB-C написал рукопись при участии DS, VR, M-AR и JM и подготовил рисунки.

Финансирование

Эта работа была поддержана Министерством экономики и конкурентоспособности, Instituto de Salud Carlos III через грант CIBERFES (CB16 / 10/00239), предоставленный JM, Fundación Séneca через грант 19899 / GERM / 15, предоставленный JM, и Министерству of Science, Innovation and Universities RTI2018-093528-B-I00 to M-AR (все они софинансируются FEDER).Исследовательская стипендия предоставлена ​​M-AB-C (20401 / SF / 17), присужденная Fundación Séneca.

Конфликт интересов

M-AR и JM являются партнерами-основателями Kronohealth SL, дочерней компании (соучредителем которой является Университет Мерсии), которая не внесла финансовый вклад в это исследование. VR является научным консультантом Lumie Ltd. TC и TW работали в Windfall Films, Лондон.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2020.00011/full#supplementary-material

Сноски

Список литературы

Аргуэльес-Прието, Р., Бонмати-Каррион, М.А., Рол, М.А., и Мадрид, Дж. А. (2019). Определение интенсивности света, времени и типа видимого и циркадного света с помощью амбулаторного устройства для мониторинга циркадных ритмов. Фронт. Physiol. 10: 822. DOI: 10.3389 / fphys.2019.00822

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ашофф Дж. (1965). Циркадные ритмы у человека. Наука 148, 1427–1432.

Google Scholar

Ашофф Дж. (1967). Человеческие циркадные ритмы активности, температуры тела и других функций. Life Sci. Space Res. 5, 159–173.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Ашофф Дж. (1993).О связи между двигательной активностью и циклом сна-бодрствования у людей во время временной изоляции. J. Biol. Ритмы 8, 33–46. DOI: 10.1177 / 074873049300800103

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ашофф Дж. (1998). Восприятие человеком коротких и длинных интервалов времени: его взаимосвязь с температурой тела и продолжительностью бодрствования. J. Biol. Ритмы 13, 437–442. DOI: 10.1177 / 07487309812

64

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баснер, М., Фомберштейн, К. М., Разави, Ф. М., Бэнкс, С., Уильям, Дж. Х., Роза, Р. Р. и др. (2007). Американское исследование использования времени: время сна и его связь с активностью бодрствования. Сон 30, 1085–1095. DOI: 10.1093 / сон / 30.9.1085

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бонмати-Каррион, М. А., Аргуэльес-Прието, Р., Мартинес-Мадрид, М. Дж., Райтер, Р., Харделанд, Р., Рол, М. А. и др. (2014). Защита ритма мелатонина с помощью нормального циркадного воздействия света. Внутр. J. Mol. Sci. 15, 23448–23500. DOI: 10.3390 / ijms151223448

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бонмати-Каррион, М. А., Миддлтон, Б., Ревелл, В., Скин, Д. Дж., Рол, М. А., и Мадрид, Дж. А. (2013). Оценка циркадной фазы амбулаторным мониторингом у людей: корреляция с появлением мелатонина в тусклом свете. Хронобиол. Int. 31, 37–51. DOI: 10.3109 / 07420528.2013.820740

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бонмати-Каррион, М.А., Миддлтон, Б., Ревелл, В. Л., Скин, Д. Дж., Рол, М. А., и Мадрид, Дж. А. (2015). Валидация инновационного метода, основанного на измерении наклона, для оценки активности и положения тела. Хронобиол. Int. 32, 701–710. DOI: 10.3109 / 07420528.2015.1016613

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карскадон М. А., Лабяк С. Е., Асебо К. и Сейфер Р. (1999). Внутренний циркадный период людей подросткового возраста, измеренный в условиях принудительной десинхронии. Neurosci. Lett. 260, 129–132. DOI: 10.1016 / s0304-3940 (98) 00971-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чо К., Эннасер А., Коул Дж. К. и Сух К. К. (2000). Хроническая смена часовых поясов приводит к когнитивным нарушениям. J. Neurosci. 20: RC66.

Google Scholar

Кук Т. (директор) (2018). Body Clock: Что заставляет нас тикать? BBC 2 Horizon (производство Windfall Films для BBC).

Google Scholar

Чейслер, К.А., Даффи, Дж. Ф., Шанахан, Т. Л., Браун, Э. Н., Митчелл, Дж. Ф., Риммер, Д. У. и др. (1999). Стабильность, точность и почти 24-часовой период циркадного кардиостимулятора человека. Science 284, 2177–2181. DOI: 10.1126 / science.284.5423.2177

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис С., Мирик Д. К. и Стивенс Р. Г. (2001). Работа в ночную смену, свет в ночное время и риск рака груди. J. Natl. Cancer Inst. 93, 1557–1562.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Дейк, Д.Дж. И Чейслер К. А. (1995). Вклад циркадного водителя ритма и гомеостата сна в склонность ко сну, структуру сна, электроэнцефалографические медленные волны и активность веретена сна у людей. J. Neurosci. 15, 3526–3538. DOI: 10.1523 / jneurosci.15-05-03526.1995

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дейк Д. Дж., Даффи Дж. Ф. и Чейслер К. А. (1992). Циркадные и зависимые от сна / бодрствования аспекты субъективной активности и когнитивных функций. J. Sleep Res. 1, 112–117. DOI: 10.1111 / j.1365-2869.1992.tb00021.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дейк Д. Дж., Даффи Дж. Ф., Риэль Э., Шанахан Т. Л. и Чейслер К. А. (1999). Старение, циркадная и гомеостатическая регуляция сна человека во время принудительной десинхронизации покоя, мелатонина и температурных ритмов. J. Physiol. 516, 611–627. DOI: 10.1111 / j.1469-7793.1999.0611v.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Динджес, Д.Ф., Пак, Ф., Уильямс, К., Гиллен, К. А., Пауэлл, Дж. У., Отт, Г. Э. и др. (1997). Кумулятивная сонливость, нарушение настроения и снижение психомоторной бдительности в течение недели сна ограничиваются 4-5 часами в сутки. Сон 20, 267–277.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Экель, Р. Х., Депнер, К. М., Перро, Л., Марквальд, Р. Р., Смит, М. Р., Макхилл, А. В. и др. (2015). Утреннее смещение циркадных ритмов во время короткого сна влияет на чувствительность к инсулину. Curr. Биол. 25, 3004–3010. DOI: 10.1016 / j.cub.2015.10.011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хиддинга, А. Э., и Бирсма, и Ван ден Хофдаккер, Р. Х. (1997). Эндогенные и экзогенные компоненты суточных колебаний основной температуры тела у людей. J. Sleep Res. 6, 156–163. DOI: 10.1046 / j.1365-2869.1997.00047.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джуэтт, М. Э., Wyatt, J.K., Ritz-De Cecco, A., Khalsa, S.B., Dijk, D.-J., and Cheisler, C.A. (1999). Динамика рассеяния инерции сна в работоспособности и бдительности человека. J. Sleep Res. 8, 1–8. DOI: 10.1111 / j.1365-2869.1999.00128.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, Л. К., Спинвебер, К. Л., Гомес, С. А., и Маттесон, Л. Т. (1990). Дневная сонливость, работоспособность, настроение, ночной сон: влияние бензодиазепина и кофеина на их отношения. Сон 13, 121–135. DOI: 10.1093 / сон / 13.2.121

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, М. П., Даффи, Дж. Ф., Дейк, Д. Дж., Ронда, Дж. М., Дьял, К. М. и Чейслер, К. А. (1992). Кратковременная память, бдительность и работоспособность: переоценка их отношения к температуре тела. J. Sleep Res. 1, 24–29. DOI: 10.1111 / j.1365-2869.1992.tb00004.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Клейтман, Н.(1987). Сон и бодрствование. Чикаго, Иллинойс: Издательство Чикагского университета.

Google Scholar

Клейтман Н., Тительбаум С. и Фейвесон П. (1938). Влияние температуры тела на время реакции. Am. J. Physiol. Содержание 121, 495–501. DOI: 10.1152 / ajplegacy.1938.121.2.495

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кнутссон, А., Бёггильд, Х. (2000). Посменная работа и сердечно-сосудистые заболевания: обзор механизмов болезни. Ред.Environ. Здоровье 15, 359–372.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Кооренгевел, К. М., Беерсма, Д. Г., Гордийн, М. К., ден Боер, Дж. А., и ван ден Хофдаккер, Р. Х. (2000). Изменения температуры тела и настроения при принудительной десинхронизации при зимней депрессии: предварительный отчет. Biol. Психиатрия 47, 355–358. DOI: 10.1016 / s0006-3223 (99) 00225-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kräuchi, K., Cajochen, C., и Wirz-Justice, A. (1997). Взаимосвязь между потерей тепла и сонливостью: эффекты изменения осанки и введения мелатонина. J. Appl. Physiol. 83, 134–139. DOI: 10.1152 / jappl.1997.83.1.134

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kräuchi, K., и Wirz-Justice, A. (1994). Циркадный ритм производства тепла, частоты сердечных сокращений, а также температуры кожи и внутреннего тела в демаскированных условиях у мужчин. Am. J. Physiol. 267, R819 – R829.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Кубо, Т., Ozasa, K., Mikami, K., Wakai, K., Fujino, Y., Watanabe, Y., et al. (2006). Проспективное когортное исследование риска рака простаты среди работающих вахтовым методом: результаты совместного когортного исследования в Японии. Am. J. Epidemiol. 164, 549–555. DOI: 10.1093 / AJE / kwj232

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Курияма К., Учияма М., Судзуки Х., Тагая Х., Одзаки А., Аритаке С. и др. (2005). Суточные колебания восприятия времени при 30-часовом бодрствовании. Neurosci. Res. 53, 123–128. DOI: 10.1016 / j.neures.2005.06.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леви А. Дж. И Ньюсом Д. А. (1983). Различные типы циркадных секреторных ритмов мелатонина у некоторых слепых. J. Clin. Эндокринол. Метаб. 56, 1103–1107. DOI: 10.1210 / jcem-56-6-1103

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линковски П., Ван Ондерберген А., Керкхофс М., Боссон Д., Мендлевич Дж. И Ван Каутер Э. (1993). Двойное исследование 24-часового профиля кортизола: доказательства генетического контроля циркадных часов человека. Am. J. Physiol. Метаб. 264, E173 – E181.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Локли, С. В., Арендт, Дж., И Скин, Д. Дж. (2007). Нарушение зрения и нарушения циркадного ритма. Dialogues Clin. Neurosci. 9, 301–314.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Локли, С. В., Дейк, Д.-J., Кости, О., Скин, Д. Дж., И Арендт, Дж. (2008). Нарушения бдительности, настроения и работоспособности, связанные с нарушениями циркадного сна у слепых. J. Sleep Res. 17, 207–216. DOI: 10.1111 / j.1365-2869.2008.00656.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Локли, С. В., Скин, Д. Дж., Арендт, Дж., Табанде, Х., Берд, А. С. и Дефранс, Р. (1997). Связь между ритмами мелатонина и потерей зрения у слепых. J. Clin.Эндокринол. Метаб. 82, 3763–3770. DOI: 10.1210 / jc.82.11.3763 ​​

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мадрид-Наварро, К. Дж., Эскамилья-Севилья, Ф., Мингес-Кастелланос, А., Кампос, М., Руис-Абеллан, Ф., Мадрид, Дж. А. и др. (2018). Многомерный мониторинг циркадных ритмов с помощью носимых биосенсоров при болезни Паркинсона. Фронт. Neurol. 9: 157. DOI: 10.3389 / fneur.2018.00157

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мадрид-Наварро, C.J., Puertas Cuesta, F. J., Escamilla-Sevilla, F., Campos, M., Ruiz Abellán, F., Rol, M.A., et al. (2019). Валидация устройства для амбулаторного мониторинга режима сна: пилотное исследование болезни Паркинсона. Фронт. Neurol. 10: 356. DOI: 10.3389 / fneur.2019.00356

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинес-Николас А., Ортис-Тудела Э., Рол М. А. и Мадрид Дж. А. (2013). Выявление различных маскирующих факторов температурного ритма кожи запястья у свободноживущих субъектов. PLoS One 8: e61142. DOI: 10.1371 / journal.pone.0061142

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миддлтон Б., Арендт Дж. И Стоун Б. М. (1996). Циркадные ритмы человека при постоянном тусклом свете (8 люкс) с учетом времени на часах. J. Sleep Res. 5, 69–76. DOI: 10.1046 / j.1365-2869.1996.d01-67.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миддлтон Б., Арендт Дж. И Стоун Б. М. (1997). Комплексное влияние мелатонина на циркадные ритмы человека при постоянном тусклом свете. J. Biol. Ритмы 12, 467–477. DOI: 10.1177 / 074873049701200508

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Несовершеннолетние, Д. С. и Уотерхаус, Дж. М. (1981). Эндогенные и экзогенные компоненты циркадных ритмов при 21-часовом дне. Внутр. J. Chronobiol. 8, 31–48.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Möller-Levet, C. S., Archer, S. N., Bucca, G., Laing, E. E., Slak, A., Kabiljo, R., et al. (2013). Влияние недостаточного сна на циркадную ритмичность и амплитуду экспрессии транскриптома крови человека. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, E1132 – E1141. DOI: 10.1073 / pnas.1217154110

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мюррей Г., Аллен Н. Б. и Триндер Дж. (2002). Настроение и циркадная система: исследование циркадного компонента в положительном аффекте. Хронобиол. Int. 19, 1151–1169. DOI: 10.1081 / cbi-120015956

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мюррей, Г., Николас, К. Л., Клейман, Дж., Dwyer, R., Carrington, M.J., Allen, N.B., et al. (2009). Часы природы и настроение человека: циркадная система регулирует мотивацию к вознаграждению. Emotion 9, 705–716. DOI: 10.1037 / a0017080

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ортис-Тудела, Э., Мартинес-Николас, А., Альбарес, Дж., Сегарра, Ф., Кампос, М., Эстивилл, Э. и др. (2014). Амбулаторный циркадный мониторинг (ACM) на основе термометрии, двигательной активности и положения тела (TAP): сравнение с полисомнографией. Physiol. Behav. 126, 30–38. DOI: 10.1016 / j.physbeh.2013.12.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ортис-Тудела, Э., Мартинес-Николас, А., Кампос, М., Рол, М. Б. и Мадрид, Дж. А. (2010). Новая интегрированная переменная на основе термометрии, актиметрии и положения тела (TAP) для оценки состояния циркадной системы у людей. PLoS Comput. Биол. 6: e1000996. DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1000996

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Раджаратнам, С.М., Арендт Дж. (2001). Здоровье в круглосуточном обществе. Ланцет 358, 999–1005.

Google Scholar

Ральф М. Р., Сэм К., Равашде О. А., Каин С. В. и Ко К. Х. (2013). Память на время суток (временная память) кодируется циркадным осциллятором и отличается от других контекстных воспоминаний. Хронобиол. Int. 30, 540–547. DOI: 10.3109 / 07420528.2012.754449

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейтер Р.Дж., Тан, Д.-Х., Коркмаз, А., и Ма, С. (2011). Ожирение и метаболический синдром: связь с хроническими нарушениями, недосыпанием и подавлением мелатонина. Ann. Med. 44, 564–577. DOI: 10.3109 / 07853890.2011.586365

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ревелл В. Л., Арендт Дж., Фогг Л. Ф. и Скин Д. Дж. (2006). Предупреждающие эффекты света чувствительны к очень коротким длинам волн. Neurosci. Lett. 399, 96–100. DOI: 10.1016 / j.neulet.2006.01.032

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роеннеберг Т., Вирц-Джастис А. и Мерроу М. (2003). Жизнь между часами: повседневные временные паттерны человеческих хронотипов. J. Biol. Ритмы 18, 80–90. DOI: 10.1177 / 0748730402239679

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Розано К., Перера С., Инзитари М., Ньюман А. Б., Лонгстрет В. Т. и Студенски С. (2016). Тест на замену цифровых символов и будущие клинические и субклинические расстройства познания, подвижности и настроения у пожилых людей. Возраст Старение 45, 688–695. DOI: 10.1093 / старение / afw116

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сарабия, Дж. А., Рол, М. А., Мендиола, П., и Мадрид, Дж. А. (2008). Циркадный ритм температуры запястья у нормально живущих субъектов - кандидат в новый индекс циркадной системы. Physiol. Behav. 95, 570–580. DOI: 10.1016 / j.physbeh.2008.08.005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шеер, Ф.А. Дж. Л., Ши, Т. Дж., Хилтон, М. Ф., и Ши, С. А. (2008). Эндогенный циркадный ритм инерции сна приводит к наибольшим когнитивным нарушениям при пробуждении в течение биологической ночи. J. Biol. Ритмы 23, 353–361. DOI: 10.1177 / 0748730408318081

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шернхаммер, Э. С., Ладен, Ф., Спайзер, Ф. Э., Виллетт, В. К., Хантер, Д. Дж., Кавачи, И., и др. (2001). Чередование ночных смен и риск рака груди у женщин, участвующих в исследовании здоровья медсестер. J. Natl. Cancer Inst. 93, 1563–1568. DOI: 10.1093 / jnci / 93.20.1563

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шернхаммер Э. С., Шпайзер Ф. Э., Вальтер К., Хантер Д. Дж., Фукс К. С. и Колдиц Г. А. (2003). Работа в ночную смену и риск колоректального рака в исследовании состояния здоровья медсестер. J. Natl. Cancer Inst. 95, 825–828. DOI: 10.1093 / jnci / 95.11.825

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шмидт, К., Collette, F., Cajochen, C., and Peigneux, P. (2007). Время подумать: циркадные ритмы в человеческом познании. Cogn. Neuropsychol. 24, 755–789. DOI: 10.1080 / 026432754158

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Settineri, S., Gitto, L., Conte, F., Fanara, G., Mallamace, D., Mento, C., et al. (2012). Проблемы настроения и сна у подростков и молодых людей: эконометрический анализ. J. Ment. Экономическая политика в области здравоохранения. 15, 33–41.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Сеттинери, С., Vitetta, A., Mento, C., Fanara, G., Silvestri, R., Tatì, F., et al. (2010). Построение телефонного интервью для оценки взаимосвязи настроения и сна в подростковом возрасте. Neurol. Sci. 31, 459–465. DOI: 10.1007 / s10072-010-0255-z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши, С. А., Хилтон, М. Ф., Ху, К., и Шеер, Ф. А. Дж. Л. (2011). Наличие у людей эндогенного циркадного ритма артериального давления с пиком в вечернее время. Circ.Res. 108, 980–984. DOI: 10.1161 / CIRCRESAHA.110.233668

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скин Д. Дж., Локли С. В., Джеймс К. и Арендт Дж. (1999). Корреляция между ритмами кортизола и 6-сульфатоксимелатонина в моче в полевых исследованиях слепых. Clin. Эндокринол. 50, 715–719. DOI: 10.1046 / j.1365-2265.1999.00714.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стек, Н., Баркер, Д., Карскадон, М., Диниз Бен, К. (2017). Основанный на модели подход к оптимизации протоколов принудительной десинхронии ultradian для исследований циркадных ритмов на людях. J. Biol. Ритмы 32, 485–498. DOI: 10.1177 / 0748730417730488

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Straif, K., Baan, R., Grosse, Y., Secretan, B., El Ghissassi, F., Bouvard, V., et al. (2007). Канцерогенность сменной работы, покраски и пожаротушения. Ланцет Онкол. 8, 1065–1066.DOI: 10.1016 / s1470-2045 (07) 70373-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тео, В., Ньютон, М. Дж., И Макгиган, М. Р. (2011). Циркадные ритмы при выполнении упражнений: влияние на гормональную и мышечную адаптацию. J. Sports Sci. Med. 10, 600–606.

PubMed Аннотация | Google Scholar

ван де Веркен, М., Бойдж, С. Х., ван дер Цван, Дж. Э., Саймонс, М. Дж. П., Гордийн, М. К. М., и Бирсма, Д. Г. М. (2014). Биологические часы мультипликативно модулируют реакцию кортизола человека. Хронобиол. Int. 31, 572–580. DOI: 10.3109 / 07420528.2013.868472

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вирц-Джастис А. (2003). Хронобиология и расстройства настроения. Dialogues Clin. Neurosci. 5, 315–325.

Google Scholar

Вонг, М. Л., Лау, Э. Й., Ван, Дж. Х. Й., Чунг, С. Ф., Хуэй, К. Х., и Мок, Д. С. Й. (2013). Взаимодействие между сном и настроением в прогнозировании академической деятельности, физического и психологического здоровья: продольное исследование. J. Psychosom. Res. 74, 271–277. DOI: 10.1016 / j.jpsychores.2012.08.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райт, К. П., Халл, Дж. Т., и Чейслер, К. А. (2002). Взаимосвязь между бдительностью, работоспособностью и температурой тела у людей. Am. J. Physiol. Интегр. Комп. Physiol. 283, R1370 – R1377.

Google Scholar

Ву Л. Дж., Асебо К., Сейфер Р. и Карскадон М. А. (2015). Сонливость и когнитивные способности подростков младшего и старшего возраста в рамках 28-часового протокола принудительной десинхронии. Сон 38, 1965–1972. DOI: 10.5665 / sleep.5250

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вятт, Дж. К., Чекко, А. Р., Чейслер, К. А., Дейк, Д. Дж., Джеймс, К., и Чарльз, А. (1999). Циркадная температура и ритмы мелатонина, сон и нейроповеденческие функции у людей, живущих в течение 20-часового дня. Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 277, 1152–1163.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Етиш Г., Каплан Х., Гурвен, М., Вуд, Б., Понцер, Х., Мангер, П. Р. и др. (2015). Естественный сон и его сезонные вариации в трех доиндустриальных обществах. Curr. Биол. 25, 2862–2868. DOI: 10.1016 / j.cub.2015.09.046

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zeitzer, J. M., Daniels, J. E., Duffy, J. F., Klerman, E. B., Shanahan, T. L., Dijk, D. J., et al. (1999). Снижается ли концентрация мелатонина в плазме с возрастом? Am. J. Med. 107, 432–436. DOI: 10.1016 / с0002-9343 (99) 00266-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Влияние циркадного ритма на метаболические процессы и регуляцию энергетического баланса - FullText - Annals of Nutrition and Metabolism 2019, Vol. 74, № 4

Аннотация

Предпосылки: Система суточного времени или циркадные часы играет решающую роль во многих биологических процессах, таких как цикл сна и бодрствования, секреция гормонов, здоровье сердечно-сосудистой системы, гомеостаз глюкозы и регулирование температуры тела.Энергетический баланс также является одним из важнейших краеугольных камней метаболических процессов, тогда как энергетический дисбаланс связан со многими заболеваниями (например, ожирением, диабетом, сердечно-сосудистыми заболеваниями). Циркадные часы являются основным регулятором метаболизма, и этот анализ дает обзор двунаправленного влияния циркадного ритма на метаболические процессы и энергетический баланс. Резюме: Система циркадного времени или циркадные часы играет решающую роль во многих биологических процессах, но увеличение активности, которая работает круглосуточно и без выходных, и обычное использование телевидения, Интернета и мобильных телефонов почти 24 часа в сутки приводит к тому, что постепенное уменьшение адекватного времени сна.Согласно недавним исследованиям, долгосрочные нарушения циркадного ритма связаны со многими патологическими состояниями, такими как преждевременная смертность, ожирение, нарушение толерантности к глюкозе, диабет, психические расстройства, тревога, депрессия и прогрессирование рака, тогда как краткосрочные нарушения связаны с ухудшением самочувствия. , утомляемость и потеря концентрации. В этом обзоре были изучены циркадные ритмы метаболических процессов и их влияние на энергетический баланс. Ключевые сообщения: Циркадный ритм имеет двунаправленное взаимодействие почти со всеми метаболическими процессами.Следовательно, понимание основной причины, влияющей на циркадные часы, и создание рекомендаций по лечению с использованием циркадного ритма может повысить эффективность лечения заболевания. Хронофармакология, хроническое питание и хроноупражнения - это новые подходы к лечению метаболического баланса.

© 2019 S. Karger AG, Базель


Введение

Термин «циркадный» образован от двух латинских слов: circa (приблизительно) и dies (день), обозначающих приблизительно «один день» [1].Циркадный ритм также называется биологическими / циркадными часами [2] и относится к поведенческим, физиологическим и молекулярным изменениям с продолжительностью цикла около 24 часов [3]. Циркадные часы можно разделить на 2 части: центральные часы, расположенные в супрахиазматическом ядре (SCN) гипоталамуса, которое принимает световые сигналы, и периферические часы, находящиеся в различных тканях по всему телу. Периферические часы играют неотъемлемую и уникальную роль в каждой из своих тканей, управляя циркадной экспрессией определенных генов, участвующих в различных физиологических функциях [4].

Основным стимулом для SCN является свет [5]. Однако у слепых людей есть циркадные циклы (например, циклы сна и бодрствования), и этот цикл длится более 24 часов. Это открытие привело к мысли, что другие стимулы, помимо света, могут действовать как стимул для биологических часов человека [6]. Обзорное исследование показало, что температура, гормоны, нутриенты, распределение нутриентов, некоторые нутриенты (отдельно; например, глюкоза, аминокислоты, этанол и ретиноевая кислота), состояние кормления / голодания, состояние сна-бодрствования, физическая активность являются эффективными стимулами для циркадный цикл в различных периферических путях [5].Интересно, что сообщалось, что наблюдались различия во влиянии циркадного ритма у мужчин по сравнению с женщинами [7].

В основном цикл сна и бодрствования регулирует циркадный ритм. Однако в современном мире рост активности, которая осуществляется круглосуточно и без выходных, и обычное использование телевидения, Интернета и мобильных телефонов почти 24 часа в сутки, приводит к постепенному сокращению необходимого времени для сна [8]. Эпидемиологическое исследование показало, что продолжительность ночного сна уменьшилась на 18 минут за последние 30 лет [9].Ухудшение цикла сна-бодрствования, особенно у здоровых людей, может быть основной причиной многих заболеваний, таких как преждевременная смертность, ожирение, нарушение толерантности к глюкозе, диабет, психические расстройства, тревога, депрессия и прогрессирование рака, усталость и потеря. концентрации [10, 11]. Другое эпидемиологическое исследование показало, что работа не менее 3 ночей в месяц в течение 15 и более лет может увеличить риск рака прямой кишки у женщин [12]. У крыс нарушение циркадных обмороков ускоряет развитие диабета, вызывая функцию и потерю массы бета-клеток [13].В экспериментальном исследовании нарушение циркадного ритма приводило к поражению сердечно-сосудистой системы и почек у хомяков [14]. В исследовании, проведенном с пациентами с шизофренией, участники имели тяжелые циркадные расстройства сна и бодрствования, хотя их настроение, психический статус и психотические эпизоды были стабильными [15]. В этом обзоре изучалась роль циркадного ритма в метаболических процессах и двунаправленное влияние циркадного ритма на энергетический баланс. В соответствии с этой целью были проанализированы исследования, опубликованные с 2000 по 2018 год.Кроме того, были добавлены 3 важные статьи, опубликованные в 1984, 1993 и 1996 годах. В основном для сканирования научных статей использовались базы данных Google Academic (библиографическая база данных), PubMed, Scopus, Web of Science и Science Direct. Кроме того, были просканированы ресурсы Центральной библиотеки Университета Гази. Такие термины, как «циркадные часы или циркадный ритм» или «биологические часы» и «гормоны или метаболизм, или энергетический баланс, или расход энергии, или термогенез, метаболический гомеостаз или метаболическая регуляция, или гены часов, или состав диеты, режим питания или время приема пищи или физический активность, упражнения или спорт '' были использованы в качестве ключевых слов.В результате сканирования было найдено 4 456 статей. После проверки заголовков и аннотаций были исключены повторяющиеся статьи и статьи, опубликованные не на английском языке. Окончательное количество статей составило 82, которые были бесплатными и доступными в виде полных текстов. Кроме того, главы книги также использовались для изучения предмета.

Циркадная синхронизация в метаболическом гомеостазе

Многие исследования объясняют взаимосвязь между физиологией человека, некоторыми заболеваниями и циркадным ритмом [12-15].Метаболический гомеостаз - важный компонент, регулирующий энергетический обмен, особенно в жировой ткани. Жировая ткань является центральным метаболическим органом, который регулирует энергетический гомеостаз всего тела. Белая жировая ткань функционирует как ключевой резервуар энергии для других органов, тогда как коричневая жировая ткань накапливает липиды для индуцированного холодом адаптивного термогенеза. Жировые ткани секретируют различные гормоны, цитокины и метаболиты (называемые адипокинами), которые контролируют системный энергетический баланс, регулируя сигналы аппетита от центральной нервной системы, а также метаболическую активность в периферических тканях [16].Например, лептин имеет специфические рецепторы на гипоталамусе и высвобождается из основных адипоцитов. Этот гормон играет регулирующую роль в энергетическом обмене, увеличивая активацию симпатической нервной системы и увеличивая термогенез за счет увеличения гормонов щитовидной железы. В термогенезе белок UCP (разобщающий) подавляет синтез АТФ в митохондриях, позволяя потреблять энергию в виде тепла. Лептин увеличивает уровень гормонов щитовидной железы и активацию симпатической центральной нервной системы, что приводит к большему образованию UCP и, следовательно, большему потреблению энергии [17].Высвобождение гормона лептина происходит в циркадном цикле, а пик уровня лептина в сыворотке приходится на ночь [18]. Таким образом, нарушение циркадного баланса может косвенно влиять на секрецию лептина, термогенез и энергетический гомеостаз.

Напротив, некоторые гормоны, выделяемые гипоталамусом, проявляют большую активность ночью. Самый яркий пример этого - «гормон роста». Уровень гормона роста достигает пика между 2:00 и 4:00 утра.Поэтому необходимо уделять особое внимание режиму сна детей [19].

Кортизол - стероидный гормон, секретируемый надпочечниками. Он регулирует многие метаболические процессы, такие как гликогенолиз, липолиз и протеолиз [20]. Количество и частота секреции кортизола регулируются циркадным ритмом. Концентрация кортизола в кровообращении достигает пика перед пробуждением утром. Кортизол постепенно снижается в течение дня.Наименьшего уровня он достигает во время сна после полуночи [21]. Кортизол - это главный гормон, регулирующий метаболические процессы в организме. Он увеличивает использование кортизола, глюкозы, свободных жирных кислот и аминокислот из эндогенных запасов топлива. Следовательно, высокий уровень кортизола действует как катаболический гормон, который снижает мышечную массу и мышечную массу, а также увеличивает потребление энергии [22]. Кроме того, толерантность к глюкозе и секреция инсулина меняются в течение дня. При естественном ходе метаболизма чувствительность к инсулину и секреция инсулина снижаются ночью (особенно между 3:00 и 5:00 a.м) по сравнению с утренними часами. Этот метаболический процесс, феномен рассвета, подчеркивает влияние контроля циркадных ритмов на метаболизм глюкозы [23]. В естественных физиологических процессах организма гормоны, действующие как антагонисты инсулина (особенно гормон роста), проявляют гиперинсулинемическую активность из-за снижения секреции инсулина между 3:00 и 5:00 утра, так что уровень сахара в крови возвращается к норме. Этому противодействует дополнительная физиологическая секреция инсулина у людей, не страдающих диабетом или инсулинозависимых.И наоборот, когда высвобождение инсулина нарушено, действие гормона роста, высвобождаемого в течение ночи, особенно у пациентов с диабетом, не может быть уменьшено. Это приводит к патологическому циркадному ритму, который может привести к утренней гипергликемии независимо от режима питания [24].

Мелатонин - важный гормон в циркадной синхронизации. Этот гормон участвует во многих биологических и физиологических регуляторах организма. Это эффективный гормон биоритма человека (циркадного ритма).Основная роль этого гормона - поддерживать биологические часы и регулировать ритм тела [25]. Синтез и высвобождение мелатонина стимулируются в темноте, ночью, тогда как днем ​​он подавляется светом [1]. Особенно между 23:00. в 5:00 секреция мелатонина достигает пика, и его концентрация в крови увеличивается в 3–10 раз [25]. Однако воздействие света в ночное время вызывает снижение уровня мелатонина в плазме [1].

На метаболизм липидов также влияют циркадные колебания.Исследования показывают, что многие белки, связанные с метаболизмом липидов (например, ApoB, ApoA1 и ApoA4), белок кишечного микросомального транспорта триглицеридов и белок, связывающий кишечные жирные кислоты, демонстрируют изменения в течение дня [26–28]. Кроме того, исследования на мышах показывают, что абсорбция холестерина и липидов в темной фазе выше, чем в светлой фазе [28]. Некоторые продукты липидного обмена также демонстрируют циркадный ритм. Например, циркулирующие неэтерифицированные жирные кислоты у людей выше ночью из-за повышенной липолитической активности [29].Кроме того, эпизоды инфаркта миокарда и астма связаны с циркадным циклом метаболизма. Эти приступы достигают пика ночью или рано утром [30, 31]. В ранние утренние часы сердечно-сосудистая система улучшается в ответ на активацию активности симпатических нервов, а в вечерние часы - артериальное давление и пик пульса. Сердечные приступы, особенно рано утром или вечером, могут быть вызваны этим суточным ритмом сердечно-сосудистой системы.Суточный ритм гормонов и некоторые метаболические процессы показаны на рисунке 1.

Рис. 1.

Суточный ритм гормонов и некоторых метаболических процессов. Высвобождение гормона лептина происходит в циркадном цикле, и пик уровня лептина в сыворотке крови приходится на ночь. Уровень гормона роста достигает пика между 02:00 и 04:00 утра.Концентрация кортизола в циркуляции достигает пика прямо перед пробуждением утром. Снижение секреции инсулина ночью (особенно с 03:00 до 05:00 a.м.). Синтез и высвобождение мелатонина стимулируются ночью в темноте, а днем ​​он подавляется светом. Поглощение липидов в темной фазе выше, чем в светлой фазе. Пик инфаркта миокарда ночью или рано утром.

Метаболическая регуляция циркадных ритмов

У млекопитающих циркадные ритмы контролируются главным образом SCN, которые называются главными часами. Супрахиазматические ядра состоят из множества одноклеточных циркадных осцилляторов, расположенных в передней области гипоталамуса головного мозга и производящих согласованные циркадные сигналы при синхронизации [32].SCN активируется через нервный пучок, называемый «ретиногипоталамический тракт». Таким образом, SCN регулирует биологические часы у живых существ и способствует физиологическим процессам, стимулируя другие области мозга [2].

Супрахиазматический синапс ядра непосредственно с вентральной и дорсальной субвентрикулярной областями, клеточными телами, расположенными в вентральной и дорсальной субвентрикулярной областях, и дорсомедиальным гипоталамусом. Несмотря на то, что эти области взаимодействуют друг с другом, нейроны, расположенные в дорсальной наджелудочковой области, более эффективны в регуляции термогенеза, тогда как вентральная наджелудочковая область в основном играет роль в регуляции циклов сна-бодрствования и активности.Кроме того, паравентрикулярный гипоталамус отвечает за высвобождение кортикостероидов, тогда как боковой гипоталамус отвечает за питание и бдительность [33].

Хотя SCN функционирует как основные биологические часы метаболизма, исследования, проведенные в 2000-х годах, показали, что автономные циркадные осцилляторы, присутствующие в периферических органах и тканях, таких как печень, кишечник, сердце и сетчатка, вносят вклад в метаболические процессы через клеточные гены часов в этих органах / тканях [32, 34, 35].Супрахиазматические ядра играют важную роль в регуляции метаболизма глюкозы. Чувствительность к инсулину и поглощение глюкозы нарушены у крыс с повреждениями в их SCN [36]. Ухудшение циркадных часов может привести к нарушению секреции инсулина и гипоинсулинемии [29]. Белки CLOCK и BMAL1, связанные с циркадным ритмом, участвуют в производстве и высвобождении инсулина, связываясь с регулирующими циркадный ритм дистальными областями β-клеток поджелудочной железы [37]. И диабет типа 1, и диабет 2 имеют недостаточность или отсутствие инсулина из-за повреждения β-клеток.Следовательно, не следует упускать из виду роль циркадного ритма в этиологии диабета с точки зрения повреждения β-клеток [38]. Гены часов и задачи, регулирующие циркадные ритмы у млекопитающих, сведены в Таблицу 1 [2].

Таблица 1.

Гены циркадного ритма и их роли [2]

У млекопитающих гомеостаз циркадных часов обеспечивается механизмами обратной связи (отрицательная) и прямой (положительная), влияющими на транскрипцию, трансляцию и посттрансляционную трансляцию. события [5, 29].Паттерн транскрипционной обратной связи опосредуется белками Cry1, Cry2, Per1 и Per2. Белки CLOCK и BMAL1 связываются с областью E-промотора генов Per и Cry и индуцируют их экспрессию. На более поздней стадии Per и Cry гетеродимеризуются и перемещаются из цитоплазмы в ядро, чтобы ингибировать CLOCK / BMAL1-индуцированную экспрессию генов [37, 39]. Этот механизм отрицательной обратной связи важен для эффективной работы циркадной системы.

Циркадный ритм и энергетический гомеостаз

Энергетический метаболизм регулируется многими гормонами, ферментами и транспортными системами, а циркадный ритм эффективно модулирует их экспрессию, секрецию и / или активацию [40].Метаболические пути, обеспечивающие энергетический гомеостаз, координируются метаболитами, которые предлагают изменения и активно подготавливают молекулярную среду, а также системы острой сигнализации, которые мгновенно реагируют на изменения циркадных часов [41].

Рецепторы гормонов, взаимодействия между генами и внутриклеточные реакции окисления / восстановления регулируют энергетический обмен на клеточном уровне. Эти пути имеют важное взаимодействие с часами биологического метаболизма.Циркадные часы могут влиять на функцию рецепторов гормонов (рецептор, активируемый пролифератором пероксисом [PPAR] α, PPARγ и REV-ERBα) и некоторых генов на клеточном уровне (сиртруин) [41, 42].

Рецепторы ядерных гормонов (PPARα, PPARγ, REV-ERBα, RORα, HNF4α, TRα и NURR1) и лиганды, присутствующие в метаболических тканях, действуют как сенсоры, объединяющие циркадные и метаболические пути [41]. Например, PPAR являются связующим звеном между циркадными часами и энергетическим метаболизмом. PPARγ локализуется в жировой ткани и активирует факторы транскрипции, которые увеличивают липогенез и накопление липидов.PPARα из рецепторов ядерных гормонов запускает кетогенез и окисление жирных кислот печени в ответ на голодание. PPARδ является наиболее распространенным рецептором ядерных клеток в организме и способен коррелировать ежедневные изменения температуры тела с циркадными часами [43].

Ритмическая экспрессия и активация метаболических путей в основном связаны с координацией часовых генов (BMAL1, Per2, Per1, Per3, Cry1 и Cry2) в печени и жировой ткани. Существует связь между белком BMAL1, липогенными путями и механизмами клеточных часов.REV-ERBα (репрессор транскрипции BMAL1) и RORα (положительный регулятор BMAL1) являются рецепторами ядерных гормонов, регулирующими липогенез. Более того, оба они модулируются CLOCK: BMAL1. PPARα играет роль в метаболизме липидов и липопротеинов. PPARα напрямую связывается с промоторной областью белка BMAL1, который регулирует экспрессию PPARα через гетеродимер CLOCK: BMAL1 [44].

Еще одним фактором, влияющим на функцию циркадного ритма, являются гены сиртуинов (SIRT). Гены семейства SIRT представляют собой NAD + -зависимые ферменты деацетилазы класса III, которые влияют на многие клеточные функции, включая метаболизм человека, старение, рак и клеточное старение.Существует 7 вариантов семейства SIRT (SIRT 1–7). Регуляция экспрессии генов - самый важный механизм, на который влияет семейство SIRT. SIRT1, SIRT6 и SIRT7 преимущественно локализуются в ядре клетки, SIRT2 - в цитоплазме, а SIRT3, SIRT4 и SIRT5 - в митохондриях. SIRT1 играет важную роль в регуляции метаболических процессов, таких как чувствительность к инсулину, метаболизм липидов и глюконеогенез, а также продолжительность жизни человека [45]. SIRT1 модулирует активность CLOCK: BMAL1 и участвует в циркадном цикле.Гены SIRT 3-5 регулируют внутриклеточные пути, такие как окисление жирных кислот, кетогенез, цикл мочевины и окислительное фосфорилирование [33].

Внутриклеточное окислительно-восстановительное (окислительно-восстановительное) состояние - важный фактор, регулирующий гены часов в периферических тканях. Белки CLOCK могут эффективно связываться только в присутствии восстановленных последовательностей NADH и NADPH, BMAL1 и E-box. Напротив, формы никотинамидадениндинуклеотидоксидазы (NAD + и NADP +) ингибируют связывание комплекса CLOCK: BMAL1 с ДНК [32].Таким образом, окислительно-восстановительный статус NAD / NADH клетки может приводить к изменениям циркадной фазы, влияя на транскрипционную активность генов BMAL1: CLOCK [46].

Внутриклеточные уровни НАД +, а также повышенные уровни АМФ (аденозинмонофосфата) являются индикаторами низкой энергии. Когда внутриклеточные уровни АТФ снижаются, AMPK (AMP-активирующая протеинкиназа) функционирует как пищевой сенсор и активирует внутриклеточные пути снабжения энергией. Таким образом, соотношение АМФ / АТФ также может быть связующим звеном между циркадным ритмом и энергетическим метаболизмом [47].

Влияние циркадного ритма на энергетический баланс

Энергия, производимая и сохраняемая в процессе метаболизма, используется для поддержания метаболической активности, такой как основной уровень метаболизма, физическая активность и тепловой эффект пищевых продуктов [48].

Фрэнсис Дж. Бенедикт впервые описал циркадные изменения энергетического метаболизма в 1915 году [49]. Кроме того, Haugen et al. [50] обнаружили, что скорость метаболизма в покое в полдень была на 6% выше, чем в утренние часы. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на скорость основного обмена, является режим сна.Сон и циркадный ритм являются основными компонентами регуляции энергетического обмена [48, 51]. Есть 2 фазы сна: быстрое движение глаз (REM) и не-REM [52]. Активность симпатической нервной системы и сновидения усиливаются в период REM. Температура тела, частота сердечных сокращений, частота дыхания и артериальное давление повышаются во время фазы быстрого сна. Нарушения в периоде быстрого сна увеличиваются из-за активности симпатической нервной системы [53]. Из-за повышения температуры тела и расхода энергии в головном мозге (потребление энергии мозгом в этот период составляет примерно 25%), скорость метаболизма во время сна достигает наивысшей точки в фазе быстрого сна [54].Следовательно, ухудшение цикла сна из-за позднего сна, смены часовых поясов, сменной работы и т. Д. Может привести к снижению основной скорости метаболизма из-за изменения времени фазы REM сна.

Помимо основной скорости метаболизма / метаболизма в состоянии покоя, физическая активность является важным компонентом общих затрат энергии [55]. Однако исследования подчеркивают различные метаболические эффекты типа, продолжительности и продолжительности упражнений. Например, обзорное исследование подчеркивает, что максимальная производительность при краткосрочных анаэробных упражнениях достигается ближе к вечеру, обычно в полдень [56], что также соответствует максимальной температуре тела [56, 57].Температура тела рассматривается как «основная переменная» циркадного ритма и используется как маркер циркадного ритма [58]. Разница в температуре тела между утренними и вечерними часами составляет 0,9 ° C [59]. Температура тела влияет на мышечную активность [60]. Эта разница между утренними и вечерними часами может повлиять на выполнение упражнений и, косвенно, на скорость основного обмена.

Время приема пищи влияет на физическую работоспособность. Упражнения до и после еды по-разному влияют на окисление жирных кислот и метаболизм аппетита [61–63].Однако до сих пор неясно, когда (тренировка до еды / после еды) является наиболее эффективным временем для похудения. Подход к снижению массы тела и облегчению сжигания жира заключается в выполнении постпрандиальных аэробных упражнений после ночного голодания [64]. Упражнения во время голодания вызывают использование отложений гликогена для увеличения окисления жиров и снижает инсулин в плазме за счет увеличения уровней адреналина и норадреналина в плазме, вызывая липолиз. Напротив, некоторые исследования были посвящены положительному влиянию постпрандиальных упражнений на контроль массы тела по сравнению с упражнениями во время голодания из-за их положительного влияния на аппетит и метаболизм в покое [65].Исследование показало, что 36-минутные умеренные упражнения на беговой дорожке значительно увеличили скорость метаболизма в состоянии покоя через 40 минут после завтрака в средиземноморском стиле в первые 24 часа [66]. Во многих исследованиях общее потребление энергии, режимы питания, физические характеристики, продолжительность и тяжесть упражнений различаются, что приводит к различной интерпретации результатов.

Еще одна составляющая общих затрат энергии - тепловое воздействие питательных веществ. На тепловой эффект пищевых продуктов влияет макроэлементный состав рациона.Липиды обладают наименьшим (0–3%), а белки - наибольшим (20–30%) термогенным эффектом [67]. Кроме того, время приема пищи является важным фактором, влияющим на тепловой эффект продуктов. Термогенез, вызванный диетой, выше в утренние часы по сравнению с вечерними и ночными часами [68]. Аналогичным образом в исследовании Morris et al. [69], тепловой эффект от еды утром был на 44% выше, чем вечером. Снижение теплового эффекта пищи с утра до вечера может быть в первую очередь связано с влиянием эндокринной циркадной системы на физиологию желудочно-кишечного тракта.Периодичность кишечника в утренние часы более эффективна, чем в вечерние. Два исследования на здоровых взрослых показали, что скорость опорожнения желудка утром (8.00) была выше, чем вечером (20.00–11.00) [70]. Кроме того, нарушения циркадного ритма, такие как посменная работа и нарушение биоритмов, вызывают расстройства желудочно-кишечной системы, такие как боли в животе, вздутие живота, диарея или запор. Эти наблюдения показывают функциональную корреляцию между суточными ритмами и физиологией желудочно-кишечного тракта.Hoogerwerf et al. [71] показали, что экспрессия белков PER2 и BMAL1 была связана с циркадным ритмом в области мышечно-кишечного сплетения, который играет важную роль в координации эпителиальных клеток толстой кишки и моторики толстой кишки.

Влияние приема пищи и физической активности на циркадные ритмы

Здесь подчеркивается влияние циркадного ритма на компоненты расхода энергии и его роль в энергетическом балансе. Однако некоторые исследования показали, что некоторые факторы окружающей среды (т.е., еда, состав пищи, время кормления и упражнения) могут быть эффективны для периферических часов, которые существуют в нескольких частях тела, таких как печень, поджелудочная железа или сердце [72–75]. Периферийные часы играют неотъемлемую и уникальную роль в каждой из своих тканей, управляя циркадной экспрессией определенных генов, участвующих в различных физиологических функциях. Существование всех этих часов, работающих вместе и синхронизированных центральными часами, со многими гормонами и физиологическими или средовыми переменными, изменяющимися в течение дня, делает это двунаправленное взаимодействие в циркадной системе довольно сложным [4].

Питание - один из внешних синхронизаторов наших периферийных часов. Основная роль циркадных часов - вовлекать организм в сигналы окружающей среды; это позволяет организмам прогнозировать наличие пищи. Ограничение доступа к пище определенным временем дня оказывает глубокое влияние на поведение и физиологию организмов [72]. Damiola et al. [76] показали, что временное ограничение питания в условиях свет-темнота или темнота-темнота может изменить фазу экспрессии циркадных генов в типах периферических клеток на срок до 12 часов, не затрагивая при этом фазу экспрессии циклических генов в SCN.

Время кормления оказывает значительное влияние на репертуар, фазу и амплитуду экспрессии ритмических генов. В исследовании было показано, что и временной характер потребления пищи, и циркадные часы влияют на транскрипцию печеночных генов у мышей дикого типа [73].

Состав рациона - еще один важный фактор, влияющий на циркадные часы. Kohsaka et al. [74] показали, что диета с высоким содержанием жиров у мышей приводила к изменениям периода ритма двигательной активности и изменениям в экспрессии и цикличности генов канонических циркадных часов, ядерных рецепторов, которые регулируют факторы транскрипции часов, и участвующих в них генов, контролируемых часами. в использовании топлива в гипоталамусе, печени и жировой ткани.

Одним из примечательных нефотических сигналов для регулирования периферийных часов являются упражнения. Предполагается, что физическая активность или упражнения вызывают некоторые физиологические изменения, такие как изменения температуры тела и гормонального статуса, которые, как известно, влияют на периферические часы через активацию симпатической нервной системы и высвобождение глюкокортикоидов [75]. Повышение температуры тела может действовать как сигнал для циркадного водителя ритма у млекопитающих [77]. Кроме того, упражнения способствуют выработке и высвобождению мелатонина.Благоприятный эффект 4-недельного лечения мелатонином для модуляции циркадных компонентов цикла сна и бодрствования обычно приводит к улучшению качества сна [78].

Напротив, молекулярные циркадные часы в периферических тканях могут реагировать на время выполнения упражнений, предполагая, что физическая активность обеспечивает важную временную информацию для синхронизации циркадных часов по всему телу. Хотя точная продолжительность и интенсивность упражнений, необходимых для изменения циркадной ритмики, не были определены, одно исследование на мышах показало, что упражнения на выносливость низкой интенсивности, поддерживаемые курсом по 2 часа в день в течение 4 недель, были достаточными, чтобы захватить циркадные часы и изменить циркадную ритмичность [79].

Обычно, когда периферийные часы десинхронизируются с центральными часами, это приводит к сбою хронометража [80]. Это физиологическое изменение связано с различными заболеваниями, такими как рак, сердечно-сосудистые заболевания, депрессия, ожирение и метаболический синдром [72]. Например, при лечении ожирения основным подходом к диетическому лечению является ограничение потребления энергии [81]. Как правило, факторы, которые напрямую влияют на биологические ритмы, такие как время приема пищи и время сна, обычно не исследуются при планировании диеты.Циркадные часы играют важную роль в энергетическом гомеостазе и метаболических процессах. Следовательно, оценка факторов (сменная работа, нерегулярный сон, бессонница и т. Д.), Которые могут привести к нарушениям циркадного ритма у лиц с метаболическими заболеваниями, такими как ожирение, и планирование тренировок и времени приема пищи в соответствии с нормальными биологическими ритмами ( например, утренний выбор белковой пищи для увеличения термогенеза) может повысить эффективность лечения.

В последние годы для поддержания метаболического здоровья были разработаны методы лечения в зависимости от циркадного ритма, диетические вмешательства и упражнения, которые получили название «хронофармакология», «хроническое питание» и «хроноупражнения» соответственно.Хронофармакология изучает правильное время введения доз лекарственного средства для повышения эффективности, абсорбции и / или эффективности лекарственного средства [65]. Например, фермент HMG-COA, ограничивающий уровень холестерина, демонстрирует циркадный ритм у людей. Этот фермент достигает пика ночью, поэтому рекомендуется принимать на ночь препараты, снижающие уровень холестерина, такие как статины, чтобы максимизировать их эффективность [19]. Хроническое питание - это подход к определению оптимального усвоения питательных веществ для поддержания здоровья и регулирования циркадного ритма [82].Например, кофеин, нобилетин (флавоноид, содержащийся в цитрусовых) и ресвератрол в пищевых продуктах могут вызывать изменения циркадного ритма на молекулярном или поведенческом уровнях [83]. Chronoexercise в первую очередь исследует влияние продолжительности упражнений на поддержание здоровья и спортивные результаты, быстрые изменения в системе внутренних часов или повторное регулирование циркадных часов [84].

В результате циркадный ритм имеет двунаправленное взаимодействие почти со всеми метаболическими процессами и является основным фактором, влияющим на цикл сна-бодрствования.Следовательно, изучение и использование режима сна, информации о качестве и составление руководств по лечению с использованием циркадного ритма может повысить эффективность лечения заболевания. По этой причине могут быть разработаны новые подходы, перспективы и стратегии лечения метаболического баланса.

Благодарности

Нет.

Заявление об этике

Эта статья не содержит исследований с участием людей или животных, проведенных кем-либо из авторов.

Заявление о раскрытии информации

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Источник финансирования

Нет.

Вклад авторов

Ю.С. провели обзор литературы и N.A.T. организовал и подготовил рукопись. Все авторы читали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Список литературы

  1. Акынджи Э., Орхан ФО.Sirkadiyen ritim uyku bozuklukları. Псикиятр Гунджел Якласимлар. 2016; 8 (2): 178–89.
  2. Özbayer C, Değirmenci İ. Sirkadiyen saat, hücre döngüsü ve kanser. Дикле Тип Дергиси; 2011. с. 38.
  3. Гумз М.Л., редактор.Циркадные часы: роль в здоровье и болезнях. Springer; 2016 г.
  4. Ричардс Дж., Гумз МЛ. Успехи в понимании периферических циркадных часов. FASEB J. 2012 сентябрь; 26 (9): 3602–13.
  5. Güldür T, Otlu HG.Циркадный ритм у млекопитающих: время есть и время спать. Biol Rhythm Res. 2017; 48 (2): 243–61.
  6. Аллен Р.П. В рецензируемой статье: увлечение мелатонином свободных циркадных ритмов у слепых людей. Sleep Med. Март 2001 г., 2 (2): 167–8.
  7. Санти Н., Лазар А.С., Маккейб П.Дж., Ло Дж.К., Грёгер Дж. А., Дейк DJ.Половые различия в суточной регуляции сна и познания в бодрствовании у людей. Труды Национальной академии наук. 2016: 201521637.
  8. Ферри Дж. Э., Кумари М., Сало П., Сингх-Ману А., Кивимяки М. Эпидемиология сна - быстро развивающаяся область. Издательство Оксфордского университета; 2011 г.
  9. Кронхольм Э., Партонен Т., Лаатикайнен Т., Пелтонен М., Хярма М., Хублин С. и др. Тенденции изменения продолжительности сна и симптомов, связанных с бессонницей, в Финляндии с 1972 по 2005 год: сравнительный обзор и повторный анализ выборок финского населения. J Sleep Res. Март 2008 г., 17 (1): 54–62.
  10. Чжу Л., Зи ПК. Расстройства циркадного ритма сна. Neurol Clin. 2012 ноябрь; 30 (4): 1167–91.
  11. Авраам Ф.Обзор функциональных причин бесплодия у коров. JFIV Reprod Med Genet. 2017; 5 (2): 203.
  12. Schernhammer ES, Laden F, Speizer FE, Willett WC, Hunter DJ, Kawachi I, et al. Работа в ночную смену и риск колоректального рака в исследовании состояния здоровья медсестер. J Natl Cancer Inst.2003 июн; 95 (11): 825–8.
  13. Гейл Дж. Э., Кокс Х. И., Цянь Дж., Блок Г. Д., Колвелл С. С., Матвеенко А. В.. Нарушение циркадных ритмов ускоряет развитие диабета из-за потери и дисфункции бета-клеток поджелудочной железы. J Biol Rhythms. 2011 Октябрь; 26 (5): 423–33.
  14. Мартино Т.А., Аудит Г.Ю., Герценберг А.М., Тата Н., Колетар М.М., Кабир Г.М. и др.Дезорганизация циркадного ритма вызывает у хомяков серьезные сердечно-сосудистые и почечные заболевания. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2008 Май; 294 (5): R1675–83.
  15. Бакли П. Сон и нарушение циркадного ритма при шизофрении. Ежегодник психиатрии и прикладного психического здоровья; 2013.С. 411–2.
  16. Чхве СС, Ху Джи, Хван Ай Джей, Ким Джи, Ким Джи Би. Ремоделирование жировой ткани: его роль в энергетическом обмене и метаболических нарушениях. Фронт-эндокринол (Лозанна). 2016 Апрель; 7:30.
  17. On M, Dalğin D, Cenesiz M, Cenesiz S.Лептин ве адипонектинин enerji ve egzersiz ilişkisi. 2017 г.
  18. Цуджино Н., Сакураи Т. [Циркадный ритм лептина, орексина и грелина]. Нихон Риншо. 2012 июль; 70 (7): 1121–5.
  19. Сато Т, Ида Т, Кодзима М.Роль биологических ритмов в выполнении физических нагрузок. J Phys Fit Sports Med. 2017; 6 (3): 125–34.
  20. МакГиннис Г.Р., Молодой ME. Циркадная регуляция метаболического гомеостаза: причины и последствия. Nat Sci Sleep. 2016 Май; 8: 163–80.
  21. İbrahim Erdemir ET.Kortizol Sirkadiyen Ritmini Etkileyen Bazı Fiziksel ве Fizyolojik Parametrelerin Karşılaştırılması. Balıkesir Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi. 2008; 11: 1–10.
  22. Christiansen JJ, Djurhuus CB, Gravholt CH, Iversen P, Christiansen JS, Schmitz O, et al. Влияние кортизола на метаболизм углеводов, липидов и белков: исследования острого синдрома отмены кортизола при надпочечниковой недостаточности.J Clin Endocrinol Metab. 2007 сентябрь; 92 (9): 3553–9.
  23. Bolli GB, De Feo P, De Cosmo S, Perriello G, Ventura MM, Calcinaro F и др. Демонстрация феномена рассвета на нормальных людях-добровольцах. Диабет. 1984 декабрь; 33 (12): 1150–3.
  24. Рыбицка М., Крысяк Р., Окопень Б.Феномен рассвета и эффект Сомоджи - два явления утренней гипергликемии. Эндокринол Pol. 2011. 62 (3): 276–84.
  25. Özçelik F, Erdem M, Bolu A, Gülsün M. Melatonin: genel özellikleri ve psikiyatrik bozukluklardaki rolü. Псикиятр Гунджел Якласимлар. 2013; 5 (2).
  26. Pan X, Zhang Y, Wang L, Hussain MM.Суточная регуляция MTP и триглицеридов плазмы с помощью CLOCK опосредуется SHP. Cell Metab. 2010 август; 12 (2): 174–86.
  27. Пан X, Хуссейн MM. Суточная регуляция микросомальных белков-переносчиков триглицеридов и уровней липидов в плазме. J Biol Chem. 2007 август; 282 (34): 24707–19.
  28. Пан X, Хуссейн MM.Часы важны для питания и суточной регуляции абсорбции макроэлементов у мышей. J Lipid Res. 2009 Сен; 50 (9): 1800–13.
  29. Бейли С.М., Удох США, Янг МЭ. Циркадная регуляция обмена веществ. J Endocrinol. 2014 Август; 222 (2): R75–96.
  30. Стивенсон Р.Циркадные ритмы и нарушения дыхания во сне. Sleep Med. 2007 сентябрь; 8 (6): 681–7.
  31. Muller JE, Stone PH, Turi ZG, Rutherford JD, Cheisler CA, Parker C, et al. Циркадные вариации частоты возникновения острого инфаркта миокарда. N Engl J Med. 1985 ноя; 313 (21): 1315–22.
  32. Фрой О. Метаболизм и циркадные ритмы - значение для ожирения. Endocr Rev., февраль 2010 г .; 31 (1): 1–24.
  33. Крамер А., Мерроу М., редакторы.Циркадные часы. Springer; 2013.
  34. Браун С.А., Аззи А. Периферийные циркадные осцилляторы у млекопитающих; Циркадные часы. Springer; 2013. С. 45–66.
  35. Дэвидсон А.Дж., Лондон Б., Блок Г.Д., Менакер М.Сердечно-сосудистые ткани содержат независимые циркадные часы. Clin Exp Hypertens. 2005, февраль-апрель; 27 (2-3): 307–11.
  36. la Fleur SE, Kalsbeek A, Wortel J, Fekkes ML, Buijs RM. Суточный ритм толерантности к глюкозе: роль супрахиазматического ядра. Диабет. 2001 июн; 50 (6): 1237–43.
  37. Харада Н., Инагаки Н. Роль часовых генов в секреции инсулина. J. Исследование диабета. 2016 ноябрь; 7 (6): 822–3.
  38. Mıcılı S, Özoul C.Диябетте Кёк Хюкрелер. Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi. 2007; 21: 109–17.
  39. Sözlü S, anlier N. Sirkadiyen Ritim, Sağlık ve Beslenme İlişkisi. Turkiye Klinikleri Journal of Health Sciences. 2017; 2: 100–9.
  40. Кесслер К, Пивоварова О, Пфайффер АФ.[Циркадные часы и энергетический обмен: значение для здоровья]. Dtsch Med Wochenschr. 2014 Апрель; 139 (14): 684–6.
  41. Санкар Г., Бруннер М. Циркадные часы и энергетический метаболизм. Cell Mol Life Sci. Июль 2014 г .; 71 (14): 2667–80.
  42. Масри С.Сиртуин-зависимый контроль часов: новые достижения в метаболизме, старении и раке. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2015 ноя; 18 (6): 521–7.
  43. Ян Х, Даунс М., Ю Р.Т., Буккаут А.Л., Хе В., Страуме М. и др. Экспрессия ядерных рецепторов связывает циркадные часы с метаболизмом. Клетка. 2006 август; 126 (4): 801–10.
  44. Фрой О., Мискин Р. Взаимосвязь кормления, циркадных ритмов и старения. Prog Neurobiol. 2007 июнь; 82 (3): 142–50.
  45. Байрам А., Мехри И.Sirtuin Genleri ve İşlevleri. Firat Tip Derg. 2013; 18: 136–40.
  46. Раттер Дж., Рейк М., Ву Л.С., Макнайт С.Л. Регулирование часов и связывания ДНК NPAS2 окислительно-восстановительным состоянием кофакторов NAD. Наука. Июль 2001 г., 293 (5529): 510–4.
  47. Ум Дж. Х., Ян С., Ямадзаки С., Канг Х., Виоллет Б., Форец М. и др.Активация 5'-AMP-активированной киназы лекарственным средством от диабета метформином вызывает зависимую от казеинкиназы ипсилон (CKIepsilon) деградацию часового белка mPer2. J Biol Chem. Июль 2007 г., 282 (29): 20794–8.
  48. Kumar Jha P, Challet E, Kalsbeek A. Циркадные ритмы метаболизма глюкозы и липидов у ночных и дневных млекопитающих.Mol Cell Endocrinol. 2015 декабрь; 418 (Pt 1): 74–88.
  49. Бенедикт Ф.Г. Факторы, влияющие на основной обмен. Proc Natl Acad Sci USA. 1915 Февраль; 1 (2): 105–9.
  50. Haugen HA, Melanson EL, Tran ZV, Kearney JT, Hill JO.Вариабельность измеренной скорости метаболизма в состоянии покоя. Am J Clin Nutr. 2003 декабрь; 78 (6): 1141–5.
  51. Лапоски А.Д., Басс Дж., Кохсака А., Турек Ф.В. Сон и циркадные ритмы: ключевые компоненты регуляции энергетического обмена. FEBS Lett. Январь 2008 г., 582 (1): 142–51.
  52. Алгин Д.И., Акдаг Г., Эрдинч О.О.Калители уйку ве уйку бозуклуклари. Османгази медицинский журнал. 2016; 38.
  53. Шахин Л., Ашиоглу М., Ташкин Э. Уйку ве уйкунун дюзенленмеси. Sağlık Bilimleri Dergisi. 2013; 22: 93–8.
  54. Boscolo RA, Esteves AM, de Santana MG, Viana VAR, Grassmann V, Tufik S, de Mello MT.Есть ли связь между составом тела, основной скоростью метаболизма и сном у пожилых пациентов с синдромом обструктивного апноэ во сне и без него? Наука о сне. 2013. 6 (4): 129–134.
  55. Knutson KL, Spiegel K, Penev P, Van Cauter E. Метаболические последствия лишения сна.Sleep Med Rev.2007 июн; 11 (3): 163–78.
  56. Chtourou H, Souissi N. Эффект тренировки в определенное время суток: обзор. J Strength Cond Res. 2012 Июль; 26 (7): 1984–2005.
  57. Суиси Н., Готье А., Сесбое Б., Лару Дж., Давенн Д.Циркадные ритмы в двух типах упражнений для ног анаэробного цикла: сила-скорость и 30-секундный тест Вингейта. Int J Sports Med. 2004 Янв; 25 (1): 14–9.
  58. Kinişler A. Anaerobik Performansta sirkadiyen değişimlerin incelenmesi. Spor Bilimleri Dergisi. 2005. 16: 174–84.
  59. Кройчи К.Как регулируется циркадный ритм основной температуры тела? Clin Auton Res. 2002 июн; 12 (3): 147–149.
  60. Райт К.П. младший, Халл Дж. Т., Чейслер, Калифорния. Взаимосвязь между бдительностью, работоспособностью и температурой тела у людей. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002 декабрь; 283 (6): R1370–7.
  61. Беннард П., Дусе Э. Острые эффекты времени выполнения упражнений и гликемического индекса завтрака на окисление жиров, вызванное физической нагрузкой. Appl Physiol Nutr Metab. 2006 Октябрь; 31 (5): 502–11.
  62. Катсанос К.С., Моффатт Р.Дж.Острые эффекты упражнений перед едой по сравнению с упражнениями после еды на постпрандиальную гипертриглицеридемию. Clin J Sport Med. 2004, январь; 14 (1): 33–9.
  63. Фарах Н.М., Гилл Дж. М.. Влияние упражнений до или после приема пищи на баланс жиров и постпрандиальный метаболизм у мужчин с избыточным весом. Br J Nutr.2013 июн; 109 (12): 2297–307.
  64. Канг Дж., Рейнс Э., Розенберг Дж., Ратамесс Н., Наклерио Ф., Файгенбаум А. Метаболические реакции во время постпрандиальных упражнений. Res Sports Med. 2013. 21 (3): 240–52.
  65. Шибата С., Тахара Ю.Циркадный ритм и упражнения. J Phys Fit Sports Med. 2014; 3 (1): 65–72.
  66. Паоли А., Марколин Дж., Зонин Ф., Нери М., Сивьери А., Пачелли QF. Делать упражнения натощак или кормить для ускорения похудания? Влияние приема пищи на соотношение дыхательных путей и избыточное потребление кислорода после тренировки после тренировки на выносливость.Int J Sport Nutr Exerc Exerc Metab. 2011 Февраль; 21 (1): 48–54.
  67. Таппи Л. Термический эффект питания и деятельность симпатической нервной системы человека. Reprod Nutr Dev. 1996. 36 (4): 391–7.
  68. Romon M, Edme JL, Boulenguez C, Lescroart JL, Frimat P.Циркадные вариации термогенеза, вызванного диетой. Am J Clin Nutr. 1993, апрель; 57 (4): 476–80.
  69. Моррис С.Дж., Гарсия Д.И., Майерс С., Ян Дж., Триенекенс Н., Шеер Ф.А. Циркадная система человека играет доминирующую роль в возникновении утренних и вечерних различий в термогенезе, вызванном диетой.Ожирение (Серебряная весна). 2015 Октябрь; 23 (10): 2053–8.
  70. Grammaticos PC, Doumas A, Koliakos G. Половина утреннего и ночного опорожнения желудка различалась более чем на 220% у двух молодых здоровых взрослых людей. Ад J Nucl Med. 2015, январь-апрель; 18 (1): 60–2.
  71. Hoogerwerf WA.Роль часовых генов в моторике желудочно-кишечного тракта. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2010 сентябрь; 299 (3): G549–55.
  72. Гараулет М., Гомес-Абеллан П. Время приема пищи и ожирение: новая ассоциация. Physiol Behav. 2014 июль; 134: 44–50.
  73. Фоллмерс К., Гилл С., Ди Таккио Л., Пуливарти С.Р., Ле HD, Панда С.Время кормления и внутренние циркадные ритмы привода часов в экспрессии генов печени. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2009, 15 декабря; 106 (50): 21453–8.
  74. Kohsaka A, Laposky AD, Ramsey KM, Estrada C, Joshu C., Kobayashi Y, et al. Диета с высоким содержанием жиров нарушает поведенческие и молекулярные циркадные ритмы у мышей.Cell Metab. 2007 ноябрь; 6 (5): 414–21.
  75. Тахара Ю., Аояма С., Шибата С. Циркадные часы млекопитающих и их увлечение стрессом и физическими упражнениями. J Physiol Sci. 2017 Янв; 67 (1): 1–10.
  76. Дамиола Ф., Ле Минь Н., Прейтнер Н., Корнманн Б., Флери-Олела Ф., Шиблер У.Ограниченное питание отключает циркадные осцилляторы в периферических тканях от центрального водителя ритма в супрахиазматическом ядре. Genes Dev. 2000 декабрь; 14 (23): 2950–61.
  77. Brown SA, Zumbrunn G, Fleury-Olela F, Preitner N, Schibler U. Ритмы температуры тела млекопитающих могут поддерживать периферические циркадные часы.Curr Biol. 2002 Сен; 12 (18): 1574–83.
  78. Леонардо-Мендонса Р.К., Мартинес-Николас А., де Тереза ​​Гальван С., Оканья-Вильхельми Дж., Русанова И., Герра-Эрнандес Е. и др. Преимущества четырехнедельного лечения мелатонином на циркадные ритмы у спортсменов, тренирующихся с отягощениями. Chronobiol Int.2015; 32 (8): 1125–34.
  79. Wolff G, Esser KA. Запланированная фаза упражнений сдвигает циркадные часы в скелетных мышцах. Медико-спортивные упражнения. 2012 сентябрь; 44 (9): 1663–70.
  80. Гараулет М., Ордовас Я. М., Мадрид, Я.Хронобиология, этиология и патофизиология ожирения. Int J Obes. 2010 декабрь; 34 (12): 1667–83.
  81. Фрой О. Циркадные ритмы и ожирение у млекопитающих. ISRN Obes. 2012 18 ноября; 2012: 437198.
  82. Тахара Ю., Шибата С.Хронобиология и питание. Неврология. 2013 декабрь; 253: 78–88.
  83. Ойке Х. Модуляция суточных часов питательными веществами и пищевыми факторами. Biosci Biotechnol Biochem. 2017 Май; 81 (5): 863–70.
  84. Накао Р.Циркадные часы скелетных мышц: текущие исследования. Хронофизиология и терапия. 2017; 7: 47–57.

Автор Контакты

Nilüfer Acar Tek

Факультет медицинских наук, Департамент питания и диетологии

Университет Гази, район Эмниет, улица Муаммера Яшара Бостанджи

Номер 16, TR – 06560 Анкара (Турция)

Электронная почта acarnil @ hotmail.com


Подробности статьи / публикации

Предварительный просмотр первой страницы

Поступила: 26 июня 2018 г.
Дата принятия: 30 марта 2019 г.
Опубликована онлайн: 23 апреля 2019 г.
Дата выпуска: июнь 2019 г.

Количество страниц для печати: 9
Количество рисунков: 1
Количество столов: 1

ISSN: 0250-6807 (печатный)
eISSN: 1421-9697 (онлайн)

Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/ANM


Авторские права / Дозировка препарата / Заявление об ограничении ответственности

Авторские права: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме и любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование или с помощью какой-либо системы хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
Дозировка лекарств: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор и дозировка лекарств, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Однако ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю настоятельно рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новое и / или редко применяемое лекарство.
Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор (-ы) не несут ответственности за любой ущерб, причиненный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте или рекламе.

циркадных ритмов - биологические часы организма

Вы, вероятно, заметили тенденцию чувствовать себя более энергичным и бдительным в пиковые периоды дня и более вялыми и утомленными в другое время дня.Это свидетельство ваших циркадных ритмов в действии.

Ваши циркадные ритмы - это цикл физиологических и биологических процессов, которые колеблются примерно по 24-часовому расписанию. У всех видов есть такой временной механизм, или «часы», который контролирует периоды активности и бездействия.

Хотя многие люди относятся к циркадным ритмам как к единому процессу, на самом деле существует несколько биологических часов, которые колеблются в течение дня.

Tetra Images / Brand X Pictures / Getty Images

Как ваше тело «держит время»

Крошечный кластер примерно из 20 000 нейронов в гипоталамусе (области мозга) контролирует многие циркадные ритмы вашего тела.Этот главный центр управления, известный как супрахиазматическое ядро ​​(SCN), отвечает за работу в качестве внутреннего водителя ритма вашего тела.

Хотя точные механизмы того, как работает этот процесс, неясны, важны экологические сигналы. Солнечный свет, контролирующий ваш ежедневный график сна и бодрствования, является, пожалуй, наиболее очевидным из них.

Когда солнечный свет уменьшается к концу дня, зрительная система посылает сигналы в супрахиазматическое ядро. Затем SCN посылает сигналы в шишковидную железу, чтобы увеличить выработку гормона мелатонина.Это повышение уровня гормонов помогает снизить активность и заставляет вас чувствовать себя все более сонными.

Что происходит, когда нет солнечного света?

Было проведено значительное количество исследований того, что происходит с циркадными ритмами, когда естественный солнечный свет нарушается.

Клинические исследования показали, что слепые от рождения люди часто испытывают трудности с циклом сна и бодрствования из-за полного отсутствия световых сигналов окружающей среды. Те, кто работает посменно или часто путешествует, также подвержены нарушению их естественных циркадных ритмов.

В некоторых крупных исследованиях циркадных ритмов участники оставались в подземных помещениях в течение недель или даже месяцев. Лишенные полностью естественных световых сигналов, циркадные ритмы участников начали сдвигаться в сторону 25-часового графика, а не стандартного 24-часового режима. Также изменились многие ранее синхронизированные циркадные ритмы организма.

Под воздействием сигналов солнечного света из окружающей среды многие ритмы тела работают по очень похожему графику.Когда полностью естественные световые сигналы удаляются, эти биологические часы начинают работать по совершенно другому графику.

Ключевые моменты

  • Ваши циркадные ритмы связаны с сигналами солнечного света.
  • Нарушение этих паттернов может привести к плохому или затрудненному сну.
  • Без световых сигналов люди обычно работают по 25-часовому графику.
  • Циркадные ритмы также влияют на температуру тела, болевую чувствительность, умственную активность, физическую силу и чувства.

Утренние жаворонки и совы

Так называемые «утренние люди» предпочитают вставать с солнышком и много успевать рано утром. С другой стороны, «ночные люди» предпочитают спать спокойно и считают себя наиболее продуктивными в вечерние часы.

Тем не менее, полуночники часто вынуждены рано вставать из-за работы, учебы и обязанностей по уходу, и оказывается, что это может быть хорошо по ряду причин.Исследования показали, что люди, которые встают раньше, чем их сверстники, которые поздно спят, не только счастливее, но и здоровее.

Одно исследование показало, что у людей, которые не ложились спать позже, как правило, ухудшалась работа сердца, включая частоту сердечных сокращений и артериальное давление. Не только это, но они также страдали от плохого сна и были менее склонны к физической активности.

Хотя индивидуальные различия в ваших биологических часах могут повлиять на то, являетесь ли вы утренним жаворонком или совой, есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы сдвинуть внутренние часы и начать встречать день немного раньше.

Вот несколько вещей, которые вы можете попробовать:

  • Разумно управляйте своим временем в течение дня. Делайте дела раньше и избегайте откладывания на потом, чтобы не ложиться спать допоздна, чтобы закончить дела.
  • Избегайте громкого шума и шумных общественных ситуаций в поздние вечерние часы. Посещение ночной вечеринки или времяпрепровождение с соседями по комнате, которые играют в видеоигры или смотрят фильмы, могут оставить вас возбужденным и неспособным заснуть.Сосредоточьтесь на том, чтобы дать себе время вечером расслабиться от дневного стресса.
  • Соблюдайте постоянный график сна. Начинайте ложиться спать в одно и то же время каждую ночь, чтобы просыпаться раньше, не чувствуя бессонницы.

На установление нового режима бодрствования / сна может потребоваться некоторое время. Однако придерживайтесь этого, и вскоре вы сможете пожинать плоды того, что вы жаворонок.

Циркадные часы определяют лучшее время для сна, еды и упражнений.

Вы когда-нибудь задумывались, почему вы обычно просыпаетесь утром примерно в одно и то же время? Даже когда вы отчаянно пытаетесь поспать ленивым воскресным утром? Это похоже на то, как если бы у вас есть внутренний будильник, который так же точен, как ваши фантастические часы из тропического леса, излучающие звуки на прикроватной тумбочке, или новейшее приложение для будильника на вашем смартфоне.Оказывается, вы этого совсем не представляете. Ваше тело держит свое время.

У людей, как и у многих других организмов, есть внутренние таймеры, называемые циркадными часами. Как жители планеты, которая вращается вокруг Солнца каждые 24 часа, мы переживаем 24-часовые циклы день-ночь, которые приносят предсказуемые изменения в нашу окружающую среду. Естественно, нам выгодно, чтобы наши тела могли предвидеть эти изменения и лучше синхронизировать все аспекты нашей физиологии.

Мы можем думать о нашем теле как о хорошо управляемой фабрике, которая придерживается точного графика.Есть несколько координирующих сборочных линий, как и различные системы органов нашего тела. Все они полагаются на своевременные поставки сырья и деталей для производства соответствующих продуктов, аналогично тому, как мы полагаемся на пищу, потребляемую в обычное время приема пищи, для поддержания уровня энергии и обеспечения роста и восстановления тканей. По окончании рабочего дня фабрика закрывается на ночь, и рабочие уходят домой, чтобы отдохнуть от на следующий день тяжелой работы. Это похоже на потребность выспаться и восстановить разум и тело по ночам.Основные циркадные часы, расположенные в области гипоталамуса нашего мозга, были бы эквивалентны руководителю такой фабрики.

Исследования показывают, что почти все физиологические процессы хотя бы частично находятся под контролем наших внутренних часов. Самый яркий пример - это время нашего цикла сна и бодрствования. Циркадные часы определяют, когда мы чувствуем сонливость, генерируя ритм секреции мелатонина шишковидной железой в нашем мозгу, который ограничивает действие этого гормона, способствующего сну, до ночи.С приближением утра уровень мелатонина падает, а бодрость и бодрость организма восстанавливаются.

Способность нашей иммунной системы бороться с бактериями и вирусами также строго контролируется нашими внутренними часами. Это связано с тем, что циркадные часы контролируют количество молекул наблюдения в нашем организме, которые способны обнаруживать патогены. Интуитивно понятно, что имеет смысл ограничить производство этих и других молекул в нашем организме, например, тех, которые важны для регулирования частоты сердечных сокращений, переваривания пищи, восстановления клеток и детоксикации метаболических отходов, только определенным временем дня для сохранения ресурсов.Уловка, однако, заключается в том, чтобы активировать производство молекул в то время, когда они необходимы организму. В случае молекул иммунного надзора именно тогда они наиболее вероятно столкнутся с патогенами. К счастью для нас, циркадные часы эволюционировали для решения этой задачи.

Наши внутренние часы также определяют, когда у нас будет лучший аппетит, время дня, когда мы с большей вероятностью пойдем в ванную, и даже идеальное время для тренировок. Гормон лептин взаимодействует с нашим мозгом, препятствуя приему пищи, и его уровни обычно достигают пика ночью, в то время как «гормон голода» грелин способствует потреблению пищи и обычно достигает максимального уровня в течение дня.Поскольку циркадные часы контролируют время производства этих гормонов, они имеют большое влияние на то, когда мы чувствуем голод. Опорожнение кишечника аналогично контролируется часами за счет своевременной выработки другого набора гормонов, которые способствуют движению желудочно-кишечного тракта вскоре после того, как вы проснетесь. Мышечная физиология и потребление энергии также меняются в течение дня, поэтому вторая половина дня является идеальным временем для занятий после работы.

К сожалению, люди недавно изменили условия, от которых зависят наши циркадные часы для правильного функционирования.Мы настолько изменили свой образ жизни, что нашим циркадным часам становится трудно адаптироваться и поддерживать оптимальную производительность. На протяжении сотен тысяч лет наши человеческие предки развивались и организовывали свою повседневную деятельность в условиях ограничения смены дня и ночи без искусственного освещения. Только в последние 100-200 лет люди стали проводить в помещении в течение дня, а затем оставаться активными при искусственном освещении до поздней ночи. Это означает, что наши тела больше не получают достаточного дневного света и подвергаются бомбардировке ночью.Поскольку циркадные часы в значительной степени зависят от своевременного воздействия и отсутствия света, наши циркадные часы часто не «увлекаются» или не устанавливаются должным образом, что приводит к потере синхронизации между нашими внутренними часами и естественными циклами день-ночь.

Если вы когда-либо испытывали смену часовых поясов после межконтинентального перелета или даже просто перелетели с одного побережья на другое в Соединенных Штатах, вы знаете, какие неприятные ощущения вы испытываете, когда ваши биологические часы расходятся с естественными циклами дня и ночи. Неудивительно, что ученые показали, что сбои в работе циркадных часов связаны с многочисленными заболеваниями человека, включая ожирение, метаболический синдром, диабет, нарушения сна, депрессию и даже рак.

Теперь у нас есть возможность вести более здоровый образ жизни благодаря накопленным нами знаниям о циркадных часах и особенно о влиянии на здоровье современного образа жизни и инноваций, таких как компьютеры, смартфоны, межконтинентальные перелеты, темные внутренние офисы, лекционные залы и рестораны. которые остаются открытыми до 2 часов ночи. Лучшее согласование вашей повседневной деятельности с естественным циклом дня и ночи, несомненно, поможет, но для этого потребуется дисциплина.

Вы можете начать с большего воздействия солнечного света в течение дня, особенно рано утром, чтобы переустановить свои циркадные часы на новый день, а также избегать использования искусственного света в ночное время.В долгосрочной перспективе, чтобы способствовать более здоровому образу жизни и снизить экономическое бремя расходов на здравоохранение, нам, вероятно, потребуются значительные изменения в школьном и рабочем распорядке, а также в государственной политике, чтобы учесть научные выводы о циркадной биологии. Начнем с того, что отказ от летнего времени и других неприятностей, нарушающих циркадные часы, окажется одновременно популярным и полезным.

Профессор энтомологии и нематологии Калифорнийского университета в Дэвисе Джоанна Чиу, доктор философии, изучает генетический контроль циркадного хронометража с использованием плодовой мухи Drosophila melanogaster в качестве модели на животных.

Связанные истории из Sacramento Bee

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *