25 июня 2015Наука
114

Лекарство от белых ночей

Как мыши со светящимся мозгом подсказали новый принцип борьбы с бессонницей и отбора футболистов

текст: Борислав Козловский
Detailed_picture© Edward Simpson

Почему футболисты хуже играют в гостях, чем дома? Дело вовсе не в благотворном влиянии родных стен, утверждает в своей книге «Наука сна» журналист Дэвид Рэндалл. Виноват джетлаг, сдвиг цикла сна и бодрствования. Если сборная прилетает из Москвы в Сан-Франциско (разница в 10 часовых поясов), то на поле она выйдет глубокой ночью или ранним утром по московскому времени. Нагрузки входят в противоречие с суточными (они же циркадные) ритмами организма — и футболисты, равно как и баскетболисты, гребцы и пловцы, систематически проигрывают в такой ситуации более слабым соперникам. Все может испортить даже разница во времени в три часа, как между Самарой и Берлином. Это, разумеется, касается не только спортсменов — просто в спорте, где есть статистика побед и поражений, эффект легче заметить.

И похоже, что природа сделала людей в разной степени уязвимыми для джетлага: одни встраиваются в нью-йоркский ритм жизни за двое суток, другие продолжают засыпать посреди дня и спустя дней восемь после перелета. Новое исследование, напечатанное сегодня в британском научном журнале Proceedings of the Royal Society B, объясняет это различиями в работе зоны мозга размером с булавочную головку, которая находится в гипоталамусе и которую называют супрахиазматическим ядром (SCN).

Ученые давно знали, что SCN в ответе за суточные ритмы, и даже описали клеточный механизм внутренних часов на уровне белков и генов. Но до сих пор понятия не имели, почему у разных людей эти часы неодинаково поддаются настройке. Теперь пятеро американских нейробиологов из Джорджии и Массачусетса выдвинули (и проверили) такую гипотезу: дело не в отдельных нервных клетках, а в том, насколько быстро те улавливают такт работы друг друга. Иначе говоря, вместо разглядывания отдельных птиц полезно присмотреться к поведению стаи.

Путешествия на восток — в сторону более ранних восходов солнца и более ранних пробуждений — люди переносят более болезненно, чем перелеты в противоположную сторону.

Свою гипотезу проверяли на мышах со светящимся мозгом. Точнее, геном мышей подправили так, чтобы один из белков-регуляторов суточного ритма, PERIOD2, вырабатывался вместе с люминесцентной меткой.

Каждую мышь усадили в клетку с беличьим колесом: когда мышь бежит вперед, оно вращается. Три недели подряд эти клетки 12 часов в сутки подсвечивались лампами, а потом на 12 часов погружались в темноту — пока однажды ученые не сымитировали «ночной перелет на шесть часовых поясов на восток»: свет зажегся на шесть часов раньше, чем следовало. Почему на восток? Такие путешествия — в сторону более ранних восходов солнца и более ранних пробуждений — люди переносят более болезненно, чем в противоположном направлении, после которых можно просыпаться на столько же часов позже.

Все это время датчики на беличьем колесе вели хронику мышиной активности. Колесо вращается — мышь бодрствует. А если колесо достаточно долго не крутится — значит, мышь спит. По этим данным ученые делали вывод о том, как быстро мышь приспосабливается к новому ритму. Ни у людей, ни у мышей свет не является безусловным сигналом «время просыпаться» — но мозг принимает его в расчет и подгоняет свои циклы под чередование дня и ночи.

После четырех недель «на востоке» лампы перестали включать вообще на целых три недели, чтобы эффект привыкания к жизни в «новом часовом поясе» успел закрепиться. Потом у мышей взяли срезы мозга, с которыми работали в режиме ex vivo: хотя сама мышь погибла, ее нервные клетки достаточно долго оставались живыми — и вели себя так, как обучились себя вести при жизни животного.

За активностью клеток ученые следили по их люминесцентному свечению: яркость нарастала и падала вместе с концентрацией белка PERIOD2. Этот белок — ключевая деталь механизма внутренних часов: его концентрация меняется по известному правилу с периодом примерно в 24 часа, и нервной клетке, чтобы ответить на вопрос «сколько времени», достаточно поглядеть, сколько этого белка в ней содержится конкретно сейчас.

В отличие от России, в США мелатонин имеет статус пищевой добавки и не зарегистрирован как лекарство.

Выяснилось, что у разных клеток SCN — разные по времени пики яркости: каждая пытается выдержать свой 24-часовый цикл, но вместе они ведут себя как оркестр, который играет вразнобой. Степень этого «разнобоя» и предсказывает, насколько тяжело организм переносит джетлаг.

Плохая новость: эта слаженность работы нейронов — врожденная особенность, как форма отпечатков пальцев. Похоже, что сознательным усилием на нее повлиять нельзя — этот фокус проходит с корой мозга, но не со структурами подкорки, такими, как SCN. Поэтому неважно, к какому часу вас будили в школу или как был устроен ваш режим дня всю последующую жизнь: мучиться после перелетов или не мучиться, предопределено с рождения.

Другое дело, что нейроны SCN, которые отсчитывают циклы несинхронно, — потенциальная мишень лекарств, приводящих наши суточные ритмы в порядок. Сейчас на них пытаются влиять, как правило, с помощью мелатонина, гормона шишковидной железы мозга. Это действующее вещество российского препарата «Мелаксен», а в США он имеет статус пищевой добавки и не зарегистрирован как лекарство.

Мелатонин действительно контролирует цикл сна и бодрствования, но это только последнее звено в цепочке регуляторов, и его выбросом управляет все тот же SCN. Поэтому манипуляции с мелатонином — в каком-то смысле попытка заткнуть ствол пулемета во время стрельбы вместо того, чтобы отобрать у пулеметчика патроны.

Если в итоге появится лекарство, которое заставляет нейроны SCN вспыхивать слаженно, это не только поможет победить джетлаг тем, кто часто и много летает. Авторы исследований про циркадные ритмы часто упоминают людей, которые работают в ночную смену и спят в светлое время суток. В России это пригодилось бы как минимум жителям Заполярья, у которых полярная ночь без солнца чередуется с полярным днем без темноты, но биологические часы по-прежнему пытаются отсчитывать свои 24-часовые циклы. И, возможно, куда большему числу людей в Северной Европе, от Санкт-Петербурга до Рейкьявика, которые плохо переносят белые ночи.


Понравился материал? Помоги сайту!

Сегодня на сайте
Разговор c оставшимсяВ разлуке
Разговор c оставшимся 

Мария Карпенко поговорила с человеком, который принципиально остается в России: о том, что это ему дает и каких жертв требует взамен

28 ноября 20244942
Столицы новой диаспоры: ТбилисиВ разлуке
Столицы новой диаспоры: Тбилиси 

Проект «В разлуке» начинает серию портретов больших городов, которые стали хабами для новой эмиграции. Первый разговор — о русском Тбилиси с историком и продюсером Дмитрием Споровым

22 ноября 20246494
Space is the place, space is the placeВ разлуке
Space is the place, space is the place 

Три дневника почти за три военных года. Все три автора несколько раз пересекали за это время границу РФ, погружаясь и снова выныривая в принципиально разных внутренних и внешних пространствах

14 октября 202413081
Разговор с невозвращенцем В разлуке
Разговор с невозвращенцем  

Мария Карпенко поговорила с экономическим журналистом Денисом Касянчуком, человеком, для которого возвращение в Россию из эмиграции больше не обсуждается

20 августа 202419564
Алексей Титков: «Не скатываться в партийный “критмыш”»В разлуке
Алексей Титков: «Не скатываться в партийный “критмыш”» 

Как возник конфликт между «уехавшими» и «оставшимися», на какой основе он стоит и как работают «бурлящие ритуалы» соцсетей. Разговор Дмитрия Безуглова с социологом, приглашенным исследователем Манчестерского университета Алексеем Титковым

6 июля 202423638
Антон Долин — Александр Родионов: разговор поверх границыВ разлуке
Антон Долин — Александр Родионов: разговор поверх границы 

Проект Кольты «В разлуке» проводит эксперимент и предлагает публично поговорить друг с другом «уехавшим» и «оставшимся». Первый диалог — кинокритика Антона Долина и сценариста, руководителя «Театра.doc» Александра Родионова

7 июня 202428940
Письмо человеку ИксВ разлуке
Письмо человеку Икс 

Иван Давыдов пишет письмо другу в эмиграции, с которым ждет встречи, хотя на нее не надеется. Начало нового проекта Кольты «В разлуке»

21 мая 202429595