Читать онлайн Циркадный код. Как настроить свои биологические часы на здоровую жизнь бесплатно

Если вы трудитесь посменно и встаете посреди ночи, чтобы отправиться на работу и всю ночь там бодрствовать, или поздно вечером возвращаетесь домой, тогда вам отлично известно, как чувствует себя человек, вынужденный жить вопреки естественному, изначально свойственному всем нам желанию спать ночью и бодрствовать днем. Но, даже если вам не приходится работать по ночам, каждый из вас, несомненно, может припомнить случаи, когда он вел отчаянную борьбу со своими внутренними часами. Дело в том, что сама жизнь то и дело заставляет нас работать посменно. У каждого человека случаются периоды хронических нарушений сна, а у многих эти периоды длятся очень долго. Если вы проводите всю ночь за учебниками перед экзаменом в колледже, плохо спите ночью, пересекаете несколько часовых поясов, до утра сидите у постели больного родственника или несколько раз за ночь просыпаетесь, чтобы покормить младенца и сменить ему подгузник, значит, тоже входите в категорию работающих посменно. Если обычная работа с 9 до 5 сочетается с несколькими часами дороги туда-обратно, после чего человек весь вечер занимается домашними обязанностями и ложится спать за полночь, он практически отрабатывает две смены подряд. Даже одна-единственная затянувшаяся допоздна вечеринка может оказать на организм такое же пагубное действие, как перелет через несколько часовых поясов. Вот почему для этого недуга придуман специальный термин – социальный джетлаг.

Утверждение «все мы – работники со сменным графиком» взято не с потолка. Это факт, подтвержденный научными данными. Профессор Тилл Роннеберг из Мюнхенского университета провел обследование более чем 50 тысяч человек в Европе, США и установил, что большинство работающих людей либо ложатся спать после полуночи, либо просыпаются по будильнику рано утром, не выспавшись^1,2. Кроме того, в будние дни и по выходным люди отправляются спать в разное время. На Всемирном конгрессе по медицине сна в 2017 году Роннеберг представил данные о том, что с последствиями социального джетлага регулярно сталкивается 87 процентов взрослых людей, поскольку в выходные они ложатся спать как минимум на 2 часа позже, чем обычно.

Примерно 6 лет назад моя лаборатория занялась мониторингом активности и паттернов сна почти у 200 студентов колледжей, и мы обнаружили тот же самый паттерн, о котором сообщил Роннеберг. Во всей группе нам удалось найти лишь одного человека, который каждый день, включая выходные, ложился спать в одно и то же время, плюс-минус четверть часа. Кроме него, был еще только один студент, который отправлялся спать раньше полуночи минимум два дня в неделю.

Помимо этого, мы вели наблюдение за беременными женщинами и работающими матерями малолетних детей и выяснили, что их паттерны сна тоже были крайне хаотичными и больше всего походили на режим сна пожарных, всегда готовых к тому, что им придется просыпаться несколько раз за ночь. Многим матерям очень сложно бороться с биологическими часами, чтобы ночью оставаться начеку, а в любое доступное время дня восполнять нехватку сна. Неудивительно, что матерям маленьких детей удавалось вволю отоспаться лишь тогда, когда они получали помощь от кого-то, кроме своего мужа/партнера, например от родственников или родителей, которые брали на себя часть их ночных забот.

Работающим матерям труднее всего синхронизировать свою жизнь с суточным ритмом, потому что их распорядок зависит от всех, кто живет в доме. Обычно они встают очень рано, чтобы приготовить для семьи завтрак, отправить детей в школу или сад, а затем самим собраться на работу. После ужина они хлопочут по дому, занимаются физическими упражнениями или допоздна выполняют взятую на дом работу. К концу трудовой недели циркадные нарушения накапливаются, обостряя симптомы десинхроноза. Например, когда наша дочь была грудным младенцем, к пятнице моя жена буквально валилась с ног, и на восстановление у нее уходил весь уикенд.

Всем известно, как чувствует себя человек после ночи, которая была особенно тяжелой – неважно, по какой причине. Вам хочется спать, но никак не удается уснуть. Работа желудочно-кишечного тракта нарушается, мышцы становятся вялыми, разум затуманивается, и вы определенно не горите желанием отправиться в тренажерный зал. Кажется, что ваше тело и разум сбиты с толку: половина мозга говорит вам, что самое время наверстать упущенный сон, а другая половина настаивает на том, что сейчас день и вам не следует спать. В этой ситуации вы можете потянуться за чашкой крепкого кофе или банкой энергетика, чтобы подавить сонливость и постараться как можно быстрее вернуться к повседневным делам.

Мозг, работающий в неурочное время, не способен принимать рациональные решения. Согласно материалам одного исследования, недавно опубликованным в журнале Popular Science³, одна-единственная ночная смена вызывает расстройство когнитивных функций, которое может продлиться целую неделю. Эти нарушения проявляются в форме рассеянности или невнимательности и делают нас уязвимыми для вредных привычек. Несколько суток недосыпания могут изменить наши пищевые предпочтения как в плане тяги к определенным продуктам, так и в плане количества пищи, потребляемой во время ночного бодрствования. По ночам мы часто позволяем себе питаться высококалорийными, суррогатными продуктами, невзирая на то что в это время желудку положено отдыхать и заниматься устранением повреждений.

Со временем такой посменный режим жизнедеятельности может привести к бессоннице. Чтобы с ней справиться, некоторые люди обращаются к спиртным напиткам или снотворным препаратам. Однако применение этих средств может стать причиной депрессии или, что еще хуже, вызвать привыкание и последующее формирование вредных привычек, которые сохранятся после того, как образ жизни человека больше не будет заставлять его бодрствовать по ночам.

К сожалению, негативное воздействие посменного образа жизни не ограничивается лишь тем, что на следующий мы чувствуем себя не лучшим образом. Вместе с нами на посменный режим переходят наши близкие, которые жертвуют своим сном и поднимаются спозаранку или допоздна не ложатся, чтобы подстроиться под наше сумасшедшее расписание и не оставлять нас в одиночестве. Воздействие такой жизни на их здоровье вызывает не меньшие опасения. В 2013 году ученые проанализировали печатные работы, посвященные этой проблеме, и установили, что по сравнению с детьми, родители которых работают в дневное время, у детей, родители которых трудятся посменно, намного чаще развиваются не только когнитивные и поведенческие расстройства, но и ожирение⁴.

Ухудшение самочувствия после одного или двух слишком поздних отходов ко сну либо перелета через несколько часовых поясов, как правило, длится не дольше пары дней и не вызывает особых опасений, но регулярное нарушение циркадных ритмов может быть чревато серьезными последствиями для здоровья, поскольку в этом случае возникает сбой во всех системах организма. Иммунная система становится настолько слабой, что микробы и микроорганизмы, которые обычно не причиняют никакого вреда, могут вызвать расстройство желудка или симптомы, схожие с гриппозными. Имеются свидетельства того, что по сравнению с людьми, которые работают днем, у тех, кто трудится посменно, возникает больше проблем со здоровьем, таких как ожирение, диабет, желудочно-кишечные и сердечно-сосудистые заболевания^{5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16}. Любопытно отметить, что основной причиной смерти и потери трудоспособности пожарных рабочего возраста являются не несчастные случаи при исполнении служебных обязанностей, а болезни сердца, которые, судя по всему, тесно связаны с нарушением циркадных ритмов^17,18. Результаты многих исследований показывают, что посменная работа повышает риск развития определенных видов рака до такой степени, что в 2007 году Международное агентство по изучению рака при Всемирной организации здравоохранения включило посменный труд в список возможных канцерогенов¹⁹.

Если все мы работаем посменно, значит, страдать тоже придется всем. Вот почему нам необходимо понять, как работают наши циркадные часы и как привести свой стиль жизни в оптимальное соответствие с естественным ритмом тела.

Возможные последствия нарушения циркадных ритмов

Болезни, связанные с циркадными нарушениями

К какой категории работающих посменно относитесь вы?

Согласно принятому в Европе официальному определению, работающим посменно считается человек, который минимум 50 дней в году бодрствует не менее 3 часов на протяжении периода с 10 часов вечера до 5 часов утра. Таким образом, все мы являемся работающими посменно просто потому, что именно так ведем себя в повседневной жизни. Какими видами посменной работы занимаетесь вы и каким видам циркадных нарушений подвергаетесь?

● Традиционная посменная работа. В каждой развивающейся и развитой стране примерно 20–25 процентов гражданских работников вовлечены в посменную работу. В эту категорию входят сотрудники служб, реагирующих на чрезвычайные ситуации (пожарные, диспетчеры экстренных служб); полицейские; работники сферы здравоохранения (медсестры, врачи); люди, работающие на производстве, в строительстве, в сфере коммунальных услуг, в авиации (пилоты, бортпроводники, наземный персонал), в наземном транспорте, в сфере общественного питания; охранники в режимных службах и операторы колл-центров в службах поддержки клиентов.

● Отсутствие режима дня. Такую жизнь ведут учащиеся старших школ и студенты колледжей, музыканты, актеры, кормящие матери, домашняя прислуга и супруги/партнеры работающих посменно.

● Работа в гигономике. В эту группу входят таксисты, водители служб доставки готовых блюд; люди, работающие по гибкому графику, и фрилансеры.

● Джетлаг. Данное состояние возникает, когда в течение суток вы пересекаете по меньшей мере два часовых пояса. Каждый день в воздух поднимается почти 8 миллионов авиапассажиров²⁰, и половина из них преодолевает два или несколько часовых поясов.

● Социальный джетлаг. Эта реакция организма появляется тогда, когда в выходные дни кто-то поздно ложится спать и просыпается по меньшей мере на 2 часа позже, чем обычно. В современном обществе воздействию социального джетлага регулярно подвергается больше 50 процентов населения.

● Цифровой джетлаг. Данное явление имеет место, когда вы чатитесь в социальных сетях с друзьями или коллегами, которые находятся в нескольких часовых поясах от вас, и в результате продолжаете бодрствовать более 3 часов в течение периода с 22:00 до 5:00.

● Сезонный десинхроноз. Миллионы людей, живущих в крайних северных и южных широтах (например, жители северной части Канады, Швеции, Норвегии и южных районов Чили), зимой получают менее 8 часов солнечного света в сутки, а летом – более 16 часов. Такие экстремальные варианты воздействия света вызывают нарушение циркадных ритмов.

Циркадные ритмы реальны

Раньше мы верили, что наши циклы дня и ночи контролируются только внешним миром: утренний рассвет заставляет нас проснуться, а появление луны служит сигналом к тому, чтобы идти спать. Многие ученые не придавали никакого значения циркадной биологии вплоть до середины 1970-х годов.

Хотя о существовании внутренних часов у растений ученые знали с начала XVIII века, доказать гипотезу о том, что животными и людьми управляют внутренние механизмы (а не внешние), было трудно. Традиционно считалось, что человеческие существа, которые стоят на более высокой ступени развития, должны управляться какими-то другими факторами окружающей среды, помимо солнца и луны.

Общепринятую теорию подтверждают простейшие эксперименты с растениями: если растение поместить в темный подвал, оно продолжит каждый день поднимать и опускать листья, повинуясь определенному суточному ритму²¹. В дневное время многие растения поднимают листья, чтобы получить от солнца больше энергии, а ночью опускают листья, чтобы не расходовать энергию на их поддержание в поднятом положении. По той же причине многие цветы распускаются только днем, когда вокруг летают опыляющие их пчелы и птицы. Однако у некоторых растений, таких как жасмин во дворе моего дедушки, цветы раскрываются ночью. Дело в том, что эти растения опыляются ветром, а не животными.

Провести следующую серию исследований было гораздо труднее, и ученые начали с опытов на насекомых, птицах, а затем на животных. Они изучили процесс развития плодовых мушек от личинки до полной зрелости, который тоже является циркадным, потому что взрослые мушки появляются только утром, когда ветер слабее и влажность выше. Они изучили формы сезонных миграций птиц и циклы сна-бодрствования других животных. Кроме того, производились наблюдения за лабораторными мышами в контролируемой среде²². Когда грызунов помещали в темноту без каких-либо внешних указателей времени, животные продолжали просыпаться и засыпать, словно по часам, через 23 часа 45 минут. Было установлено, что циркадные ритмы многих растений и грибов тоже близки к 24 часам, хотя и отличаются на несколько минут.

Выяснить, есть ли такие же внутренние часы у людей, было почти невозможно, потому что не существовало никакого легкого способа устранения всех внешних сигналов времени, поступающих из окружающего мира. Тем не менее в 1950-е годы у исследователей появилась идея. Они дали испытуемому простой телефон, по которому он мог связаться только с одним человеком. Доброволец спустился в одну из глубоких пещер в Андах, взяв с собой лишь запасы еды, свечей и материалов для чтения на несколько недель. Каждый раз, когда его желание уснуть становилось достаточно сильным, он звонил человеку, находящемуся на другом конце провода, который записывал время звонка. Такой же звонок он совершал сразу после пробуждения. Исследование показало, что на протяжении нескольких недель, проведенных в пещере, его цикл сна-бодрствования сохранял точность часового механизма. Однако каждый день доброволец ложился спать чуть позже, то есть его внутренние сутки длились немного дольше 24 часов. Фактически его цикл сна-бодрствования был равен 24 часам 15 минутам. Предсказуемость данного цикла стала доказательством того, что управлять поведением человека могли только внутренние часы²³.

Небольшое несовпадение циркадных ритмов с длительностью суток не является удивительным и объясняется тем, что на большей части земного шара время от одного восхода солнца до другого не составляет ровно 24 часа. Дело в том, что вертикальная ось нашей планеты имеет наклон, поэтому на определенных отрезках годовой орбиты вращения вокруг Солнца ее Северное и Южное полушария оказываются обращенными к Солнцу на протяжении большей части суток. В соответствии с постепенным удлинением или укорачиванием дней в течение года меняется время восхода и заката Солнца. На экваторе величина этого изменения очень мала, но если вы живете в Бостоне, Стокгольме или Мельбурне, то за одни сутки время восхода солнца может измениться на несколько минут. Когда дни удлиняются и приближается лето, внутренние часы будят нас немного раньше, в момент восхода солнца. После того как мы перелетаем из одного часового пояса в другой, наш цикл сна-бодрствования постепенно приспосабливается к новому часовому поясу. Я привел лишь несколько примеров, объясняющих, почему у нас есть внутренние часы и как механизм их самокоррекции связан с изменением времени восхода солнца и длительности дня. После того как гипотеза о существовании внутренних часов была доказана, ученые высказали предположение о связи (или возможной связи) циркадных ритмов со светлым временем суток.

Суточные ритмы

Многие ученые, включая меня, продолжают изучать влияние суточных ритмов на физиологию, метаболизм и даже на когнитивные функции взрослых людей. Мы установили, что ритмичность, или строгая закономерность, наблюдается почти во всех аспектах нашей повседневной жизни.

Конечно, человеческие существа не цветут, как растения, и не мигрируют на дальние расстояния, как птицы, однако у нас тоже есть циркадные часы, которые отвечают за то, чтобы почти все процессы, связанные с нашим здоровьем, происходили в определенное время дня или ночи. Можно сказать, что наш организм запрограммирован на ежедневное выполнение действий в соответствии со строго определенными ритмами. В свою очередь, виды деятельности, которыми вы занимаетесь в вечернее время, оказывают особенно сильное воздействие на циркадные ритмы. Вот почему при работе с этой книгой вам следует иметь в виду, что самыми важными для жизни и здоровья окажутся те изменения, которые оптимизируют вашу деятельность в период с 6 часов вечера до полуночи.

Еще до того, как мы просыпаемся утром, внутренние часы готовят организм к пробуждению. Эта подготовка начинается с того, что шишковидная железа прекращает вырабатывать гормон сна мелатонин. У нас немного учащается дыхание, на несколько ударов в минуту возрастает частота сердечных сокращений и слегка повышается кровяное давление. Внутренняя температура тела поднимается на полградуса.

Наше общее самочувствие зависит от согласованности суточных ритмов. По утрам хорошее самочувствие означает, что мы чувствуем себя свежими и отдохнувшими после хорошего ночного сна, легко опорожняем кишечник, избавляясь от накопившихся за ночь токсинов, ощущаем бодрость, легкость и чувство голода. Вскоре после того, как мы открываем глаза, надпочечники увеличивают выработку гормона стресса кортизола, чтобы помочь нам энергично совершать утренние ритуалы. Поджелудочная железа готовится к высвобождению инсулина, чтобы справиться с завтраком.

После хорошего ночного сна и получения питательных веществ за завтраком мозг приходит в состояние готовности заниматься обучением и решением проблем в течение первой половины дня. В середине дня мы будем хорошо себя чувствовать, если объем выполненной работы окажется достаточным, чтобы мы были довольны результатами своих усилий. (Если вы не выспались, может возникнуть гнетущее ощущение, что вы попусту тратите время.) К концу дня мышечный тонус достигает пика, а после захода солнца температура тела начинает понижаться, в организме увеличивается выработка гормона сна мелатонина, организм готовится ко сну.

В вечернее время хорошее самочувствие означает снижение активности, чувство усталости и легкое погружение в глубокий сон. Сон не является для тела состоянием по умолчанию, в котором мозг просто отключается. На самом деле во время сна мозг очень занят. Он консолидирует воспоминания, основанные на сенсорной информации, полученной нами в течение дня, и сохраняет эту информацию путем создания новых синапсов, или связей, между нейронами. Кроме того, ночью мозг производит довольно много гормонов, в частности мелатонин и гормон роста человека²⁴. При дефиците сна производство гормона роста резко снижается, что особенно опасно для детей, так как может стать причиной задержки развития.

Суточные ритмы человека

Многие из функций нашего организма достигают пика в определенные периоды дня или ночи. Считается, что они регулируются нашими циркадными часами. Если нас полностью изолируют от естественного цикла дня и ночи, нормальное расписание этих ритмов будет сохраняться всего несколько дней.

Помимо прочего, ночью мозг занимается детоксикацией. Днем нервные клетки абсорбируют и перерабатывают питательные вещества, и в ходе этого процесса вырабатываются нежелательные токсичные побочные продукты. Во время сна эти токсины выводятся из мозга и в процессе нейрогенеза создаются новые клетки мозга. В этом отношении мозг можно сравнить с офисом: когда вы приходите в офис утром, у вас не возникает мысли о том, что кто-то работал там ночью, хотя на самом деле уборщики мыли полы, выносили мусор, системный администратор проводил апгрейд серверов, ремонтники меняли перегоревшие лампы освещения. Все эти работы должны выполняться для того, чтобы утром вы могли прийти и начать работать.

Нам нужны устойчивые циркадные ритмы

Циркадные ритмы оптимизируют биологические функции. Каждая функция осуществляется в определенное время, потому что организм не может делать все, что ему необходимо, одновременно. Наблюдения за новорожденными младенцами позволяют лучше понять, для чего нужны циркадные ритмы. Изучая модели развития новорожденных, мы выяснили, что дети появляются на свет без достаточно надежных циркадных часов. Их ритмы очевидны, но неустойчивы. Например, младенцы пытаются спать, но посреди ночи испытывают голод или потребность опорожнить кишечник, и каждая из этих биологических потребностей заставляет их просыпаться, и они плачут, потому что им хочется спать и в то же время есть или испражняться. Их тело функционирует бессистемно. Но на 5—8-м месяце жизни их циркадные ритмы становятся более стабильными, и младенцы начинают лучше контролировать функции своего организма. Прежде всего это выражается в способности спать в течение нескольких часов, не просыпаясь. Пищеварение младенцев замедляется настолько, что их не нужно кормить ночью, и они могут сдерживать дефекацию до утра, поскольку во время сна уровень гормона, побуждающего к дефекации, остается достаточно низким. С каждым днем ритмы набирают силу и закрепляются.

Когда младенцы становятся тоддлерами, родители начинают приучать их к выполнению различных действий по расписанию, например у детей появляется постоянное время для завтрака, обеда и ужина. Вместе с тем фоторецепторы в глазах малышей начинают замечать изменения во времени наступления рассвета, и организм привыкает каждый день корректировать время на внутренних часах на несколько секунд или минут. Благодаря такой привязке к свету, или синхронизации внутренних часов с природным циклом день – ночь, наши предки могли просыпаться с рассветом независимо от времени года и погодных условий.

Циркадные часы – это внутренняя система синхронизации, которая согласует наши суточные ритмы с длительностью светового дня и временем приема пищи. Чтобы жить, наслаждаясь оптимальным здоровьем, необходимо обеспечить бесперебойную работу этих часов. Как вы узнаете, для этого вам нужно привести свой образ жизни в соответствие с циркадными часами и не игнорировать сигналы, которые они подают. Изучение механизма работы этой системы лучше всего начать с рассмотрения роли, которую в ней играет свет.

Краткая история подчинения света

Всю историю человечества как вида можно свести к попытке подчинить себе систему, изначально синхронизированную с ритмами природы, чтобы мы могли предсказывать поведение окружающей среды и адаптироваться к нему. Если мы хотим понять, как свет воздействует на наше поведение, нужно сфокусировать внимание на эволюционной биологии, которая позволяет изучить весь путь нашего развития на протяжении примерно 2 миллионов лет, и узнать, какие адаптивные механизмы мы сформировали, чтобы выживать в любых природных условиях. Сведения о нашей эволюции по-прежнему актуальны, потому что сегодня физиология нашего организма остается в основном такой же, как 2 миллиона лет назад, и по-прежнему требует, чтобы ночью мы спали, а днем работали и питались, следуя циклу, запрограммированному нашими внутренними часами.

Нам известно, что предки современных людей населяли районы около экватора, их повседневная деятельность определялась солнцем и была очень строго согласована с циркадным ритмом. Для того чтобы провести успешную охоту, первобытные мужчины и женщины должны были проснуться до восхода солнца и отправиться к водопою, где следовало затаиться и ждать, когда добыча придет утолять жажду. Когда дичи не было, люди собирали ягоды и фрукты. На поиски и потребление еды уходило очень много времени, особенно если учитывать необходимость держаться подальше от хищников.

Кроме того, к концу дня им нужно было сохранить достаточно высокий мышечный тонус, чтобы пробежать назад несколько миль, на которые они отдалились от пещеры или укрытия в ходе поисков еды. Антропологи полагают, что последний прием пищи у первобытных людей был перед заходом солнца, чтобы до наступления темноты найти безопасное место для сна. Ночью они отдыхали на протяжении 12–15 часов, и основную часть этого времени спали. По всей видимости, это воздержание от пищи в ночное время помогало им полностью очистить кишечник, чтобы утром чувствовать себя бодрыми и готовыми снова отправиться на охоту за новой порцией еды.

Люди наделены уникальной способностью по собственному желанию переходить с дневного образа жизни на ночной и при необходимости всю ночь не смыкать глаз, произвольно меняя свои циркадные ритмы. В связи с тем что крупные хищники представляли для нас серьезную угрозу, нам поневоле пришлось развить в себе несвойственную другим видам способность перестраивать циркадные ритмы, чтобы какое-то время бодрствовать ночью, в темноте. Благодаря этой способности первобытные люди могли по очереди охранять покой группы, пока остальные спали. Так появилась первая в истории посменная работа.

Победа над ночью не только помогла людям выжить, но и обеспечила им процветание и богатство. Многие стали отдавать предпочтение ночной охоте. Постепенно посменная работа стала неотъемлемой частью уклада жизни человеческого общества. Со временем первооткрыватели и завоеватели, которые умели передвигаться в ночное время и совершать внезапные нападения на врагов, становились могущественными и богатыми; они расширяли свои территории и захватывали новые плодородные земли, минералы, драгоценные камни и природные ресурсы.

Одним из первых инструментов, который люди применили в борьбе с часами, стал огонь. Способность разжигать и контролировать его принесла людям два преимущества. Во-первых, огонь позволял бодрствовать на несколько часов дольше, а при необходимости всю ночь. Вечерний мерцающий свет от горящих углей был тусклым. Этого было достаточно для того, чтобы отпугивать крупных плотоядных животных и защищаться от ночного холода. Во-вторых, огонь стал мощным оружием. На протяжении тысячелетий он оставался практически единственным средством защиты человека. Даже сегодня действие большинства видов вооружения основано на применении силы огня.

Помимо прочего, жизнь вокруг костра стимулировала развитие человеческой цивилизации. Огонь позволял жарить и варить пищу, расширяя ассортимент съедобных продуктов²⁵.

Процесс тепловой обработки размягчает продукты питания, уничтожает сильные запахи, убивает патогены, делает еду более аппетитной, безопасной и легкоусвояемой, что позволяет получать больше калорий из тех же самых ингредиентов. Вот почему питание сырыми продуктами можно с успехом использовать для избавления от лишнего веса, но, если мы будем употреблять те же самые продукты в приготовленном виде, снижение веса окажется не столь заметным²⁶. В дополнение ко всему тепловая обработка пищи сократила затраты времени на охоту, потому что люди смогли получать из тех же самых продуктов вдвое больше энергии. И наконец, у наших предков появилось больше вариантов выбора, потому что теперь они могли употреблять многие продукты, которые не переваривались в сыром виде.

Использование огня для согревания холодными ночами позволило первобытным людям покинуть экваториальные регионы и заселить более высокие широты в Европе, Азии и Северной Америке. Самые северные широты люди освоили сравнительно недавно – 30–40 тысяч лет назад. Летом в этих местах светлая часть суток длится долго, иногда более 20 часов, но адаптироваться к этому было нетрудно, потому что летние дни были не слишком жаркими и люди могли отдыхать в темных пещерах или хижинах. Зато долгие зимние ночи с очень малым количеством дневного света определенно могли привести мозг в замешательство. Даже сегодня многие люди не могут приспособиться к долгим темным зимним ночам в высоких широтах и у них развивается сезонное аффективное расстройство, или сезонная депрессия. Зимой в этих регионах всегда возрастают уровни депрессии и попыток самоубийства. Теперь мы понимаем, что это напрямую связано с десинхронозом, или рассогласованием циркадных ритмов, поскольку людям, страдающим сезонной депрессией, приходится работать в ночную смену на протяжении нескольких недель или месяцев.

Огонь оказывал весьма специфическое воздействие на вечернюю жизнь первобытных людей. В то время как мужчины проводили день на охоте, женщины и дети оставались возле жилья, ухаживая за одомашненными животными или запасая еду для дождливых и зимних дней. По вечерам семьи собирались у костра, отдыхали и веселились. Люди рассказывали друг другу истории, строили планы на будущее, давали волю воображению и новым идеям в различных областях. Такие разговоры у костра стали колыбелью искусства, культуры, науки и философии – всего того, что, собственно, и делает нас людьми²⁷. С тех пор привычка вести вечернюю социальную жизнь вокруг источника света глубоко укоренилась в нашем образе жизни.

Но это вечернее время у костра было ограничено одним-двумя часами, потому что поддерживать огонь было трудно, а со временем стало довольно дорого. Даже в начале эпохи индустриализации огонь и свет были доступны лишь немногим. Когда люди стали использовать более качественные виды топлива, такие как китовый жир, пчелиный воск и сало, они стали проводить различие между огнем для приготовления пищи или отопления и огнем для освещения. Обычным людям эти источники света были не по карману. В пересчете на сегодняшние цены, в XIX веке затраты на ежевечернее освещение среднего дома могли составлять от 1000 до 1500 долларов²⁸. Поскольку яркое вечернее освещение было редкостью, большинство людей чувствовали сонливость и ложились спать уже через пару часов после захода солнца. Сегодня в Африке, Южной Америке, Австралии и Индии некоторые общины коренных народов сохраняют уклад жизни аграриев или охотников-собирателей, подобный тем, что существовал 2–3 века назад. В этих общинах с крайне ограниченным доступом к электричеству люди ложатся спать рано и просыпаются с рассветом^29,30,31.

На рубеже XX века электричество и электрическое освещение существовало уже во всем западном мире, но веских причин бодрствовать и работать в ночное время все еще не было. На смену традиционным печам на дровах пришли газовые и электрические, что привело к переносу кухни в центральную часть современного дома и позволило готовить еду в любое время. Технологии переработки, хранения и замораживания продуктов предоставили людям возможность питаться и днем, и ночью. И вот тогда начались реальные проблемы.

Начало индустриализации ознаменовалось стремительным ростом производства продуктов питания, добычи полезных ископаемых и выпуска промышленной продукции, что привело к сокращению ручного труда на работе и дома. Вскоре рост производства обогнал потребление на местах, и это стало причиной развития инфраструктуры: автомобильных и железных дорог, зданий и складов, – что еще больше сократило потребность в физическом труде. Создание и эксплуатация современной инфраструктуры породили спрос на работников нового типа, готовых бодрствовать и трудиться в ночное время. Сегодня в промышленно развитых обществах от 20 до 25 процентов людей, работающих на полную ставку, составляют работающие посменно.

Механизация сельского хозяйства в начале XX века привела к дальнейшему повышению урожайности, а селекционеры неосознанно выбирали культуры с врожденными сдвигами в циркадных часах. Этим культурам-мутантам не требовалось точно высчитывать долготу дня, чтобы определить время года. Они могли цвести в любое время года, в том числе в теплице, позволяя фермерам получать с одного участка земли по два-три урожая в год.

Механизация производства продуктов питания избавила работников сельского хозяйства от необходимости проводить весь день на свежем воздухе. В то же время электрическое освещение становилось все более доступным. В середине XX века, когда после Второй мировой войны все эти промышленные системы заработали на полную мощность, почти все население индустриально развитых стран столкнулось с проблемой циркадных нарушений. По мере уменьшения количества сна увеличивалось время бодрствования при ярком освещении, особенно поздними вечерами, когда мозг не ждет, что его будут стимулировать светом. А когда люди бодрствовали в дневное время, многие оставались в четырех стенах и не подвергались достаточному воздействию яркого солнечного света. Оба эти сценария сбивали с толку часовой механизм мозга.

Телефоны, радио и телевидение начали развлекать нас до поздней ночи. На смену вечерним разговорам соседей у костра пришел компьютер и превратил общение в глобальную виртуальную круглосуточную чат-сессию, в ходе которой любой человек может обсуждать любую тему с кем угодно. В условиях 24-часового цикла новостей и развлечений, когда во Всемирной паутине постоянно работают миллиарды компьютерных устройств, кто может позволить себе не подключиться к ней?

Несмотря на то что все эти достижения призваны усовершенствовать предыдущие технологии и улучшить нашу жизнь, они все сильнее нарушают ход биологических часов человека. Наши циркадные ритмы по-прежнему вводятся в заблуждение ярким светом по вечерам и ограниченным доступом к естественному свету в дневное время. Мы просто недостаточно сильно эволюционировали, чтобы синхронизировать внутренние часы с реалиями современного мира, поэтому вынуждены бороться с ними так же, как наши продвигавшиеся на север предки. И у тех, кто работает посменно, и у тех, кто ведет посменный образ жизни, постоянное воздействие света вызывает десинхроноз, который подавляет желание спать и пробуждает голод.

Свет для здоровья и свет для зрения – это не одно и то же

Мы не можем вернуться в Средневековье, чтобы воспользоваться преимуществами долгой темной ночи, но если бы мы знали, как свет воздействует на наши биологические часы, то, возможно, смогли бы научиться использовать его для управления здоровьем. Поступая в аспирантуру, я хотел найти ответы на множество вопросов. Мне хотелось точно знать, как свет влияет на наши циркадные часы. Почему свечение компьютерного монитора может продержать нас без сна всю ночь, а на следующее утро нашему мозгу потребуется гораздо больше света, чтобы мы не уснули? Может, цветность света влияет на наши часы сильнее, чем яркость?

Если бы мы смогли выяснить, как яркость и цветность света воздействуют на наши часы в разное время суток, то получили бы возможность использовать свет для улучшения своего здоровья. Наверное, вы знаете, что при воздействии яркого солнечного света на кожу в нашем организме вырабатывается витамин D, однако это явление никак не связано с нашими внутренними часами. Свет действует на них только через наши глаза. Поэтому давайте поговорим о глазах.

Человеческий глаз работает подобно фотокамере. Он содержит миллионы клеток, известных как палочки и колбочки, которые улавливают детали изображения с высоким разрешением и посылают эту информацию по длинным отросткам нервных клеток в мозг. Сетчатка, или светочувствительная ткань, выстилающая глазное дно, содержит несколько миллионов палочек и колбочек, выполняющих функции фоторецепторов. Лучи света, проходящие через роговицу, зрачок и хрусталик, фокусируются на сетчатке. Сетчатка преобразует световые лучи в импульсы, которые проходят по зрительному нерву в мозг, где расшифровываются и переводятся в изображения, которые мы видим. Когда палочки и колбочки умирают, мы теряем способность видеть. Так бывает в некоторых случаях врожденной слепоты.

Современная жизнь в четырех стенах нарушает циркадные ритмы и вызывает предрасположенность к различным заболеваниям мозга.

Тем не менее у незрячих людей есть циркадные часы, подверженные воздействию света. Любопытно отметить, что многие из них способны «ощущать» свет. Согласно их сообщениям, когда они выходят из помещения на яркое солнце, то чувствуют какую-то яркость, наполняющую их глаза, и под воздействием яркого света их зрачки действительно сужаются, а когда они возвращаются в помещение, то расширяются. Незрячие люди и некоторые слепые животные способны подстраивать свой режим сна и бодрствования под сезонные изменения долготы дня.

Это явление было открыто в начале XX века, и почти 80 лет большинство ученых считали, что у незрячих могло оставаться какое-то количество дееспособных палочек и колбочек, которые создавали у них ощущение света. Однако проведенные в 1990-е годы эксперименты показали, что в глазах есть еще один вид рецепторов света, о котором раньше ничего не было известно^32,33,34. В 2002 году три независимые группы исследователей, включая мою, обнаружили светочувствительный белок, который содержится в особых светочувствительных клетках сетчатки, помимо колбочек и палочек, и выполняет функцию фоторецептора, привязывающего суточный цикл сна и бодрствования к попадающему в глаза свету^35,36,37,38. Из 100 тысяч нервных клеток сетчатки, которые передают всю световую информацию в мозг, лишь 5 тысяч содержат меланопсин³⁹. Палочки и колбочки тоже могут осуществлять привязку циркадных часов, но лишь в случае отсутствия меланопсинсодержащих клеток; к тому же они справляются с этой задачей не столь эффективно. Вот почему незрячие люди, у которых потеряны палочки и колбочки, но сохранились неповрежденные клетки, содержащие меланопсин, способны ощущать свет. Однако этих клеток слишком мало, чтобы создать образ внешнего мира.

Чтобы понять, как работает данный фоторецептор, мы провели эксперимент на мышах, у которых предварительно удаляли либо ген, контролирующий меланопсин (меланопсинген), либо меланопсиновые клетки, хотя во всех прочих отношениях их глаза были совершенно нормальными: они хорошо видели и могли нормально ориентироваться. Когда у мышей при помощи трансгенных методов элиминируется этот ген, клетки остаются живыми, но, когда клетки удаляются, экспрессия гена прекращается. В случае элиминации меланопсингена информация о свете все равно может просачиваться в мозг мыши через меланопсиновые клетки. Однако после потери клеток все каналы связи между глазом и циркадной системой мозга исчезают.

Обычные мыши, как правило, просыпаются вечером (они ночные животные), а в светлое время суток спят. Но мыши, у которых отсутствуют меланопсинсодержащие клетки, не способны ощущать свет и темноту. Тем не менее, когда этих мышей помещали в постоянную темноту, их циркадные часы продолжали функционировать в привычном режиме: они засыпали и просыпались точно так же, как обычные мыши, и длительность цикла составляла 23 часа 45 минут. Однако мышам, лишенным меланопсина, было труднее приспосабливаться к незначительным изменениям длительности дня, происходящим в течение недели. В то время как обычные мыши могли согласовывать время засыпания и пробуждения с изменениями цикла света и темноты, происходящими в течение недели, у мышей, лишенных меланопсина, процесс согласования занимал минимум целый месяц. Кроме того, нормальные мыши замирают, когда ночью видят яркий свет. Но мыши, у которых меланопсин отсутствовал, не замирали при вспышках яркого света ночью и продолжали бегать. И наконец, воздействие света в ночное время не влияло на систему синтеза мелатонина у тех мышей, которые были лишены как меланопсин-гена, так и меланопсиновых клеток.

В силу того что у людей и мышей большинство генов одни и те же, включая меланопсин, результаты экспериментов на мышах могут быть использованы при изучении наших циркадных ритмов. Они показывают, что меланопсин способен воздействовать на циркадные часы человека, на циклы сна и производство мелатонина. На следующем этапе исследования мы постарались выяснить, насколько эффективно разные типы света активируют меланопсин, чтобы получить возможность применять нужный тип света в нужное время для оптимизации наших биологических часов.

Спектр излучения видимого свет включает все цвета радуги. Каждый цвет характеризуется определенной длиной световой волны. Самая большая длина волны у красного цвета, а самая короткая – у фиолетового. Когда все волны составляют один поток, они образуют белый, или солнечный, свет. Основные цвета (красный, зеленый и синий) в составе спектра белого света активируют фоточувствительные белки из группы опсинов, содержащиеся в трех типах колбочек, которые идентифицируют эти цвета по отдельности и совместно (как белый свет). Белок меланопсин не содержится в колбочках и обладает наибольшей чувствительностью к волнам голубого света, который входит в синюю часть спектра, и менее чувствителен к красной части спектра. Когда меланопсин активируется, воспринимая синий свет, он посылает в мозг сигнал о присутствии дневного света, а мозг в ответ решает, что сейчас день, независимо от того, какое время суток на самом деле. Когда вы приходите в продуктовый магазин поздно вечером, меланопсин реагирует на источники света под потолком и мозг решает, что сейчас день и вам нужно бодрствовать.

Представьте, что у вас есть две лампочки одинаковой яркости: синяя и оранжевая. Когда в середине ночи вы включите оранжевую лампу, ее свет активирует опсины в красных и зеленых колбочках (опсин зеленых колбочек способен довольно неплохо чувствовать оранжевый свет, потому что оранжевый цвет располагается на краю красной части спектра рядом с зеленым) и мозг увидит предметы, которые находятся в комнате. Когда вы включите синюю лампу, активируются синие колбочки и вы увидите в комнате те же самые предметы. Однако меланопсинсодержащие клетки почти не отреагируют на оранжевый свет, который входит в красную часть спектра, и скажут мозгу, что сейчас ночь, а синий свет зарегистрируют как дневной. Так что, если вы проведете час при оранжевом свете, это не окажет на ваши циркадные часы почти никакого воздействия, но такой же час, проведенный при синем свете, заставит ваши часы перевести стрелки и показать, что наступило утро.

По мере того как меняются времена года и долгота дня, наши циркадные ритмы приспосабливаются к изменению времени восхода и захода солнца. Очень долго мы не имели ясного представления о том, как эти циркадные ритмы переходят на новое время восхода или заката и как на них влияет свет. Но наши исследования показали, что те же самые рецепторы голубого света переводят стрелки биологических часов человека, когда при смене времен года меняется долгота дня или когда мы пересекаем несколько часовых поясов. Кроме того, они прямо или косвенно связаны с участками мозга, которые контролируют депрессию, алертность, сон, производство гормона сна мелатонина, и даже с мозговым центром, контролирующим мигреневые головные боли.

У меланопсина есть еще одна особенность: для его активизации требуется очень много света. Например, если вы на несколько секунд откроете глаза в тускло освещенной комнате, то палочки и колбочки смогут воспринять изображение комнаты, но клетки, содержащие меланопсин, поведут себя так, словно вокруг слишком темно, чтобы что-то увидеть.

Эти открытия помогли нам составить первое представление о механизме воздействия света на здоровье. Современный образ жизни, при котором бóльшую часть времени мы проводим в помещении, уткнувшись в яркие дисплеи, и выключаем яркое освещение ночью, активирует меланопсин в неурочное время, что постепенно приводит к нарушению циркадных ритмов и сокращает производство гормона сна мелатонина. В результате мы теряем способность получать достаточное количество восстанавливающего сна. Если бóльшую часть дня мы проводим в помещении, то нам не удается согласовать свои циркадные часы с циклом день – ночь, так как тусклое искусственное освещение не способно в полной мере активировать меланопсин. Поэтому мы не можем стряхнуть сонливость и достичь необходимого уровня алертности. Через несколько дней или недель такой жизни у нас развивается депрессия или тревожность.

Сейчас, когда нам намного больше известно о том, как определенное количество, качество и длительность воздействия света может влиять на наше здоровье, мы начинаем осознавать, что внесение небольших изменений в технологию изготовления осветительных приборов, компьютерных дисплеев и очков может реально способствовать улучшению нашего здоровья.

В ходе дальнейших исследований мы получили новую информацию о наших внутренних часах. Все живые существа подвергаются воздействию неизбежного и предсказуемого изменения окружающей среды: день сменяется ночью. Неважно, где обитают эти существа: в пустыне, горах или тропических лесах. Неважно, жили они миллиард лет назад или живут сегодня. Для того чтобы справиться с этим предсказуемым ежедневным чередованием светлого и темного времени суток, почти каждый живой организм создал у себя внутреннюю систему выбора времени, или циркадные часы.

Каждый живой организм тратит 24 часа суток на:

● получение энергии (пищи);

● оптимизацию использования энергии, расходуя часть на поддержание повседневных функций, а часть сохраняя для последующего использования;

● защиту от вредоносных агентов и хищников;

● устранение повреждений или рост;

● размножение.

Все перечисленные функции управляются циркадными часами, которые оптимизируют способности организма к выполнению данных задач, выделяя для каждого из этих важнейших аспектов жизни наиболее подходящее время дня или ночи.

Растения подчиняются циркадным ритмам, которые отмеряют период, примерно равный 24 часам, и предсказывают время восхода и захода солнца. Это позволяет растениям получить оптимальное количество солнечного света и углекислого газа, необходимое для производства пищи. Растения поднимают листья за час-два до восхода солнца и активируют ряд генов, чтобы приступить к использованию света с первыми лучами солнца. В конце дня растения останавливают механизм сбора солнечного урожая за час-два до заката, чтобы не тратить лишние усилия на работу фабрики по производству пищи после наступления темноты. Когда наступает вечер, листья растений поникают, словно готовятся спать.

Кроме того, у растений есть суточные ритмы, которые указывают, в какое именно время им нужно цвести. Этот ритм растений согласован с ритмом опылителей – пчел и насекомых, которые питаются цветочным нектаром. Крупные травоядные, такие как коровы и верблюды, щиплют растения в светлое время суток, а мелкие грызуны лакомятся фруктами и овощами ночью, чтобы уберечься от хищников. Другими словами, растения используют свои циркадные часы, чтобы просыпаться, быть активными и питаться в самые безопасные периоды суток. Даже хлебная плесень нейроспора, растущая на других продуктах питания, имеет часы, которые указывают ей, в какое время суток она должна расти и производить новые споры. Ее функция образования спор согласована с временем суток, которое обеспечивает оптимальное рассеивание спор ветром.

Как вам известно из предыдущей главы, на первый взгляд может показаться, что этот тонкий механизм выбора времени контролируется светом. Однако генетические исследования позволили мне и другим ученым совершенно точно определить, как работают циркадные часы. Мы выяснили, что влияние, которое оказывает на них свет, не играет решающей роли и основной контроль над механизмом выбора времени осуществляется изнутри, генами.

Генетика циркадных часов

Тело человека состоит из миллионов клеток, специализированных по месту их расположения: разные клетки составляют разные части тела – от пальцев ног до головного мозга. При этом каждая из миллионов специализированных клеток содержит один и тот же геном, или всю наследственную информацию, полученную нами от родителей. Эта информация зашифрована в нашей ДНК, отдельные сегменты которой, являющиеся носителями данной информации, называются генами. Одни гены формируют наши видимые черты, такие как цвет глаз. От других зависят наши биологические характеристики, такие как группа крови и предрасположенность к отдельным заболеваниям, а также тысячи биохимических процессов, включая работу циркадных часов.

Эти процессы осуществляются разными видами белков. Одни белки называются ферментами и работают как строительные инструменты (дрель, молоток, стамеска и т. д.). Внутри каждой клетки ферменты занимаются множеством разных дел, например таких, как производство холестерина и расщепление жиров. Вторые белки служат структурными элементами клеток, как части вашего дома (стены, двери и т. д.). Третьи белки, мелкие, действуют как гормоны (хотя не все гормоны являются мелкими белками) – химические сигнальные вещества, контролирующие функции органов. Одни белки живут долго, в то время как у других продолжительность жизни невелика.

Состояние здоровья наших органов и развитие тех или иных заболеваний зависят от наличия у нас определенных генов и уровня их экспрессии: от того, включен ли конкретный ген и является ли он нормальным. Например, вы когда-нибудь замечали, что некоторые люди могут есть все, что хотят, в то время как другие жалуются, что некоторые продукты, чаще всего молочные, вызывают у них симптомы нарушения пищеварительных процессов, такие как газы, вздутие живота или запор. Причиной этого состояния становится мутация гена, помогающего расщеплять молоко и усваивать содержащиеся в нем питательные вещества.

Сравнивая гены-мутанты с нормальными, можно многое узнать о том, как должны работать гены, и о последствиях любых аномалий. Например, чтобы понять, как работают наши циркадные часы, ученые наблюдали за поведением животных-мутантов, чьи часы слишком спешили или отставали. В 1971 году американские генетики, профессор Калифорнийского технологического института Сеймур Бензер и аспирант Рон Конопка, взяли тысячи плодовых мушек дрозофил и занялись изучением их поведения в условиях индивидуальной изоляции и постоянной темноты. Молодые мушки обычно проявляют активность на рассвете и в сумерках, отдыхают днем и спят ночью. Даже в постоянной темноте плодовые мушки продолжали следовать этому ритму, который примерно равен 24 часам. Бензер и Конопка создали несколько поистине уникальных инструментов, позволивших следить за временем засыпания и пробуждения новорожденных мушек даже в полной темноте. Воспользовавшись методом мутационного скрининга, они выявили три типа мушек-мутантов: у одних этот ритм был укорочен, у других удлинен, а у третьих вообще отсутствовал¹. Кроме того, они обнаружили, что эти аномалии в работе циркадных часов у мушек-мутантов передавались по наследству, то есть имели генетический компонент. Далее было установлено, что та же самая мутация изменяла время откладывания мушками яиц. Это означало, что у плодовых мушек есть только одни внутренние часы, которые контролируются одним геном. Бензер и Конопка дали этому гену название Period (для краткости – Per).

Процесс научного исследования очень похож на расследование преступления. По нескольким ключевым особенностям можно составить психологический профиль преступника, но вам могут потребоваться месяцы и даже годы, чтобы найти подозреваемого и доказать его вину. Двум независимым группам ученых потребовалось 13 лет, чтобы узнать, как в действительности выглядит ген Per у плодовых мушек. Еще несколько лет ушло на то, чтобы выяснить, как он управляет их циркадными часами.

Теперь мы знаем, что внутри каждой клетки ген Per регулярно отдает приказы на создание особого белка, процесс роста и распада которого составляет 24 часа. Этот механизм есть у каждого живого организма: было установлено, что циркадные часы тины контролируются тремя генами, а у животных и людей эту функцию выполняют больше десятка генов. Чтобы понять, как это происходит, давайте представим, что один белок – это кубик льда, который намораживает ваш холодильник. Ген Per выполняет в холодильнике функцию льдогенератора и контролирует количество кубиков, которое будет создано. Кубики льда производятся по очереди, и каждый новый кубик сбрасывается в емкость под льдогенератором. После того как собирается несколько десятков кубиков льда и емкость становится достаточно тяжелой, генератор выключается и прекращает производить лед (аналогичным образом ген Per выключается после того, как клетка создает достаточное количество белка PER).

Каждый день мы достаем все кубики льда и готовим смузи для всей семьи. Затем мы возвращаем емкость на место, и льдогенератор включается снова, чтобы возобновить производство льда. Поскольку «ген Per» в нашем холодильнике не изменяется, количество намороженных кубиков льда всегда остается одинаковым. Количество времени, которое требуется генератору, чтобы наполнить емкость льдом, и нам, чтобы ее опорожнить, тоже остается постоянным. Этот период составляет один цикл. Если полный цикл осуществляется за 24 часа, он называется циркадным.

Если бы у всех льдогенераторов циклы работы всегда были одинаковыми, то у всех нас ритмы каждого дня были бы совершенно идентичными. Проблема в том, что работа вашего льдогенератора зависит от того, как вы используете производимый лед. Если вы будете доставать лишь пару кубиков льда в день, то процесс заполнения емкости льдом станет занимать меньше времени. Если же поздно вечером, когда генератор будет производить свежие кубики, чтобы заполнить емкость, вы ее опорожните, чтобы приготовить несколько «Маргарит», то генератору не хватит времени, чтобы к утру наморозить нужное количество льда.

Еще одной проблемой является мутация, которую можно сравнить с нарушением режима работы льдогенератора. Если «ген Per» в морозильнике подвергнется мутации, то генератор будет производить лед слишком быстро или слишком медленно. У него может испортиться датчик, который определяет время отключения, и тогда генератор либо перестанет производить лед при полупустой емкости, либо продолжит работать при переполненной емкости. Неисправность генератора влияет на количество времени, которое занимает изготовление ежедневной партии кубиков льда и ее полное использование.

У каждого органа есть собственные часы

Ученые были почти полностью уверены в том, что все тело контролируется только одними часами, пока проведенный одним аспирантом эксперимент не опроверг это предположение. Джефф Платц, который поступил в аспирантуру на пару лет раньше меня, нанес на ген Per светящуюся в темноте флуоресцентную метку. Когда плодовые мушки имели доступ к достаточному количеству пищи и воды, они светились зеленым светом, интенсивность которого усиливалась и слабела в соответствии с 24-часовым ритмом даже тогда, когда их держали в полной темноте. Однажды (во время уборки в своей лаборатории) Платц расчленил несколько живых мушек, чтобы использовать их крылья, антенны, челюсти, ноги, животы и т. д. в другом эксперименте. Ему было известно, что даже после расчленения мушки отдельные ее органы сохраняют жизнеспособность в течение нескольких дней. Затем он на неделю улетел в Лас-Вегас, а когда снова вернулся в темную лабораторию, то заметил, что антенны, ноги, крылья и животы мушек, полностью отделенные от их голов, продолжали светиться с соблюдением того же ритма, что и у целых мушек. Другими словами, чтобы соблюдать 24-часовой ритм свечения и затухания, органам не требовалось соединения с головой. Этот эксперимент доказал, что у животных каждый орган имеет собственные часы и эти часы могут функционировать, не получая указаний от мозга. Журнал Science включил открытие Платца в список 10 научных прорывов 1997 года.

Представьте, что тело человека – это дом, где каждый орган является отдельной комнатой со своими собственными часами. Часы в спальне говорят вам, когда ложиться спать и просыпаться, часы в кабинете сообщают, когда нужно работать, часы на кухне подают сигнал к приему пищи, часы в ванной указывают… В общем, вы поняли. Сегодня мы знаем, что часы в животе показывают оптимальное время для выработки гормонов голода или сытости, для секреции желудочного сока, для подготовки микробиома кишечника к выведению отходов через прямую кишку. Часы в поджелудочной железе указывают время для увеличения и уменьшения выработки инсулина. Аналогичным образом действуют часовые механизмы в мышцах, печени и накопленных нами жировых тканях, каждый из которых занимается регуляцией функций соответствующего органа.

Я вывел свое исследование за пределы изучения генов циркадных часов, чтобы узнать, есть ли разница между тем, как эти часы регулируют трекер сна в мозге, и тем, как они контролируют метаболизм в печени. В то время как другие исследователи сфокусировались на том, как дюжина часовых генов в мозге и печени включается и выключается в разное время, моя команда забросила сеть шире и проверила, какие еще из более чем 20 тысяч генов в нашем геноме включаются и выключаются в разное время в разных органах. Мы начали это исследование в 2002 году, используя новейшую геномную технологию, и в ходе исследования, которое все еще продолжается и принимает все более разнообразные и изощренные формы, мы установили, что в каждом органе есть тысячи генов, которые включаются и выключаются в разное время строго скоординированным образом.

У каждого гена в нашем геноме есть свой циркадный цикл. Однако они не запускают эти циклы одновременно, а некоторые делают это только в одном органе. Иначе говоря, в нашем геноме хранится скрытый временнóй код для каждого вида ткани. Например, мы знаем, что каждая клетка нашего организма содержит полный набор генов. Однако в ходе того же исследования, начатого в 2002 году², мы обнаружили, что в разное время суток может включаться или выключаться не более 20 процентов всех генов: как уже говорилось, наш организм не в состоянии осуществлять все свои биологические функции одновременно. Еще интереснее тот факт, что 20 процентов генов, которые на определенное время отключаются в мозге, не являются теми же генами, которые отключаются на определенное время в печени, сердце или мышцах. Детальная информация о функциях и времени работы генов позволила нам ясно понять, как циркадные ритмы оптимизируют функционирование клеток.

А теперь давайте посмотрим, какие виды клеточной активности осуществляются циклично:

● Сигнальные пути нутриентов (пути передачи сигналов голода и насыщения). Так же как все наше тело ощущает голод при снижении уровня доступной и готовой к использованию энергии, испытывает сытость после приема пищи или не чувствует голода ночью, каждая клетка каждого органа располагает механизмом, который вызывает у нее голод и позволяет получать питательные вещества в течение дня. После того как клетка получит достаточно энергии, мозг перекрывает доступ к питательным веществам, чтобы клетка «не объелась».

● Энергетический метаболизм, который влияет на функционирование клетки и метаболизм всех ключевых нутриентов. Использование и хранение углеводов, жиров и белков не является непрерывным. Когда сахар абсорбируется из крови и преобразуется в жир или гликоген для будущего использования, функция расщепления жира в организме останавливается и возобновляется лишь после того, как будет израсходован весь сахар.

● Техническое обслуживание клеток. После всех химических реакций, особенно тех, в ходе которых клетки производят энергию, остаются отходы, известные как частицы активного кислорода. Их можно сравнить с пятнами жира на кухонной плите или с жирным дымом, который исходит от раскаленной сковородки. Чтобы справиться с этой грязью, мы включаем вытяжку или надеваем фартук. У клеток тоже есть включающиеся в определенное время механизмы уборки мусора. В их число входит процесс детоксикации.

● Ремонт и деление клеток. Каждый день наше тело ремонтируется и омолаживается. Точно так же, как у нас дома со временем начинают выходить из строя трубы, в нашем организме есть сотни километров кровеносных сосудов, которые нужно проверять на предмет протекания и ремонтировать. Кроме того, в ежедневном уходе и ремонте нуждаются слизистая оболочка пищеварительного тракта и кожа, чтобы они не пропускали внутрь тела бактерии, химикаты и токсины. Внутри каждого органа умирают и требуют замены многие клетки. В регулярной замене нуждаются также клетки крови. Эти работы по производству новых клеток осуществляются в определенное время суток, обычно ночью, когда мы спим.

● Межклеточная коммуникация. Нашим органам необходимо общаться друг с другом, и это общение проводится в определенном ритме. Например, когда мы наедаемся до отвала, в жировой ткани вырабатывается гормон лептин, который подает в мозг сигналы о том, что пора прекратить есть. Таким же образом, когда мы едим, гормоны пищеварительного тракта сообщают поджелудочной железе, что ей нужно вырабатывать инсулин, помогающий печени и мышцам абсорбировать глюкозу из пищи. В определенные периоды суток интенсивность этой коммуникации усиливается, а в остальное время слабеет.

● Секреторная функция клеток. Каждая клетка производит что-то ценное для своего соседа или для всего тела. Соответственно, каждый орган производит что-то попадающее в кровоток или доставляющееся его соседу. Эти процессы носят циркадный характер. Например, печень производит некоторые виды молекул, необходимых для образования кровяных сгустков. Факторы свертывания крови подчиняются циркадным часам, что может оказаться полезным при выборе оптимального времени для хирургической операции, когда нужно обеспечить быстрое заживление тканей. Слизистые оболочки носа, ЖКТ и легких секретируют смазывающие вещества – эти процессы тоже являются циркадными.

● Почти каждое воздействие лекарственных средств. Тут открывается одна из наиболее актуальных возможностей применения циркадной науки, особенно для тех, кто проходит курс лечения от любого хронического заболевания или рака. Как мы уже говорили, в каждом органе в определенные моменты времени включаются или выключаются тысячи генов. Представьте, что вы смогли бы нацеливать лекарственное вещество на ген, который вырабатывает белок, помогающий вашей печени производить холестерин. Подчиняясь суточному ритму, этот белок увеличивает производство холестерина утром и снижает вечером. Если бы мы хотели сократить производство холестерина в печени, разве не лучше было бы иметь лекарство, способное блокировать этот белок в периоды его пиковой активности?

Супрахиазматическое ядро: эталонные часы

Ученым было известно, что клетки общаются друг с другом, но нам хотелось узнать, участвуют ли наши внутренние часы в процессах коммуникации между органами. Исследователи обнаружили небольшое скопление клеток, которое выполняет функцию эталонных часов точно так же, как атомные часы служат эталоном для всех остальных часов.

Эта структура, известная как супрахиазматическое ядро (СХЯ), расположена в основании гипоталамуса – отдела головного мозга, в котором размещаются командные центры голода, насыщения, сна, баланса жидкостей, стрессовой реакции и т. д. Составляющие СХЯ 20 тысяч клеток косвенно связаны с питуитарной железой (гипофизом), которая производит гормон роста, с надпочечниками, секретирующими гормоны стресса, со щитовидной железой, производящей тиреоидный гормон, и с гонадами (половыми железами), отвечающими за выработку половых гормонов. Кроме того, СХЯ косвенно связано с шишковидной железой (эпифизом), которая производит гормон сна мелатонин³.

Функция СХЯ чрезвычайно важна для поддержания суточного ритма. Когда ученые хирургическим путем удаляют его у грызунов, животные теряют все свои ритмы. Интересно отметить, что на самой последней стадии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, СХЯ подвергается дегенерации, в результате у пациентов пропадает ощущение времени: они засыпают, бодрствуют, испытывают острый голод и отправляют естественные потребности произвольно, в любое время дня и ночи.

СХЯ осуществляет связь между светом и системой выбора времени, потому что получает информацию о свете из окружающего мира и делится ею со всем телом. Меланопсинсодержащие клетки в сетчатке глаза напрямую связаны с СХЯ, вследствие чего наши эталонные часы больше всего восприимчивы к голубому свету. Когда СХЯ производит настройку на время дня, оно выставляет точное время на всех других часах в гипоталамусе, питуитарной железе, надпочечниках, шишковидной железе и т. д. Другие часы в теле, например в печени и пищеварительном тракте, создают свои циркадные ритмы, используя механизм согласования сигнала от СХЯ со временем приема пищи. У часов СХЯ существует прямая связь с центром голода в мозге, поэтому они сообщают ему, когда нужно чувствовать голод, а когда нет. Иначе говоря, когда СХЯ указывает нам, что нужно принимать пищу, оно косвенно управляет часами в печени, в ЖКТ, сердце и т. д.

Существуют циркадные ритмы потребления воды, которые помогают печени и мышцам выполнять множество функций. Когда вы едите, клетки печени разбухают, чтобы вырабатывать свои собственные белки (печень производит основную часть белков крови). Но клетки могут разбухать только в результате приема воды. Вот почему мы знаем, что гидратация помогает органам осуществлять химические реакции, необходимые для снабжения их энергией и поддержания жизненно важных функций.

Эта система обладает большой гибкостью и, если пища начнет поступать в неурочное время, она сумеет перестроиться за несколько дней. ЖКТ перенастроит свою работу и станет производить пищеварительный сок как раз перед появлением пищи, а часы в печени настроятся на переработку питательных веществ, которые абсорбируются из пищеварительного тракта. Постепенно, приблизительно через неделю, изменения дойдут до часов в мозге, и они настроятся на новое расписание приемов пищи. Теперь вам должно быть ясно, каким образом свет и время приема пищи могут воздействовать на многие из этих часов.

Три ключевых ритма

Часы в разных органах слаженно работают над созданием трех самых важных ритмов, которые служат главными опорами нашего здоровья: ритмов сна, питания и активности. Эти ритмы тесно взаимосвязаны и находятся под нашим полным контролем. Когда все они работают без сбоев, мы можем наслаждаться идеальным здоровьем. Нарушение одного из них неизбежно влечет за собой рассогласование других, в результате чего создается наклонная спираль ухудшения здоровья.

Ритмы человеческого организма можно сравнить с оживленным перекрестком, который регулируется светофорами. Все виды деятельности: от функций мозга до переваривания пищи – осуществляются так же, как движутся транспортные потоки. В конце концов различные функции пересекаются в одной точке. Если мы не будем строго соблюдать правила, все движение застопорится. Поскольку все функции не могут осуществляться одновременно, мы либо застрянем в бесконечной пробке, либо наши ритмы, подобно автомобилям, сталкивающимся в ДТП, будут мешать друг другу. И когда мы не обращаем внимания на сигналы светофора или нарушаем оптимальные ритмы, ситуация становится неуправляемой и негативно сказывается на нашем здоровье.

Ритм 1. Сон: миф о жаворонках и совах Многие люди верят, что их привычка очень рано или поздно ложиться спать и вставать обусловлена генетикой, и называют себя совами, которые могут бодрствовать допоздна, или жаворонками, которые пробуждаются спозаранку.

На самом деле ваша принадлежность к совам или жаворонкам меняется в зависимости от возраста. Младенцы и маленькие дети просыпаются рано, потому что вскоре после наступления темноты на них нападает неодолимая сонливость. Пытаясь заставить ребенка бодрствовать после 9 или 10 часов вечера, вы подавляете его естественное стремление уснуть. Нарушение естественного режима сна ребенка приводит к серьезным проблемам со здоровьем и негативно сказывается на развитии мозга. Последние научные данные показывают, что даже у взрослых людей стиль жизни, заставляющий их очень поздно ложиться спать, не высыпаться, а затем проводить бóльшую часть дня в помещении, может привести к развитию синдрома дефицита внимания и гиперактивности и расстройств аутистического спектра (РАС)⁴. Тенденцию укладывать маленьких детей спать позже положенного времени иногда можно объяснить естественным желанием родителей проводить с ними больше времени. Эта проблема особенно остро стоит в Индии и Китае, где многим родителям приходится тратить очень много времени на дорогу до работы и обратно.

Подросткам свойственно поздно ложиться спать и поздно вставать. Многие дети старшего школьного возраста ложатся спать за полночь и не высыпаются, потому что им приходится вставать раньше 7 часов утра, чтобы успеть в школу.

По мере того как мы становимся старше и преодолеваем 30—40-летний рубеж, у нас снова проявляется склонность быть ранними пташками. Это означает, что нам становится легче засыпать с наступлением темноты и просыпаться с рассветом. Однако в постпубертатный период девушкам свойственно просыпаться раньше, чем юношам. Эта разница исчезает в среднем возрасте по мере ослабления активности половых гормонов, что однозначно доказывает: ослабление активности половых гормонов влияет на паттерны сна⁵.

Мы запрограммированы на поддержание как минимум 9-часового паттерна сна в младенчестве и 7-часового – на протяжении всей остальной жизни. Однако с возрастом общий часовой механизм изнашивается и становится менее эффективным. По мере старения внутреннее стремление поддерживать режим консолидированного (непрерывного) сна или бодрствования постепенно слабеет. Мы просыпаемся даже при слабом воздействии света или звука и потом долго не можем уснуть. Именно в эту пору жизни особое значение приобретает необходимость поддерживать работоспособность внутренних часов с помощью здоровых привычек.

Вопреки распространенной убежденности в том, что изменение цикла сна обусловлено генетикой, реальная вероятность подвергнуться генетической мутации крайне невелика. Лишь у очень немногих людей встречается генетический дефект, который изменяет их часовой механизм так радикально, что им становится трудно формировать новые привычки, необходимые для его починки. Изучение часового механизма этих людей позволяет лучше понять механику циркадных ритмов человека⁶.

У одной женщины, назовем ее Бетти, была проблема со сном, которую она считала настолько серьезной, что обратилась за помощью к специалистам. Бетти спала по 7 часов каждые сутки, что считается вполне достаточным количеством, но время, когда она спала, не совпадало с общепринятым распорядком. Бетти ложилась в 7 часов вечера и просыпалась в 2 часа ночи. Такой режим ограничивал количество времени, которое она могла посвящать нормальной общественной жизни. Бетти консультировалась у многих врачей-сомнологов, каждый из которых проводил тщательное обследование и говорил, что она в полном порядке, потому что спит по 7 часов. Однако, несмотря на все попытки, ей не удавалось изменить свой паттерн сна.

В конце концов она обратилась к Кристоферу Джонсу из Университета штата Юта, который тоже посчитал распорядок сна Бетти надуманной проблемой. Но, когда она сообщила, что у некоторых ее родственников режим сна был точно таким же, Крис сразу подумал, что это может быть результатом генетической мутации в семье. Он рассказал об этом случае специалисту по молекулярной генетике Луису Птачеку и его жене, молекулярному биологу Ин-Хуэй Фу, которые всерьез заинтересовались этой проблемой. Потратив несколько лет на исследования, Птачек и Фу выявили у Бетти одно изменение в гене Per – том самом, который Сеймур Бензер и Рон Конопка изменяли в ходе экспериментов на плодовых мушках. Таким образом, впервые в мире было установлено, что мутация одного гена действительно влияет на циркадный цикл сна и бодрствования у человека.

Эта единичная, крайне редкая мутация ускорила ход циркадных часов Бетти и сделала данную дисфункцию перманентной. По утрам часы в нашем мозге синхронизируются с рассветом и начинают отсчитывать время после пробуждения. После 12 часов бодрствования они сообщают человеку, что пора постепенно начинать готовиться ко сну. У большинства из нас желание отправиться спать становится особенно сильным после 16 часов бодрствования. Но часы Бетти сильно спешили. Ее мозг воспринимал 12 часов бодрствования как 14. А через 14 часов после пробуждения часы в мозге говорили ей, что она не спала уже 16 часов, поэтому Бетти было очень трудно противиться желанию спать.

Несколько лет спустя Фу обнаружила другую семью с другой мутацией. В данном случае объектом мутации оказался ген Dec2, способный уменьшать количество необходимого сна. Люди с такой мутацией могут спать всего 5 часов, после чего чувствуют себя полностью отдохнувшими и отлично справляются с повседневными обязанностями⁷.

Даже если у вас есть какой-то дефектный ген, здоровые привычки могут нейтрализовать его вредное воздействие. Другие люди, у которых так же, как у Бетти, время сна не совпадает с общепринятым распорядком, обращают это генетическое отклонение в свою пользу, раньше начиная рабочий день, чтобы раньше вернуться домой, или увеличивают время работы. Однако у большинства людей, особенно у так называемых сов, нет никаких дефектных генов. Их поздний отход ко сну может быть связан с иными привычками, нарушающими их циркадный код.

Однажды я познакомился с успешным бизнесменом, который жаловался, что по ночам с большим трудом засыпает и не может проспать несколько часов, не просыпаясь. Он был убежден, что у него плохие гены сна. Но после того, как мы несколько минут поговорили о повседневном режиме его работы и питания, мне стало ясно, что причиной его проблемы со сном были три чашки крепкого кофе, которые он каждый день выпивал во второй половине дня. Отказавшись от привычки пить кофе после обеда, он стал засыпать примерно в 10 часов вечера и отдыхать в течение 7 часов, не просыпаясь.

Еще одно доказательство того, что образ жизни жаворонка или совы чаще всего становится следствием вредных привычек, было получено в ходе эксперимента, проведенного Кеном Райтом из Университета штата Колорадо в Боулдере. Он организовал турпоход для нескольких человек, которые считали себя умеренными «совами», потому что каждый день поздно ложились спать и поздно просыпались. Перед походом ученый провел мониторинг паттернов сна и взял пробы слюны, чтобы определить, в какое время у участников вырабатывается максимальное количество гормона сна мелатонина. Уровень гормона сна у всех начинал повышаться после 10 часов вечера и достигал пика после полуночи.

После двухдневного похода у участников снова проверили уровни мелатонина. К удивлению тех, кто считал себя генетически запрограммированными совами, все они оказались абсолютно нормальными в плане выработки мелатонина, уровень которого стал увеличиваться раньше, чем при первоначальном лабораторном исследовании перед походом. Теперь повышение уровня этого гормона начиналось в 7–8 часов вечера, а не после 9—10 часов и сопровождалось неодолимой сонливостью⁸. Причиной изменения стали не новые условия для сна, а отсутствие яркого света по вечерам и устранение других вредных привычек, таких как работа допоздна и потребление кофеина в конце дня. Когда люди перестали подвергаться воздействию яркого света в темное время суток, нормальные циркадные ритмы у них восстановились.

Все эти данные убедили меня в том, что мы – хозяева своего здоровья. Коррекция привычных моделей поведения является ключом к улучшению нашего циркадного кода. Я испытал результаты этой коррекции на себе. Во время сафари в Национальном заповеднике Масаи-Мара в Кении, где мы жили в палаточном лагере, не пользовались электричеством и были окружены дикими животными, у меня и моих коллег не было никаких причин бодрствовать допоздна. В эти несколько дней мне спалось так хорошо, как никогда раньше, и я просыпался совершенно отдохнувшим минимум за 30 минут до восхода солнца. После возвращения в Сан-Диего у меня возобновился прежний паттерн сна: я стал поздно ложиться и с трудом просыпаться через час после восхода солнца. Когда я рассказал об этом своим коллегам, они указали на множество различий между моим образом жизни в Сан-Диего и тем, как я жил в Масаи-Мара: в Кении я проводил весь день на солнце, ночью не подвергался воздействию света и сильного шума, спал при более низкой температуре и рано ужинал. Каждый из этих факторов способствовал улучшению сна.

Ритм 2. Время приемов пищи влияет на ваши часы Если главная цель циркадной системы – оптимизировать получение энергии и обеспечить выживание, тогда что с ней происходит, если мы принимаем пищу не тогда, когда следует? Что произойдет с грызунами, которые будут получать доступ к еде только днем (когда им положено спать и ничего не есть)? Станут ли эталонные часы СХЯ заставлять их игнорировать еду? Это крайне пагубно скажется на их здоровье, поскольку, если мыши будут игнорировать пищевой сигнал, они умрут. Когда мышам становится ясно, что им предоставляют доступ к пище только в светлое время суток, они начинают просыпаться за час до кормежки и искать еду, то есть создают специальный механизм, позволяющий подготовиться к приему пищи. После кормления они снова засыпают (что соответствует их обычному поведению днем), чтобы проснуться ночью и заняться своими делами. Другими словами, их часы СХЯ, контролирующие суточный цикл сна и бодрствования, продолжают работать исправно, за исключением короткого периода, когда они просыпаются днем, чтобы поесть.

Если мыши будут принимать пищу днем, в не предназначенное для еды время, что произойдет с пищей? Будет ли она перевариваться и метаболизироваться в печени, где за регуляцию метаболизма отвечают циркадные часы печени? Это было большой загадкой. Раньше мы думали, что если у печени есть часы, то их работа хотя бы частично контролируется мозгом, который посылает печени определенный сигнал. В то же время мы сомневались в этом, поскольку для поддержания зависимости часов печени от мозга потребуется очень много энергии и усилий. Кроме того, если животное будет каждый день принимать пищу в неположенное время (в случае с мышами это светлое время суток), а часы печени будут запрограммированы на метаболизацию пищи ночью, то часы печени не смогут обеспечить метаболизацию пищи, съеденной днем.

Поэтому в 2009 году был проведен простой эксперимент. Мы взяли несколько мышей, которые обычно ведут ночной образ жизни, и стали кормить их только в светлое время суток, а затем изучили функции их печени. Исследование показало, что почти все гены печени, которые включаются и выключаются в 24-часовом ритме, стали реагировать на появление пищи и игнорировать воздействие светлого времени суток⁹. Это означало, что стрелки часов в печени переводила пища, а не мозг.

Это открытие полностью изменило наше представление о связи циркадных ритмов со светом и едой. Теперь мы знаем, что тело способно синхронизировать свои ритмы с другими сигналами. Точно так же, как первый утренний свет выставляет точное время на наших мозговых часах, первый кусочек съеденной пищи корректирует ход часов деятельности наших органов. Более того, пищевой сигнал может быть достаточно сильным, чтобы заглушить общий сигнал, поступающий от эталонных часов СХЯ.

Подумайте о своем завтраке. Вы когда-нибудь замечали, что каждое утро испытываете чувство голода примерно в одно и то же время независимо от того, что ели на ужин предыдущим вечером? Так происходит потому, что наши мозговые часы, или часы в центре голода, говорят, когда мы должны чувствовать голод. В то же время часы в пищеварительном тракте сообщают мозгу, что пора готовиться к получению завтрака. К этому моменту поджелудочная железа уже готова секретировать инсулин, мышцы – впитывать сахар, а печень – откладывать гликоген, производить жир и отправлять его на хранение.

Если обычно вы завтракаете в 8 часов утра, значит, заключили договор со своим желудком, печенью, мышцами, поджелудочной железой и т. д. и к 8 часам они будут готовы к переработке завтрака. Первый кусочек съеденной пищи становится, помимо прочего, одним из каналов связи ваших часов с внешним миром: завтрак служит сигналом, который синхронизирует ваши внутренние часы с внешним временем. Если вы всегда будете завтракать в 8:00 (плюс-минус несколько минут), ваши внутренние часы всегда будут согласованы с внешним миром.

Но представьте, что вам нужно встать раньше обычного, чтобы успеть на самолет из Лос-Анджелеса в Чикаго, и это событие нарушает ваш распорядок. Вместо того чтобы позавтракать в 8 часов, вам нужно поесть в 6 часов, потому что вас приучили считать завтрак самым важным приемом пищи за весь день. Поставив перед собой миску с хлопьями, вы замечаете, что не голодны. Дело в том, что мозг не послал желудку сигнал приготовить пищеварительные соки для переработки пищи. Печень и остальные органы тоже не готовы.

Но это неважно. Вы лучше знаете, что нужно делать, поэтому приступаете к завтраку. С первым съеденным кусочком ваш желудок включит аварийный режим и начнет перерабатывать пищу. Телу придется бросить все, чем оно обычно занимается в 6 часов утра, и переключить все внимание на поступающую еду. Или оно может проигнорировать съеденную пищу, и она на пару часов останется непереваренной. Как правило, тело выбирает первый вариант: оно бросает свои обычные занятия перед завтраком, в число которых входят самоочищение и работа на запасенной энергии. Поэтому при появлении раннего завтрака телу приходится прекращать уборку и отключать функцию сжигания жира, чтобы использовать в качестве топлива только что съеденную пищу.

Кроме того, часы в вашем желудке, печени, мышцах, поджелудочной железе и т. д. тоже обратят внимание на неожиданный завтрак и придут в замешательство. Эти часы подумают, что они, возможно, ошиблись и что уже 8 часов утра. Чтобы наверстать «упущенное время», часы в этих органах постараются ускорить свой ход. Но у ваших циркадных часов много движущихся деталей, и им потребуется время, чтобы ускорить ход всех часов в разных органах и снова согласовать их работу. Обычно им удается подводить свои стрелки примерно на час в сутки.

Когда на следующий день вы придете на завтрак в 8 часов утра по чикагскому времени, ваше тело все еще будет думать, что сейчас 6 часов утра по времени Лос-Анджелеса, и желудок все так же не будет готов. Ему придется снова включить аварийный режим, чтобы переработать пищу и попытаться ускорить ход часов.

К четвертому дню вы создадите совершенно новый циркадный код, приспособленный к вашему расписанию. Но угадайте что? Вам пора возвращаться домой! Когда вы вернетесь в Лос-Анджелес и сядете завтракать в 8 часов утра, ваш организм будет думать, что сейчас 10 часов. На этот раз органы были готовы к завтраку в 6 часов утра, но не получили никакой еды. Поэтому они приступили к выполнению следующих заданий в своих списках. Как только вы начинаете завтракать, вашему желудку, печени, мышцам, поджелудочной железе и т. д. приходится немедленно бросать то, чем они занимались, и переключать внимание на переработку пищи. На этот раз они решают работать в многозадачном режиме. А ваши часы попытаются настроиться на новое время завтрака, замедляя ход в течение нескольких последующих дней.

Этот пример показывает, как непредсказуемое время завтрака приводит в замешательство ваши органы и нарушает их функционирование. Используя циркадные часы, каждый орган программирует себя на переработку пищи в течение нескольких часов, начиная с завтрака. Если обычно вы завтракаете в 8 часов утра, то ваш организм работает в оптимальном режиме примерно с 8 до 10 часов. Всякий раз, когда мы что-нибудь съедаем, весь процесс переваривания, абсорбции и метаболизма полностью осуществляется за пару часов. На переработку каждого маленького кусочка пищи уходит 1–2 часа. После закрытия окна питания, составляющего примерно 10 часов, органы, отвечающие за пищеварение и метаболизм, продолжат работать над вашей едой, но постепенно их эффективность будет снижаться. Дело в том, что наши внутренние часы не в состоянии обеспечить эффективную работу разных органов в режиме 24/7. Поскольку желудочный сок и гормоны пищеварительного тракта вырабатываются с разной скоростью, процесс пищеварения замедлится и у вас возникнут симптомы несварения или кислотного рефлюкса.

Получив представление о том, как поздний завтрак мешает вашим органам выполнять другие насущные задания, давайте посмотрим, к чему приведет поздний ужин. На этот раз последствия окажутся более серьезными. Если на переваривание ужина, съеденного в 6 часов вечера, потребуется пара часов, то та же пища, полученная в 8 часов вечера, будет перевариваться намного дольше, потому что вы выйдете за рамки оптимального 10-часового окна питания. Дополнительная работа помешает выполнению следующего задания и заставит органы отложить его на потом или вообще вычеркнуть из списка.

Наверное, сейчас вы подумали: «Доктор Панда, кого это волнует? Все равно я в это время буду спать». Но тут есть одна загвоздка: клетки не могут одновременно производить и расщеплять жир. Каждый раз, когда мы едим, у нас включается программа синтеза жира: клетки печени и мышц производят некоторое количество жира и откладывают его на хранение. Программа сжигания жира медленно включается лишь после того, как органам становится ясно, что к ним больше не будет поступать пища, и это происходит через несколько часов после завершающей трапезы дня. И еще несколько часов уходит на сжигание значительной части запасенного жира.

Предположим, что вы сели ужинать в 8 часов вечера и закончили трапезу полчаса спустя. Часы продолжают тикать, процесс производства жира медленно завершается, и примерно в 22:30 у вас возникает острое желание перекусить. Неважно, что это будет: какой-нибудь фрукт, миска хлопьев, батончик мюсли или горсточка орехов. Как только эта еда попадет в желудок, его часы, которые уже вывесили табличку «Кухня закрыта», будут вынуждены вернуться к своим обязанностям и переработать съеденное. Если бы та же самая пища была съедена утром, она переварилась бы примерно за час, но теперь желудок не готов к получению пищи, поэтому на ее переработку уйдет несколько часов. Процесс синтеза жира закончится после полуночи, а процесс его сжигания начнется только под утро, но, когда вы съедите завтрак, вам придется снова переключиться в режим производства жира.

Сидя в своей лаборатории, я могу представить, как вы снова чешете в затылке: «Доктор Панда, что тут страшного? Ведь речь идет всего о 50 граммах жира после позднего приема пищи, правда? Разве это может серьезно нарушить ритм метаболизма?» К сожалению, все гораздо хуже, чем вы думаете. Организму достаточно трудно контролировать гормоны, гены и часы даже тогда, когда вы принимаете пищу строго по расписанию. Но когда вы делаете это бессистемно, в любое время дня и ночи, то процесс производства жира продолжается безостановочно. Вместе с тем кровь перенасыщается глюкозой, синтезированной из переваренных углеводов, и печень теряет способность эффективно абсорбировать сахар. Если это продлится несколько дней, уровень глюкозы в крови продолжит расти и возникнет опасность развития преддиабета или диабета.

Итак, если вы не можете понять, почему вам никогда не помогали диеты, поищите причину в выборе времени.

Даже если вы добросовестно занимались физическими упражнениями, считали калории, избегали жиров, углеводов и сладостей или налегали на белковую пищу, вполне вероятно, что вы не проявляли надлежащего уважения к своим циркадным часам. Если вы часто едите по ночам или каждый день садитесь завтракать в разное время, значит, постоянно нарушаете синхронизацию этих часов. Но не волнуйтесь. Это легко исправить. Просто установите постоянный режим питания и придерживайтесь его. Правильный выбор времени – это всё.

Ритм 3. Воздействие физической активности на выбор времени Когда мы не принимаем пищу и не спим, природа предписывает нам заниматься физической активностью. Собственно говоря, эволюция сформировала у нас такую физиологию, которая позволяет нам заниматься физическим трудом с утра до ночи, в течение всего времени бодрствования. Когда мы активны, у нас работает большинство мышц, которые в совокупности составляют почти 50 процентов веса тела. Многие группы мышц контролируются автономной нервной системой и работают даже тогда, когда мы этого не замечаем. В их число входят сердечная мышца и гладкие мышцы пищеварительного тракта. Но даже у них есть свой циркадный ритм; днем они действуют более эффективно, чем ночью.

Мышцы пищеварительного тракта автоматически растягиваются и изгибаются, обеспечивая так называемую перистальтику органов ЖКТ. Эти волнообразные сокращения выталкивают пищевые массы из желудка и продвигают их по кишечнику. Днем перистальтика ЖКТ усиливается, а ночью значительно замедляется. В силу того что в темное время суток активность пищеварительной системы снижается, пища, которую мы съедаем поздно вечером, продвигается по тракту очень медленно, что может привести к несварению.

Наши легкие и сердце – это мышцы, у которых тоже есть циркадные вариации: в дневное время частота сердечных сокращений и дыхания несколько выше, чем ночью. Повышенная частота сердцебиения и дыхания помогает распределять кислород и питательные вещества по всему организму, включая мышцы, и готовит нас к физической активности. Ночью мышцам не нужно поддерживать такой же уровень насыщения питательными веществами и кислородом, как днем во время активного использования. Возможно, одна из причин ночного замедления работы сердца и легких заключается в том, что это помогает телу снижать температуру, чтобы мы могли крепче спать.

Большинство мышц активизируется, когда мы занимаемся физической деятельностью. Движения приносят колоссальную пользу нашему здоровью, а некоторые виды активности могут влиять на циркадные часы. Ряд экспериментов по изучению воздействия физической активности на циркадный ритм проводился на мышах, у которых был свободный доступ к тренировочному колесу. Животным позволяли бегать в колесе тогда, когда им вздумается, и они добровольно забирались в него каждую ночь. Исследователи установили, что у мышей, занимавшихся физическими упражнениями, циркадные часы работали надежнее: они лучше спали, когда было положено спать, и испытывали меньшую сонливость, когда было положено бодрствовать¹⁰. Воздействие физической активности на сон не зависело от режима питания и не влияло на чувство жажды.

Эти наблюдения побудили ученых провести несколько исследований на людях разных возрастных категорий – от подростков до представителей старшего возраста. Во всех случаях вывод был однозначным: физическая активность улучшает сон. В частности, у подростков энергичная физическая активность не только ускоряла засыпание и повышала качество сна, но и улучшала настроение, усиливала концентрацию внимания, снижала уровень беспокойства и снимала симптомы депрессии¹¹. У людей старшего возраста (50–75 лет) умеренная физическая активность и даже легкие упражнения на растяжку ускоряли наступление сна, повышали его качество, продолжительность и ослабляли зависимость от снотворных препаратов. Кроме того, у пожилых людей, занимавшихся умеренной физической активностью, наблюдалось меньше эпизодов наступления сонливости во время обычных дневных занятий^12,13,14. Правильный выбор времени для сна улучшает циркадный ритм.

Что считать физической активностью?

Проявлением физической активности в повседневной жизни может считаться любая форма движений, увеличивающая расход энергии. Физическая форма – это способность производить физические действия. Одним из видов физической активности, которые носят соревновательный характер, требуют размышлений и планирования, являются занятия спортом. Другим видом физической активности, который планируется, структурируется, характеризуется частотой, длительностью и интенсивностью, является выполнение базовых упражнений. Садоводство, перемещение тяжелых предметов, прогулочная ходьба и выполнение домашних обязанностей тоже считаются видами физической активности. В главе 7 приведена таблица, где перечислены все виды физической активности и показан сравнительный расход энергии для каждого из них.

Ожидаемая продолжительность жизни ребенка, рожденного в 1900 году, составляла всего 47 лет¹. Лишь один человек из ста преодолевал 90-летний рубеж и каждый третий умирал, не дожив до пяти лет. Главную угрозу для здоровья представляли инфекционные заболевания, вызванные микробами и другими бактериями. Ученые боролись с этими болезнями и спасали жизни людей, применяя санитарно-гигиенические средства, вакцины и антибиотики. По прогнозам статистиков, большинство детей, появляющихся сегодня на свет в странах Запада, доживут до 80 лет. Однако почти каждый будет страдать одним или несколькими хроническими заболеваниями, такими как диабет, ожирение, сердечно-сосудистые заболевания, депрессия, тревожные расстройства. Эти недуги редко бывают связаны с инфекциями; в большинстве случаев они становятся прямым следствием неправильного образа жизни. Принимаемые нами лекарства лишь подавляют симптомы; никаких медицинских препаратов, гарантирующих излечение от большинства этих болезней, не существует. Любые препараты дают эффект лишь в сочетании с соблюдением здорового образа жизни, согласованного с особенностями вашего циркадного кода.

По мнению большинства экспертов, главными критериями здорового образа жизни являются типы продуктов питания, которые следует употреблять, и виды физических упражнений, которыми необходимо заниматься. Я хочу, чтобы вы сфокусировались не столько на том, что требует делать здоровый образ жизни, сколько на том, когда это нужно делать. Комплексное понятие «здоровый образ жизни» складывается из того, что и когда вы едите, когда и сколько спите, когда и как часто двигаетесь. Сосредоточившись на «когда», вы сможете поставить себе на службу силу своего циркадного кода и с ее помощью устранить последствия своих отнюдь не самых лучших действий. И самое главное заключается в том, что если вы будете жить в соответствии с этим внутренним ритмом, то сможете значительно увеличить пользу, которую правильный образ жизни принесет вашему здоровью.

Нездоровый образ жизни приводит к нарушениям циркадного ритма и различным заболеваниям. Циркадное освещение, ограничение времени питания и восстанавливающий сон поддерживают наши циркадные ритмы и предотвращают эти заболевания или обращают их вспять.

Насколько силен ваш циркадный код?

В большинстве случаев мы появляемся на свет с надежными циркадными часами, которые обеспечивают оптимальность всех аспектов жизнедеятельности нашего организма. Они устанавливают для нас суточный ритм, определяющий, когда нужно засыпать и пробуждаться, питаться и проявлять активность. Мы сохраняем самое лучшее состояние здоровья, когда наш темп жизни согласован с этим идеальным ритмом. Однако иногда жизнь ставит нам палки в колеса. Как мы уже говорили, вероятность того, что гены посылают вашим часам неправильные сигналы, крайне мала и почти всегда причиной сбоев в механизме внутренних часов становятся ваши вредные привычки. И, к сожалению, для полной десинхронизации вашего ритма требуется не слишком много времени. Если человек все время работает посменно, бодрствует допоздна или не соблюдает режим питания, это вызывает рассогласование его циркадных ритмов и со временем приводит к ухудшению ментального и физического здоровья.

Текущее состояние здоровья тоже может прямо или косвенно сказываться на работе внутренних часов. Например, депрессия часто влияет на наш цикл сна и бодрствования, усиливая бессонницу или повышенную сонливость. Кроме того, она вызывает нежелание выходить из дома, и человек проводит время в темных, мрачных помещениях. Эти симптомы нарушают ход наших часов, лишая их связи с факторами света и выбора времени, что загоняет нас в еще более глубокую депрессию. Хронические заболевания, такие как диабет 2-го типа или жировая болезнь печени, возникают, когда значительное количество генов, которые должны включаться и выключаться в определенное время суток, постоянно находится во включенном или выключенном состоянии, вызывая резкие перепады уровня сахара в крови, булимию или тягу к определенным видам пищи. Правильный ритм питания может разорвать этот порочный круг, заставить гены восстановить нормальный суточный цикл и повернуть процесс развития болезней вспять. И наконец, в процессе борьбы с некоторыми видами злокачественных опухолей организм вырабатывает множество химических сигнальных веществ, часть которых с кровью доставляется в органы и нарушает их функционирование. Последние открытия ученых показывают, что, если мы будем поддерживать правильный ритм сна и бодрствования или питания и голодания и сумеем привести свой образ жизни в соответствие с естественными циркадными ритмами, это позволит нейтрализовать воздействие разрушительных химических сигналов и ускорит выздоровление².

Нам просто не хватает устойчивости

Вы можете сказать, что если ночью вы будете есть, работать или плохо спать, то это вас не убьет. Что ж, в какой-то степени вы правы: единичное нарушение вряд ли причинит много вреда. Однако вредные привычки напрямую воздействуют на наш циркадный код и не убивают нас в прямом смысле слова, но повышают нашу восприимчивость к факторам, которые действительно способны нас убить.

Например, в ходе проведенного на мышах эксперимента по изучению джетлага и посменного графика работы ученые каждый день на пару часов изменяли время включения и отключения освещения. Всего через несколько недель иммунная система мышей стала настолько слабой, что у них началась повальная инфекция и, если бы их не лечили, половина подопытных могла бы погибнуть³. Аналогичные результаты были получены в ходе исследований с участием людей. В ходе масштабного обследования 8 тысяч работников из 40 разных организаций ученые установили, что у тех, кто работает посменно, инфекционные заболевания (от обычной простуды до кишечных инфекций) развиваются чаще, чем у тех, кто работает только днем⁴. Результаты обследования людей, у которых нарушены циркадные ритмы, показывают, что контакт с самыми обычными насекомыми или вирусами может вызывать у них серьезные заболевания.

Адаптация даже к незначительным смещениям циркадных ритмов занимает у нашего организма достаточно много времени. Например, один выход на работу в ночную смену может ослабить ваши когнитивные способности на целую неделю. Дальние переезды могут показаться безобидными, но, когда вам приходится приспосабливаться к новому часовому поясу, вы можете ощущать симптомы джетлага в течение нескольких дней. Циркадным часам большинства людей требуются почти сутки на то, чтобы приспособиться к часовому сдвигу во времени, а у некоторых процесс адаптации к пересечению одного часового пояса может занять двое суток. Когда в выходные дни вы ложитесь спать на 3 часа позже обычного и на 3 часа позже завтракаете, ваш организм подвергается такому же воздействию, как при перелете из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк. Поэтому участие в вечеринках и бодрствование до поздней ночи равносильны перелету через несколько часовых поясов. Вот почему специалисты по изучению циркадных ритмов дали этому явлению название социальный джетлаг.

Чтобы выяснить, насколько хорошо вы приспосабливаетесь к смене часовых поясов и изменению распорядка, обратите внимание на то, сколько дней требуется вашему организму, чтобы привыкнуть к переходу на летнее или зимнее время, когда мы переводим стрелки часов на один час. После этого вам будет нетрудно понять, какие явления происходят в организме, когда мы каждый месяц посвящаем несколько вечеров общению с друзьями, нарушая нормальный режим сна.

Сбить настройки циркадных часов может не только изменение режима сна. Аналогичным образом подействовать на наш организм может изменение любого из трех ключевых ритмов: сна, времени приема пищи и активности. Поскольку циркадный код регулирует целый ряд функций в разных системах органов, вмешательство в его изначальный ритм может помешать оптимальному функционированию этих органов. В отличие от курения, которое напрямую связано с развитием рака легких, нарушение циркадных ритмов не приводит к какому-то одному конкретному заболеванию, но может ухудшить здоровье множеством разных способов. Если вы уже подвержены определенному виду заболеваний, то их симптомы появятся у вас в первую очередь. Это можно сравнить с поездкой по бездорожью на пяти разных моделях автомобилей за один день: у каждой машины проявляется уникальный набор проблем, свойственных конкретной модели. У одних останутся целыми шины, но полетит подвеска. У других обнаружатся проблемы с трансмиссией или углом установки колес. Так что если у вас всегда были проблемы с угрями, то нарушение циркадных ритмов может привести к появлению угревой сыпи по всему телу. Если у вас слабый желудок, то десинхроноз может усилить изжогу или несварение.

Вполне возможно, что некоторые из ваших недомоганий, частых болезней или хронических заболеваний связаны с нарушением циркадных ритмов. Плохой сон, чрезмерная сонливость, изменение аппетита, пониженная физическая активность входят в списки симптомов многих болезней. Все это результаты нарушений циркадного кода. Восстановление циркадного ритма потенциально способно излечить болезнь или уменьшить степень ее тяжести. Вот почему я называю заботу о циркадном ритме лучшим средством от всех недугов.