Современный образ жизни находится в состоянии войны с тем, как наши тела функционируют в ходе эволюции.
Болезнь сердца: Пожарные и врачи скорой помощи сталкиваются с одинаковыми проблемами сна. Работа в ночную смену и прием пищи через нечетные промежутки времени, по-видимому, подвергают их более высокому риску сердечных приступов и других сердечно-сосудистых заболеваний. Виктор Коэн
Сейчас 7 часов вечера. в весеннюю пятницу, и отделение неотложной помощи больницы Хайленд в Окленде, одном из самых загруженных травматологических центров в северной Калифорнии, ожидает. Когда подъезжает пациент - молодой велосипедист, сбитый машиной, кровь течет по его вискам. Из лабиринта комнат ухода материализуется команда из почти дюжины врачей и медсестер и жужжит вокруг пациента. Амелия Брейр, первокурсница, которая выглядит немногим старше второкурсницы колледжа, немедленно берет на себя ответственность. Как только команда заканчивает обездвиживать жертву, Брейр должен начать принимать решения за доли секунды: рентген? Интубировать? Переливание? Она быстро определяет, что нет внутреннего кровотечения или необходимости в хирургическом вмешательстве, и назначает рентген шеи после перевязки головы пациента. Сегодня вечером Брейр сделает полдюжины подобных важных решений. Хайленд, учебная больница, возможно, является самой избирательной ординатурой неотложной медицинской помощи в стране. Чтобы быть здесь, она должна быть выдающейся. Однако, чтобы добиться успеха, она должна оставаться начеку. Это качество сосредоточенности - среди хаоса и потрепанного человечества, которое приходит через двери Хайленда - само по себе нуждается в срочной помощи. Эндрю Херринг, врач отделения неотложной помощи, который наблюдает за Брейром и 40 другими жителями, беспокоится о команде. Врачи скорой помощи работают посменно, и их часы распределены по головокружительному, постоянно меняющемуся графику утра, дня и ночи, всего 20 различных смен в месяц. Это предназначено для того, чтобы равномерно распределить бремя ночной работы на всю команду врачей. Но, несмотря на эти благие намерения, по словам Херринга, в результате каждый из них истощен и лишен сна. Это опасно как для врача, так и для пациента. «Одна ночная смена оказывает когнитивный эффект на неделю», - говорит Херринг, врач, окончивший Гарвард. «Когда вы закончите, вы станете мясом для гамбургера, обжаренным до хрустящей корочки. Люди скажут вам на следующий день, что они отдохнули, но это не так - и случаются ошибки».
Это явление характерно не только для скорой помощи. Ночной труд представляет опасность для примерно 15 миллионов посменных рабочих только в Соединенных Штатах. Крупные промышленные аварии, такие как авария на ядерном реакторе в Три-Майл-Айленде в 1979 году, чаще всего происходят в мертвые часы перед рассветом. Оказывается, кладбищенская смена названа очень удачно. Те, кто регулярно терпит это, также подвержены более высокому риску депрессии, ожирения, диабета и рака. На самом деле корреляция настолько сильна, что в 2010 году Всемирная организация здравоохранения дошла до того, что классифицировала работу в ночное время как вероятный канцероген.
Биологи пришли к выводу, что негативные последствия возникают из-за того, что труд в предрассветные часы нарушает наши циркадные ритмы, таинственные внутренние механизмы синхронизации, которые можно модулировать внешними сигналами, такими как свет и температура. На самом деле каждое животное и растение на планете - даже некоторые бактерии - эволюционировали с помощью этих клеточных колебаний. Они определяют сотни других важных процессов, включая и выключая энергию в 24-часовых циклах. Они управляют нашими ежедневными пиковыми ритмами для таких вещей, как познание, синтез жира и даже рост волос.
Эти внутренние часы, которые биологи только начинают изучать и понимать в деталях, постоянно синхронизируются в зависимости от пищи, которую мы едим, наших упражнений, социальных взаимодействий и световых паттернов. И знаем мы об этом или нет, но мы постоянно работаем против них.
В 2006 году исследователи из Университета Вирджинии включали свет в клетках лабораторных мышей на шесть часов раньше обычного один раз в неделю в течение восьми недель, не давая им возможности сбросить свои часы. Что касается смены световых сигналов, то они как будто летали из Нью-Йорка в Париж раз в неделю. Результат: более молодые грызуны заболевали и проявляли психически неуравновешенное поведение; 53 процента старых мышей просто упали замертво.
«Я действительно беспокоюсь, что мы убиваем себя», - говорит Херринг, просматривая отделение неотложной помощи, пока Брейр и другие выполняют многозадачность, физически и умственно подталкивая себя.
Прошлой весной Херринг прочитал об еще одном исследовании на мышах, проведенном исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Исследователи являются частью Центра циркадной биологии UCSD, который занимается зарождающейся и часто упускаемой из виду областью хронобиологии, науки о наших внутренних биологических часах. Его ученые изучают последствия отключения людей от наших естественных световых циклов и других внешних сигналов, которые регулируют наши тела. Исследование на мышах UCSD, в отличие от более раннего исследования UVA, принесло хорошие новости: способ использовать сумерки, чтобы приспособить мышей к нерегулярным циклам день/ночь.
Херринг вызвался предоставить свою команду исследователям в качестве испытуемых. «Я чувствовал, что нам действительно нужно посмотреть на это по-другому», - говорит он.
Сьюзен Голден, директор центра UCSD, говорит не только о хронобиологии. Она живет этим. Дома она и ее муж Джеймс, профессор микробиологии, который также работает в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, обнимаются перед телевизором в оранжевых солнцезащитных очках, чтобы блокировать синие лучи, которые наш организм воспринимает как полуденный свет. Они установили диммеры на светильники в ванной и спальне, чтобы они могли держать их на низком уровне в течение ночи.
«Никто из нас не луддит, пытающийся жить вне технологий», - говорит мне Голден однажды в своем кабинете в здании прикладной физики и математики на территории кампуса. «Но этот технологический образ жизни должен быть умнее, - добавляет она, - потому что мы животные, которые эволюционировали на Земле».
Как и большинство ее 35 коллег, Голден не собиралась бросать карьеру в области хронобиологии. Область едва существовала, когда она делала свою дипломную работу в 1980-х. Ее специальностью было и остается изучение бактерий, использующих свет в качестве источника энергии. Но благодаря достижениям в вычислительных и аналитических методах теперь можно одновременно обрабатывать тысячи образцов тканей и отображать изменения метаболических процессов с течением времени. Добавление этого четвертого измерения заставило Голден осознать, как много она упустила, взглянув на единственный момент времени в поисках информации. Это заставило ее решить, что наука плюс время, т. е. хронобиология, - вот где ей нужно развивать свою карьеру.
«Что мы действительно узнали за последние пять лет, так это то, что циркадные исследования нельзя рассматривать как специализированную дисциплину», - говорит она.«Это биология. Вы не можете адекватно изучать нейробиологию, метаболизм, микробиом, не принимая во внимание время. Все процессы во всех этих клетках и органах изменяются с течением времени. И если вы посмотрите на статический снимок без учета этого, вы не получите правильного ответа. Или, по крайней мере, не весь ответ».
Эта картина наконец стала проясняться в 1972 году, когда нейробиологи впервые обнаружили, как крошечная область в гипоталамусе мозга действует как главные циркадные часы организма. Это небольшое скопление из 20 000 нейронов, называемое супрахиазматическим ядром, посылает сигналы по всему телу, чтобы поддерживать включенными или выключенными различные процессы в нужные моменты наших 24-часовых циклов. Система использует дневной свет как основной сигнал, чтобы не сбиться с пути.
Затем последовали и другие открытия. Оказывается, почти у каждого органа есть внутренний тикер. У вашей поджелудочной железы есть механизм, который сообщает ей, когда высвобождать инсулин, а когда остановиться. Ваша печень знает, когда прекратить переработку гликогена и начать метаболизировать жир. Даже в ваших глазах есть встроенные хронометристы, которые сообщают им, когда нужно восстанавливать клетки сетчатки, поврежденные ультрафиолетовыми лучами. Другими словами, чтобы понять тело и его функции, вы также должны понять его таймеры.
По всему кампусу UCSD члены Центра циркадной биологии, у которого нет собственного здания, исследуют эти функции хронометража. Среди их выводов: гены, которые управляют нашими циркадными ритмами, связаны с метаболизмом и его управляющими сетями. Запутаешься с одним, запутаешься с другим. Например, ешьте слишком поздно вечером, когда ваша метаболическая защита ослаблена, и ваши шансы на ожирение возрастают. В свою очередь, этот жир может проникнуть в печень и, таким образом, повысить вероятность воспаления и рака.
Наше психическое здоровье тоже в опасности. Исследователи обнаружили, что 70 процентов людей с расстройствами, которые не позволяют им спать в обычное время - возможно, из-за генетической аномалии - страдают от таких состояний, как тяжелая депрессия или тревога. Фактически, почти две трети страдающих биполярным расстройством сообщают о ненормальных циклах сна.
Врачи, лечащие рак, уже использовали результаты хронобиологии, чтобы лучше планировать свое лечение. Например, прохождение химиотерапии в конце дня увеличивает шансы пациентов избежать тошноты, поскольку в это время слизистая оболочка желудка лучше восстанавливается.
Большая часть исследований центра в совокупности может показаться осуждением нашего современного образа жизни. С момента зарождения электричества мы участвуем в масштабном неконтролируемом эксперименте по нарушению древних ритмов. И дело не только в сменной работе. Есть тысячи маленьких способов, которыми мы используем искусственный свет, чтобы игнорировать тонкие сигналы, которые изменения в природе дают нам в течение всего дня. «Внутренний свет для вас просто ужасен», - говорит Голден. «От этого нас всех тошнит».
Поскольку искусственный свет заставляет нас дольше бодрствовать или находиться в состоянии возбуждения в течение ночи, он также способствует одной из самых больших эпидемий в Америке - ожирению, от которого страдает более одной трети (35.7 процентов) взрослых по всей стране. Эта роль постепенно привлекает внимание благодаря одному из звездных исследователей Golden.
Сатчидананда Панда работает в одном из ведущих исследовательских центров страны: Институте биологии Солка. Хотя значение хронобиологии растет, многие ученые, в том числе коллеги-биологи, по-прежнему считают, что речь идет в основном о смене часовых поясов и сне. Никто не сопротивлялся этому статусу второго уровня больше, чем Panda.
Более десяти лет он изучает связи между человеческим метаболизмом и нашими внутренними часами. Он и другие исследователи обнаружили, что, ограничивая количество часов, в течение которых мыши с ожирением могут есть жирную пищу, они могут добиться всевозможных преимуществ для здоровья полных субъектов. Даже съедая то же количество и тип пищи, что и контрольные мыши, которые могли есть весь день и ночь, те, кого Панда ограничил восьмичасовым графиком кормления, похудели, избавились от накопленного жира (особенно вокруг печени) и пострадали меньше. внутреннее воспаление. В другом исследовании группа исследователей Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружила, что, когда они подвергали мышей с ожирением и раком ограниченной по времени диете вместо неограниченного обжорства, опухоли грызунов уменьшались.
Несмотря на эти результаты и их потенциальное влияние на эпидемию ожирения, Panda боролась за финансирование и признание. NIH отклонил все 14 его предложений о грантах на изучение ограниченного по времени кормления. Гранты определяются на основе анонимной экспертной оценки, и многие из основных коллег Panda сомневаются в науке о времени.
“Мои рецензенты сказали: «Люди не едят, как мыши; они едят три раза в день в течение 12 часов, так что это не имеет никакого человеческого значения», - вспоминает Панда, явно разгневанный.«Меня это действительно бесит. Я просмотрел 150 лет исследований человека, и в большинстве исследований никогда не спрашивали и не записывали, когда люди едят. Они спрашивали, что ты ел, но редко когда ты ел».
Внимание Панды к хронобиологии, его вера в ее роль в нашей жизни восходит к сельской Индии. Он и его сестра могли определить, когда наступит вечер, например, по тому, когда лягушки зайдут на их задний двор и начнут квакать. Для наблюдательного ребенка было очевидно, что мир природы имеет неизменные ритмы. Его интерес привел его к изучению совершенно новых направлений исследований: в 2002 году он помог открыть, как датчики света в задней части глаза взаимодействуют с главными часами мозга. В 2005 году он обнаружил, что часть сетчатки, которая использует уровень окружающего света, чтобы определить, когда организм должен спать или бодрствовать, наиболее чувствительна к синему свету.
Это зависит от того, насколько хорошо вы хотите, чтобы ваш мозг работал
Панда решил, что его единственный путь вперед - доказать, что его коллеги-рецензенты ошибаются в отношении моделей питания. Взяв пример из Силиконовой долины, он открыл эксперимент на людях с помощью приложения. Он назвал это Mycircadianclock и набрал 156 человек. Он попросил их записывать, что они ели и пили, включая воду и лекарства, просто делая фотографии и загружая их через приложение.
Данные подтвердили его точку зрения. Мы думаем, что едим около трех раз в день. Но мы часто игнорируем закуски. На самом деле треть участников Panda ели восемь раз в день. И они чаще питались круглосуточно. Люди, которые начинали свой день с кофе и рогалика в 6 утра, в 11 вечера публиковали фотографии пирожных, чипсов Sun Chips, пиццы и вина. Чем позже это происходило, тем больше вероятность, что они съедят что-нибудь жирное или алкогольное. Панда предполагает, что мозг «думает, что не будет спать всю ночь, и поэтому хочет, чтобы мы переели перед приготовлением».
Панда с тех пор открыл свое приложение для публики, и число добровольцев исчисляется тысячами. Более того, куда бы он ни пошел, он проводит собственный неформальный опрос о часах и привычках приема пищи. Он спрашивает всех водителей такси, официанток и продавцов аптеки, которых встречает, во сколько они проснулись и когда поели в первый раз. И он спрашивает, когда их день закончится. «Многие из этих людей работают на двух работах», - говорит Панда.
Узнав о его работе, пожарно-спасательная служба Сан-Диего обратилась к Панде за помощью в борьбе с высоким риском сердечных приступов в этой профессии. Пожарные сталкиваются с теми же проблемами, что и бригада скорой помощи Херринга. Их смены длятся 24 часа в сутки, 24 часа в сутки, восьмидневные циклы. Непредсказуемые сигналы тревоги могут нарушить циркадные ритмы. Им также приходится в любое время догонять пропущенные приемы пищи, часто с высококалорийными угощениями от благодарных соседей. Панда хочет провести исследование, в котором он будет контролировать часы приема пищи, чтобы увидеть, влияет ли это само по себе на уровень сердечно-сосудистых заболеваний.