Ученые показали, что древние сезонные механизмы изменения циркадных ритмов участвуют в адаптации к сменной работе и обусловливают индивидуальные особенности суточного поведения человека.
Несмотря на то, что человек уже давно научился продлевать свой день с помощью искусственных источников света, сон и настроение все еще тесно связаны со сменой времен года. Жители умеренного климата часто испытывают повышенную потребность в сне зимой, а летом поздно ложатся и легко встают с рано утром. Это связано с тем, что мы все еще остаемся сезонными животными, как и наши далекие предки. Например, у нас существует сезонность в уровне репродуктивных гормонов: уровень тестостерона у мужчин повышается весной и летом, хотя размножение нашего вида уже давно не привязано к времени года.
Воздействие света ежедневно синхронизирует наши циркадные ритмы с окружающей средой. Почти 50 лет назад ученые предложили модель, согласно которой циркадные ритмы человека и животных регулируются двумя внутренними часами, одни из которых реагируют на рассвет, а другие – на закат. По отдельности они контролируют переходы фаз активности и покоя друг в друга. Световой сигнал в мозгу обрабатывается группами нейронов, называемыми супрахиазматическими ядрами (СХЯ). Клетки СХЯ объединены в кластеры, которые демонстрируют разную активность в зависимости от продолжительности светового дня, причем особенности этой активности в значительной степени могут быть определены генетикой. Например, ген SLC20A2, который экспрессируется в нейронах СХЯ, важен для сезонной адаптации у мышей. Животные со сниженной продукцией SLC20A2 не способны адаптироваться к зимнему графику смены дня и ночи, хотя летом не испытывают проблем. Не исключено, что генетика является важным фактором в определении межиндивидуальных различий не только в реакции организма человека на сезонное изменение продолжительности дня, но и на такие современные явления, как сменная работа и быстрая смена часовых поясов. Известно, что работа в ночную смену связана у многих людей с проблемами со здоровьем, такими как набор веса и нарушения сна. Но некоторые спокойно способны работать в сменном графике и чувствовать себя стабильно хорошо.
Недавнее исследование, охватившее более 3 000 молодых медиков, работающих посменно, показало, что древний механизм адаптации к смене времен года также влияет на нашу способность приспосабливаться к работе то днем, то ночью, а также, вероятно, к быстрой смене часовых поясов. Также это исследование определило роль полиморфизмов гена SLC20A2 в этом процессе.
Ученые измеряли активность испытуемых с помощью фитнес-браслетов. В целом оказалось, что количество шагов, пройденных за день, и время бодрствования летом были выше, чем зимой. Но при этом у части участников разница в количестве ежедневных шагов между летом и зимой практически отсутствовала, а у некоторых наблюдалась даже обратная тенденция по сравнению с основной группой. Для определения «внутреннего времени» каждого человека, то есть индивидуальных циркадных ритмов, использовали показатель частоты сердечных сокращений. Участники, показавшие наибольшую сезонную разницу в количестве шагов, также продемонстрировали наиболее выраженные нарушения цикла сна и бодрствования на фоне зимних ночных смен. После летних ночных смен характер нарушений был иным. Используя математическое моделирование, исследователи смогли показать, что наличие определенного набора однонуклеотидных полиморфизмов гена SLC20A2 влияет на циркадные ритмы участников, их физическую активность и способность адаптироваться к сменной работе, особенно зимой.
Понимание биологических основ адаптации людей к современным факторам может послужить основой для разработки способов смягчения их воздействия за счет определения персонализированных стратегий. Кроме того, это может помочь людям понять, требуется ли им больше отдыха при смене времен года и часовых поясов.