Сочинение на тему Корреляция естественных ритмов и регуляции сна

Исследователи знают, что у живых организмов, включая людей, есть внутренние биологические часы, благодаря которым это предсказуемое изменение в световой среде позволяет организмам прогнозировать и адаптировать свои ритмы активности и отдыха и физиологию к конкретным временам цикла день-ночь.

Несмотря на то, что циркадная система организма действует независимо от внешних сигналов, но, как уже упоминалось, условия окружающей среды, такие как свет, температура и питание, сбрасывают часы организма через множество путей. Температурные циклы окружающей среды сбрасывают часы тела посредством клеточной сигнализации теплового шока и гуморальных / нервных путей. Наличие пищи также является мощным источником времени и вовлекает периферические часы в процесс чувствительных к питанию и гормональных путей. Суперхиазматическое ядро ​​(SCN) гипоталамуса головного мозга синхронизируется по циклам свет / темнота, а также по периферическим часам. Циркадные часы в SCN управляются внешними сигналами и координируют периферические часы, посылая сигналы в периферические ткани, такие как печень, скелетные мышцы, жировая ткань и поджелудочная железа, через гормоны и нейротрансмиттеры.

В основе регуляции сна лежат три основных процесса: первый контроль над биологическими механизмами – это гомеостатический процесс, опосредующий нарастание тенденции сна во время бодрствования и его рассеяние во время сна; другим механизмом управления является процесс ультрадиана, происходящий в эпизоде ​​сна и представленный чередованием двух основных состояний сна, не-быстрого сна и быстрого сна. И третьи механизмы контролируют циркадный процесс, часовой механизм, который в основном не зависит от предшествующего сна и бодрствования и определяет чередование периодов с высокой и низкой склонностью ко сну.

Циркадные часы управляют многими выходами, которые включают циклы сна / бодрствования и метаболические процессы, а также гормональные изменения. Правильное выравнивание между светом, циркадными часами и выходным поведением создает временный порядок в организмах, который необходим для выживания. Циркадные часы делятся на сон в определенное время цикла день-ночь, тогда как гомеостатический механизм отслеживает потребность во сне.

Сон и поведенческая активность оказывают сильное влияние на уровень многих гормонов (например, мелатонина, гормона роста). сон должен происходить в части циркадного цикла, время минимальной температуры тела и максимальной концентрации мелатонина должно происходить ближе к концу периода сна [6, 7]. Температура ядра обычно достигает минимума около 4: 30-5: 00 утра по утрам у взрослых, и мелатонин (обычно полностью отсутствует в дневное время) обычно начинает вырабатываться около 8: 00-9: 00 вечера ночью и останавливается около 7 : 00-8: 00 утра. Самая глубокая склонность к сонливости возникает в середине ночи, около 2: 00-3: 00 утра, наряду с более коротким и мелким периодом сонливости, примерно через двенадцать часов, около 2: 00-3: 00 днем ​​(рис. 1). .

Мелатонин не требуется для сна у людей. Например, пациенты, у которых по медицинским причинам была удалена шишковидная железа, часто испытывают незначительные нарушения в цикле сна и бодрствования [10]. Тем не менее, в нескольких исследованиях изучалась способность экзогенного мелатонина улучшать сон у людей, часто с противоречивыми результатами. Система мелатонина играет хорошо зарекомендовавшую себя роль в регулировании циркадных часов и ритмов, которыми управляют часы. В доклинических исследованиях мелатонин показал большую перспективу для лечения бессонницы или расстройств сна с циркадным ритмом (CRSD). Однако физико-химические и фармакокинетические свойства мелатонина замедлили реализацию этого потенциала. Разработка селективных агонистов мелатонина с улучшенными свойствами улучшила перспективы манипулирования мелатониновой системой для лечения пациентов с различными нарушениями сна.

Было показано, что ночное воздействие света влияет на экспрессию определенных генов в SCN, известных как тактовые гены, такие как period (per). Уровень экспрессии в клетках SCN определяет фазу циркадных часов. Таким образом, воздействие яркого света вечером вызывает задержку фазы в циркадных часах, тогда как аналогичное воздействие поздней ночью вызывает опережение фазы. Поскольку часы SCN контролируют выделение мелатонина в шишковидной железе, такие сдвиги фаз будут проявляться как изменения во времени секреции мелатонина. Действительно, уровень циркулирующего мелатонина является одним из самых надежных показателей фазы циркадных часов у человека.

Циркадные часовые перегородки спят, чтобы происходить в определенное время цикла день-ночь, тогда как гомеостатический механизм отслеживает потребность во сне. Это гомеостатическое влечение накапливается в периоды бодрствования и уменьшается во время сна. Сочетание циркадного механизма и гомеостатического драйва сна определяет продолжительность сна. В течение многих лет предполагалось, что свет влияет на сон только вторично из-за изменений циркадного фотовозбуждения. Тем не менее, некоторые исследования показали, что свет напрямую влияет как на начало сна, так и на гомеостатический сон. Таким образом, циркадные часы и сон могут тесно взаимодействовать, чтобы позволить организмам адаптироваться к окружающей среде. Это взаимодействие может быть использовано для объяснения того, почему изменения в световой среде, такие как изменения, связанные со сменной работой, сокращением продолжительности светового дня зимой и путешествием через трансмеридиан, связаны с общими изменениями в состоянии здоровья, включая такие проблемы психического здоровья, как сезонное аффективное расстройство, депрессия и когнитивная дисфункция. Влияние света на циркадную систему было тщательно изучено с акцентом на то, как изменения в световой среде приводят к изменениям циркадных ритмов, которые, в свою очередь, влияют на сон и способствуют изменениям настроения и когнитивной функции. Циркадные гены могут играть важную роль в контроле множества биологических процессов, включая репарацию ДНК, окислительный стресс, поддержание стабильности генома, пролиферацию клеток и апоптоз. Следовательно, они могут иметь важное значение для канцерогенного процесса. Изменение циркадных расстройств, сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения, нарушения толерантности к глюкозе, злоупотребления алкоголем и рака.

Было широко отмечено, что существует молекулярная петля обратной связи для определенных генов часов, которые действуют как позитивные, а также негативные регуляторы биологических часов. Более того, сообщается, что экспрессия циркадных генов среди людей сходна с таковой, наблюдаемой в периферической ткани грызунов, хотя также наблюдаются специфические для ткани паттерны экспрессии генов. Суточные вариации экспрессии генов часов, связанные с различной ритмичностью и максимальной или минимальной экспрессией в различных периферических тканях организма человека, являются наиболее сильными для лейкоцитов периферической крови, вероятно, из-за присутствия различных популяций клеток в этой ткани. Однако субпопуляции лейкоцитов крови могут быть полезны для изучения циркадных ритмов человека, поскольку циркадные гены экспрессируются с пиковым уровнем, возникающим в течение обычного времени активности.

DSM-V определяет расстройство сна и бодрствования при циркадном ритме следующим образом: постоянный или повторяющийся паттерн нарушения сна, который в основном связан с изменением циркадной системы или смещением между эндогенным циркадным ритмом и сном-следом график, требуемый физической средой человека или социальным или профессиональным графиком. Международная классификация болезней (ICD-10-CM, 2014) перечисляет 6 подтипов нарушения сна с суточным ритмом сна: тип фазы замедленного сна, тип свободного бега, тип фазы расширенного сна, нерегулярный тип сна-бодрствования, сменный тип работы, смену часовых поясов тип.