Темрява має значення вплив світла вночі на обмін речовин
Ренді Дж. Нельсон
1 кафедра поведінкової медицини та психіатрії, Університет Західної Вірджинії, Моргантаун, WV 26505, США
Сухад Чбеїр
2 Кафедра неврології, Університет штату Огайо, Коламбус, штат Огайо 43210, США
Обидва автори брали участь у написанні та редагуванні рукопису.
Анотація
Життя на землі еволюціонувало з урахуванням щоденного обертання нашої планети; тобто за останні 3-4 мільярди років життя розвивалось в умовах темних ночей і світлих днів. Біологічні функції чудово призначаються для оптимального функціонування: одні процеси відбуваються вночі, а інші вдень. Для тварин, що не є людьми, обмеження діяльності у відповідній часовій ніші є вирішальним для оптимальної фізичної форми та виживання. Для людських тварин тимчасова організація фізіології однаково важлива для здоров'я та самопочуття. Однак за останнє століття межі між денним та нічним часом стиралися завдяки широкому впровадженню електричних освітлювальних приладів у нічний час. Порушення наших внутрішніх щоденних ритмів стало досить поширеним явищем у всіх розвинених країнах. Для людських тварин наслідки для здоров'я хронічного часового зриву внаслідок нічного впливу світла стають все більш очевидними (1,2) .
Циркадні ритми тривають приблизно, але не точно 24 години. Незважаючи на те, що ці внутрішні ритми є надійними, вони потребують зовнішнього введення світла, щоб узгодити їх із зовнішніми умовами світло-темряви. Світло вночі може спричинити хаос із процесом точного захоплення внутрішніх циркадних ритмів з 24-годинним сонячним днем. У цьому огляді буде розглянуто роль циркадних ритмів у метаболічній функції та те, як неправильно вирівняні циркадні ритми можуть порушити метаболізм. Будуть розглянуті епідеміологічні дослідження, а також дослідження працівників нічної зміни. Крім того, будуть підсумовані експериментальні дані досліджень на тваринах, які не виконуються людьми, щоб зрозуміти основні механізми порушених метаболічних ритмів та регулювання маси тіла.
Циркадні ритми
Циркадні ритми - це ендогенно керовані функціональні цикли, що генеруються з біологічних годинників. Циркадні ритми є самостійними і мають періоди приблизно 24 год. Головний цілодобовий годинник ссавців розташований у скупченні нейронів гіпоталамусу всередині супрахіазматичних ядер (SCN) біля основи мозку. SCN генерує щоденні ритми транскрипції-трансляції, що включають петлі зворотного зв’язку транскрипції та трансляції генів у SCN, що відповідає добовому обертанню планети. Ці ендогенні циркадні ритми синхронізуються (захоплюються) з 24-годинним зовнішнім середовищем світло-темрява, в основному, використовуючи світлову інформацію, що передається від спеціалізованих невізуальних фоторецепторів сітківки безпосередньо до SCN; генні та білкові компоненти цього циклу модулюються світлом для підтримки щільної синхронізації з навколишнім середовищем. Без світлих і темних сигналів ендогенний годинник закінчується у фазі із зовнішнім середовищем. Таким чином, правильно встановлений час введення світла є критичним для підтримання внутрішніх біологічних годинників, оскільки фізіологічні та поведінкові процеси еволюціонували так, щоб оптимально функціонувати в ритмі протягом 24 годин.
Обмін речовин
Метаболізм є основним фізіологічним процесом під циркадним контролем (16). Таким чином, порушення циркадних ритмів, таких як вплив світла вночі, може впливати на обмін речовин. Дійсно, дослідження працівників нічної зміни та інші епідеміологічні дослідження, а також лабораторні дослідження тварин, які не є людьми, встановили сильний взаємозв'язок між впливом світла протягом ночі та порушенням регульованої глюкози, збільшенням поширеності метаболічного синдрому та ожирінням (17). Ці дослідження будуть розглянуті пізніше.
Працівники нічної зміни
Працівники нічних змін можуть розглядатися як «канарки у вугільній шахті» з точки зору впливу впливу нічного світла на здоров'я. Перша велика група, на яку впливає багаторазова робота в нічний час доби, працівники нічних змін попереджають про проблеми зі здоров’ям, з якими ми можемо зіткнутися інші. Дослідження чоловіків та жінок, які працюють у нічні зміни, показали, що працівники нічних змін частіше мають надлишкову вагу або ожиріння, ніж люди, які виконують однакові роботи вдень (18). Це дослідження припускає, що робота в нічну зміну, а також перебування під впливом світла вночі може порушити циркадні сигнали, що може порушити метаболізм і призвести до ожиріння.
Наприклад, більше морських нафтовидобувних працівників, які їдуть до Північного моря, страждають ожирінням, ніж ті, хто залишається там. Спочатку це пояснювалося різницею в тому, що працівники нафтових установок харчуються високоенергетичною їжею і не займаються спортом (19). Однак подальші дослідження показали, що скільки часу витрачається на нічні зміни найбільш точно корелює із збільшенням маси тіла; дійсно, робочі ночі були навіть впливовішими за вік, хоча вік був сильно пов'язаний із збільшенням ваги серед працівників бурових установок, що працюють у денні зміни (19). Дослідники з Японії повідомили про подібні відносини; чоловіки, що працюють у нічні зміни на металургійному заводі, а також на фабриці стулок та блискавок, мали підвищений ризик ожиріння (20, 21). Як поточна, так і кумулятивна робота в нічну зміну була пов’язана з ожирінням в недавньому дослідженні польських медсестер, які працювали вісім і більше нічних змін на місяць (22). Подібні результати були зафіксовані для довготривалих медсестер у нічні зміни в Бразилії (23,24). Ефекти роботи нічних змін на обмін речовин зберігаються, оскільки колишні працівники нічних змін зберігали підвищений ризик ожиріння після переходу на денні зміни. Справді, мета-аналіз усіх лонгітюдних даних, опублікованих про роботу в нічну зміну та масу тіла, виявив сильний взаємозв'язок між робочими нічними змінами та надмірною вагою або ожирінням (25) .
Пізніше було проведено метааналіз тридцяти дев'яти робіт, що описують двадцять два лонгітюдні дослідження (26). Цей аналіз виявив сильну взаємозв'язок між робочими нічними змінами та збільшенням маси тіла, ризиком надмірної ваги та порушенням толерантності до глюкози. Автори дійшли висновку, що сильна методологічна якість не дозволяє оцінити взаємозв'язок роботи в нічну зміну та інших факторів метаболічного ризику (26) .
Тим не менше, деякі дослідження мають досить сильну методологію, щоб підтримати взаємозв'язок між роботою в нічні зміни та іншими метаболічними ризиками. Наприклад, позитивна залежність між робочими нічними змінами та підвищеним ризиком розвитку діабету 2 типу повідомляється в рамках досліджень здоров’я медсестер. Близько 70 000 дорослих у віці 42–67 років були під наглядом з 1998 по 2008 рік, а друга група - близько 108 000 дорослих у віці 25–47 років з 1989 по 2007 рік. Жінки, які працювали в нічні зміни, мали не тільки більш високий ризик розвитку діабету 2 типу але ризик також пропорційно визначався тим, скільки років вони працювали в нічні зміни (27). Звичайно, працівники нічної зміни також стикаються з іншими ризиками, крім нічного світла, включаючи соціальне відставання реактивних літаків (28) та порушення сну (29,30), що ускладнює ізоляцію його впливу на масу тіла.
Епідеміологічні дослідження
Враховуючи обмеження нічних змін, дослідження також вивчали роль впливу світла вночі у людей, які не працюють у нічну зміну. Маса тіла також збільшується під впливом світла вночі в типових домашніх умовах. Наприклад, учасники, які піддавались впливу нічного освітлення, що перевищував лише три люкси, набрали значно більше ваги, збільшили обхват талії та розвинули більш високий рівень ТАГ та вищий рівень холестерину ЛПНЩ (31). Дослідження, проведене на 100 000 жінок у Великобританії, повідомило, що шанси ожиріння зростають в міру збільшенням впливу світла вночі (32) .