Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Синий и зеленый свет будят человека по-разному


График изменения уровня мелатонина в зависимости от времени суток. Вечером эпифиз начинает выбрасывать мелатонин в кровь; к середине ночи уровень мелатонина максимален, а к утру начинает опускаться до низкого дневного уровня. По вертикальной оси — мелатонин (в пикограммах на миллилитр), по горизонтальной — время суток. Изображение с сайта www.epgonline.org
График изменения уровня мелатонина в зависимости от времени суток. Вечером эпифиз начинает выбрасывать мелатонин в кровь; к середине ночи уровень мелатонина максимален, а к утру начинает опускаться до низкого дневного уровня. По вертикальной оси — мелатонин (в пикограммах на миллилитр), по горизонтальной — время суток. Изображение с сайта www.epgonline.org

В регуляции суточных (циркадных) ритмов у человека принимают участие не только меланопсиновые клетки (см.: Photosensitive ganglion cell), но и «классические» фоторецепторы — колбочки. Однако действуют они по-разному: колбочки «просыпаются» в ответ на длинноволновый, а меланопсиновые клетки — в ответ на коротковолновый свет. Кроме того, колбочки через некоторое время после включения света «выключаются» и перестают «будить» организм, а меланопсиновые клетки активны всё то время, что горит свет. Благодаря этим новым данным можно будет улучшить методики светотерапии при нарушениях сна, а также создать более полную картину регуляции циркадных ритмов.

«Внутренние часы» человека расположены в крохотном, размером с рисовое зернышко, супрахиазматическом ядре (СХЯ; см.: Suprachiasmatic nucleus) в гипоталамусе. Это ядро формирует цикл сон–бодрствование, регулирует суточные колебания уровня гормонов, экспрессии генов, температуры тела, пищеварительной активности и так далее. Чтобы синхронизировать свою деятельность с солнечным циклом, СХЯ получает информацию от светочувствительных клеток в сетчатке. Если клетки «сообщают» ему, что стало светло, СХЯ, помимо прочих действий, резко понижает синтез главного пейсмейкерного (то есть ритмообразующего) гормона мелатонина (подробнее о мелатонине см. также статью В. Анисимова «Хронометр жизни»).

Помимо фоторецепторов — палочек и колбочек, о которых, наверное, знают все, — в сетчатке есть еще несколько типов клеток. Биполярные нейроны (см.: Bipolar cell of the retina) передают информацию от колбочек и палочек на ганглионарные клетки (см.: Retinal ganglion cell), аксоны которых и образуют глазной нерв, а амакриновые (см.: Amacrine cell) и горизонтальные клетки (см.: Horizontal cell) обеспечивают горизонтальные связи в сетчатке. Палочки и колбочки расположены на самом «дне» глаза, и перед тем как на них попасть, свет проходит через все остальные слои клеток.

Структура сетчатки. Изображение с сайта www.skidmore.edu
Структура сетчатки. Изображение с сайта www.skidmore.edu

Все клетки сетчатки, кроме колбочек и палочек, «слепы», то есть нечувствительны к свету. Есть только одно интересное исключение: небольшая группа ганглионарных клеток способна воспринимать свет с помощью пигмента меланопсина (см.: Melanopsin), чувствительного к синему свету (λmax = ~480 нм). Аксоны этих клеток идут непосредственно в СХЯ, передают туда информацию об уровне освещенности и таким образом «подстраивают» внутренние часы организма под суточный цикл.

Даже у тех слепых людей, у которых не работают палочки и колбочки, циркадные ритмы не нарушаются, поскольку меланопсиновые клетки сетчатки продолжают функционировать, оценивать уровень освещенности и передавать информацию об этом в СХЯ. Поэтому было принято считать, что ни палочки, ни колбочки не участвуют в системе генерации циркадных ритмов.

Однако некоторое время назад было показано, что у мутантных мышей, лишенных меланопсина, всё равно присутствуют циркадные ритмы, а в ответ на свет уменьшается синтез мелатонина и сужается зрачок (адаптация зрачка под уровень освещенности тоже считается «обязанностью» меланопсиновых клеток). Все эти функции нарушаются только тогда, когда уничтожаются и сигнальные пути от палочек и колбочек. А значит, в генерации суточных ритмов палочки и колбочки играют немаловажную роль.

Чтобы оценить эту роль, была проведена серия экспериментов на добровольцах возрастом от 18 до 30 лет. В ночное время их помещали на 6,5 часов под постоянный свет с длиной волны 460 нм (на него реагируют меланопсиновые клетки) или 555 нм (его не воспринимают меланопсиновые клетки, зато распознают колбочки). Внутри каждой группы («меланопсиновой» и «колбочковой») были свои подгруппы, отличающиеся по яркости предъявляемого света. У испытуемых измеряли уровень мелатонина и сдвиг суточных ритмов.

У большинства испытуемых 460-нанометровый («меланопсиновый») свет снижал уровень мелатонина в течение всех 6,5 часов, в то время как 555-нанометровый («колбочковый») свет вызывал только кратковременное, хотя и сильное, понижение мелатонинового уровня в самом начале своего предъявления. На следующий день после эксперимента наблюдался «фазовый сдвиг»: уровень мелатонина начинал повышаться позже, чем до эксперимента, причем графики изменения этого уровня для «меланопсиновых» и «колбочковых» испытуемых имели абсолютно разную форму.

Типичные результаты эксперимента для двух испытуемых, одному из которых предъявлялся синий «меланопсиновый» свет (460 нм; верхний ряд графиков), а другому — зеленый «колбочковый» (555 нм, нижний ряд графиков). Изображение из обсуждаемой статьи в Science Translational Medicine
Типичные результаты эксперимента для двух испытуемых, одному из которых предъявлялся синий «меланопсиновый» свет (460 нм; верхний ряд графиков), а другому — зеленый «колбочковый» (555 нм, нижний ряд графиков). В левой колонке показано изменение уровня мелатонина во время предъявления света (этот интервал времени показан черным прямоугольником), а в правой — на следующий день после эксперимента (черные вертикальные линии показывают «фазовый сдвиг» графиков). Черные графики — колебание мелатонинового уровня за день до эксперимента. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Translational Medicine

Чем ярче свет, тем сильнее сдвигаются циркадные ритмы, и это верно для обеих групп испытуемых. Однако если мы построим график зависимости фазового сдвига от интенсивности синего и зеленого света, то увидим, что «синий» график растет гораздо быстрее. Получается, что при низкой яркости зеленый свет гораздо эффективнее синего, а при высокой — наоборот.

График зависимости фазового сдвига от дозы полученного света. Горизонтальный черный пунктир показывает половину от максимального сдвига суточного ритма, а цветные вертикальные пунктирные линии — соответствующие этому сдвигу значения дозы света. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Translational Medicine
График зависимости фазового сдвига от дозы полученного света. Доза света измеряется в десятичном логарифме количества фотонов, попавших на единицу площади за единицу времени (13 lg фотонов см–2·с–1 ~24 люкса для 555-нанометрового света и ~2 люкса для 460-нанометрового), а сдвиг суточных ритмов — в часах. Горизонтальный черный пунктир показывает половину от максимального сдвига суточного ритма, а цветные вертикальные пунктирные линии — соответствующие этому сдвигу значения дозы света. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Translational Medicine

То есть и меланопсиновые клетки, и колбочки вносят свой вклад в генерацию циркадных ритмов, только вклад этот разный: колбочки при включении света «просыпаются» на короткое время, а затем, даже если свет продолжает гореть, «засыпают» и не посылают в СХЯ сигналы, приводящие к падению уровня мелатонина, а меланопсиновые клетки, однажды «проснувшись», понижают уровень мелатонина всё то время, что горит свет. Можно сказать, что меланопсиновые клетки — основной «будильник» для организма, а колбочки — дополнительный, работающий примерно с той же силой, но ограниченное время.

Полученные результаты могут модернизировать методики светотерапии, используемые при различных нарушениях сна, сбоях суточных ритмов и психических проблемах, например при сезонном аффективном расстройстве (см.: Seasonal affective disorder), в России хорошо известном как «зимняя депрессия», а также для облегчения участи людей, работающих по ночам. Раньше для этого применялся в основном коротковолновой синий свет, возбуждающий меланопсиновые клетки. Но вполне возможно, что более длинноволновой «колбочковый» свет окажется ничуть не менее полезным — либо сам по себе, либо в совокупности с коротковолновым.

Источник: Joshua J. Gooley, Shantha M. W. Rajaratnam, George C. Brainard, Richard E. Kronauer, Charles A. Czeisler, Steven W. Lockley. Spectral Responses of the Human Circadian System Depend on the Irradiance and Duration of Exposure to Light // Science Translational Medicine. 12 May 2010. V. 2. Issue 31. P. 31ra33.

Вера Башмакова


Комментировать



Последние новости: НейробиологияМолекулярная биологияЦиркадные ритмыМедицинаВера Башмакова

05.12
Хищные бактерии помогают иммунной системе справиться с инфекцией
28.11
У собак есть эпизодическая память
24.11
Метаморфоз у личинок червя Hydroides elegans запускается бактериями
16.11
За «боязнь» щекотки у крыс отвечает соматосенсорная кора
14.11
Ген, работающий в мышцах и костях, у обезьян стал регулировать развитие мозга
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
27.10
Моллюски разных видов могут заражать друг друга раком
11.10
Человечество приблизилось к пределу долголетия
09.10
Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2016
15.09
Разработан метод пространственной визуализации транскрипции генов

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия