Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие общества привело к тому, что с появлением электричества человек стал проводить больше времени при искусственном освещении, в то время как экспозиция естественным светом уменьшилась, в частности, из-за повышения задымленности атмосферы на -10% за предыдущие 40 лет [Stanhill, Cohen, 2001]. Это придает особую важность вопросам влияния освещенности на организм и определения характеристик света, способствующих сохранению и поддержанию здоровья.
Для живого организма свет не только обеспечивает восприятие зрительной информации, но и вызывает широкий спектр физиологических реакций. При этом различают реакции, связанные с влиянием света на ритмические процессы (сдвиг фазы суточных ритмов, фотопериодизм и др.), и немедленное угнетающее или стимулирующее воздействие на ряд физиологических функций (подавление синтеза мелатонина, увеличение частоты сердечных сокращений, повышение уровня бодрствования и др.) (обзор в [Cajochen, 2007]. Роль света как регулятора ритмических процессов в организме показана при трансмеридианных перелетах, ночной работе, длительно пониженном освещении, полной слепоте (обзор в [Skene, Arendt, 2006]). На стимулирующих свойствах света основано его использование при лечении зимней и несезонных депрессий, нервной булимии, предменструального синдрома (обзор в [Terman, Terman, 2005]).
Анатомические образования, опосредующие физиологическое действие света на организм, включают сетчатку глаза и ретиногипоталамическии тракт [Hendrikson et al., 1972; Moore, Lenn, 1972]. Недавно выяснено, что импульса-цию по ретиногипоталамическому тракту передают не палочковые или колбоч-ковые фоторецепторы, участвующие в обеспечении зрительной функции, а ганглиозные клетки сетчатки, содержащие фотопигмент меланопсин [Provencio et al, 2000; Berson et al., 2002], с пиком чувствительности на длине волны -480 нм (сине-зеленый цвет) (обзор в [Brainard, Hanifin, 2005]). Тем самым выделена новая сенсорная система мозга [Foster, Hankins, 2002; Fu et al, 2005; Hannibal, 2006]. Показано, что у единичного числа полностью слепых людей благодаря интактной меланопсиновой фоторецепции сохранены физиологические реакции на свет [Czeisler et al., 1995; Zaidi et al., 2007]. Функцию меланопсиновых фоторецепторов не удается охарактеризовать напрямую известными офтальмологическими методами [Barnard et al, 2004; Zaidi et al, 2007], но можно опосредованно, путем колбочковой электроретинографии, регистрируемой в разное время суток и при различных режимах освещения [Hankins, Lucas, 2002; Barnard et al., 2006], поскольку меланопсиновые и колбочковые фоторецепторы модулируют функцию друг друга [Drouer et al, 2007; Dkhissi-Benyahya et al, 2008]. Од-
нако, базовые представления о том, как меняется светочувствительность собственно колбочковой и палочковой системы на протяжении суток, отсутствуют.
Основной (но не единственной [Saper et al, 2005; Lockley, Gooley, 2006; Kalsbeek et al., 2007]) проекцией ретиногипоталамического тракта являются парные супрахиазматические ядра гипоталамуса, содержащие центральные "биологические часы" - группу нейронов, которые при их изоляции in vitro сохраняют свою электрическую активность с генетически закрепленным индивидуальным периодом, близким к 24 часам ("циркадианным") (обзор в [Деряпа и др., 1985; Weaver, 1998]). Супрахиазматические ядра связаны полисинаптиче-ским путем с шишковидным телом мозга (эпифизом), которое секретирует гормон мелатонин в темное время суток - и у дневных, и у ночных животных (обзор в [Klein, 1993]). Мелатонин координирует работу всего организма благодаря его влиянию на экспрессию генов биологических часов в клетках. Секреция ме-латонина находится под двойным контролем - со стороны центральных биологических часов (при постоянном невысоком освещении суточный ритм выработки мелатонина сохраняется), и со стороны освещенности (немедленное подавление секреции светом), и мало зависит от иных, несветовых факторов (обзор в [Arendt, 2006]).
Хорошо изученным является действие света на суточную ритмичность у человека. Цикл освещенности (свет-темнота) является важнейшим среди "время-задателей", подстраивая ход биологических часов под астрономические сутки. Относительную силу (иерархию) других факторов для человека - состояние сна-бодрствования, интенсивная физическая нагрузка, прием пищи, звуковые сигналы, температурные условия, знание времени суток, социальные стимулы -требуется еще установить [Klerman, 2001; Mistlberger, Skene, 2005]. Мелатонин можно рассматривать как антагонист действию света. Так, утренний прием мелатонина сдвигает фазы суточных ритмов на более позднее время, а утреннее воздействие светом - на более раннее время [Lewy et al., 1998].
Кроме регуляции суточной ритмичности, свет влияет на годовые и месячные циклические процессы в организме человека. Наиболее ярким проявлением годовой ритмичности на средних и крайних широтах проживания является возвратная зимняя депрессия - сезонное аффективное расстройство [Rosenthal et al., 1984], отмеченное примерно у 2% населения [Danilenko, Putilov, 1996; Levitt et al., 2000; Michalak et al., 2001]. Воздействие ярким светом признано методом выбора в терапии зимней депрессии [Lam, Levitt, 1999], приводя к значительному улучшению состояния быстро, всего за неделю, с минимумом оказываемых побочных эффектов (обзор в [Симуткин, 2007]). При этом терапевтический эффект связывают не столько с нормализацией суточной ритмичности [Lewy et al.,
2006], сколько с активационным действием света [Kasper et al., 1988], механизм которого по-прежнему не ясен.
Наиболее явным проявлением месячной ритмичности у человека является менструальный цикл у женщин. В единичных исследованиях, посвященных изучению действия света на репродуктивную функцию у человека, было показано, что ночной свет (имитирующий лунный) способствует нормализации менструального цикла у женщин с удлиненным, нерегулярным циклом (обзор в [Kripke, 1993]).
В регистрируемых эффектах света функциональное значение имеют время суток, в которое происходит световоздействие, интенсивность, продолжительность, спектр светового сигнала, что отражено в результатах многочисленных исследований. Менее изучены в этом отношении интермиттирующий свет [Rimmer et al., 2000; Gronfier et al., 2004], постепенное изменение интенсивности светового сигнала ("искусственный рассвет" и "искусственный закат") [Terman et al, 1989], поляризация света [Brainard et al, 2000], угол падения светового потока [Visser et al, 1999; Glickman et al, 2003].
Данная работа направлена на выявление параметров световых воздействий, имеющих физиологическое и терапевтическое значение для человека, и новых реакций организма на свет.
Цель исследования - определить функциональную роль световых воздействий в регуляции циклических процессов у человека: циркадианных ритмов, зимней депрессии, менструальной (дис)функции.
Задачи:
-
Выяснить наличие циркадианного ритма колбочковой и палочковой зрительной светочувствительности и роль мелатонина в ее регуляции у человека.
-
Установить степень влияния искусственного рассвета и времени сна на циркадианные ритмы секреции мелатонина и температуры тела.
-
Выяснить степень клинической эффективности поляризованного света и искусственного рассвета в коррекции зимней депрессии.
-
Определить действие искусственного света на уровень репродуктивных гормонов, овуляцию и менструальный цикл.
Научная новизна. Впервые показано, что, по данным электроретинографии, у колбочковой (световой) светочувствительности человека имеется отчетливый эндогенный циркадианный ритм, а у палочковой (темновой) светочувствительности он слабо выраженный. В условиях режима постоянного освещения (~57 лк для колбочек, темнота - для палочек) светочувствительность фоторецепторов постепенно снижается.
Впервые доказано, что искусственный рассвет сдвигает фазы суточных ритмов человека, в то время как собственно сон оказывает лишь слабое влияние на них. В условиях световой депривации в течение нескольких дней уровень секреции мелатонина снижается.
Впервые показано, что поляризация света не имеет значения для достижения клинического эффекта светолечения зимней депрессии. Использование искусственного рассвета приближается по эффективности к яркому свету за счет большего предпочтения его пациентами.
Впервые показано совокупное стимулирующее действие яркого искусственного света на секрецию половых гормонов (лютеинизирующего гормона, фол-ликулостимулирующего гормона, пролактина), рост яичникового фолликула и наступление овуляции у женщин.
Научно-практическая значимость. Работа имеет значение для развития перспективного научного направления по изучению физиологических механизмов действия света на организм человека. Показано, что использование искусственного рассвета является эффективным для коррекции различных циклических процессов: циркадианных ритмов, менструального цикла, зимней депрессии. Одним из побочных эффектов светолечения зимней депрессии является укорочение менструального цикла. Утреннее воздействие ярким светом показано в качестве дополнительного метода лечения бесплодия ановуляторного гене-за у женщин. Для поддержания нормальной светочувствительности зрительных фоторецепторов необходимо изменяющееся в течение дня освещение. После приема мелатонина следует учитывать его ослабляющее влияние на световое зрение (при сохранении бодрствования).
Положения, выносимые на защиту:
-
Колбочкам и палочкам сетчатки в разной степени присущ циркадианный ритм светочувствительности. При постоянном освещении светочувствительность фоторецепторов снижается. На кол бочковую функцию влияет мелатонин.
-
При пониженной освещенности циркадианные ритмы секреции мелатонина и температуры тела не синхронизированы с 24-часовыми сутками, и сдвиг их фаз отражает индивидуальный ход центральных биологических часов. Искусственный рассвет является значимым хронофизиологическим сигналом для человека, а собственно сон - нет.
-
Искусственный рассвет является значимой альтернативой стандартному стимулу яркого света при лечении зимней депрессии. Поляризация света не имеет значения для достижения клинического улучшения.
4. Воздействие искусственным светом стимулирует овариально-менстру-
альную функцию у женщин.
Внедрение результатов работы. Метод светолечения зимней депрессии, начатый применяться нами впервые в стране с 1988 года, получил распространение в учреждениях СО РАМН г. Новосибирска. С 1999 года в поликлинике НИИ терапии СО РАМН функционирует кабинет светолечения зимней депрессии []. При поддержке автора светолечение ярким светом внедрено в практику в профилактории Отдела образования при Городском центре образования и здоровья "Магистр" и в Городской клинической психиатрической больнице №3 (Договоры о сотрудничестве от 19.01.2007 и 17.04.2008). В соавторстве с коллегами написана и издана брошюра "Светолечение зимней депрессии" [1]. Сведения о методе включены в программу преподавания в Новосибирском государственном медицинском университете.
Основные результаты доложены автором лично в виде устного или стендового докладов на следующих научных конференциях: 3-ей Швейцарской по-стерной конференции по фундаментальным и клиническим нейронаукам (Берн, 1996), международном симпозиуме "Биологические эффекты света" (Базель, 1998), Гордоновской конференции по хронобиологии (Италия, 1999), встречах Общества светолечения и биоритмов (Стокгольм, 2001, Эйндховен, 2005, Квебек, 2006), международного Общества исследований биологических ритмов (Флорида, 2002), 1-й Всероссийской конференции "Депрессивные расстройства" (Томск, 2003), 13-м Международном конгрессе по Приполярной медицине (Новосибирск, 2006). Диссертационная работа обсуждена на расширенном заседании сотрудников НИИ терапии СО РАМН 25.11.2008.
Личный вклад автора. В диссертационную работу вошли исследования (табл. 1), в которых исполнительский вклад диссертанта был преобладающим (исследования 1-9) или равен вкладу других исполнителей (исследования 10-12). Автор лично отбирал и наблюдал практически всех исследуемых, проводил все методики (кроме ультразвукового исследования и определения гормонов [не мелатонина]; табл. 2) и обрабатывал полученные данные.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 13 статей в рецензируемых журналах (из них 10 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для докторских диссертаций по медицине), 1 глава в зарубежной книге, 1 научно-популярная брошюра, 26 статей в сборниках и тезисов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 191 странице, содержит 24 таблицы и 40 рисунков, включает главы Введение, Обзор литературы, Объекты и методы исследования, Результаты, Обсуждение, Заключение, Выводы, Список литературы. Список литературы состоит из 43 отечественных и 285 зарубежных источников.
![Роль эндогенной интоксикации в нарушении гомеостаза организма человека при хронических дерматозах [Электронный ресурс]](/i/i/4437/209768.png "Роль эндогенной интоксикации в нарушении гомеостаза организма человека при хронических дерматозах [Электронный ресурс] Анненкова Анна Борисовна")
