Как световое загрязнение вызывает рак и старение

Заболеваемость раком рекордна в крупных городах развитых стран, но ученым долго не удавалось описать механизм влияния экологических факторов на онкогенез. В 1990 году впервые была высказана гипотеза «светового загрязнения», и сегодня это один из экологических факторов мегаполисов с доказанной ролью в патогенезе рака.

С появлением искусственного освещения активность человека перестала зависеть от суточных ритмов планеты. Однако вызванные данным фактором нарушения режима сна и питания привели к непредсказуемым последствиям для здоровья. Как Солнце управляет нашим организмом, почему искусственное освещение, нарушение режима сна и питания становятся причиной рака и преждевременного старения — об этом мой сегодняшний рассказ.

Происхождение биоритмов
Чтобы оценить насколько биоритмы важны для человека, мысленно вернемся к нашим одноклеточным предкам, обладающими светочувствительным пятном, через которое Солнце управляло их жизнью. Например, светочувствительный «глазок» простейшей водоросли Эвглены красной в ответ на свет активирует жгутик, который начинает грести к поверхности водоема для более активного фотосинтеза. Чтобы отсечь вредный для ДНК ультрафиолет, Эвглена синтезирует пигмент, поэтому ее чрезмерное размножение в солнечные дни окрашивает водоем в красный цвет. Так что вот такие фото в интернете — результат размножения подобных микроорганизмов, а не последствия кровавой расправы живодеров над китами:

При снижении освещенности светочувствительное пятно начинает синтезировать эвгленофицин, который вызывает перераспределение красного пигмента в глубь клетки, и одноклеточное тельце перекрашивается в зеленый цвет хлоровилла. Благодаря этому увеличивается светочувствительность хлоропластов, и микроорганизм продолжают фотосинтез даже в тени.

Ночью Эвглена пассивно оседает на дно, где переключается с фотосинтеза на питание органикой. Синтез эвгленофицина достигает максимума и, выделяясь в окружающую среду, он отравляет окружающие организмы, которые служат пищей для Эвглены ночью. Таким образом, эвгленофицин можно считать прототипом гормонов, определяющих у современных животных преобладание катаболизма органических веществ ночью и преобладание анаболизма днем.

Столь важное для выживания соединение в виде аналогов сохранилось и у эволюционно более развитых организмов. У многоклеточных эвгленофицин мутировал в гормон мелатонин — о нем и пойдет дальнейший рассказ. Мелатонин синтезировался уже не только в светочувствительном глазке многоклеточных, но и всеми наружными клетками тела, по-прежнему отвечая за их пигментацию для защиты организма от ультрафиолета. Количество светочувствительных глазков увеличилось, и часть из них эволюционировала в органы зрения. Однако у многих позвоночных с развитым зрительным аппаратом сохранился и «глазок» в виде теменного глаза, который обеспечивал связь суточных ритмов с гормональной системой. У современных рептилий и земноводных теменной глаз до сих пор присутствует одновременно с обычными глазами:

В ходе эволюции позвоночных новые структуры головного мозга окружили более древние отделы. Поэтому теменной глаз оказался погруженным в полость черепа и превратился в эпифиз, который у человека расположен в самом центре головного мозга и уже не обладает светочувствительностью. Информация об освещенности доходит до него из сетчатки глаз через зрительный нерв.

Механизм влияния питания на биоритмы
Кроме того в организме человека до 30% от суммарного мелатонина синтезируется еще и в кишечнике. Почему так сложилось, что один и тот же гормон синтезируется в ЦНС и в кишках? С целью оптимизации питания у наших многоклеточных предков часть поверхности тела в результате впячивания сформировала первичный рот (бластопор), который стал одновременно выполнять функции поглощения и выделения отходов. В замкнутом пространстве переваривание пищи оказалось намного эффективнее впитывания субстратов всей поверхностью тела. Таким образом часть поверхностных мелатонин-синтезирующих клеток оказалась внутри тела, где сформировали стенки прототипа будущей кишки.

Данные клетки до сих пор сохранились и в нашем кишечнике, где продолжают синтезировать мелатонин в полной темноте вне зависимости от внешней освещенности. Тем не менее концентрация мелатонина в кишечнике также подвержена суточным ритмам — его синтез максимален во время сна натощак и прекращается после приема пищи в период бодорствования.

Итак, мы установили, что попадание света в глаза и на кожу, а также прием пищи определяет ритмичный характер синтеза мелатонина в организме. Однако какова физиологическая роль этого гормона и как его суточная активность связана с преждевременным старением и развитием рака?

Мелатонин переключает катаболизм-анаболизм
Вечером, как только вы закрыли глаза и заснули, а ужин эвакуировался из желудка в кишечник, синтез мелатонина достигает максимума. В кишечнике мелатонин снижает перестальтику и секрецию ферментов, замедляя пищеварение и поступление субстратов в кровь. Из эпифиза мелатонин проникает в гипофиз, где подавляет синтез гормонов активирующих всю эндокринную систему организма. Действуя через пищеварительную и эндокринную системы, а также непосредственно на клетки, мелатонин замедляет анаболизм и активирует катаболизм, подавляет деление клеток. Старые и поврежденные клетки подвергаются апоптозу (запрограммированная смерть), а межклеточное вещество подвергается аутофагии (самопоедание). Кроме того мелатонин увеличивает активность лимфоцитов-киллеров, одна из задач которых — распознавание и уничтожение опухолевых клеток. Таким образом во время сна преобладают катаболические процессы с преимущественным распадом старых и измененных клеток и тканей, а их регенерация заторможена.

Проснувшись утром вы первым делом берете в руки смартфон, чтобы посмотреть на время и выключить будильник. Даже этого короткого взгляда на дисплей достаточно, чтобы активировать ганглиозные клетки глаза, которые расположены в самом переднем слое сетчатки. Такое расположение обеспечивает им максимальную светочувствительность, куда более высокую, чем у зрительных палочек и колбочек, которые находятся на самом «дне» сетчатки:

Сигнал от ганглиозных клеток по зрительному нерву поступает в гипоталамус. В результате этого блокируются сигналы гипоталамуса в эпифиз, который перестает синтезировать мелатонин.

Синтез мелатонина снижается и в кишечнике с первым приемом пищи за завтраком. Снижение концентрации мелатонина разблокирует синтез гормонов в гипофизе, которые запускают всю эндокринную систему. Анаболизм начинает преобладать над катаболизмом, деление клеток преобладает над их апоптозом, а аутофагия межклеточного вещества сменяется регенерацией. Все в соотвествии с тем, как это происходит у Эвглены Красной при участии эвгленофицина, только в гораздо больших масштабах.

Таким образом мелатонин выступает в роли своеобразного маятника — ночью утилизирует старые и опухолевые клетки, а после снижения его концентрации днем — запускается обновление тканей. Одновременное протекание данных процессов невозможно в силу их биохимического антагонизма, поэтому мелатонин разносит их по времени синхронизируясь буквально по Солнцу. Высокая амплитуда данного «маятника» обеспечивает равновесие процессов деградации старых тканей ночью и регенеграцию новых днем, что обеспечивает нам молодость, бодрость и здоровье в юности.

Синтез мелатонина снижается с возрастом
Данные наблюдения заинтересовали исследователей в контексте изучения продолжительности жизни. Было обнаружено, что амплитуда мелатонина максимальна в детском возрасте, но уже начиная с полового созревания кратно снижается:

Снижение амплитуды концентрации мелатонина с возрастом создает предпосылки как для чрезмерной деградации, так и для чрезмерной регенерации тканей под воздействием внешней среды, привычек или генетической предрасположенности. При этом, если в медленно регенерирующих тканях будет преобладать деградация и старение (нервная система, сердце, мышцы, кости), то в быстро регенерирующих тканях этого же организма будет преобладать их злокачественный рост (рак кожи и крови, аутоиммунные заболевания). Поэтому с возрастам одновременно прогрессируют процессы старения и увеличивается риск развития онкологических заболеваний.

Причина снижения суточной амплитуды синтеза мелатонина — кальцификация эпифиза, которая наблюдается уже с наступлением полового созревания. Интенсивность кальцификации эпифиза увеличивается при чрезмерных колебаниях концентрации кальция в крови. В свою очередь обмен кальция регулируется гормонами (пара)щитовидных желез, активность которых, как и активность всей эндокринной системы, синхронизирована с сутками через ..мелатонин. Возникает замкнутый круг, причиной которого являются наши основные пороки — нарушение режима сна и питания.

Таким образом морфологическая основа для запуска процессов старения и развития рака сформирована уже к 25 годам. Это нормально, если учесть, что наши предки в каменном веке редко доживали до этого возраста. Современный человек широко перешагнул через отмеренный ему природой возрастной порог, однако продолжительность жизни сегодня растет за счет периода старости, что не может не обескураживать. Так хочется пожить подольше, но дряхлеть и тяжело болеть на глазах у детей и внуков очень не хочется.

Влияние нарушений режима сна и питания на процессы старения и заболеваемость раком многократно продемонстрирована в исследованиях на животных и людях. Например, лабораторные мыши, которых содержали при круглосуточном освещении, в 5 раз чаще заболевали раком, чем мыши содержащиеся при освещении 12 часов в сутки. Кроме того процессы старения раньше регистрировались у первых, а их продолжительность жизни на 5% короче, чем у вторых. В другом эксперименте, крыски с круглосуточным питанием проживали на 30% более короткую жизнь, чем их сестры с ограниченным доступом к пищи. 35 лет назад была обнаружена зависимость низкой ночной концентрации мелатонина у женщин с неблагоприятным прогнозом рака молочной железы. Исследователи обратили внимание, что половина пациенток с неблагоприятным прогнозом ведут активный ночной образ жизни по причине сменной работы. На сегодняшний день данная закономерность окончательно доказана в международных исследованиях [1, 2, 3]. Аналогичная закономерность продемонстрирована и в исследованиях рака простаты у мужчин с посменной ночной работой. С учетом результатов исследований Международное агнество по изучению рака включило нарушения суточного ритма в перечень канцерогенов.

Из этих данных можно сделать следующие выводы:
1. Ужинайте не позднее чем за 4 часа до сна, не переедайте на ночь;
2. Спите в полной темноте. Используйте в спальне светонепроницаемые шторы «блэкаут»;
3. Избегайте посменную работу в ночное время. Если это невозможно (врачи, стюарды, проводники, полиция, барманы и официанты и пр.) — читайте мои рекомендации ниже.

Скажу откровенно, что годами работать в ночь и понимать насколько серьезный вред здоровью несет такая жизнь — вдвойне неприятная мысль для специалиста каждый день имеющего дело с пациентами онкоцентра. С возрастом посменная ночная работа дается все тяжелее, после каждого дежурства восстановление занимает еще пару дней. Помимо увеличения риска развития онкологических заболеваний, такой стресс ускоряет старение. Возникает диллема — как продолжить приносить пользу другим, не угробив себя?

Источник