Анализ волос удивительно точно позволяет определить биологические часы организма

Фото из открытых источников

Исследователи обнаружили, что по одному образцу волос можно определить, в каком положении находятся внутренние биологические часы человека в течение дня. Это открытие приближает медицину к тому, чтобы подстраивать уход за собой под состояние организма, а не ориентироваться на часы. Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

В нескольких выщипанных волосках отчетливо прослеживался сигнал, отражающий суточные ритмы организма, и его было легко прочитать. В клинике Charité – Университетской клинике Берлина профессор Ахим Крамер и его коллеги показали, что этот сигнал можно превратить в практический тест для измерения времени, проводимого организмом.  Полученный результат позволил сократить разрыв между простым образцом и давно признанным лабораторным эталоном.

Этот прогресс также выявил проблему в данной области: проверенный тест оказался слишком громоздким для рутинного применения.

В течение многих лет самым надежным способом определения биологических часов человека считалось повышение уровня мелатонина при тщательно контролируемом приглушенном освещении.

«Стандартный метод, используемый до настоящего времени, измеряет содержание мелатонина, так называемого «гормона темноты», в слюне при слабом освещении в течение нескольких часов», — сказал профессор Крамер.

Пациентам приходилось строго соблюдать правила освещения и многократно сдавать образцы слюны, что затрудняло проведение масштабных исследований. Это узкое место в лабораторных условиях имело значение, поскольку любой план лечения, основанный на времени, необходимо иметь тест, который можно повторить вне специализированных лабораторий.

Вместо того чтобы ждать окончания вечерней лабораторной сессии, новый тест считывал активность 17 генов в клетках корней волосков. Используя эту закономерность, команда обучила компьютерную модель оценивать, где находится каждый человек в течение 24-часового цикла.

«С помощью машинного обучения эту закономерность можно использовать для расчета того, на каком этапе суточного ритма находится человек в данный момент», — сказал Крамер.

Поскольку сигнал был получен из одного дневного образца, этот метод выглядел гораздо более реалистичным для рутинного тестирования. После того как метод заработал, более 4000 участников отправили образцы волос из дома для анализа.

Эта необычно большая группа позволила исследователям сравнивать биологические процессы в повседневной жизни, а не в рамках небольшой лабораторной группы. Исследователи называют это индивидуальное время хронотипом — предпочтительным для организма периодом сна и бодрствования, и выборка отразила его разнообразие.

Увеличение объема выборки также позволило команде увидеть, как возраст, пол и график работы по-разному влияют на продолжительность рабочего дня. У взрослых в возрасте около 25 лет внутренняя ночная сонливость начиналась примерно на час позже, чем после 50 лет.

Эта закономерность отражает результаты более ранних исследований сна, согласно которым биологические часы смещаются на более поздний срок в молодости и постепенно сдвигаются на более ранний срок с возрастом.

Поскольку рабочие и семейные обязанности часто смещаются в противоположные стороны, молодые люди могут наиболее остро ощущать это смещение во времени. Поэтому такие простые обозначения, как «сова», часто упускают из виду тот факт, что с возрастом у человека меняется чувство времени. 

Участницы исследования достигли биологической ночи немного раньше мужчин, но разница составила всего 6 минут. 

Предыдущие исследования указывали на гораздо большее расхождение во мнениях, поэтому анализ волос позволил исключить из рассмотрения уже известное утверждение.

«Тем не менее, мы предполагаем, что пол влияет на внутренние биологические часы, поскольку в других исследованиях также было показано, что половые гормоны влияют на биологические ритмы», — сказал Крамер.

Часы работающих людей также сдвинулись примерно на полчаса раньше, чем у неработающих, что указывает на то, что график работы может влиять на биологические процессы.

Изменение времени действия уже влияет на эффективность некоторых методов иммунотерапии рака, поскольку активность иммунной системы не остается постоянной в течение дня. Таким образом, один и тот же препарат может попадать в организм разных людей в полдень и в сумерках, даже если доза остается неизменной.

«Например, исследования показывают, что время суток, в которое вводятся определенные виды иммунотерапии рака, может существенно влиять на их эффективность», — сказал Крамер.

Практический тест на определение времени, затрачиваемого телом на выполнение действий, мог бы упростить изучение подобного рода планирования, вместо того чтобы оставлять его в качестве многообещающей догадки.

Этот метод могли бы в первую очередь использовать в клиниках сна, особенно в тех случаях, когда пациент жалуется на усталость, которая никогда не совпадает со временем. Врачи называют такой подход, основанный на биологических часах, циркадной медициной — лечением, при котором время приема определяется биологическими ритмами человека, а не показаниями обычных часов.

«Однако анализ волос гораздо проще в выполнении, что и делает этот метод таким ценным», — сказал Крамер.

Если удастся стандартизировать этот процесс в обычных лабораториях, тест сможет использоваться для консультирования по вопросам нарушений сна, диагностики и проведения пробных назначений лекарственных препаратов.

Один из нерешенных вопросов — насколько сильно меняется внутренний ритм человека от недели к неделе в обычной жизни. Даже исследователи отмечают, что эти ежедневные колебания трудно отследить, что важно для повторного тестирования и планирования лечения.

В настоящее время исследователи работают над стандартизацией анализа для использования в обычных лабораториях, а не оставляют его в качестве специализированного инструмента. До тех пор, пока это не произойдет, данный метод должен пройти тщательные клинические испытания, а не использоваться обычными потребителями.

Оказалось, что корни волос являются практическим индикатором биологического времени, отражающим то, как возраст, пол и распорядок дня изменяют его. Если более масштабные клинические исследования подтвердят его эффективность, врачи, наконец, смогут измерять время пребывания организма в стационаре так же легко, как и задавать вопросы о симптомах.