Последовательные ежедневные упражнения и отдых синхронизируют локальные часы организма, связанные с суставами и позвоночником, с часами мозга, потенциально помогая людям поддерживать здоровье скелета, улучшать спортивные результаты и избегать травм, утверждают ученые из Манчестерского университета (University of Manchester).
Хотя в исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Communications, участвовали мыши, ученые предполагают, что существует высокая вероятность того, что хрящи и межпозвоночные диски человека, имеющие очень схожие физиологические свойства, отреагируют аналогичным образом.
Это также помогает контекстуализировать наблюдение, сделанное 300 лет назад мистером Вассом, ректором Айнхо в Нортгемптоншире, о разнице в высоте человеческого тела утром и ночью.
В своей публикации Васс привел наблюдения за солдатами, уволенными из армии за слишком низкий рост, утверждая, что после хорошего ночного сна мы становимся выше более чем на 1 см.
Суточные ритмы в поведении и физиологии млекопитающих генерируются циркадной системой, которая настраивается на сигналы окружающей среды, такие как свет и питание.
Ученым давно известно, что несовпадение между центральными биологическими часами в мозге и другими органами, имеющими свои собственные биологические часы, может увеличить риск возникновения патологий и заболеваний, таких как диабет и сердечно-сосудистые заболевания.
Однако до сих пор очень мало было понятно о взаимосвязи между часами в суставном хряще, который не имеет нервов и кровоснабжения, и мозгом.
Профессор Цин-Цзюнь Мэн (Qing-Jun Meng), автор исследования и эксперт по биологическим часам из Манчестерского университета, комментирует: «Мы не только определили, что рассогласование между часами хрящей и межпозвоночных дисков и нашими центральными часами в головном мозге может возникать из-за физических упражнений в неподходящее время, мы обнаружили механизм, с помощью которого это происходит, и что часы скелета могут повторно синхронизироваться с ежедневными режимами физической активности».
«Наша более ранняя работа помогла обнаружить внутренние биологические часы в межпозвоночных дисках и хрящах, которые ослабевают с возрастом. Важно отметить, что здоровые хрящи и межпозвоночные диски не имеют нервов и кровоснабжения, поэтому до сих пор было неясно, как их внутренние часы синхронизируются с мозгом».
Профессор Джудит Хойланд (Judith Hoyland), еще один автор исследования и эксперт по позвоночнику и межпозвоночным дискам из Манчестерского университета, добавила: «Среди многих проблем со здоровьем, возрастное ухудшение опорно-двигательного аппарата — и его неблагоприятные последствия — являются основным бременем для людей пожилого возраста».
«Потеря плотности костной ткани, деградация суставного хряща и дегенерация межпозвоночных дисков являются основными признаками стареющего скелета, и все это может способствовать боли и потере подвижности. Важно то, что мы определили новый часовой механизм, лежащий в основе старения скелета, который может иметь далеко идущие последствия для понимания слабости и разработки более эффективных сроков лечения физическими упражнениями и физиотерапией для поддержания хорошего здоровья и подвижности скелета».
Доктор Михал Дудек (Michal Dudek), ведущий автор исследования из Манчестерского университета, комментирует: «Пока мы стоим и двигаемся в течение дня, вода выдавливается из межпозвоночных дисков в нашем позвоночнике, а также из хрящей в бедрах и коленях, что делает нас немного короче к концу дня – точно так же, как Васс определил 300 лет назад».
«Но чего он не знал, так это того, что это вызывает увеличение осмолярности тканей, потому что то же количество минералов теперь растворяется в меньшем количестве воды, поэтому фактическая концентрация увеличивается. Клетки чувствуют это изменение осмолярности и синхронизируют часы внутри этих скелетных тканей».
«Вода возвращается ночью, когда мы отдыхаем, и осмолярность снижается, хотя такое направление изменений не повлияло на их часы.
Ученые исследовали мышей, которые ежедневно выполняли упражнения на беговой дорожке во время отдыха, чтобы показать, что произошло с часами в хрящах, межпозвоночных дисках и мозге.
Они подтвердили свои выводы, сжимая межпозвоночные диски или хрящевые эксплантаты мышей в лаборатории или подвергая их воздействию культуральной среды с более высокой осмолярностью в пределах нормального физиологического диапазона. Оба привели к аналогичному эффекту синхронизации этих часов.
Профессор Цин-Цзюнь Мэн добавил: «Мы фактически определили новый механизм, позволяющий понять, как наши биологические часы согласовываются с внешней средой. Часы были разработаны, чтобы подготовить вас к предсказуемым ритмичным изменениям в окружающей среде».
«Наши результаты показали, что физическая активность по утрам, связанная с ежедневным циклом сна/бодрствования, передает информацию о времени от светочувствительных центральных часов в мозге к несущим вес скелетным тканям. По сути, это сообщает вашей скелетной системе, что пора проснуться. Но когда это выравнивание не связано с мозгом, то, как и в случае с другими органами и тканями, это может привести к неблагоприятному воздействию на ваше физическое здоровье. Если вы постоянно меняете время тренировок, вы можете быть более склонны к этой десинхронизации. Однако, если вы измените время тренировок, но затем сохраните этот режим в течение некоторого времени, мы покажем, что ваши биологические часы в конечном итоге перенастроятся друг на друга, и вы адаптируетесь к ним».
Автор исследования добавил: «Так, например, частая смена часовых поясов для участия в спортивных мероприятиях – известный аспект жизни международного спортсмена – может подорвать спортивные результаты и сделать людей более склонными к травмам. И наша работа показала, что биологические часы в скелетных тканях пожилых животных по-прежнему реагируют на ежедневные упражнения. Таким образом, прогулки, организованные для пожилых людей, могут быть более полезными для их здоровья, если они будут происходить в одно и то же время каждый день».
Люси Дональдсон (Lucy Donaldson), директор по исследованиям и медицинскому анализу компании Versus Arthritis, добавила: «Мы уже знаем, что физические упражнения — один из лучших способов уменьшить боль и последствия артрита, и это очень раннее исследование показывает, что занятия спортом в определенное время дня могут принести дополнительную пользу людям, страдающим артритом. Ежедневный 24-часовой цикл, которому следует наш организм, например, падение внутренней температуры во время сна и повышение артериального давления в определенное время суток, известен как наш циркадный ритм. Внутри нашего тела существуют процессы, которые поддерживают этот ритм, известные как «часы», которые связаны с центральными биологическими часами в мозге».
«Это раннее исследование на мышах изучает связь между локальными часами в суставном хряще и центральными часами организма в мозге, которые, как показывают результаты, способствуют тому, как быстро разрушаются наши кости и хрящи со временем. Результаты показывают, что когда эти часы выходят из строя, наши кости и хрящи разрушаются быстрее, но когда они выравниваются, процесс замедляется. Физические упражнения в определенное время дня помогают синхронизировать эти часы и, таким образом, могут замедлить прогрессирование артрита».
«Это важное открытие, поскольку оно может помочь нам разработать более целенаправленные методы лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата, таких как артрит, с использованием упражнений и физической активности».
Авторы другого исследования утверждают, что циркадные часы играют ключевую роль в росте жировых клеток.
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
