Теория зимней спячки: режим дефицита как сон наяву

Продолжаем разговор про энергетический баланс, про режим дефицита. Часто меня спрашивают, насколько режим дефицита — это плохо и как его можно избегать. На самом деле режим дефицита — это приспособление организма и, если научится, можно и из него получать пользу. Об этом и будет статья. По всем канонам медицины организм никогда не формирует реакции, которые носят исключительно вредоносный характер. Все реакции организма в ответ на любое повреждающее действие носят приспособительный характер и лишь при избыточности вот этой реактогенности или при избыточности патогенных факторов вот эти приспособительные реакции превращаются в реакции вредоносные, то есть они становятся собственно реакциями уже не саногенеза, а патогенеза.

Режим дефицита — это спячка.

Но от полезной или вынужденной спячки режим дефицита отличается тем, что биохимически вы спите, но вынуждены вставать, действовать и разговаривать. Поэтому метафора «как во сне» на самом деле близка к реальности — живя в режиме дефицита мы действительно как будто живем во сне.

Сигнал к спячке может быть разный, часто сигнал к переходу в диапаузу — это уменьшение продолжительности светового времени суток. Прочими сигналами могут быть уменьшение пищи, стресс, жара и прочие неблагоприятные условия. Т.е. сильный и длительный стресс, который животные не могут преодолеть вызывает переход в режим дефицита. Это спячка, диапауза, гибернация. В то время как сон является физиологически необходимостью, гибернация — это адаптация к климатическим условиям, достаточно сложный и опасный процесс, хотя вероятность выживания значительно увеличивается при последующих спячках.

Обычно перед спячкой животные усиленно питаются и накапливают большие запасы питательных веществ в виде жира (в случае сезонной спячки до 30-40 % массы тела) и укрываются в убежищах с подходящим микроклиматом (гнёзда, норы, дупла и т. п.). В более широком значении используется термин диапауза. Диапауза — это состояние физиологического торможения обмена веществ и остановки формообразовательных процессов.

Спя́чка (зимняя — гибернация, летняя — эстивация) — период замедления жизненных процессов и метаболизма у гомойотермных животных в периоды малодоступности пищи, когда невозможно сохранять активность и высокий уровень метаболизма. Характеризуется снижением температуры тела, замедлением дыхания и сердцебиения, торможением нервной деятельности (т. н. «глубокий сон») и других физиологических процессов.

Бывает нерегулярная спячка — при внезапном наступлении неблагоприятных условий (енотовидные собаки, белки). Некоторые крупные млекопитающие (медведи, барсуки, еноты) впадают в зимний сон — разновидность гибернации с меньшим снижением уровней физиологических процессов и метаболизма. У бурого медведя при зимнем сне температура тела снижается мало (с 37° до приблизительно 31°C), и легко и быстро повышается при пробуждении. Некоторые виды проводят в спячке часть беременности, и в этом случае роды происходят сразу после выхода из спячки. Летняя спячка или эстивация, также называемая летней диапаузой, свойственна организмам низких широт и обеспечивает их выживание в засушливый период года. Часто она может наблюдаться у грызунов, лишённых в летний период полноценного и богатого водой корма. Например песчаный суслик в Средней Азии впадает в летнюю спячку в июне — июле. У сусликов летняя спячка обычно без перерыва переходит в зимнюю.

Летняя спячка наблюдается также у некоторых обитателей тропической зоны. У африканского ежа Atelerix albiventris она длится до трёх месяцев, а у мадагаскарских насекомоядных — тенреков — до четырёх месяцев.

Спячка характерна и для приматов.

Неоднократные изменения климата, в том числе периодические похолодания, ставили ряд видов на грань существования, особенно в бескормный снежный период. Вероятно, именно тогда и появилась у млекопитающих спячка, у позвоночных животных возникшая вторично (зимнее оцепенение характерно для земноводных и пресмыкающихся умеренных и северных областей). О том, что зимой сони погружаются в глубокое оцепенение, знал еще Аристотель, хотя климат Греции всегда отличался мягкостью, а растительность — изобилием во все сезоны года. Кстати, заметим, что в теплом климате Южной Европы, Северной Африки и Передней Азии у сонь спячка может отсутствовать. Вероятно, можно считать, что спячка, появившаяся у сонь в историческом периоде в связи с похолоданием, стала впоследствии обязательным звеном в жизненном цикле, и отсутствие ее следует рассматривать как отклонение.

В ходе экспедиции на Мадагаскар ученые обнаружили, что два других вида лемуров: карликовый лемур Кроссли и лемур Сибри также могут впадать в спячку, зарываясь в мягкую лесную подстилку на три-семь месяцев. Недавно ученым впервые удалось проследить за работой мозга в голове примата, впавшего в спячку. Во время спячки мозг лемуров был крайне активен при высоких температурах, находясь в состоянии, напоминающем «быстрый сон» человека. Это говорит о том, что спячка приматов является не анабиозом, а некой формой сна, что позволяет использовать этих лемуров для изучения сна и метаболизма человека«, — заявил Эндрю Кристал из университета Дьюка в Дареме (США).

Кристал и его коллеги открыли еще одну необычную деталь жизни одного из самых странных приматов — толстохвостых лемуров (Cheirogaleus medius), обитающих на Мадагаскаре. Эти небольшие животные длиной в 19 сантиметров и массой в несколько грамм являются единственными приматами на Земле, впадающими в спячку. Оказалось, что спячка лемуров кардинально отличалась от сна белок во время зимы. Различия были минимальными при низкой температуре воздуха, однако при ее повышении мозг лемура переходил в режим работы, похожий на «быстрый сон» человека — особую фазу повышенной активности мозга, во время которой зарождаются сновидения.

Данный факт, как считают авторы статьи, говорит об уникальном характере спячки и сна приматов, и позволяет использовать лемуров в качестве удобных моделей для изучения процессов, происходящих в организме спящих людей или обезьян. В свою очередь, это поможет понять, как возникают болезни, связанные с расстройствами сна и метаболизма.

Авторитетный исследователь Герхард Гельдмайер пришел к такому выводу: «Человек не так уж сильно отличается от других млекопитающих. И, в принципе, ничто не говорит против того, чтобы люди могли впадать в некое подобие зимнего сна». В подтверждение своей теории ученый приводит пример древних сибирских народностей, семьи которых по причине дефицита свежего мяса зимой с первым снегом у костра засыпали. Конечно, несколько раз в неделю члены такой семьи просыпались, чтобы насытить организм водой и полакомиться корочкой хлеба. А с приходом весны сибирские предки вели традиционный образ жизни и режим бодрствования и сна.

Обмен веществ, уровень гормонов различаются при спячке и при бодрствовании.

Переход в режим дефицита приводит к развитию лептинорезистентности и инсулинорезистентности! Это позволяет избежать побочных эффектов неподвижности. Кроме того, в режиме дефицита резко замедляется обмен веществ. Для некоторых животных спячка очень важна для здоровья. Например, если ежу не давать впасть в спячку, он начинает болеть.

Основное преимущество спячки и других рассмотренных состояний покоя состоит в том, что они позволяют существенно снизить энергозатраты. Даже если учитывать периодические пробуждения, млекопитающее во время зимней спячки тратит менее 15% того количества энергии, которая потребовалась бы ему для поддержания зимой нормальной температуры тела. Масштабы такой экономии, вероятно, лучше всего иллюстрирует тот факт, что многие впавшие в спячку звери в течение 5-7 месяцев существуют исключительно за счет жировых запасов, накопленных перед наступлением неблагоприятного сезона.

Например, медведи являются единственным видом животных из всех млекопитающих, которые на зимний период впадают в спячку, у которых длительная неподвижность на протяжении нескольких месяцев совершенно не приводит к потере костной ткани.Ученые установили, что сохранность костной массы медведей была обеспечена благодаря стойкому повышению в их крови уровня гормона лептина. Таким образом медведь неподвижно лежит несколько месяцев, но у него не возникает проблем с костями и мышцами. Круто!

Многие будут удивлены, узнав это, но базисные принципы этих процессов обнаруживаются при диабете. Все истинные млекопитающие, которые впадают в спячку, используют устойчивость к инсулину, в качестве сигнала к тому, что пора приступать к зимовке в берлоге. Низкая температура окружающей среды является тем, что изменяет их чувствительность к инсулину за время спячки, и они покидают свое логово без диабета и инсулинорезистентности. Это изменит правила игры для тех, кто страдает СД 2 типа. Это — программа адаптации, которая эпигенетически встроена в человеческую ДНК. Если мы изменим окружающую среду, в которой живем, мы будем в состоянии полностью обратить вспять метаболический синдром, повысить функцию надпочечников и щитовидной железы без проведения гормонзаместительной терапии вообще!

Летом полярные млекопитающие становятся инсулинорезистентными, поедая много сезонных фруктов и клубней, и они развивают устойчивость к инсулину, которая сигнализирует их гипоталамусу, что настало время залечь в логово и впасть в спячку. 30% фруктозы, которую вы едите, мгновенно влетает в жир, в отличие от 5% от глюкозы. Это естественный механизм, позволявший нашим предкам выжить. Фруктоза также подавляет гормон насыщения лептин и не снижает гормон голода грелин. Это позволяло нашим предкам съедать огромные количества фруктов, ведь важно накопить много жира на целую зиму!

Во время зимней спячки организм теплокровных животных обладает повышенной устойчивостью к инфекциям, нарушениям в сердечно-сосудистой системе и развитию рака. Изучая действие «гормонов спячки», ученые надеются найти пути к предотвращению этих заболеваний.

Норияки Кондо с соавторами выделили из крови бурундуков специфический комплекс белков — НР20, который, по их мнению, и является ключевым гормоном, подготавливающим организм к наступлению спячки. Гормон НР20 синтезируется в клетках печени, секретируется в кровеносную систему и доставляется в головной мозг. Там белковый комплекс диссоциирует на два компонента — НР20с и НР55.

НР20, по-видимому, является ключевым, но далеко не единственным гормональным комплексом, подготавливающим организм теплокровного животного к наступлению спячки. Лептины — другой класс гормонов — информируют головной мозг об уровне жировых резервов организма. Повышение уровня лептинов в тканях головного мозга сигнализирует о готовности организма к наступлению периода спячки. По словам Норияки Кондо, азиатские бурундуки живут в 4-5 раз дольше таких же по размеру, но не впадающих в зимнюю спячку крыс. Так что изучение гормонов спячки поможет не только проникнуть в тайны иммунитета, но и, возможно, откроет путь к долголетию. Лептин — главный гормон и регулятор энергетического обмена, читайте весь лептиновый цикл.

Животные, зимующие подобным образом, готовятся к зиме при помощи запасания жира в имеющихся жировых клетках. Доказано, что непосредственно перед спячкой усиливается периферическая резистентность к инсулину, снижается утилизация глюкозы тканями организма, повышается резистентность к действию лептина и прокоагуляционная активность. В течение зимней спячки млекопитающие теряют 10% массы тела, и после нее они просыпаются худыми и здоровыми. Подобное сезонное изменение фенотипа, характеризующееся периодически развивающейся резистентностью к инсулину и набором веса, рассматривается исключительно с точки зрения приобретения животными ряда преимуществ, не последним из которых является увеличение продолжительности жизни.

Человек: сон наяву.

В 2006 г.была выдвинута теория «зимней спячки» как одной из моделей инсулинорезистентности в природе. Наиболее типичные проявления «зимней спячки» — супрессия РI3-киназного пути и нарастание инсулинорезистентности, экспрессии провоспалительных цитокинов адипоцитами, нарастание веса, повышение уровня инсулинемии и свободных жирных кислот в крови.

На начальных этапах человеческой эволюции висцеральный жир помогал преодолевать продолжительные периоды голода и зимних холодов . Главным биохимическим индуктором активации режима дефицита является уровень свободных жирных кислот (СЖК).

С современных позиций свободные жирные кислоты более не рассматриваются как пассивные субстраты, вовлеченные в метаболические процессы. Свободные жирные кислоты — это важные метаболические сигналы и участники липидных нарушений. В ряде ситуаций они ведут себя как гормоноподобные молекулы, влияя на транскрипцию генов, связываясь с рядом рецепторов. Среди рецепторов, которые связываются со СЖК/FFA или их дериватами, особое место занимают пероксисом пролифератор-активированные рецепторы — PPARs.

Существует индивидуальная зависимость от концентрации свободных жирных кислот (СЖК/FFA) в индукции феномена инсулинорезистентности. У большинства людей с избыточным весом повышено содержание СЖК/FFA в плазме крови. Быстрый подъем уровня СЖК/FFA приводит к острой инсулинорезистентности у лиц с диабетом и без диабета. Хроническое повышение уровня СЖК/FFA в плазме крови формирует инсулинорезистентность. В то же время нормализация СЖК/FFA на 50% повышает чувствительность к инсулину как у недиабетиков с избыточной массой тела, так и больных СД 2 типа. Повышенный уровень свободных жирных кислот ведет к снижению утилизации глюкозы тканями за счет нарушения окисления глюкозы и синтеза гликогена, снижения глюкозо-6-фосфата в мышцах, формирования дефектов транспорта глюкозы в клетки.

В противоположность животным, человек построил свой образ жизни на постоянном потреблении пищи с постепенным увеличением массы тела из года в год. Мы как будто готовимся к зимней спячке, но никогда не зимуем подобным образом. Возможно, реакция, которая защищает организм на короткое время, потом становится причиной длительной инсулинрезистентности и связанного с ней риска развития сердечно-сосудистой патологии. Этот постоянный и неослабевающий с годами процесс, в конечном счете, приводит к истощению β-клеток и явной форме сахарного диабета.

Американские медики предлагают бороться с ожирением искусственным введением больных в состояние, похожее на сезонную спячку животных. Исследователи полагают, что при помощи лекарственных препаратов человека можно на несколько дней погрузить в сон. За это время организм «переключит» энергетический обмен с разложения глюкозы на переработку жировых отложений, что и приведет к снижению веса. Но этоже можно сделать проще, если начать питаться правильно.

Есть еще несколько моделей режима дефицита: беременность и метаболический синдром, развивающийся при терапии антипсихотиками (нейролептиками). Но об этом позже.

Кстати, дневная сонливость — это опасный симптом. Я писал о том, что с ней делать.