Влияние светового режима на процесс старения и развитие рака

Ученые доказали, что нарушение нормального светового режима приводит к сокращению продолжительности жизни и более быстрому развитию спонтанных опухолей. Воздействие света в ночное время можно рассматривать как один из экологических факторов, приводящих к нарушению гомеостаза и ускоренному развитию ряда ассоциированных с возрастом заболеваний.

Световое загрязнение - опасно ли оно?


Световое загрязнение — осветление ночного неба искусственными источниками света, свет которых рассеивается в нижних слоях атмосферы. Иногда это явление также называют световым смогом. Основными источниками светового загрязнения являются крупные города и промышленные комплексы. Световое загрязнение создаётся уличным освещением, светящимися рекламными щитами или прожекторами.

Большая часть излучаемого света направляется или отражается наверх, что создаёт над городами, так называемые, световые купола. Это вызвано неоптимальной и неэффективной конструкцией многих систем освещения, ведущей к расточительству энергии. Эффект осветления неба усиливается распространёнными в воздухе частицами пыли, так называемыми аэрозолями. Эти частицы дополнительно преломляют, отражают и рассеивают излучаемый свет.

Световое загрязнение - сопровождающее явление индустриализации и встречается прежде всего в густо заселённых регионах развитых стран. В Европе около половины населения регулярно сталкивается со световым загрязнением. Ежегодный рост светового загрязнения в разных странах Европы составляет от 6% до 12 %.

Чередование циркадианного (околосуточного) цикла дня и ночи — наиболее важный регулятор разнообразных физиологических ритмов у всех живых организмов, включая человека.  

Воздействие света в ночное время, часто называемое световым загрязнением, увеличилось и стало существенной частью современного образа жизни, что сопровождается множеством серьезных расстройств поведения и состояния здоровья, включая сердечно-сосудистые заболевания и рак.


Постоянное освещение повышает риск развития рака

Еще в 1964 году немецкий исследователь В. Йохле заметил, что мыши, которые содержались в помещении с круглосуточным освещением, гораздо чаще болели раком молочной железы и умирали от него, чем животные, находившиеся при обычном световом режиме.  В России первая научная работа о связи рака и постоянного освещения была сделана в  1966 году в Российском онкологическом научном центре имени Н.Н.Блохина РАМН (ранее - Институт экспериментальной патологии и терапии рака АМН СССР.)  Тогда было обнаружено, что через 7 месяцев после начала воздействия постоянного освещения у 78–88% самок крыс развились гиперпластические процессы в молочной железе и мастопатии.

Опыты с грызунами убедительно свидетельствуют об ингибирующем действии световой депривации на канцерогенез молочной железы. Эпидемиологические данные также подтверждают такой вывод.

В 2009 году исследователи из Университета Хайфы (Израиль) при участии профессора Ричарда Стивенса из Университета Коннектикута (США) сопоставили данные Международного агентства по исследованию рака по заболеваемости раком простаты в 164 странах мира с уровнями ночного освещения в этих странах, определенными по спутниковым снимкам.

Оказалось, что в странах с низкимуровнем ночного освещения раком простаты заболевает 66,77 человек из ста тысяч. При средней ночной освещенности заболеваемость возрастает на 30% (87,11случаев на сто тысяч человек), а привысокой - на 80% и составляет 157случаев на сто тысяч человек.


Чем опасно постоянное освещение?


Постоянное освещение вызывает:

  • Угнетение синтеза  и секреции мелатонин.
  • Увеличение синтеза и секреции пролактина.
  • Увеличение порога чувствительности гипоталамуса к торможению эстрогенами.
  • Индукцию ановуляции и кист яичника.
  • Стимуляцию пролиферативных процессов и рака в молочой железе и эндометрии.
  • Усиление образования активных форм кислорода.
  • Стимуляцию атеросклероза.

Гипотеза «циркадианной деструкции»


Согласно гипотезе «циркадианной деструкции», воздействие света в ночные часы нарушает эндогенный циркадианный ритм, подавляет ночную секрецию мелатонина эпифизом, что приводит к снижению его концентрации в крови.

Эпифиз — это нейроэндокринный орган, основной функцией которого является передача информации о световом режиме окружающей среды во внутреннюю среду организма. Так в организме поддерживаются физиологические ритмы, обеспечивающие адаптацию к условиям внешней среды.

Основные функции эпифиза в организме

  • Регуляция циркадианных и сезонных ритмов организм.
  • Регуляция репродуктивной функции.
  • Антиоксидантная защита организма.
  • Противоопухолевая защита.
  • «Солнечные часы старения».

Мелатонин – это гормон эпифиза.

Основные эффекты мелатонина  

  • Нормализация циркадных ритмов. 
  • Антиоксидантный эффект. 
  • Нормализация жироуглеводного обмена. 
  • Снижение частоты рака. 
  • Увеличение продолжительности жизни.

И  если эпифиз уподобить биологическим часам, то мелатонин можно уподобить маятнику, который обеспечивает ход этих часов и снижение амплитуды которого приводит к их остановке.

Физиологический контроль эндокринной функции эпифиза у человека и животных в значительной мере осуществляется световым режимом.

Световая информация, воспринимаемая через глаза, передается в эпифиз по нейронам супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса. В темное время суток сигналы от СХЯ вызывают увеличение синтеза и высвобождение норадреналина из симпатических окончаний. Этот нейромедиатор возбуждает рецепторы, расположенные на мембране пинеалоцитов (клеток эпифиза), стимулируя синтез мелатонина. Этот нейрогормон, в свою очередь, оказывает значительное влияние на многие физиологические функции организма.


С возрастом синтез мелатонина в организме снижается

Дневной уровень мелатонина в сывортке крови снижается у здоровых людей с первого года жизни и до глубокой старости. Ночной подъем мелатонина в крови пожилых людей менее выражен, чем у молодых. Наиболее высокой секреция мелатонина оказывается в возрасте около 7 лет.

В период полового созревания количество циркулирующего в крови гормона снижается, причем наиболее отчетливо именно в период наступления половой зрелости. Разница между его ночной и дневной концентрацией сокращается до 10 раз.  У людей в возрасте 60–74 года большинство физиологических показателей претерпевают положительный фазовый сдвиг циркадианого ритма примерно на 1,5–2 ч вперед.

У лиц старше 75 лет нередко возникает десинхронизация секреции многих гормонов, температуры тела, сна и некоторых ритмов поведения, что может быть связано с эпифизом, функция которого при старении угнетается.

Если эпифиз — солнечные часы организма, то любые изменения длительности светового дня должны сказываться на его функциях и, в конечном счете, на скорости старения. В ряде работ показано, что нарушение фотопериодичности может существенно сокращать продолжительность жизни.


Антистрессорные эффекты мелатонина


Эпифиз — важный элемент антистрессорной «обороны» организма, и мелатонину отводится в этом важная роль фактора неспецифической защиты.

У высокоорганизованных животных и тем более человека пусковым моментом при развитии стресса служат негативные эмоции. Мелатонин способствует ослаблению эмоциональной реактивности.

К отрицательным последствиям стресса можно отнести усиление свободно-радикального окисления, в том числе и перекисного окисления липидов, повреждающего клеточные мембраны. Стресс обязательно сопровождается обширными сдвигами в эндокринной сфере, которые в первую очередь затрагивают гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему. Участие мелатонина носит «поправочный» характер: гормон подключается к эндокринной регуляции только в случае резких отклонений в работе надпочечников.  

Существует целая серия доказательств неблагоприятного влияния хронического стресса на иммунную систему. В частности, у лиц, длительное время переживающих психотравмирующую ситуацию, снижается уровень Т-лимфоцитов в крови. В этой ситуации мелатонин оказывает как прямое действие на иммунокомпетентные клетки, так и опосредованное, через гипоталамус и другие нейроэндокринные структуры.

Хронический стресс (например, связанный с болью или иммобилизацией) вызывает рассогласование суточных биоритмов, при этом возникают проблемы со сном, изменяется ЭЭГ, нарушается секреция ряда биологически активных соединений. И хотя основным «водителем ритма» в организме служит не эпифиз, а супрахиазматическое ядро гипоталамуса, оба этих образования взаимодействуют при посредничестве мелатонина (рецепторы к нему есть в клетках СХЯ), который способен ограничивать ход «спешащих часов» основного ритмоводителя.


Мелатонин, старение и развитие опухолей


В опытах на животных с индуцированным химическим канцерогенезом мелатонин тормозил рост опухолей различной локализации (молочной железы, шейки матки и влагалища, кожи, подкожной клетчатки, легких, эндометрия, печени, толстой кишки), что говорит о широком спектре его антиканцерогенного действия.

Данные этих экспериментов на животных хорошо согласуются с результатами клинических наблюдений. Так, канадские исследователи обобщили результаты 10 работ, в которых использовали мелатонин для лечения онкологических больных с солидными формами опухолей. У 643 пациентов, принимавших мелатонин, относительный риск смерти снизился до 0,66, причем серьезных побочных эффектов препарата в течение года не зарегистрировали.

В последнее время активно обсуждаются возможные механизмы ингибирующего действия мелатонина на канцерогенез и старение. Установлено, что он эффективен на системном, тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, препятствуя старению и раку.

На системном уровне мелатонин снижает продукцию гормонов, способствующих этим процессам, стимулирует иммунный надзор, предупреждает развитие метаболического синдрома. Одновременно подавляется продукция свободных радикалов кислорода и активируется антиоксидантная защита. Мелатонин тормозит пролиферативную активность клеток и повышает уровень апоптоза в опухолях, но уменьшает его в нервной системе, угнетает активность теломеразы. На генетическом уровне он подавляет действие мутагенов и кластогенов, а также экспрессию онкогенов.

Эти данные говорят о важной роли эпифиза в развитии рака. Угнетение его функции при постоянном освещении стимулирует канцерогенез.

Эпидемиологические наблюдения относительно увеличения риска рака молочной железы и рака толстой кишки у рабочих ночных смен соответствуют результатам экспериментов на грызунах. Применение эпифизарного гормона угнетает канцерогенез у животных и при обычном световом режиме, и при постоянном освещении. Значит, мелатонин может оказаться весьма эффективным для профилактики рака, особенно в северных регионах, где летом всегда светло («белые ночи»), а в течение долгой полярной ночи всюду горит электрический свет.


В отличие от многих гормонов, действие мелатонина на клеточные структуры зависит не только от его концентрации в крови и межклеточной среде, но и от исходного состояния клетки. Это позволяет считать мелатонин универсальным эндогенным адаптогеном, поддерживающим баланс организма на определенном уровне и способствующим адаптации к непрерывно меняющимся условиям окружающей среды и локальным воздействиям на организм.

В многочисленных исследованиях показано, что мелатонин замедляет процессы старения и увеличивает продолжительность жизни лабораторных животных — дрозофил, плоских червей, мышей, крыс.

Определенный оптимизм вызывают публикации о его способности повышать устойчивость к окислительному стрессу и ослаблять проявления некоторых ассоциированных с возрастом заболеваний людей, таких как макулодистрофия сетчатки, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, гипертоническая болезнь, сахарный диабет.

Всесторонние клинические испытания этого гормона существенно расширят его применение для лечения и профилактики возрастных заболеваний и, в конечном счете, преждевременного старения.

Заключение


При старении, как и при угнетении функции эпифиза постоянным освещением, продукция мелатонина снижается. Развивающийся при этом дефицит мелатонина играет важную роль в развитии процессов старения, возрастной патологии и новообразований. Нормализация уровня мелатонина и циркадианного ритма его секреции у стареющих организмов представляет собой один из важнейших подходов в лечении и профилактике возрастных заболеваний и рака, а так же геропротекции. Заместительная терапия мелатонином требует дальнейшего уточнения схем и доз применения в зависимости от причины, вызвавшей недостаток этого гормона, как, например, в случае преждевременного старения у лиц, проживающих в северных районах России или работающих при инвертированном освещении.

Существенным модифицирующим фактором старения и канцерогенеза является нарушение нормального чередования света и темноты, приводящее к десинхронизации циркадианных ритмов организма. Воздействие света в ночное время можно рассматривать как один из экологических факторов, приводящих к нарушению гомеостаза и ускоренному развитию ряда ассоциированных с возрастом заболеваний. Результаты наших исследований позволяют обосновать принципиально важное положение о том, что десинхроноз эпифиза, обусловленный световым загрязнением, проявляется признаками ускоренного старения и увеличением частоты возникновения ассоциированных с возрастом заболеваний, включая новообразования. Эффективными средствами замедления старения, особенно преждевременного, и связанных с ним возрастных болезней могут быть мелатонин и эпиталон, способные угнетать свободно радикальные процессы и компенсировать или стимулировать выработку гормонов эпифиза.