Всё более популярными становятся исследования метаболома* человека — всей совокупности молекул, которые могут быть как промежуточными, так и конечными продуктами обмена веществ. Эта совокупность небольших молекул, не превышающих, как правило, 1,5 кДа по массе, служит «мгновенным снимком» различных физиологических процессов, происходящих в организме. Сравнение метаболомов человека в различных состояниях либо при различных внешних воздействиях позволяет делать выводы об их влиянии на биохимические процессы, происходящие в организме.

* — В последние полтора десятилетия в биологии все больше набирают силу «-омные» подходы, основанные на крупномасштабном и детальном исследовании какой-либо сферы со скрупулезным каталогизированием полученной информации в базы данных. Подробнее см. «„Омики“ — эпоха большой биологии». — Ред.

Давно известно, что нарушение сна может вызывать различные патологии, связанные с обменом веществ (такие как ожирение, низкая чувствительность к инсулину и диабет), однако о механизмах влияния режима сна на метаболизм известно крайне мало. Исследователи из Великобритании и Нидерландов решили проанализировать, чем молекулярный состав плазмы крови человека, придерживающегося нормального режима, отличается от состава крови человека, который нарушил нормальный режим, проведя без сна 24 часа подряд [1].

Участников эксперимента попросили в течение недели придерживаться режима, который считается оптимальным для нормального функционирования организма взрослого человека, — 8 часов сна в сутки (с 11 часов вечера до 7 часов утра). После этого испытуемые провели двое суток в лаборатории, где их режим дня и все условия проживания аккуратно контролировались. В первый день испытуемые придерживались стандартного режима, а вторые сутки испытуемые провели без сна. Все условия проживания испытуемых в эти два дня поддерживались идентичными, чтобы на состав плазмы крови в итоге влияли только различия режима сна. Каждые два часа в течение этих двух дней у участников эксперимента брали образцы крови и анализировали ее молекулярный состав методами жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.

В итоге исследователи выявили 27 веществ, концентрация которых в плазме крови у людей во время бессонной ночи была значительно выше, чем во время предыдущей ночи, когда они спали. В их числе оказались серотонин, триптофан и таурин, для которых характерно антидепрессивное влияние на психику человека (см. рисунок).

С недостатком серотонина связывают возникновение многих типов депрессивных расстройств, а препараты, стимулирующие передачу сигналов между нервными клетками через серотонин, часто помогают улучшить состояние пациентов с такими расстройствами. Триптофан играет важную роль в процессах синтеза серотонина и таким образом косвенно тоже оказывает антидепрессивное влияние на состояние человека. Измененные концентрации таурина по сравнению с нормой характерны для образцов плазмы крови пациентов с депрессивными расстройствами, и это вещество также обладает антидепрессивным эффектом.

Сведения об антидепрессивном эффекте одной ночи без сна уже встречались в литературе [2]. Еще в 70-е годы было обнаружено, что у пациентов с депрессией, которые провели одну ночь без сна, несмотря на закономерную сонливость, улучшается настроение. Этот эффект наблюдался не у всех пациентов, но у подавляющего большинства (лишь у 9% бессонная ночь не оказывала положительного эффекта на состояние, а у 20% эффект достигался не всегда). Теперь мы можем предположить, что те пациенты с депрессией, которым помогало такое необычное лечение, возможно, попадали под влияние повышения концентраций серотонина, триптофана и таурина в крови. Сложно сказать, имеет ли повышение концентраций этих веществ в крови цель помочь организму, оказавшемуся в стрессовых условиях из-за недостатка сна. Возможно, это просто косвенный эффект нарушения нормального режима работы и отдыха мозга.

Конечно, несмотря на неожиданное подтверждение данных об антидепрессивном эффекте ночи без сна, негативное влияние недостаточного сна на обмен веществ тоже было выявлено. Набор веществ, концентрация которых в плазме крови повышается после бессонной ночи, может свидетельствовать о происходящих из-за недостатка сна нарушениях процесса окисления жирных кислот. В числе веществ, содержание которых в крови выше во время бессонной ночи, оказался карнитин, который выполняет функцию транспорта жирных кислот внутрь митохондрий, где жирные кислоты окисляются, а также ацилкарнитины — жирные кислоты, связанные с карнитином.

Данные о связи обмена жирных кислот с регуляцией сна тоже согласуются с результатами предыдущих работ. Так, было показано, что употребление карнитина улучшает состояние больных с нарколепсией (заболеванием, характеризующимся внезапными труднопреодолимыми приступами сонливости), у которых уровень карнитина понижен. Также было показано, что у больных с нарколепсией значительно выше нормы количество фермента, ответственного за скорость окисления жирных кислот [3] — это косвенное свидетельство того, что метаболизм жирных кислот имеет какое-то отношение к механизмам регуляции сна. Однако как именно они связаны, пока остается загадкой, и эту связь еще предстоит исследовать.

Исходно статья была опубликована на «Элементах» [4].

Литература

1. Davies S.K., Ang J.E., Revell V.L., Holmes B., Mann A., Robertson F.P., Cui N., Middleton B., Ackermann K., Kayser M., Thumser A.E., Raynaud F.I., Skene D.J. (2014). Effect of sleep deprivation on the human metabolome. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111, 10761–10766;;
2. Wirz-Justice A., Van den Hoofdakker R.H. (1999). Sleep Deprivation in Depression: What Do We Know, Where Do We Go? Biol. Psychiatry 46, 445–453;;
3. Miyagawa T., Kawamura H., Obuchi M., Ikesaki A., Ozaki A., et al. (2013). Effects of Oral L-Carnitine Administration in Narcolepsy Patients: A Randomized, Double-Blind, Cross-Over and Placebo-Controlled Trial. PLoS ONE 8, e53707;
4. Элементы: «Ночь без сна улучшает настроение»..