XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА СВЕТА НА ВЫРАБОТКУ МЕЛАТОНИНА У МОЛОДЫХ ЛЮДЕЙ РАЗНЫХ ПРОФЕССИЙ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Марченко Д.А. 1

---

1Одинцовская СОШ № 9 Имени М.И.Неделина

Левша Е.В. 1

---

1Одинцовская СОШ № 9 им. М.И. Неделина

Работа в формате PDF

589.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время многие сталкиваются с такими проблемами, как бессонница, повышенный уровень стресса и сбои метаболизма. Медики подчеркивают, что около половины взрослого населения развитых стран страдает от плохого качества сна: людям сложно уснуть, они нередко пробуждаются среди ночи либо спят поверхностно. Одним из ключевых факторов, провоцирующих эти расстройства, специалисты считают искусственное освещение вечером и ночью, особенно синие и голубые лучи, исходящие от экранов смартфонов, мониторов ПК и светодиодов. [13, 14,16.]

Диаграмма 1: Взаимосвязь времени, проводимого перед экраном, и продолжительности сна

Согласно данным исследования Screen use and sleep duration and quality at 15 years old: Cohort study, проведённого группой специалистов, у подростков, проводящих значительное время перед экранами, отмечается снижение средней продолжительности сна. Так, при использовании экранных устройств ≥9 часов в сутки продолжительность сна уменьшалась примерно на 32,4 минуты по сравнению с подростками, проводившими за экранами менее 2 часов в день.[19], (Диаграмма 1)

Мелатонин является гормоном, производимым мозгом человека (вырабатываемым эпифизом), регулирующим внутренние биоритмы и способствующим отдыху организма. Темнота способствует повышению концентрации мелатонина, облегчая процесс засыпания. Однако при попадании на сетчатку глаз яркого света, особенно коротковолновых спектральных диапазонов (около 460–480 нм), синтез данного вещества подавляется, что ведет к сбоям циркадных ритмов, снижению глубины сна, уменьшению внимательности и росту риска развития заболеваний хронического характера. (Рис.1) [15,17.]

Рисунок 1: Структурная формула мелатонина-гормона сна

Наиболее остро данная ситуация затрагивает лиц, работающих в ночное время суток, включая медицинских работников, дальнобойщиков, сотрудников службы охраны и представителей сферы высоких технологий. Уровень мелатонина у этой категории может оказаться существенно ниже обычного показателя дневных работников (до 40–60%), что влечет за собой проблемы обменных процессов, повышение артериального давления и увеличение содержания кортизола — гормона стресса. [18] (Диаграмма 2)

Диаграмма 2: Взаимосвязь профессиональной деятельности человека и качества сна

Последние научные изыскания демонстрируют, что кратковременное действие искусственного освещения в ночной период способно ослаблять иммунную систему и способствовать старению клеток организма. Постоянное использование гаджетов и техники, испускающих интенсивное синее свечение, усиливает значимость данной проблемы. Понимание механизмов воздействия света на организм позволит разработать рекомендации для улучшения состояния сна, восстановления функций нервной системы и повышения общего самочувствия всех категорий граждан.

Целью исследования выступает: выявление зависимости выработки мелатонина и общего самочувствия от интенсивности и спектра воздействующего на человека света.

Основные задачи включают:

• Исследование механизма синтеза мелатонина и выяснение факторов, влияющих на его содержание.

• Анализ изменений количества мелатонина под воздействием искусственных источников света.

• Определение различий реакции на световые раздражители у людей молодого возраста, но разных сфер деятельности.

Объект исследования: физиология сна.

Предмет исследования: связь особенностей сна с состоянием здоровья молодёжи в возрастной группе от 18 до 35 лет.

Рабочая гипотеза: предполагается, что расстройство сна негативно отражается на самочувствии и общем состоянии здоровья человека.

Работа построена следующим образом: введение, раздел с теоретическим обоснованием природы сна, экспериментальное исследование последствий расстройств сна на здоровье, заключение.

1. Научное обоснование воздействия факторов освещения на человеческий организм в условиях ночной среды

1. 1. Биохимические механизмы регуляции циркадных ритмов посредством сложных молекул

Согласно фундаментальным положениям современной биологии, сформулированным профессором Анисимовым В.Н., изменение уровня освещенности вследствие вращения Земли вокруг своей оси представляет собой ключевой экзогенный фактор, определяющий организацию циркадных ритмов живых существ. Среди эндогенных регуляторов особого внимания заслуживает мелатонин, производимый специализированными структурами мозга, такими как эпифиз. [1]

Научные данные свидетельствуют о значительном влиянии возрастного фактора на продукцию мелатонина, что было подробно рассмотрено в монографии Еремеевой И.В., посвященной патогенезу заболеваний пожилого возраста. Установлено, что с увеличением хронологического возраста происходит постепенное уменьшение синтеза данного гормона, способствующее развитию возрастной патологии и снижающего эффективность механизмов адаптации организма к меняющимся условиям внешней среды. [7]

Исследования сотрудников Тюменского государственного университета, опубликованные в престижном международном издании Biological Rhythm Research , продемонстрировали взаимосвязь выработки мелатонина с уровнем освещенности окружающей среды. Авторы подтвердили наличие тесной корреляционной зависимости между ритмом секреции указанного вещества и сменой периодов естественного освещения и темноты, определив таким образом механизм взаимодействия фотопериодизма и регуляторных функций нейрогуморальной системы. [8]

Проведенные эксперименты позволили выделить несколько ключевых аспектов функционирования мелатониновой системы:

• Регулирование фаз цикла сон - бодрствование путем синхронизации внутренних циркадных осцилляций с условиями естественной освещенности.

• Способность компенсировать десинхроноз, возникающий при нарушении привычного режима жизнедеятельности (например, при пересечении временных зон).

• Участие в поддержании гомеостаза различных функциональных систем организма благодаря воздействию на иммунную систему, обмен веществ и реакции окисления-восстановления.

Мелатонин вырабатывается в особой части мозга — шишковидной железе (эпифизе). Она помогает организму реагировать на свет и темноту. Больше всего мелатонина образуется ночью. Этот гормон регулирует режим сна и бодрствования, помогая нам засыпать вечером и просыпаться утром. (рис. 2)

Рисунок 2: Шишковидная железа (эпифиз)

Анализ результатов показывает, что выработка мелатонина зависит от сигналов, которые поступают от глаз. Эти сигналы передаются в особый участок мозга, отвечающий за биологические часы, а затем — в эпифиз. Там запускаются химические реакции, в результате которых из вещества серотонина образуется мелатонин.

Мелатонин помогает организму приспосабливаться к смене дня и ночи и поддерживает нормальную работу органов и тканей. Если мелатонина не хватает, могут нарушаться обмен веществ, способность организма адаптироваться к окружающей среде снижается, а риск развития различных заболеваний увеличивается.

1. 2. Механизмы образования и функционирования мелатонина

В статье журнала «Природа» В. Н. Анисимов пишет, что мелатонин образуется из вещества серотонина. Серотонин, в свою очередь, появляется из аминокислоты триптофана, которую человек получает с пищей.

Активность ферментов, участвующих в образовании мелатонина, зависит от освещённости. Поэтому больше всего мелатонина вырабатывается ночью, а днём его уровень очень низкий. Из-за этого длина светового дня влияет на работу эпифиза и на общее самочувствие человека (рис. 3, 4) [2]

Рисунок 3: Структурная формула мелатонина

Авторы статьи в журнале «Вопросы онкологии» Анисимов В.Н. и Виноградова В.А., указывают на серьезные последствия недостатка мелатонина. Они подчеркивают, что появление искусственного освещения привело к широкому распространению привычки находиться при свете даже в темное время суток, что способствует развитию нарушений здоровья, включая сердечно-сосудистую патологию и онкозаболевания. Нарушение естественного цикла сна приводит к снижению ночной продукции мелатонина и уменьшению концентрации гормона в плазме крови. [2]

Учёные также выяснили, что мелатонин может замедлять рост некоторых видов опухолей, например кожи, жировой ткани и печени. Это означает, что мелатонин помогает снижать риск развития рака.

Согласно исследованию, изложенному в монографии Анисимова В.Н. «Молекулярные и физиологические механизмы старения», мелатонин способен препятствовать процессу старения и образованию злокачественных новообразований. Он регулирует выработку ряда гормональных факторов, влияющих на эти процессы, активирует иммунную систему, усиливает запрограммированную гибель клеток опухоли (апоптоз), одновременно снижая её интенсивность в клетках нервной системы. Мелатонин также угнетает активность мутогенов и экспрессии онкогенных белков на молекулярном уровне. [9]

СтатьяРейтера R.J. идр. «Melatonin as a Hormone: New Physiological and Clinical Insights» («Endocrine Reviews», 2018 г.) описывает происхождение мелатонина и его роль в функционировании человеческого организма. Исходным веществом является аминокислота триптофан, из которой сначала образуется серотонин, далее — сам мелатонин. Основная задача гормона заключается в регуляции циркадных ритмов, обеспечивая синхронизацию циклов сна и бодрствования. [3]

Производство мелатонина контролируется супрахиазматическим ядром головного мозга, которое принимает зрительные сигналы относительно интенсивности окружающего освещения. Благодаря этому механизм производства мелатонина называют внутренними биологическими часами организма. (рис. 5)

Рисунок 5: Механизм синтеза мелатонина

Однако список функций мелатонина значительно шире:

— Обладает мощными антиоксидантными свойствами, защищая клетки от повреждения свободными радикалами.

— Поддерживает функцию иммунной системы.

— Регулирует артериальное давление и метаболизм.

— Способствует замедлению процесса старения.

Исследования показывают, что с возрастом концентрация мелатонина постепенно уменьшается, вследствие чего пожилые люди часто сталкиваются с нарушениями сна. В ряде случаев препараты мелатонина используются как вспомогательное средство, помогающее улучшить качество сна, облегчить адаптацию после смены часовых поясов или восстановить режим сна у работающих в ночные смены.

Некоторые исследования рассматривают потенциал мелатонина в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний и онкологических патологий, однако требуются дополнительные данные для формирования четких рекомендаций.

1. 3. Воздействие посменной занятости на организм

Сегодня количество сотрудников, занятых посменно, существенно возросло. Среди лиц, трудящихся по графику смен, выделяются выраженные проблемы со здоровьем: нарушение режима сна, сбои метаболизма, болезни желудка и кишечника, учащение сердечно-сосудистых патологий и развитие сахарного диабета. Исследования свидетельствуют о повышенном уровне онкологических заболеваний у работников со стажем посменной работы больше десяти лет по сравнению с теми, кто занят исключительно днем. Повышенный риск развития опухолей связывают с частыми случаями бессонницы, усиленным влиянием ночной освещенности и длительным пребыванием на ночной смене, что ведет к уменьшению синтеза гормона мелатонина.

Посменная деятельность широко распространена в отраслях промышленности, медицины, транспорта и сферы услуг. Такая форма труда подразумевает работу в разные периоды дня и ночи, нарушая привычный ритм жизнедеятельности человека.

Основной биологический механизм негативного влияния сменного графика заключается в нарушении естественных циклов тела («циркадных ритмов»), отвечающих за регуляцию сна, бодрствования и производство важных гормонов, включая мелатонин. Нарушение такого баланса вызывает хроническое утомление, ухудшение внимания, расстройство пищеварения и снижение иммунитета.

До недавнего времени ученые считали главным фактором отрицательного воздействия посменной работы именно расстройства сна. Современные исследования указывают на дополнительные причины негативных последствий.

Например, исследование ученых Chen Y., Deng K., Hughes I.M. и коллег [«Не только проблемы со сном?» Анализ пяти ключевых факторов поведения как оснований для проблем качества жизни среди работников посменного труда»] показывает результаты анализа состояния 4449 сотрудников китайской нефтяной компании. Специалисты проверяли взаимосвязь смены рабочего графика и показателей качества жизни по следующим параметрам: режим сна, питания, физическая активность, курение и алкоголь. [4]

Анализ выявил несколько значимых выводов:

• У сотрудников посменного расписания отмечается сниженная регулярность приема пищи и дефицит физической нагрузки, что негативно отражается как на физическом, так и психологическом самочувствии.
• При этом показатели сна, курения и употребления спиртного не оказали существенного влияния на общее самочувствие участников эксперимента.

Авторы пришли к выводу, что основным источником плохого самочувствия при посменной работе являются не столько проблемы со сном, сколько общая деградация здорового образа жизни: недостаточная подвижность, беспорядочное питание и сложность поддержания полезных привычек.

Следовательно, негативное воздействие посменной работы связано не только с нарушениями сна, но и с изменениями поведенческих паттернов, способствующих накоплению хронической усталости, развитию сердечно-сосудистых болезней, эндокринных нарушений и общему ухудшению самочувствия.

1. 4. Антистрессовый эффект мелатонина

Мелатонин снижает интенсивность эмоциональных реакций организма и выступает своего рода защитником от стрессового воздействия. Любой стресс неизменно нарушает баланс гормонов, влияя на работу гипоталамо-гипофизарной системы. Мелатонин действует корректирующим образом, вступая в дело лишь тогда, когда происходят значительные сбои в функционировании желез внутренней секреции, особенно надпочечников. Длительный хронический стресс ведет к нарушению естественных циклов сна и бодрствования, изменениям электроэнцефалограммы мозга, сбоям выработки важнейших биологически активных веществ, включая сам мелатонин, следствием чего становятся постоянное ощущение утомленности, снижение продуктивности и замедление рефлексов.

Кроме того, имеется ряд убедительных свидетельств негативного влияния продолжительного стресса на иммунную систему человека. Люди, находящиеся в состоянии психологического напряжения, демонстрируют значительное уменьшение уровня Т-лимфоцитов в крови, отвечающих за выработку антител, уничтожение патогенных клеток и восстановление поврежденных тканей, иными словами, формирующих наш иммунитет.

1. 5. Влияние секреции мелатонина на репродуктивную функцию

Постоянное круглосуточное освещение вызывает быстрое наступление состояния, аналогичного женскому климаксу, у многих видов грызунов, включая мышей и крыс. У таких животных выявляются кисты и другие новообразования в яичниках. Гормональная секреция становится нерегулярной, провоцируя патологии молочной железы и матки. Установлено также, что ночное освещение способно уменьшать продолжительность менструальных циклов у женщин с длительным циклом (свыше 33 суток): так, примерно у 60 % медсестёр, регулярно работавших в ночные смены, цикл сократился до 25 дней, а почти 70 % сообщили о нарушениях регулярности цикла. Экспериментально подтверждено, что непрерывное освещение повышает устойчивость гипоталамуса к подавляющему воздействию эстрогенов у лабораторных крыс. Данный механизм играет ключевую роль в процессах старения женской репродуктивной системы, одинаково проявляясь как у самочек крыс, так и у человека женского пола. Следовательно, искусственное освещение в тёмное время суток ускоряет угасание репродуктивных функций у женщин.

1. 6. Роль мелатонина в процессах старения и развития новообразований

Экспериментальные исследования показали, что введение мелатонина животным замедляет прогрессирование злокачественных образований разных органов (груди, кожных покровов, лёгких, матки, кишечника). Эти данные совпадают с клиническими наблюдениями. Например, специалисты Канады проанализировали десять исследований, где пациентам с тяжёлыми формами онкологии назначали мелатонин. Было установлено, что препарат значительно снижал вероятность летального исхода, не вызывая каких-либо нежелательных реакций.

Сейчас активно изучаются молекулярные пути воздействия мелатонина на процессы старения и возникновения опухолей. Выяснено, что гормон действует сразу на несколько уровней, предотвращая преждевременное увядание тканей и образование злокачественных клеток. Мелатонин нормализует гормональный фон, усиливает защитные функции иммунитета, уменьшает количество повреждающих кислородных радикалов и повышает активность антиоксидантов.

При достижении зрелого возраста концентрация мелатонина снижается, из-за чего организм становится менее защищённым от окислительных повреждений, развиваются воспалительные реакции, ускоряется износ тканей и увеличивается вероятность появления опухоли.

Мелатонин способен:

— задерживать деление раковых клеток и стимулировать их гибель;

— защищать генетический материал от разрушения;

— поддерживать нормальное функционирование иммунной системы;

— регулировать циркадные ритмы клеток.

Особенно низкие уровни мелатонина наблюдаются у тех, кто работает ночами при интенсивном свете, что связано с повышенным риском развития онкопатологий среди работников ночных смен.

Таким образом, роль мелатонина заключается не только в регуляции сна, но и в защите тела человека от последствий старения и возрастных заболеваний. Дальнейшие научные изыскания направлены на изучение возможностей профилактического применения данного вещества.

1. 7. Изменение выработки мелатонина с возрастом

По мере взросления человека выработка мелатонина неуклонно уменьшается, однако изначально у новорождённых уровень этого гормона тоже чрезвычайно низкий. Вероятно, груднички получают ориентиры относительно времени суток через материнский мелатонин, поступающий вместе с молоком. Уже начиная с трёхмесячного возраста дети начинают дольше спать ночью и больше бодрствовать днём. По всей видимости, такое изменение связано с нормализацией производства собственного мелатонина. Если у ребёнка длительное время сохраняются нарушения циркадных ритмов («перепутывание дня и ночи»), то зачастую причиной этому является искусственное кормление.

Анисимов В.Н., в своей работе «Мелатонин: роль в организме, использование в клинической практике» , отмечает, что у здоровых малышей содержание мелатонина в крови стабильно увеличивается от рождения и остаётся повышенным до начала подросткового возраста. Причём ночью уровень мелатонина у дошкольников превышает дневной показатель почти в сорок раз. Мелатонин у детей выполняет двойную функцию: способствует удлинению продолжительности сна и подавлению синтеза половых гормонов. Во время полового созревания количество гормона в крови значительно сокращается, особенно выраженно это снижение отмечается в период достижения половой зрелости. [1]

При задержке полового развития уровень мелатонина повышен, и если его концентрация продолжает превышать возрастную норму в пять и более раз, процесс полового созревания существенно замедляется.

Ночью у детей и подростков концентрация мелатонина достигает своего пика, способствуя правильному формированию внутренних биологических часов и поддержанию здоровья организма. Ночная концентрация мелатонина у детей составляет около 80–100 мг/мл, тогда как у взрослого населения в возрасте 40–60 лет эта цифра падает приблизительно на 40–50%, а после семидесяти лет ночной уровень нередко опускается ниже отметки в 30 мг/мл.

Снижение уровня мелатонина негативно сказывается на качестве сна, уменьшая продолжительность отдыха ночью, снижая устойчивость организма к стрессу, ослабляя иммунную систему и защитные антиоксидантые механизмы. Всё это увеличивает вероятность возникновения заболеваний пожилого возраста и ухудшения общего состояния организма.

Под влиянием данного гормона сон трансформируется в фазу быстрого сна, характеризующегося быстрым движением глазных яблок под закрытыми веками. Именно в этой стадии мы переживаем самые яркие эмоции, включая интимные чувства.

Все перечисленные эффекты обусловлены деятельностью эпифиза. С течением старения активность шишковидного тела угасает, приводя сначала к нарушению цикличности выделения мелатонина, а затем и к общему снижению уровня его выработки организмом.

1. 8. Мелатонин — ключ к долголетию

В своем труде «Арийская медицина. Путь к бессмертию» Белов А рассказывает, что в 1889 году профессор экспериментальной биологии Шарль Броун-Секар потряс членов Парижского биологического общества своим докладом. Семидесятидвухлетний ученый заявил, что инъекции экстрактов из яичек животных помогли ему ощутить прилив энергии, силы и полового желания.

Эти препараты быстро окрестили «эликсиром молодости» и начали активно предлагать покупателям в аптеках. Однако вскоре выяснилось, что чудесный эффект был временным: уже спустя месяцы возрастные проблемы вновь заявляли о себе. [10]

С развитием эндокринологии исследователи последовательно извлекали гормоны из разных желез, считая каждый новый гормон панацеей от всех болезней. Но позже оказалось, что полноценное восстановление здоровья требует комплексного воздействия на всю систему эндокринных органов.

Сотрудники Института геронтологии и биорегуляции сделали ставку именно на комплексную терапию и профилактику, предлагая пациентам проверенные средства, полученные из различных эндокринных тканей животных.

Выяснилось также, что работа эндокринной системы тесно переплетена с деятельностью иммунной и нервной систем. Ученые ввели понятие «диффузная нейроэндокринная система», центром которой стал мелатонин — вещество, контролирующее её функционирование.

Подтверждением тесной связи между шишковидной железой, вырабатывающей мелатонин, и иммунитетом служит тот факт, что многие болезни носят ярко выраженный сезонный характер. Осенью, когда уровень мелатонина падает, риск заболеваний значительно возрастает.

1.9. Регуляция циркадных ритмов под воздействием излучения видимогоспектра

Формирование суточных (циркадных) ритмов у человека связано с работой светочувствительных клеток сетчатки глаза. К ним относятся палочки и колбочки, а также особые клетки, содержащие пигмент меланопсин. Эти клетки по-разному реагируют на свет и передают сигналы в мозг. Колбочки лучше воспринимают длинные волны света, а меланопсиновые клетки — короткие, характерные для синего и зелёного света.

Сигналы от этих клеток поступают в специальный центр мозга — супрахиазматическое ядро, которое играет роль «биологических часов». Оно регулирует сон и бодрствование, выработку гормонов, температуру тела, давление и работу пищеварительной системы. Через этот центр свет влияет на выработку гормона мелатонина.

Меланопсиновые клетки особенно важны тем, что продолжают работать даже тогда, когда палочки и колбочки повреждены. Благодаря этому суточные ритмы могут сохраняться даже у людей с серьёзными нарушениями зрения.

Эксперименты показали, что свет разного цвета по-разному влияет на мелатонин. Синий свет значительно снижает его выработку, а зелёный вызывает кратковременное снижение. Также установлено, что чем ярче свет, тем сильнее он влияет на внутренние биологические часы.

Эти результаты помогают лучше понять, как свет влияет на сон, и открывают возможности для использования светотерапии при нарушениях сна и биологических ритмов.

1.10. Использование мелатонина при отдельных патологиях

В своем труде «Мелатонин: нормы содержания при различных циркадных ритмах и профессиональный подход к патологическим состояниям» профессор Цфасман А.З. подчеркивает, что мелатонин чаще всего применяется в комплексной терапии многих заболеваний в качестве дополнительного средства [11].

Обсуждая данную тему, важно отметить значительный исторический опыт лечения пациентов методом увеличения продолжительности сна. Такой способ был распространён ещё сто лет назад при лечении гипертонии, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, нервных расстройств и других патологий. Продолжительность сна увеличивалась вплоть до 10—20 часов ежедневно. Для достижения такого эффекта часто использовали лекарственные препараты седативного характера, однако такой подход имел побочные последствия. Сегодня мелатонин стал достойной альтернативой сильным снотворным средствам, поскольку не только увеличивает продолжительность сна, но и улучшает его качество.

Нарушения сна, включая хронические формы бессонницы, служат абсолютным показанием к применению препаратов мелатонина, учитывая, что большинство людей с подобными проблемами имеют пониженный уровень данного гормона.

Кроме того, мелатонин рекомендован пациентам пожилого возраста с нарушениями когнитивной функции и памятью вследствие неврологических заболеваний.

Использование мелатонина при депрессивных состояниях основывается на теории, согласно которой депрессия связана с нарушением биоритмов организма. Однако результаты научных исследований относительно концентрации мелатонина при депрессии противоречивы: одни указывают на её снижение, другие — наоборот, на увеличение. Поэтому использование мелатонина для прямого лечения депрессии пока не подтвердило свою эффективность.

Отдельно стоит упомянуть важность сочетания приёма мелатонина и кофеина людьми, работающими в ночную смену: мелатонин принимается вне рабочей смены, чтобы обеспечить полноценный отдых, тогда как кофеин употребляют непосредственно ночью для борьбы с усталостью и сонливостью.

Мелатонин оказывает значительное влияние на развитие и лечение сердечно-сосудистых заболеваний, преимущественно гипертонии. Регулярный приём мелатонина перед сном на протяжении 3—6 недель способен существенно снизить кровяное давление, что положительно сказывается на уровне смертности от гипертонического криза.

Согласно статье профессора С.И. Рапопорта и В.А. Голиченкова («Мелатонин: теория и практика»), мелатонин снижает тонус сосудов благодаря воздействию на специфические рецепторы стенок сосудов, нервные окончания и механизмы регуляции сократительной активности гладкой мускулатуры. [12]

Польза мелатонина при ишемии сердца и профилактике атеросклероза доказана недостаточно однозначно, хотя его назначение всё равно рекомендуют пациентам с повышенной чувствительностью к погодным условиям.

Пациенты с диабетом I типа характеризуются высоким уровнем мелатонина, тогда как при II типе диабета его концентрация низкая. Несмотря на указание сахарного диабета в перечне противопоказаний, некоторые исследования подтверждают безопасность применения мелатонина при втором типе диабета, следовательно, вопрос остаётся открытым для дальнейших обсуждений.

Помимо прочего, мелатонин эффективен при лечении ожирения, поскольку его уровень ниже нормы у полных людей.

Для пациентов с заболеваниями ЖКТ, такими как язва желудка, характерна нестабильность выработки мелатонина именно в периоды обострений. После восстановления здоровья нормальный суточный ритм производства мелатонина восстанавливается. Пациентам с онкологическими заболеваниями ЖКТ характерно резкое падение уровня мелатонина, особенно ночью, что расценивается как негативный фактор прогноза развития болезни. Добавление мелатонина в дозировке 3 мг осенью и весной способно продлить жизнь больным раком желудка.

Таким образом, мелатонин эффективно используется при множестве состояний в первую очередь как вспомогательное средство, хотя иногда выступает и главным компонентом терапии, особенно при нарушениях сна. Клиническая значимость мелатонина заключается в его способности улучшать состояние пациентов через усиление естественного процесса засыпания и поддержания здорового сна.

Глава 2Эмпирическое исследование влияния освещения в темное время суток на сон и физическое здоровье человека

Описание проведённого эксперимента

Эксперимент проводился с 3 мужчинами и 3 женщинами разных возрастных категорий и профессий. Выбор участников эксперимента обусловлен необходимостью в сравнении влияния отсутствия полноценного сна на состояние здоровья, возрастной же аспект необходим для понимания, каким возрастным группам стоит отказаться от ночного образа жизни. Эксперимент проводился в одинаковых для всех участников условиях: время года-осень, место проведения- Московская область, время суток - ночное; самочувствие участников фиксировалось трижды: утром, в обед, поздним вечером и по необходимости добавлялись комментарии. Одинаковые условия были созданы с целью чистоты эксперимента и его минимальной погрешности.

Для проведения опыта было необходимо:

1. За сутки до начала эксперимента участникам рекомендовалось выспаться и отдохнуть, минимально загрузив себя делами.

2. В первую ночь эксперимента первому участнику предлагалось не закрывать окна шторами.

3. Второму участнику в первую ночь предлагалось оставить включенным на ночь световой прибор так, чтобы лучи света не были направлены на него же.

3. Третьему участнику нужно было не спать всю ночь, занимая себя нетрудной умственной деятельностью (просмотр сериалов, перечитывание поздравительных открыток, игра в карты, рисование)

4. Четвертый участник по профессии – медицинская сестра приемного отделения. В ее случае ничего нового не предлагалось, кроме дежурства в больнице в обычном для нее режиме.

5. Пятый участник-студент биологического факультета МГУ, которому в ночь эксперимента необходимо было готовиться к коллоквиуму, т.е. участник был занят сложной умственной работой.

6. Шестому участнику предлагалось лечь спать на 2 часа позже обычного.

В течение следующего дня самочувствие участников фиксировалось.

Выбор участников:

Участник №1-Юлия, 20 лет, преподаватель танцев (пятидневная рабочая неделя)

Участник №2- Алексей, 35 лет, научный сотрудник (пятидневная рабочая неделя)

Участник №3- Александра, 22 года, продавец-консультант (шестидневная рабочая неделя)

Участник №4- Мария, 31 год, медсестра (посменный график 2/2)

Участник №5- Василий, 18 лет (шестидневная рабочая неделя)

Участник №6-Егор, 33 года, водитель такси (посменный график)

Итоги первой ночи: участнику №1 было сложно заснуть в течение первого часа. Утром участник встал как обычно; чувствовался легкий недосып, к обеду самочувствие улучшилось. На качество работы не повлияло.

Участнику №2 не удавалось заснуть в течение 100 минут, так же не мог найти удобную позу для сна. Утром встал на 30 минут позже, с большими усилиями, чем обычно. Недосып чувствовался до 13.00 и после 16.00. К 20.00 усталость стала ощущаться сильнее. Утром участнику было сложно сконцентрироваться на работе.

Участнику №3 было несложно не спать всю ночь, под утро почувствовалось некое утомление, но с рассветом прошло. К 17 часам усталость ощущалась сильнее обычного. На умственных и физических способностях бессонная ночь не отразилась.

Участника №4 на протяжении всей ночи был занят должностными обязанностями, времени на отдых в плоть до 8 утра следующего дня не было. Утром участник хотел спать больше обычного, был рассеян, какие-либо действия выполнялись дольше обычного. В обед участник лег спать, проспал порядка 6 часов. Через час после пробуждения самочувствие слегка улучшилось, но все равно мысли формулировались тяжело.

Участник №5 на протяжении всей ночи готовился к коллоквиуму, к утру работоспособность стала ухудшаться. Далее учить стало тяжелее, мысли путались. С рассветом самочувствие немного улучшилось. В период сдачи коллоквиума участнику удалось собраться, но к вечеру накопленная усталость дала снова о себе знать: участнику тяжело давалась работа по дому, он не мог выучить что-то новое.

Участник №6 боролся со сном вечером. Утром пробуждался достаточно легко, но к обеду почувствовал усталость, к вечеру ощутил напряжение в глазах, слегка замедлилась реакция. На умственных способностях не отразилось.

Эксперименты показали, что любые изменения привычного режима сна сразу влияют на самочувствие человека. Даже небольшое вмешательство, например позднее засыпание или ночное освещение, может вызывать усталость и снижать работоспособность на следующий день. (Диаграмма 3)

Диаграмма 3: Уровень ухудшения самочувствия у участников эксперимента

Участники, которых ночью освещал яркий или рассеянный свет, отмечали трудности с засыпанием и чувство недосыпа. Они чувствовали себя уставшими утром и в обед, им было сложнее сосредоточиться, а вечером наблюдалась повышенная усталость. Даже если физическая активность была минимальной, легкий недосып ощущался в течение всего дня.

Те, кто полностью лишался сна ночью, показывали нарастающую усталость и снижение энергии в течение дня. Несмотря на усталость, когнитивные функции, например выполнение привычных задач, сохранялись некоторое время, но с увеличением продолжительности недосыпа эффективность постепенно падала.

Даже участники, работающие ночью в обычном режиме, сталкивались с накопленным недосыпом. Утром они ощущали сонливость, снижение скорости мышления и рассеянность. Это показывает, что ночная активность любого типа — учебная, профессиональная или умственная — нарушает естественные ритмы сна и требует последующего отдыха.

Таким образом, эксперименты подтверждают: любое вмешательство в ночной сон — будь то свет, позднее засыпание или полное отсутствие сна — ухудшает самочувствие и снижает работоспособность. Наибольший эффект наблюдался у участников, чьи привычные ритмы сна были сильно нарушены. Это подчеркивает, насколько важно соблюдать темноту и полноценный ночной отдых для здоровья, хорошего самочувствия и эффективной работы на следующий день. (Таблица 1) (Диаграмма 4)

Диаграмма 4: Степень ухудшения самочувствия у участников эксперимента

Таблица №1: Сводная таблица по участникам и их самочувствию после эксперимента

Вывод:

Эксперимент показал, что любое вмешательство в привычный ночной сон — свет, позднее засыпание или полное бодрствование — сразу отражается на самочувствии и работоспособности на следующий день. Особенно чувствительны к таким изменениям те, у кого нарушен обычный режим сна. Это подчёркивает, как важно соблюдать темноту и полноценный отдых ночью.

Основные закономерности, выявленные в ходе эксперимента:

1. Возраст и устойчивость к недосыпу

• Молодые участники (Юлия, 20 лет; Александра, 22 года; Василий, 18 лет) переносили кратковременный недосып относительно спокойно: появлялась лёгкая усталость, но умственные и физические способности оставались на хорошем уровне.

• Старшие участники (Алексей, 35 лет; Мария, 31 год; Егор, 33 года) ощущали более выраженную усталость и снижение концентрации, особенно при ярком свете или интенсивной ночной работе.

2. Характер деятельности

• Сложная физическая или умственная работа ночью (Мария на дежурстве, Василий, готовившийся к коллоквиуму) усиливала усталость и снижала эффективность работы.

• Лёгкая умственная активность или менее энергозатратная работа (Юлия, Александра) вызывала меньше негативных эффектов, даже при полном бодрствовании или ночном свете.

3. Влияние света на мелатонин и сон

• Свет с улицы или искусственный свет нарушает выработку мелатонина.

• Юлия (улица) и Алексей (искусственный свет) испытывали трудности с засыпанием и недосып, снижалась концентрация и появлялась усталость.

• В темноте или при небольшом смещении сна (Егор) мелатонин вырабатывался нормально, сон был качественным, хотя накопленный недосып слегка проявлялся вечером.

4. График работы и нагрузка

• Посменная работа усиливает эффект недосыпа, но ключевым фактором остаётся интенсивность физической и умственной активности.

• Например, Мария, проведя ночь на дежурстве, была сонливой и рассеянной, а Егор с небольшим сдвигом сна и низкой нагрузкой почти не ощущал негативных последствий.

Сводка по участникам:

• Юлия: свет с улицы → трудности с засыпанием, лёгкий недосып, самочувствие нормализовалось к обеду.

• Алексей: искусственный свет → долгий сон, усталость, снижение концентрации, тяжёлое утро и день.

• Александра: полное бодрствование без стресса → лёгкая усталость днём, умственные способности сохранялись.

• Мария: ночное дежурство → нарушение мелатонина + высокая нагрузка → сонливость, рассеянность, медленное мышление.

• Василий: учёба ночью → умеренное влияние света, высокая умственная нагрузка → усталость к вечеру, снижение эффективности.

• Егор: смещение сна на 2 часа → мелатонин вырабатывался нормально, утро нормальное, вечером лёгкая усталость и напряжение глаз.

Выводы по практической части

1. В ходе работы было установлено, что мелатонин синтезируется в эпифизе преимущественно в тёмное время суток. Его выработка напрямую зависит от уровня освещённости: при наступлении темноты концентрация гормона повышается, а при воздействии света — снижается. На уровень мелатонина также влияют режим сна, возраст человека, продолжительность светового дня и использование электронных устройств в вечернее время.

2. Анализ показал, что искусственное освещение, особенно свет с высоким содержанием синего спектра, приводит к снижению концентрации мелатонина. Наиболее выраженное влияние наблюдается при использовании экранов телефонов, компьютеров и телевизоров в вечерние и ночные часы. Это может вызывать нарушение биологических ритмов, ухудшение качества сна и повышенную утомляемость.

3. Исследование показало, что свет с улицы и искусственное освещение в вечернее и ночное время нарушают выработку мелатонина, что отрицательно влияет на сон. Участники, находившиеся под воздействием света (Юлия и Алексей), испытывали трудности с засыпанием, недосып, снижение концентрации внимания и повышенную усталость. В условиях темноты или при небольшом смещении режима сна (Егор) выработка мелатонина сохранялась на нормальном уровне, сон был более качественным, хотя последствия ранее накопленного недосыпа частично проявлялись в вечернее время. Участники, работающие в ночные смены или часто использующие электронные устройства, чаще испытывают нарушения суточных ритмов и сна, что связано с регулярным воздействием искусственного освещения.

Заключение

1. Проблема нарушения сна приобретает особую значимость сегодня, когда хроническое переутомление, ухудшение внимания и психоэмоционального состояния становятся распространенными явлениями. Проведенный эксперимент наглядно продемонстрировал связь качества сна, уровня освещенности и общего самочувствия испытуемых.

2. Выяснилось, что даже незначительное ночное освещение, смещение часов отхода ко сну или полная бессонная ночь приводят к снижению работоспособности мозга и тела. У молодых добровольцев, занятых легкой деятельностью, признаки недосыпания проявлялись менее выраженно, тогда как лица старшего возраста или выполнявшие тяжелую работу демонстрировали значительное утомление, потерю внимательности и дезориентацию.

3. На клеточном уровне состояние сна регулируется гормоном мелатонином, обеспечивающим нормальные биологические часы и поддерживающим организм здоровым. Изменение естественного чередования темноты и света ведет к падению выработки мелатонина, нарушению циклов сна и ухудшению дневного функционирования. Испытуемые, столкнувшиеся с ночным светом или смещенным графиком сна, сталкивались с трудностями при засыпании и проблемами самочувствия днем, подчеркивая роль мелатонина для нашего здоровья.

4. Научные исследования подтверждают результаты эксперимента. Так, Чэнь Юань (Chen Y.) и другие авторы указывают, что изменение режима сна и недостаточная продолжительность отдыха негативно сказываются на качестве жизни работающих посменно сотрудников. Квотной И.М. с коллегами установлено, что пожилым людям низкий уровень мелатонина грозит развитием заболеваний, связанных с возрастом. Исследование «Мелатонин и рак предстательной железы» (2022 г.) подчеркивает защитную функцию мелатонина против клеточных повреждений и процессов старения. [4,7.]

5. Таким образом, поддержание стабильного распорядка сна, минимизация воздействия света ночью и снижение стрессов являются ключевыми факторами поддержания здоровья, предотвращения усталости и хронических заболеваний. Понимание важности этих аспектов и применение научно обоснованных рекомендаций поможет значительно повысить качество жизни, особенно для молодежи и взрослых трудоспособных людей.

Список литературы:

1. Анисимов В.Н. Мелатонин: роль в организме, применение в клинике. СПб.: Наука, 2007.

2. Анисимов В.Н., Виноградова В.А. Световой режим, мелатонин и риск развития рака // Вопросы онкологии. 2006. №5. С. 345–349.

3. Reiter, R.J., et al. Melatonin as a Hormone: New Physiological and Clinical Insights // Endocrine Reviews. 2018. Vol. 39. No. 2. P. 123–145.

4. Chen, Y., Deng, K., Hughes, I.M., et al. More than sleep problems? Testing five key health behaviors as reasons for quality of life issues among shift workers // Health and Quality of Life Outcomes. 2024. Vol. 22. Art. no. 187.

5. Harvard Medical School. Effects of Light on Melatonin Production // Journal of Biological Rhythms. 2023. Vol. 24. No. 5. P. 345–356.

6. Nature Neuroscience. Impact of Light Pollution on Health. 2024. Vol. 35. No. 6. P. 1234–1247.

7. Кветной, И., Кветная, Т., Бочарова, К. Мелатонин и патология пожилого возраста // Врач. 2024. №2. С. 34–42.

8. «Melatonin attenuates light-at-night effects on systolic blood pressure and body temperature but does not affect diastolic blood pressure and heart rate circadian rhythms», Denis Gubin et al., Biological Rhythm Research (2019).

9. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения. СПб.: Наука, 2003. — 468 с.

10. Белов, Александр Иванович. Арийская медицина. Путь к бессмертию. Москва: Амрита‑Русь, 2010. — 238 с.

11. Цфасман, А. З. Мелатонин: нормативы при различных суточных режимах, профессиональные аспекты в патологии. Москва: МИИТ, 2015. — 64 с.

12. Рапопорт, С. И., Голиченков, В. А.Мелатонин: теория и практика.
    Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2017. — 304 с.

13. Harvard Health Publishing. Blue light has a dark side. 2024. URL: https://www.health.harvard.edu/staying-healthy/blue-light-has-a-dark-side Harvard Health

14. Rahman S. A., St Hilaire M. A., Lockley S. W. et al. The effects of spectral tuning of evening ambient light on melatonin suppression, alertness and sleep. Physiology & Behavior. 2017; 177:221–229.

15. Gronli J., et al. Impact of evening light exposure on sleep and circadian timing: evening use of light-emitting devices. (включеновмета-анализ) // вобзоре: Interventions to reduce short-wavelength (“blue”) light exposure at night and their effects on sleep: A systematic review and meta-analysis. Sleep Advances. 2023.

16. Chang A.-M., Aeschbach D., Duffy J. F., et al. Evening use of light-emitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 2015;112(4):1232–1237.

17. Figueiro M., et al. Self-luminous devices and melatonin suppression in adolescents. Light Research & Technology. 2016;48(8):966–975.

18. Lucas R. J., Peirson S. N., Berson D. M., Brown T. M., Cooper H. M., Czeisler C. A., Figueiro M. G., Gamlin P. D., Lockley S. W., Price L. L. A., Provencio I., Skene D. J., Brainard G. C. Measuring and using light in the melanopsin age. Trends in Neurosciences. 2014;37(1);1-9

19. Echevarria P, Del‑Ponte B, Tovo‑Rodrigues L, Matijasevich A, Halal CS, Santos IS. Screen use and sleep duration and quality at 15 years old: Cohort study. Sleep Medicine: X. 2023;5:100073. doi:10.1016/j.sleepx.2023.