2026-03-08science/human-body/seasons-human-body.mdseasons-human-body.md

Внутренний календарь

≈ 15 минут12 разделов

Содержание, 12 разделов
  1. Геном следует за солнцем: 23% белок-кодирующих генов меняют активность со сменой сезонов
  2. Гормональный оркестр: зимой одни ноты, летом другие
  3. Сердце зимой: инфаркты, давление и «зимний избыток смертности»
  4. Иммунитет по расписанию: зима как время иммунной готовности
  5. Мозг в потёмках: сезонное аффективное расстройство и его нейробиология
  6. Весна как сезон тела: репродукция, рост и пиковая витальность
  7. Кожа, кости и витамин D: сезональный дефицит как системная проблема
  8. Сон и биологические часы: зимний сдвиг
  9. Аутоиммунные и хронические болезни: зима как сезон обострений
  10. Почему мы не медведи: пределы сезональности у человека
  11. Заключение: тело знает, какой сейчас месяц
  12. Список источников

Мы привыкли думать, что сезонность это то, что происходит снаружи: снег, жара, пыльца, световой день. Но за последние десятилетия биомедицинская наука накопила достаточно данных, чтобы утверждать кое-что более радикальное: времена года происходят и внутри нас. Меняется состав крови. Меняется активность тысяч генов. Меняются уровни гормонов, риски заболеваний, работа иммунной системы, давление в сосудах, настроение и даже вероятность инфаркта.

Тело человека ведёт свой собственный календарь, и он точнее, чем мы думали.

Геном следует за солнцем: 23% белок-кодирующих генов меняют активность со сменой сезонов

Отправной точкой можно считать исследование, опубликованное в Nature Communications в 2015 году группой учёных Кембриджского университета под руководством Джона Тодда. Анализируя образцы крови и жировой ткани у тысяч людей из Великобритании, Германии и Гамбии, учёные обнаружили нечто неожиданное: более 4 000 белок-кодирующих мРНК в лейкоцитах и жировой ткани имеют сезональные профили экспрессии. Это около 23% всего белок-кодирующего генома.

В когорте BABYDIET было выявлено 5 136 генов с сезональной вариацией экспрессии: 2 311 из них были активнее летом, и 2 826 зимой. Зима это более короткий световой день и более низкая температура. И принципиально иная программа работы генома.

С точки зрения функции тканей, у иммунной системы в зимние месяцы был выраженный провоспалительный транскриптомный профиль, с повышенными уровнями растворимого рецептора IL-6 и С-реактивного белка, биомаркеров риска сердечно-сосудистых, психических и аутоиммунных заболеваний, пиковая заболеваемость которыми приходится на зиму.

Особо интересна судьба одного гена, ARNTL (BMAL1). Он более активен летом и менее активен зимой. Предыдущие исследования на мышах показали, что этот ген подавляет воспаление; если он работает аналогично у людей, то уровень воспаления в организме должен быть выше в зимние месяцы, что и подтверждается клиническими данными.

Принципиально важна и географическая инверсия: у сезональных генов были противофазные паттерны между Европой и Океанией. Это отклик на космический ритм, на то, как Земля вращается вокруг Солнца. Артефактом или влиянием вирусных сезонных инфекций такую противофазу не объяснить.

Параллельное исследование, опубликованное в PLOS Biology в 2021 году (данные GTEx по 932 индивидуумам и 54 тканям), подтвердило: сезональная вариация экспрессии затрагивала многочисленные метаболические пути и была обогащена генами, связанными с иммунным ответом, что согласуется с сезонностью вирусных инфекций. Наибольшая сезональность была у мозговых и гонадных тканей, тогда как у тканей грудной полости более выраженная суточная регуляция.

Гормональный оркестр: зимой одни ноты, летом другие

Если геном меняет программу со сменой сезонов, то гормоны, главные его дирижёры, тоже должны следовать этому ритму. Так и оказалось, и масштаб открытия превзошёл ожидания исследователей.

В 2021 году группа учёных Института Вейцмана (Израиль) под руководством Ури Алона опубликовала в PNAS работу, основанную на медицинских записях страховой компании Clalit, крупнейшего в мире банка данных по гормонам. Анализ охватил 46 миллионов человеко-лет. Учёные отслеживали 11 гормонов, включая кортизол, тиреоидные гормоны, половые гормоны и гормон роста.

В среднем у всех гормонов были пики и спады на протяжении года с сезональной вариацией около 5%. Например, тестостерон и эстрадиол достигали своего пика в конце зимы или весной.

Картина, которую обнаружила группа Алона, оказалась неожиданной. Гипофизарные гормоны (АКТГ, ТТГ, ФСГ, ЛГ), управляющие периферическими железами, достигали пика летом. А эффекторные гормоны, которые эти гипофизарные гормоны должны стимулировать (кортизол, тестостерон, эстрадиол, тиреоидный T3, ИФР-1), достигали пика зимой или весной. Это антифазное соотношение было неожиданным, поскольку гипофизарные гормоны контролируют эффекторные.

Авторы предложили математическую модель объяснения. Гипофизарные гормоны, стимулирующие надпочечники вырабатывать кортизол, одновременно вызывают рост этих желёз. Но кортизол, продуцируемый надпочечниками, заставляет гипофиз сокращаться, что в конечном итоге снижает стимуляцию надпочечников, которые тоже уменьшаются, и так по замкнутому кругу. Поскольку весь этот процесс происходит постепенно, в течение недель и месяцев, возникает временной лаг, объясняющий различия в пиках между двумя группами гормонов.

По мнению авторов, главным «задатчиком» этих годовых часов служит мелатонин, гормон, синтез которого регулируется световым днём.

Для клинической практики это имеет прямые последствия. Даже небольшой систематический эффект может привести к неверному диагнозу, если нормальные диапазоны не адаптированы к сезонам. Гормональные анализы, сданные в феврале и в августе, могут дать заметно разные результаты у одного и того же здорового человека, и это нужно учитывать при интерпретации.

Сердце зимой: инфаркты, давление и «зимний избыток смертности»

Кардиоваскулярная сезональность относится к наиболее клинически значимым проявлениям сезонной физиологии. Это явление, известное как «зимний избыток смертности» (excess winter mortality), изучается уже почти столетие: первые данные о зимнем пике инфарктов были опубликованы ещё в 1930-х годах.

Сегодня картина ясна и воспроизводима. Большинство исследований фиксируют «зимние пики» в госпитализации и смертности от ССЗ; показатели зимой на 10–20% выше, чем в «летний минимум». Крупное канадское исследование, охватившее 159 884 смерти от инфаркта миокарда и 136 157 смертей от инсульта, зафиксировало: пик смертности от инфаркта приходился на январь, минимум на сентябрь, с разницей между ними в 18,6%. Сезональная вариация резко возрастала с возрастом: 5,8% в группе младше 65 лет против 15,8% в группе старше 85 лет.

Центральный механизм это сезональные изменения артериального давления. Холодовое воздействие вызывает артериолярную констрикцию и увеличение периферического сосудистого сопротивления через активацию симпатической нервной системы, а также снижение потоотделения и, следовательно, меньшие потери соли, всё это повышает давление.

Данные гигантского китайского когортного исследования (23 000 участников с сердечно-сосудистыми заболеваниями) показали: среднее систолическое давление зимой было значимо выше, чем летом (145 против 136 мм рт. ст.). Смертность от ССЗ зимой была на 41% выше, чем летом. Причём каждые 10 °C снижения уличной температуры ассоциировались с повышением систолического давления на 6,2 мм рт. ст.

Исследование пожилых людей в Великобритании зафиксировало ещё более выраженный эффект: доля участников с давлением выше 160/90 мм рт. ст. зимой была в четыре раза выше, чем летом. Снижение комнатной температуры всего на 1 °C было связано с повышением систолического давления на 1,3 мм рт. ст.

Коагуляционные изменения усугубляют картину. Зимой зафиксировано повышение уровня фибриногена, белка, участвующего в образовании тромбов и атеросклеротических бляшек. Этот «гиперкоагуляционный» зимний фон создаёт биохимическую почву для роста числа инфарктов и инсультов.

Обнадёживающий вывод: в Харбине, городе на северо-востоке Китая с широко распространённым центральным отоплением, разница систолического давления между зимой и летом составила лишь 7 мм рт. ст., хотя средняя уличная температура зимой была на 36 °C ниже, чем летом. Это убедительно свидетельствует: кардиоваскулярная сезональность во многом следствие физической экспозиции к холоду, которую можно контролировать. Неизбежности тут нет.

Иммунитет по расписанию: зима как время иммунной готовности

Для провоспалительного «зимнего» профиля генов, обнаруженного Кембриджской группой, исследователи предлагают эволюционную интерпретацию: зимой, когда инфекционные организмы более распространены, пороги, необходимые для запуска иммунного ответа, могут быть снижены как прямое следствие нашей коэволюции с патогенами.

Это означает, что «иммунная боеготовность» в зимние месяцы действительно выше: организм как будто знает, что сейчас сезон эпидемий. Но повышенная воспалительная активность это обоюдоострый меч. Повышенные уровни растворимого рецептора IL-6 и С-реактивного белка служат биомаркерами риска для сердечно-сосудистых, психических и аутоиммунных заболеваний, которые имеют пиковую заболеваемость именно зимой. Иными словами, та же иммунная «перенастройка», которая помогает бороться с гриппом, одновременно увеличивает вероятность аутоиммунных вспышек у людей с предрасположенностью.

Интересна ещё одна деталь из кембриджского исследования: жители Гамбии демонстрировали иную картину: сезональная вариация числа иммунных клеток в крови коррелировала с сезоном дождей (с июня по октябрь), когда особенно распространены москитные инфекции, в том числе малярия. Это показывает, что «иммунный календарь» настраивается на конкретный паттерн инфекционной нагрузки в регионе проживания, а уже этот паттерн исторически коррелировал с астрономическими сезонами.

Мозг в потёмках: сезонное аффективное расстройство и его нейробиология

Из всех органов на смену сезонов наиболее остро реагирует мозг. Сезонное аффективное расстройство (SAD) это клинически диагностируемое расстройство, впервые описанное и систематизированное психиатром Норманом Розенталем в 1984 году.

SAD характеризуется повторяющимися большими депрессивными эпизодами, начинающимися поздней осенью или зимой и спонтанно проходящими весной или летом. Типичные симптомы включают атипичные черты депрессии: гиперсомнию, переедание, тягу к углеводам и выраженную усталость.

От SAD страдают 4–6% американского населения. Если учитывать более мягкую форму, «субсиндромальное SAD» или «зимнюю хандру», цифра выше.

В основе SAD лежат два взаимосвязанных нейрохимических механизма. Первый касается серотонина. У людей с SAD, особенно с зимним паттерном, снижен уровень серотонина. Исследования показывают, что солнечный свет влияет на молекулы, поддерживающие нормальный уровень серотонина. Более короткий световой день может нарушить работу этих молекул, способствуя снижению серотонина зимой. Дефицит витамина D может усугублять эти проблемы, поскольку витамин D, как считается, стимулирует серотониновую активность.

Второй механизм касается мелатонина. Более короткий световой день зимой может привести к более длительной секреции мелатонина, внося вклад в симптомы SAD через нарушение циркадного ритма. Предложены две основные гипотезы, опирающиеся на циркадные ритмы: гипотеза фотопериода, согласно которой более короткий световой день в зиму может запускать депрессию у уязвимых людей из-за продлённой секреции мелатонина; и гипотеза фазового сдвига, предполагающая, что рассинхронизация между циркадными ритмами и сном приводит к симптомам SAD.

Нейроанатомически SAD был «локализован» в ходе исследования Вандербильтского университета, опубликованного в Current Biology в 2015 году. Учёные установили, что сезонные световые эффекты, управляющие SAD, сосредоточены в небольшой зоне среднего мозга, дорсальном ядре шва, связанной с серотониновой системой и рецепторами мелатонина.

SAD имеет и зеркальную летнюю версию. У людей с летним паттерном SAD могут быть снижены уровни мелатонина, что согласуется с тем, что долгие жаркие дни ухудшают качество сна и приводят к симптомам депрессии. Длинный световой день, высокие температуры и нарушения сна это причины, по которым у некоторых людей депрессия приходится на разгар лета.

Весна как сезон тела: репродукция, рост и пиковая витальность

Если зима это время иммунной боеготовности и сосудистого напряжения, то весна, по всей видимости, биологический пик витальности человека. На это указывают гормональные данные Института Вейцмана: результаты подтверждают зимне-весенний пик для человеческого воспроизводства, метаболизма, роста и стрессовой адаптации.

Тестостерон и эстрадиол, гормоны репродуктивной функции, достигают своего пика в конце зимы и весной. Кортизол, гормон адаптации к стрессу, пикует в феврале. IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста-1), определяющий скорость анаболических процессов, также достигает максимума в этот период.

Это согласуется и с данными о сезонности рождаемости: хотя паттерны варьируются между культурами и климатическими зонами, в ряде популяций умеренного климата фиксируется весенний пик зачатий, то есть максимальная сексуальная активность приходится примерно на ноябрь и декабрь, а рождения на август и сентябрь. Это согласуется с зимне-весенним пиком половых гормонов: уровни тестостерона, ЛГ и ФСГ различаются в зависимости от сезона, в котором были взяты образцы крови.

Тиреоидный гормон T3, ответственный за термогенез и скорость обмена веществ, пикует зимой, когда организму требуется максимально эффективно производить тепло. Это объясняет, почему люди нередко сообщают о повышенном аппетите в холодное время года: щитовидная железа буквально ускоряет метаболический «котёл».

Кожа, кости и витамин D: сезональный дефицит как системная проблема

Отдельного внимания заслуживает витамин D, единственный витамин, который тело синтезирует самостоятельно под действием ультрафиолета B. Его уровень определяется сезоном резче, чем любого другого микронутриента: летний пик и зимняя ямка разделены у жителей умеренных широт разрывом в 20–40 нг/мл сыворотки.

Витамин D воздействует на весь организм. Рецепторы к нему (VDR, vitamin D receptor) обнаружены практически во всех тканях организма, от иммунных клеток до нейронов. Витамин D способствует серотониновой активности, влияя таким образом на настроение и когнитивные функции. Его дефицит ассоциирован с повышенным риском аутоиммунных заболеваний, диабета 1-го и 2-го типа, онкологических процессов, сердечно-сосудистых заболеваний и депрессии.

В широтах севернее 55–57° (Москва находится на 55,7°) синтез витамина D через кожу практически невозможен с октября по март из-за низкого угла падения солнечных лучей: UVB-фотоны поглощаются атмосферой. Это означает, что большинство жителей Центральной и Северной России ежегодно проходят через сезонный дефицит витамина D, продолжающийся несколько месяцев, со всеми физиологическими последствиями.

Сон и биологические часы: зимний сдвиг

Световой день это главный «задатчик времени» (zeitgeber) для циркадного ритма человека. С его сокращением осенью шишковидная железа начинает вырабатывать мелатонин раньше вечером и позже прекращает его выработку утром. Физиологический результат это сдвиг «окна сна» в сторону более раннего начала. У многих людей это субъективно ощущается как желание лечь спать раньше и трудность с ранним пробуждением, особенно в первые недели после перехода на зимнее время.

Исследования с использованием актиграфии (мониторинг активности-покоя через носимые устройства) показывают: общая продолжительность сна зимой у жителей умеренных широт в среднем на 25–35 минут больше, чем летом. Это нормальный биологический ответ на изменение фотопериода: организм следует своей программе.

Нарушения циркадного ритма, накапливающиеся при хроническом несовпадении социального и биологического времени (так называемый «социальный джетлаг»), наиболее выражены зимой именно из-за конфликта между ранними будильниками и поздним рассветом. Исследования связывают хронический социальный джетлаг с повышенным риском ожирения, диабета, депрессии и сердечно-сосудистых заболеваний.

Аутоиммунные и хронические болезни: зима как сезон обострений

Сезональные паттерны хорошо задокументированы для множества хронических заболеваний, и в большинстве случаев зима это их высокий сезон.

Рассеянный склероз, ревматоидный артрит, системная красная волчанка: у всех этих аутоиммунных заболеваний зимние пики обострений. Это согласуется с провоспалительным иммунным профилем зимних месяцев: иммунная система в «боевом» состоянии у генетически предрасположенных людей с большей вероятностью «промахнётся» по собственным тканям.

Диабет 1-го типа (аутоиммунное разрушение бета-клеток поджелудочной железы) также имеет сезональность дебюта: в умеренных широтах новые случаи чаще диагностируются осенью и зимой. Это и послужило одной из отправных точек для кембриджского исследования: его авторы первоначально изучали именно генетику диабета 1-го типа и неожиданно наткнулись на сезональность экспрессии генов иммунной системы.

Псориаз, атопический дерматит, экзема, кожные заболевания с воспалительной природой, также обостряются зимой: сухой воздух, дефицит витамина D и повышенная иммунная активность создают идеальные условия для рецидива.

Почему мы не медведи: пределы сезональности у человека

При всём сказанном сезональность физиологии человека реальна, но умеренна. В среднем сезональная вариация всех гормонов была около 5%. Это не медвежья спячка и не полноценная смена метаболических программ, как у перелётных птиц.

Эволюция сгладила нашу сезональность по нескольким причинам: всеядность и способность запасать жир дала человеку большую независимость от пищевых циклов; огонь и одежда отвязали терморегуляцию от климата; глобальные миграции смешали генетические адаптации к разным фотопериодам. Исследователи отметили, что паттерн сезональной активности не был столь же выражен у исландских доноров, вероятно, из-за почти 24-часового дневного света летом и почти 24-часовой темноты зимой. Экстремальные фотопериоды могут нарушать работу сезонных «часов» так же, как их отсутствие.

Но даже умеренная, 5-процентная сезональная вариация гормонов это системное явление. Оно объясняет, почему одни и те же болезни хуже зимой, почему давление нужно измерять в разные сезоны, почему кардиологи должны быть особенно бдительны в январе, а психиатры в октябре.

Заключение: тело знает, какой сейчас месяц

Тело человека чувствует время. Световой день, главный сигнал, через мелатонин и циркадную систему запускает каскады, меняющие работу 23% генома, профили 11 гормонов, состав крови, тонус сосудов, настроение и уязвимость к болезням. Этот механизм сформировался миллионами лет эволюции в изменчивой среде умеренных и высоких широт.

Современная медицина только начинает интегрировать сезональность в клиническую практику: сезонные диапазоны нормы для гормональных тестов, сезонная коррекция антигипертензивной терапии, сезонная профилактика дефицита витамина D. Но направление очевидно: биомедицина будущего будет лечить конкретного человека в конкретном сезоне.

Список источников

  1. Castro Dopico X., Evangelou M., Ferreira R.C. et al. Widespread seasonal gene expression reveals annual differences in human immunity and physiology. Nature Communications, 2015; 6: 7000. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4432600/

  2. de Luca S.N. et al. Day-night and seasonal variation of human gene expression across tissues. PLOS Biology, 2021; 19(2): e3001986. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7941615/

  3. Tendler A., Bar A., Tlusty M., Alon U. et al. Hormone seasonality in medical records suggests circannual endocrine circuits. PNAS, 2021; 118(7): e2003926118. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7896322/

  4. Bellastella G. et al. Seasonal Changes of Serum Gonadotropins and Testosterone in Men. Frontiers in Endocrinology, 2019; 10: 914. https://www.frontiersin.org/journals/endocrinology/articles/10.3389/fendo.2019.00914/full

  5. Stewart S. et al. Seasonal variations in cardiovascular disease. Nature Reviews Cardiology, 2017; 14: 654–664. https://www.nature.com/articles/nrcardio.2017.76

  6. Woodhouse P.R. et al. Seasonal variation of blood pressure and its relationship to ambient temperature in an elderly population. Journal of Hypertension, 1994; 12(12): 1285–1292. PMID: 8301109. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8301109/

  7. Wang N., Xu X., Zhong J. et al. Outdoor temperature, blood pressure, and cardiovascular disease mortality among 23 000 individuals with prior CVD from China. European Heart Journal, 2015; 36(19): 1178–1185. PMID: 25690792. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25690792/

  8. Marti H., Perry I., Jha P. et al. Winter Cardiovascular Diseases Phenomenon. North American Journal of Medical Sciences, 2013; 5(5): 266–279. PMC3662093. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3662093/

  9. Sheth T., Nair C., Muller J., Yusuf S. Increased winter mortality from acute myocardial infarction and stroke: the effect of age. Journal of the American College of Cardiology, 1999; 33(7): 1916–1919. https://www.jacc.org/doi/10.1016/S0735-1097(99)00137-0

  10. Lam R.W. Pathophysiology of seasonal affective disorder: a review. Journal of Psychiatry & Neuroscience, 2000; 25(5): 469–480. https://med-fom-ubcsad.sites.olt.ubc.ca/files/2013/11/jpn_sad.pdf

  11. National Institute of Mental Health (NIMH). Seasonal Affective Disorder (SAD). https://www.nimh.nih.gov/health/publications/seasonal-affective-disorder

  12. Ciarleglio C., Bhatt D., McMahon D. et al. Locating the brain’s SAD center. Current Biology, 2015. Vanderbilt University News. https://news.vanderbilt.edu/2015/05/07/locating-the-brains-sad-center/

  13. Bruno R.M., Taddei S. Temperature, cardiovascular mortality, and seasonal adversity (Review). Journal of Human Hypertension, 2022; 36: 627–637. https://www.nature.com/articles/s41371-022-00707-8