Исследователи из Цюрихского университета обнаружили, что одна бессонная ночь оставляет в слюне отчетливый метаболический след, который можно выявить с высокой точностью. По данным исследования, для различения человека, бодрствовавшего 24 часа, и хорошо отдохнувшего человека достаточно 10–12 биомаркеров.
Работа показывает, что такой подход может стать основой для быстрых неинвазивных тестов на сильное утомление, которые в будущем можно будет использовать для проверки водителей или работников, чья деятельность требует концентрации внимания.
В клиническом исследовании ученые искали биологический маркер недосыпа, анализируя метаболом ротовой жидкости при разных состояниях усталости. Слюну выбрали потому, что ее легко и безопасно собирать, в отличие от крови, забор которой вне медицинских условий может быть затруднен.
В испытании участвовали 20 здоровых молодых мужчин со средним возрастом около 24 лет. Все они обычно спали по 7–9 часов в сутки и не имели выраженных утренних или вечерних предпочтений. Исследование было организовано по рандомизированной перекрестной схеме: каждый участник в случайном порядке прошел три режима сна, между которыми была как минимум неделя нормального отдыха.
Первым режимом был контрольный — восемь часов сна. В двух других условиях участники получали одинаковый дефицит сна в восемь часов, но разными способами. В одном случае они полностью пропускали ночь сна и оставались бодрствующими более 24 часов подряд. В другом — сокращали сон на два часа в течение четырех ночей подряд, спя по шесть часов за ночь.
Образцы нестимулированной слюны собирали в заранее определенное время в течение дня и вечера. Для контроля естественных биологических ритмов ученые также определяли начало секреции мелатонина при тусклом освещении, чтобы учесть особенности внутренних биологических часов каждого участника.
Затем образцы проанализировали с помощью жидкостной хроматографии в сочетании с высокоразрешающей масс-спектрометрией. Этот метод позволил получить массив данных с более чем 6 тысячами устойчивых молекулярных признаков. Для интерпретации результатов исследователи использовали методы машинного обучения, обучив логистические модели определять, относится ли неизвестный образец к состоянию нормального сна, полного лишения сна или ограничения сна.
Анализ показал, что острое лишение сна влияет примерно на 10% всех биомолекул в слюне и формирует уникальный химический отпечаток. Модель смогла выявлять полное лишение сна по сокращенному набору из 10–12 молекулярных признаков. Если система относила образец к группе лишенных сна, ее вывод оказывался верным примерно в 96% случаев.
Выраженность этого метаболического сигнала менялась в зависимости от времени суток. Наиболее заметными различия между отдохнувшими и истощенными участниками были утром и в середине дня. К позднему вечеру химические сигнатуры начинали сближаться.
При этом четыре ночи умеренного ограничения сна не дали столь же пригодных для практики метаболических изменений. Алгоритм не смог надежно отличать участников, спавших по шесть часов, от тех, кто спал по восемь часов. Это указывает на то, что организм может по-разному реагировать на острое полное лишение сна и на более умеренный хронический недосып.
Возможное применение и ограничения
Авторы считают, что способность выявлять 24 часа непрерывного бодрствования может иметь практическое значение для правоохранительных органов и сферы безопасности труда. В некоторых юрисдикциях, включая штат Нью-Джерси, вождение после 24 часов без сна квалифицируется как опасное.
В то же время исследователи подчеркивают, что у работы есть ограничения. В исследовании участвовали только здоровые молодые мужчины с регулярным режимом дня, поэтому результаты необходимо проверить на женщинах, пожилых людях, а также на людях с разными хронотипами и нарушениями сна.
Кроме того, биомаркеры предстоит валидировать в более широком наборе реальных условий. Ученым еще нужно выяснить, как на метаболом слюны влияют сменная работа, питание, алкоголь и рецептурные препараты, а также точно установить химическую структуру и названия ключевых 10–12 метаболитов.
Авторы также отмечают, что биологическое состояние недосыпа не всегда полностью совпадает с уровнем фактического когнитивного нарушения. Один и тот же уровень химических маркеров усталости у разных людей может сопровождаться разной степенью снижения работоспособности.
Исследование рассматривается как подтверждение принципиальной возможности неинвазивного выявления острого недосыпа без необходимости иметь исходный образец конкретного человека для сравнения.
