Kako funkcioniraju endogeni biološki ritmovi

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Članak je posvećen radu cirkadijanskih ritmova - endogenih bioloških ritmova sa periodom od oko 24 sata, karakterističnih za većinu organizama, uključujući i ljude. Ovo je pregled najnovijih naučnih istraživanja, a ne zbirka korisnih savjeta, iako se u članku govori o potencijalnoj promjeni načina života. Ovaj pregled nije iscrpan; nastavit ćemo ga ažurirati kako se budu pojavljivale nove istraživačke studije.

glavna stvar:

→ Dosljedni i zdravi cirkadijalni ritmovi mogu pomoći poboljšanju cjelokupnog zdravlja, kao i djelotvornoj prevenciji hroničnih bolesti.

→ Zapamtite da spavate: ishrana, vežbanje i drugi faktori utiču na to kako cirkadijalni ritmovi funkcionišu.

→ Proučite posebnosti rada cirkadijanskih ritmova, odredite svoj "hronotip", a zatim stečeno znanje primijenite na metodološke preporuke naznačene u naučnim istraživanjima.

Prije nego što bilo koji savjet iz ovog članka uključite u svoju dnevnu rutinu, provjerite sa svojim zdravstvenim radnikom.

Prije čitanja članka: kratak pojmovnik

1. Cirkadijan: ciklus koji se prirodno ponavlja sa periodom od oko 24 sata, bez obzira na dužinu dnevnog svetla; od latinskog circa ("o") i diem ("dan").
2. Senzor ritma: signal okoline, kao što je promjena svjetla ili temperature; od njemačkog zeit ("vrijeme") i geber ("davatelj").
3. Endogeni: patološki proces u tijelu uzrokovan unutarnjim faktorima, a nije uzrokovan vanjskim utjecajima (korijenski uzrok).
4. Prilagodba cirkadijanskog ritma: javlja se kada ritmički, fiziološki ili bihevioralni zadaci odgovaraju promjenama u okruženju; interakcija cirkadijanskih ritmova sa okolinom.
5. Dnevno: svaki dan; od latinskog dies (dan) i i diurnus (dnevno).
6. Glavni sat: Par populacija ćelija pronađenih u hipotalamusu, takođe poznat kao suprahijazmatsko jezgro (SCN); Ove ćelije sadrže gene koji kontrolišu cirkadijalne ritmove.
7. Mutantni gen: trajna promjena u DNK sekvenci; koju kronobiolozi koriste za prepoznavanje mehanizma gena sata identifikacijom mutantnog gena kod životinja s aritmičnim cirkadijalnim sindromom.

Zamislite biljku koja pokušava fotosintetizirati noću: kratka drama u mraku. „Biljke se bave životom i smrću“, kaže Sally Yu, pomoćnica profesora biohemije i ćelijske biologije na Univerzitetu Teksas u Centru zdravstvenih nauka u Hjustonu (UTealth), mračno. "Ako ne slijede cirkadijalne ritmove, umrijet će." Ali za osobu, prognoza neće biti tako mračna. „Čak i ako uklonite gen sata (važan gen koji reguliše rad cirkadijalnih ritmova), nećete umrijeti odmah“, kaže Yu. „Ali ćete patiti.“Vjerovatni problemi? Trajni psihički problemi i, između ostalog, povećan rizik od kroničnih bolesti. Život je težak kada sve nije usklađeno.

Yuov kolega, Jake Chen, docent na istom odsjeku, kaže drugačije: „Često kažemo da sve treba da se radi po planu. Ali ovo je preterivanje. Ali fraza "sve ima svoje vrijeme" nije. A to je direktno povezano sa ljudskim tijelom. U svakoj ćeliji, tkivu ili organu fiziološki procesi se odvijaju u određeno vrijeme. Biološki sat je svojevrsni mjerač vremena - mehanizam pomoću kojeg možemo biti sigurni da sve radi kako treba. Ovo je osnovna funkcija.”

Chen i Yu proučavaju cirkadijalne ritmove – biološke ritmove tijela sa periodom od oko 24 sata, koje svakodnevno prate sva živa bića na našoj planeti. Cirkadijalni ritmovi ili cirkadijalni ritmovi direktno su povezani sa milionima godina razvoja života na našoj planeti. To je proizvod interakcije unutrašnjeg biološkog sata tijela i okoline – ne samo sunčeva svjetlost, već i mnogi drugi faktori određuju ponašanje, regulišu nivo hormona, san, tjelesnu temperaturu i metabolizam.

Takozvani "glavni sat" ili suprahijazmatsko jezgro (SCN), glavni sat koji kontrolira cirkadijalne ritmove, je par ćelijskih populacija ispunjenih genima (uključujući Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 i Cry2), koji se nalazi u hipotalamusu. Na molekularnom nivou, tragovi gena sata nalaze se u bubrezima, jetri, pankreasu i drugim organima. SCN djeluje kao izvršni direktor koji daje instrukcije tijelu da se pridržava rasporeda i obrađuje signale iz okoline. Medicinski institut Howard Hughes.)

Kao što ćemo kasnije vidjeti, obraćanje pažnje na cirkadijalne ritmove poboljšava svakodnevno (fiziološko i psihičko) funkcioniranje tijela i, u konačnici, utiče na zdravstveno stanje, kako dugoročno tako i kratkoročno. Briga o cirkadijalnim ritmovima održava ih u radu, a istovremeno održava ono što Sally Yu naziva "pouzdan sat".

“Ne mogu sa sigurnošću reći koliko su cirkadijalni ritmovi važni u prevenciji kroničnih bolesti, kakav utjecaj imaju na zdravlje na duži rok, da li su korisni i u konačnici utječu na očekivani životni vijek.”

Informacije o stručnjacima:

Naučnik: Zheng "Jake" Chen

Obrazovanje: doktorat, Columbia University, New York

Pozicija: docent na Odsjeku za biohemiju i ćelijsku biologiju na Centru zdravstvenih nauka Univerziteta Teksas u Hjustonu

Zadnji objavljeni članak: Mala molekula Nobiletin cilja na molekularni oscilator kako bi poboljšala cirkadijalne ritmove i zaštitila od metaboličkog sindroma.

Oblast istraživanja: Male molekularne sonde za kronobiologiju i medicinu.

Naučnik: Seung Hee "Sally" Yoo

Obrazovanje: doktorat, Korejski institut za nauku i tehnologiju

Pozicija: vanredni profesor, Odsjek za biohemiju i ćelijsku biologiju, Centar zdravstvenih nauka Univerziteta Teksas u Hjustonu

Poslednji objavljeni članak: Period2 3'-UTR i mikroRNA-24 regulišu cirkadijalne ritmove potiskivanjem PERIOD2 proteinske akumulacije. Takođe razvoj i terapeutski potencijal malih molekula modulatora cirkadijanskih sistema.

Oblast istraživanja: Fundamentalni ćelijski mehanizmi u cirkadijalnim ritmovima i dešifrovanje fizioloških i patoloških uloga sata.

ISTORIJA: GLAVNE FAZE BIOLOŠKOG RAZVOJA CIRKADIČNIH RITMOVA

Prva stvar koju treba znati o proučavanju cirkadijanskih ritmova (hronobiolozi to rade) je da, uz rijetke izuzetke, svi organizmi slijede svoje cirkadijalne ritmove. Od narcisa do vrabaca, od zebri do ljudi, gotovo svi živi organizmi na planeti prate solarni ciklus. Godine 1729. francuski naučnik Jean-Jacques de Meran zabilježio je prvo zapažanje endogenog ili ugrađenog dnevnog kretanja listova biljke Mimosa pudica. Čak iu potpunom mraku, biljka je nastavila da prati svoj dnevni ritam. Naučnik je zaključio da se biljka ne oslanja samo na spoljne signale ili senzor ritma, već i na sopstveni unutrašnji biološki sat.

Hronobiologija je doživjela procvat dvije stotine godina kasnije, sredinom 20. stoljeća. Pogođen doprinosom brojnih naučnika, posebno Colina Pittendryja, "oca biološkog sata". Pittendry je proučavao voćne mušice ili drozofilu i rasvijetlio kako cirkadijalni ritmovi djeluju ili se sinhroniziraju s ciklusom dana i noći. Jurgen Aschoff, Pittendryjev prijatelj, također je proučavao interakciju sa ciklusom dana i noći, ali su naučnici došli do različitih zaključaka o tome kako dolazi do interakcije (parametarske i neparametrijske, više o tome možete pročitati ovdje i ovdje). John Woodland Hastings i njegove kolege došli su do temeljnih otkrića o ulozi svjetlosti u cirkadijalnim ritmovima proučavajući bioluminiscentne dinoflagelate (alge, vrsta planktona). Botaničar Erwin Bunnig je također doprinio osnovnim istraživanjima o modeliranju interakcija, opisujući odnos između organizama i ciklusa prekida.

Sljedeća faza otkrića u kronobiologiji povezala je specifične molekularne i genetske mehanizme rada cirkadijanskih ritmova. Ovo slijedi iz rada Rona Konopke i Seymoura Benzera, koji su početkom 1970-ih nastojali identificirati specifične gene koji kontroliraju cirkadijalne ritmove voćnih mušica. Konopka i Benzer su zaslužni za otkriće mutiranog gena, koji su nazvali periodom koji remeti cirkadijalni sat voćnih mušica. Tako je prvi put otkrivena genetska determinanta ritmova ponašanja. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young uspješno su upotpunili rad Konopke i Benzera pokazujući rad gena perioda na molekularnom nivou. Hall, Rosbash i Young dobili su Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu 2017. Izolovali su gen za period, a zatim pokazali kako sistem dnevnog sata funkcioniše na molekularnom nivou.

Tokom istraživanja na voćnim mušicama i miševima 1994. godine, Joseph Takahashi i njegov tim otkrili su gene sata kod sisara i nazvali ih satovima, opisujući ih kao "evolucijski očuvanu karakteristiku cirkadijalnog mehanizma sata". Otkriće gena za sat, zajedno sa radom Hola, Rosbaša, Janga i naučnika Majkla Grinberga, bio je prekretnica u hronobiologiji. U roku od nekoliko godina otkriveni su geni koji osiguravaju rad cirkadijalnih ritmova u nižim organizmima.

Nauka stalno napreduje, a mnoge studije na voćnim mušicama i miševima pokazale su nevjerovatnu postojanost gena sata unutar vrsta, što znači da postoje slični geni koji kontroliraju cirkadijalne ritmove kod složenijih organizama, uključujući ljude.

"Izlazak i zalazak sunca su i dalje glavni faktori koji utiču na cirkadijalne ritmove, ali drugi faktori se kontinuirano prate u naučnim istraživanjima."

NAJNOVIJA ISTRAŽIVANJA: ODREĐIVANJE ULOGE CIRKADJUMSKIH RITMOVA U ZDRAVLJU I BOLESTI LJUDI

Važno je napomenuti da je biologija cirkadijanskih ritmova nevjerovatno složena - postoji mnogo naučnih časopisa posvećenih ovoj oblasti istraživanja. Kao rezultat toga, naše razumijevanje uloge biološkog sata u ljudskom zdravlju rezultat je epidemioloških studija, kao i studija na životinjama. Istraživanja na nižim organizmima pomažu da se otkrije rad molekularnih i genetskih mehanizama na djelu, nakon čega se može vidjeti kako, na primjer, poremećaj sna dovodi do povećanog rizika od dijabetesa tipa 2, gojaznosti i niza kardiovaskularnih bolesti.

Zaista, jedno od oblasti istraživanja koje najviše obećava jeste san. Naučnici danas povezuju nedostatak sna i naknadni poremećaj cirkadijalnih ritmova sa razvojem gojaznosti i depresije, kao i većine hroničnih bolesti. Istraživanja su pokazala da nedostatak sna može dovesti do neočekivanih nuspojava, kao što je nemogućnost prepoznavanja lica.

Razumijevanje kako cirkadijalni ritmovi funkcioniraju također je otišlo daleko dalje od interakcije s ciklusom dana i noći. "Postoje društveni znakovi, znakovi hrane i znakovi vježbanja - oni su vrlo raznoliki", kaže Y. Izlazak i zalazak sunca i dalje imaju veliki utjecaj na cirkadijalne ritmove, ali se istražuju drugi faktori. Veliki broj radova je pokazao da je dijeta ključni spoljni signal koji je u interakciji sa unutrašnjim satom, uključujući rad dr. Satchidanande Pande na ograničavanju vremena ishrane (kako vreme jedenja utiče na zdravlje).

Generalno, sada je jasno da cirkadijalni ritmovi igraju sistemsku ulogu u organizovanju rada svih fizioloških aspekata ljudskog tela, uključujući rad vitalnih organa, metabolizam, imunitet, misaone procese, itd. Rad dr. Yu proširuje ovu oblast. istraživanja - ona sarađuje sa specijalističkom studijom o kroničnoj boli kako bi proučavala ritmove boli kod pacijenata. Takođe, u toku je rad na proučavanju uloge graničnog ciklusa u poremećajima u radu cirkadijalnih ritmova (uticaj promene vremenskih zona na rast ćelija raka). Ovakva istraživanja nam pružaju važne nove uvide koji se mogu iskoristiti za promjene u načinu života – znati kada jesti i ići u krevet općenito je važno za zdravlje; a kod bolesti stečeno znanje može se primijeniti u potrazi za lijekovima koji regulišu rad cirkadijanskih ritmova. Naučnici još uvijek imaju puno istraživanja u gotovo svim područjima vezanim za zdravlje i bolesti.

OSNOVNA MISAO: ZAŠTO JE VAŽNO ZNATI O CIRKADNIM RITMOVIMA?

Svijest o tome kako cirkadijalni ritmovi funkcioniraju može imati i kratkoročne i dugoročne učinke na zdravlje. „Promjene u načinu života najbolji su poklon koji možete sebi dati“, kaže Chen. “Ako upravljate svojim životnim stilom, tehnologija i medicina mogu postati sekundarni faktori tijekom vašeg života.” Kratkoročno, studije na životinjama i ljudima pokazuju da stilovi života koji podržavaju zdrave cirkadijalne ritmove mogu podržati budnost, motoričku koordinaciju, kardiovaskularno zdravlje, imunološku funkciju, zdravlje crijeva, misao i san. Postoje dokazi koji podržavaju dugoročno smanjenje rizika od kroničnih bolesti.

"Efekti promjena načina života možda neće biti vidljivi nekoliko dana, ali s vremenom će koristi biti ogromne."

Dakle, kakav način života trebate voditi da biste se uskladili sa svojim cirkadijalnim ritmovima? Prvo što treba da uradite je da obratite pažnju na svoje bioritmove. Cirkadijalni ritmovi, iako izgrađeni na istoj osnovi, razlikuju se od osobe do osobe zbog starosti, genetskih i ekoloških razlika. Larkije vole jutro. Sove više vole noć. Morate obratiti pažnju na prirodne sklonosti svog tijela („hronotip“) kako biste uspješno primijenili saznanja najnovijih naučnih istraživanja. Takođe, ne zaboravite da ne postoji pristup koji odgovara svima.

Drugi je da se držite dosljednog, rutinskog rasporeda svaki dan, sedam dana u sedmici. Dr. Yu govori o "jet lagu" (društveni jet lag) - kada ljudi krše svoj raspored atipičnim navikama, kao što su jedenje i odlazak u krevet kasnije, buđenje kasnije i vježbanje u različite dane u sedmici u različito vrijeme. Sve ove radnje mogu dovesti do istih negativnih posljedica kao i promjena vremenskih zona. Što se više i dosljednije pridržavate režima, to će vam tijelo bolje pomoći u tome.

Treće – primjenom znanja stečenog naučnim istraživanjima – podaci o ishrani, spavanju i vježbanju su detaljno navedeni u nastavku. Mnoge promjene načina života koje su istraživanja pokazala uključuju promjene u prehrambenim navikama – na primjer, lošu ideju o jedenju prije spavanja. Prepun je negativnih zdravstvenih posljedica. Jedite male obroke rano i kasno u toku dana, što je dovoljno lako probati. Isto važi i za spavanje – morate se pridržavati režima i spavati najmanje 7-8 sati. U najgorem ćete se osjećati odmorno, au najboljem ćete poboljšati izglede za zdrav život.

Glavna stvar: san, hrana i sport su osnova zdravog načina života.

DREAM

Najvažnija stvar koju možete učiniti je održavati dosljedan raspored spavanja i buđenja i dovoljno spavati – 7-9 sati sna se smatra normalnim za odraslu osobu. Nalazi istraživanja o nedostatku sna i poremećajima sna pokazuju da nedostatak sna i poremećaji sna negativno utječu na raspoloženje, koncentraciju i povezani su s kroničnim bolestima. Štaviše, neki naučnici nagađaju da bi cirkadijalni neusklađenost uzrokovana društvenim džetlagom mogla biti široko rasprostranjena u zapadnom društvu i doprinijeti zdravstvenim problemima.

Dakle, kada treba da idete u krevet? Obično tijelo počinje proizvoditi melatonin u 21:00. Ovo je signal - morate sve završiti i otići na odmor. Lučenje melatonina prestaje oko 7:30 ujutro, a tokom dana melatonina praktično nema u organizmu. Prilagođavanje ličnih preferencija na osnovu vaših prirodnih sklonosti ključno je za izbjegavanje poremećaja spavanja (kao što je buđenje tokom spavanja) i održavanje optimalnog zdravlja.

I konačno, svjetlost. Ciklus dana i noći nije jedini faktor koji utiče na ljudski organizam, jer smo stalno suočeni sa veštačkim osvetljenjem, a ipak ono igra primarnu ulogu. Dovoljno prirodnog svjetla rano u toku dana i izbjegavanje neprirodnog osvjetljenja (kao što je plavo svjetlo sa ekrana pametnog telefona) uveče pomaže u održavanju zdravih cirkadijalnih ritmova.

Ključne tačke: Naspavajte se dovoljno i pobrinite se da vrijeme spavanja i buđenja ostane isto sedam dana u sedmici. Ako ste neispavani, odmah počnite obnavljati svoj režim, inače rizikujete da dugoročno ugrozite svoje zdravlje.

ISHRANA

Uopšteno govoreći, istraživanja pokazuju da je visokokaloričnu hranu najbolje jesti ujutro. Pokušajte da jedete svoj večernji obrok dobro prije spavanja i sa manje kalorija. Ako sve možete obaviti oko 18:00 ili 19:00 i dati svom tijelu 12-14 sati da se odmori, vidjet ćete kratkoročne i dugoročne zdravstvene prednosti.

Djelomično je činjenica da unutrašnji sat vaše jetre ne radi noću. Jetra prestaje proizvoditi enzime za pretvaranje kalorija u energiju; umjesto toga, proizvodi enzime za skladištenje energije. Ako jedete puno prije spavanja, vaša jetra je primorana da radi prekovremeno i na kraju štedite više energije nego što trošite.

Još jedna važna odluka koju možete donijeti (osim zdrave prehrane) je vremenski raspored vašeg dnevnog obroka. Iako su podaci još uvijek ograničeni, studije na životinjama i rad dr. Pande sugeriraju da je “vremenski ograničena ishrana” laka i potencijalno korisna promjena načina života. Optimalno rješenje ovisi o vašem cilju. Ali ako je cilj poboljšati svoje cjelokupno zdravlje, onda je bolje početi u 8-9 sati. Ali, u smislu dugoročne usklađenosti, možda bi bilo preporučljivo početi u 10-12 sati.

Ključna tačka: Jedite više tokom dana, a ne prije spavanja. Da biste poboljšali svoje zdravlje, počnite jesti nakon 10-12 sati.

SPORT

Dok neke studije pokazuju da anaerobne performanse dostižu vrhunac u popodnevnim satima, među stručnjacima ne postoji konsenzus o vezi između cirkadijalnih ritmova i vježbanja - s izuzetkom prisustva molekularnog sata u skeletnim mišićima.

I, baš kao i efekti osvjetljenja i vremena obroka, vrijeme vježbanja također igra važnu ulogu u održavanju zdravih cirkadijalnih ritmova.

Glavna stvar: redovno vježbajte, a anaerobnu aktivnost ostavite za popodne.

ZAKLJUČAK

Istraživanje kako cirkadijalni ritmovi funkcioniraju prilično je jednostavno.„Vaš unutrašnji sat je dizajniran da sagoreva energiju tokom dana i obnavlja energiju tokom noći“, kaže Y. Što je bolje vreme, to je manje habanje cirkadijalnog sata. Iako je unutrašnji sat stabilan, stalno narušavanje režima može dovesti do dugoročnih zdravstvenih problema.

„Kada smo mladi, telo može da podnese mnogo toga“, kaže Yu. „Ali to ne znači da je sve u redu. To je kao potrošnja goriva: trošite previše energije na aritmičke aktivnosti, što će u budućnosti dovesti do problema s funkcioniranjem cirkadijalnih ritmova.”

Nećete skratiti svoj život za pet godina tako što ćete jesti kasno, ali u vašem tijelu postoje određeni sati za zaštitu zdravlja i smanjenje poremećaja u vašoj fiziologiji. Budite ljubazni i pažljivi prema sebi i vidjet ćete rezultat.