Kako delujejo endogeni biološki ritmi

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Članek je posvečen delu cirkadianih ritmov - endogenih bioloških ritmov z dobo približno 24 ur, značilnih za večino organizmov, vključno s človekom. To je pregled najnovejših znanstvenih raziskav, ne pa zbirka koristnih nasvetov, čeprav članek govori o možni spremembi življenjskega sloga. Ta pregled ni izčrpen; še naprej ga bomo posodabljali, ko se bodo pojavile nove raziskovalne študije.

Glavna stvar:

→ Dosledni in zdravi cirkadiani ritmi lahko pomagajo izboljšati splošno zdravje in učinkovito preprečevati kronične bolezni.

→ Ne pozabite spati: prehrana, vadba in drugi dejavniki vplivajo na delovanje cirkadianih ritmov.

→ Preučite posebnosti delovanja cirkadianih ritmov, določite svoj »kronotip«, nato pridobljeno znanje uporabite na metodoloških priporočilih, ki so navedena v znanstvenih raziskavah.

Preden dodate kateri koli nasvet iz tega članka v svojo dnevno rutino, se posvetujte s svojim zdravstvenim delavcem.

Preden preberete članek: kratek glosar

1. Cirkadiana: naravno ponavljajoč se cikel, ki traja približno 24 ur, ne glede na dolžino dnevne svetlobe; iz latinskega circa ("o") in diem ("dan").
2. Senzor ritma: okoljski signal, kot je sprememba svetlobe ali temperature; iz nemškega zeit (»čas«) in geber (»dajalec«).
3. Endogeni: patološki proces v telesu, ki ga povzročajo notranji dejavniki in ne povzročajo zunanji vplivi (osnovni vzrok).
4. Prilagoditev cirkadianega ritma: pojavi se, ko se ritmične, fiziološke ali vedenjske naloge ujemajo s spremembami v okolju; interakcija cirkadianih ritmov z okoljem.
5. Dnevno: vsak dan; iz latinščine dies (dan) in in diurnus (dnevno).
6. Glavna ura: par celičnih populacij, ki jih najdemo v hipotalamusu, znanem tudi kot suprahiazmatsko jedro (SCN); Te celice vsebujejo gene, ki nadzorujejo cirkadiane ritme.
7. Mutantni gen: trajna sprememba zaporedja DNK; uporabljajo kronobiologi za prepoznavanje mehanizma urnih genov z identifikacijo mutantnega gena pri živalih z aritmičnim cirkadianim sindromom.

Predstavljajte si rastlino, ki poskuša fotosintetizirati ponoči: kratka drama v temi. »Rastline se ukvarjajo z življenjem in smrtjo,« mrko pravi Sally Yu, docentka za biokemijo in celično biologijo na Univerzi v Teksasu v Centru zdravstvenih ved v Houstonu (UTealth). "Če ne bodo sledili cirkadianim ritmom, bodo umrli." Toda za osebo napoved ne bo tako črna. "Tudi če odstranite urni gen (pomemben gen, ki uravnava delo cirkadianih ritmov), ne boste umrli takoj," pravi Yu. "Ampak trpeli boste." Verjetno težave? Trajne psihične težave in med drugim povečano tveganje za kronične bolezni. Življenje je težko, ko vse ni usklajeno.

Yujev kolega Jake Chen, docent na istem oddelku, pravi drugače: »Pogosto rečemo, da je treba vse narediti po načrtu. Ampak to je pretiravanje. Toda stavek "vse ima svoj čas" ni. In to je neposredno povezano s človeškim telesom. V vsaki posamezni celici, tkivu ali organu se fiziološki procesi odvijajo ob določenem času. Biološka ura je neke vrste časovnik – mehanizem, s katerim lahko poskrbimo, da vse deluje pravilno. To je temeljna funkcija."

Chen in Yu proučujeta cirkadiane ritme – biološke ritme telesa z obdobjem približno 24 ur, ki jim vsak dan sledijo vsa živa bitja na našem planetu. Cirkadiani ritmi ali cirkadiani ritmi so neposredno povezani z milijoni let razvoja življenja na našem planetu. Je produkt interakcije notranje biološke ure telesa in okolja – ne le sončna svetloba, ampak številni drugi dejavniki določajo obnašanje, uravnavajo raven hormonov, spanje, telesno temperaturo in presnovo.

Tako imenovana "glavna ura" ali suprahiazmatsko jedro (SCN), glavna ura, ki nadzoruje cirkadiane ritme, je par celičnih populacij, napolnjenih z geni (vključno z Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 in Cry2), ki se nahaja v hipotalamusu. Na molekularni ravni najdemo sledi urnih genov v ledvicah, jetrih, trebušni slinavki in drugih organih. SCN deluje kot izvršni direktor, ki naroča telesu, naj se drži urnika in obdela okoljske signale. Medicinski inštitut Howard Hughes.)

Kot bomo videli kasneje, spoštovanje cirkadianih ritmov izboljšuje dnevno (fiziološko in psihološko) delovanje telesa in na koncu vpliva na zdravstveno stanje, tako dolgoročno kot kratkoročno. Skrb za cirkadiane ritme jih ohranja pri delu, hkrati pa ohranja tisto, kar Sally Yu imenuje "zanesljiva ura".

"Ne morem z gotovostjo reči, kako pomembni so cirkadiani ritmi pri preprečevanju kroničnih bolezni, kakšen vpliv imajo na zdravje na dolgi rok, ali so koristni in na koncu vplivajo na pričakovano življenjsko dobo."

Informacije o strokovnjakih:

Znanstvenik: Zheng "Jake" Chen

Izobrazba: doktorat, Univerza Columbia, New York

Položaj: docent na Oddelku za biokemijo in celično biologijo na Centru zdravstvenih znanosti Univerze v Teksasu v Houstonu

Zadnji objavljeni članek: majhna molekula Nobiletin cilja na molekularni oscilator za izboljšanje cirkadianih ritmov in zaščito pred metaboličnim sindromom.

Raziskovalno področje: Sonde z majhnimi molekulami za kronobiologijo in medicino.

Znanstvenik: Seung Hee "Sally" Yoo

Izobrazba: doktorat, Korejski inštitut za znanost in tehnologijo

Položaj: izredni profesor, Oddelek za biokemijo in celično biologijo, Center zdravstvenih ved Univerze v Teksasu v Houstonu

Zadnji objavljeni članek: Period2 3'-UTR in mikroRNA-24 uravnavata cirkadiane ritme z zaviranjem kopičenja beljakovin PERIOD2. Tudi razvoj in terapevtski potencial majhnih molekulskih modulatorjev cirkadianih sistemov.

Raziskovalno področje: Temeljni celični mehanizmi v cirkadianih ritmih in dešifriranje fizioloških in patoloških vlog ure.

ZGODOVINA: GLAVNE STOPNJE BIOLOŠKEGA RAZVOJA CIRKADIČNIH RITMOV

Prva stvar, ki jo je treba vedeti o preučevanju cirkadianih ritmov (kronobiologi to počnejo), je, da z redkimi izjemami vsi organizmi sledijo svojim cirkadianim ritmom. Od narcis do vrabcev, od zebr do ljudi, tako rekoč vsi živi organizmi na planetu sledijo sončnemu ciklu. Leta 1729 je francoski znanstvenik Jean-Jacques de Meran zabeležil prvo opazovanje endogenega ali vgrajenega dnevnega gibanja listov rastline Mimosa pudica. Tudi v popolni temi je rastlina še naprej sledila svojemu dnevnemu ritmu. Znanstvenik je zaključil, da se rastlina ne zanaša le na zunanje signale ali senzor ritma, temveč tudi na lastno notranjo biološko uro.

Kronobiologija je cvetela dvesto let pozneje, sredi 20. stoletja. Nanj vpliva prispevek številnih znanstvenikov, zlasti Colina Pittendryja, "očeta biološke ure." Pittendry je preučeval sadne mušice ali drozofilo in osvetlil, kako cirkadiani ritmi medsebojno delujejo ali se sinhronizirajo s ciklom dneva in noči. Jurgen Aschoff, Pittendryjev prijatelj, je preučeval tudi interakcijo s ciklom dneva in noči, vendar so znanstveniki prišli do različnih zaključkov o tem, kako do interakcije (parametrično in neparametrično, več o tem lahko preberete tukaj in tukaj). John Woodland Hastings in njegovi sodelavci so prišli do temeljnih odkritij o vlogi svetlobe v cirkadianih ritmih s preučevanjem bioluminiscentnih dinoflagelatov (alge, vrste planktona). Botanik Erwin Bunnig je prav tako prispeval k osnovni raziskavi modeliranja interakcij, ki opisuje razmerje med organizmi in cikli preseka.

Naslednja stopnja odkritij v kronobiologiji je povezala specifične molekularne in genetske mehanizme delovanja cirkadianih ritmov. To izhaja iz dela Rona Konopke in Seymourja Benzerja, ki sta v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja poskušala identificirati specifične gene, ki nadzorujejo cirkadiane ritme sadnih muh. Konopka in Benzer sta zaslužena za odkritje mutiranega gena, ki sta ga poimenovala obdobje, ki moti cirkadiano uro sadnih mušic. Tako je bila prvič odkrita genetska determinanta vedenjskih ritmov. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash in Michael W. Young so uspešno dopolnili delo Konopke in Benzerja s prikazom delovanja periodnega gena na molekularni ravni. Hall, Rosbash in Young so leta 2017 prejeli Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino. Izolirali so gen za obdobje in nato pokazali, kako sistem dnevne ure deluje na molekularni ravni.

Med raziskovanjem sadnih muh in miši leta 1994 sta Joseph Takahashi in njegova ekipa odkrila urne gene pri sesalcih in jih poimenovala ure ter jih opisala kot "evolucijsko ohranjeno značilnost cirkadianega mehanizma ure". Odkritje gena za uro, skupaj z delom Halla, Rosbasha, Younga in znanstvenika Michaela Greenberga, je bil prelomni trenutek v kronobiologiji. V nekaj letih so bili odkriti geni, ki zagotavljajo delo cirkadianih ritmov v nižjih organizmih.

Znanost vztrajno napreduje in številne študije na sadnih muhah in miših so pokazale neverjetno obstojnost urnih genov znotraj vrst, kar pomeni, da obstajajo podobni geni, ki nadzorujejo cirkadiane ritme v bolj zapletenih organizmih, vključno z ljudmi.

"Sončni vzhod in sončni zahod sta še vedno glavna dejavnika, ki vplivata na cirkadiane ritme, vendar se drugi dejavniki nenehno spremljajo v znanstvenih raziskavah."

ZADNJE RAZISKAVE: UGOTAVLJANJE VLOGE CIRKADIJEVIH RITMOV V ZDRAVJU IN BOLEZENIH ČLOVEKA

Pomembno je omeniti, da je biologija cirkadianih ritmov neverjetno zapletena - obstaja veliko znanstvenih revij, posvečenih temu področju raziskav. Zato je naše razumevanje vloge biološke ure pri zdravju ljudi rezultat epidemioloških študij in študij na živalih. Študije na nižjih organizmih pomagajo razkriti delovanje molekularnih in genetskih mehanizmov v delovanju, po katerih je mogoče videti, kako na primer motnje spanja vodijo v povečano tveganje za sladkorno bolezen tipa 2, debelost in številne srčno-žilne bolezni.

Dejansko je eno najbolj obetavnih področij raziskav spanje. Danes znanstveniki povezujejo pomanjkanje spanja in posledične motnje cirkadianih ritmov z razvojem debelosti in depresije ter večine kroničnih bolezni. Raziskave so pokazale, da lahko pomanjkanje spanja povzroči nepričakovane stranske učinke, kot je nezmožnost prepoznavanja obrazov.

Razumevanje, kako delujejo cirkadiani ritmi, je preseglo interakcijo s ciklom dneva in noči. "Obstajajo družbeni znaki, namigi o hrani in namigi za vadbo - zelo so raznoliki," pravi Y. Sončni vzhod in sončni zahod še vedno močno vplivata na cirkadiane ritme, vendar se preučujejo drugi dejavniki. Veliko dela je pokazalo, da je prehrana ključni zunanji signal, ki je v interakciji z notranjo uro, vključno z delom dr. Satchidanande Pande za omejevanje časovnega prehranjevanja (kako čas prehranjevanja vpliva na zdravje).

Na splošno je zdaj jasno, da imajo cirkadiani ritmi sistemsko vlogo pri organizaciji dela vseh fizioloških vidikov človeškega telesa, vključno z delom vitalnih organov, presnovo, imunostjo, miselnimi procesi itd. Delo dr. Yuja širi področje. raziskave - sodeluje s specializirano študijo kronične bolečine pri preučevanju bolečinskih ritmov pri bolnikih. Prav tako poteka delo na preučevanju vloge mejnega cikla pri motnjah v delovanju cirkadianih ritmov (učinek spreminjanja časovnih pasov na rast rakavih celic). Raziskave, kot je ta, nam zagotavljajo pomembna nova spoznanja, ki jih je mogoče uporabiti za spremembe življenjskega sloga – vedeti, kdaj jesti in iti spat na splošno, je pomembno za zdravje; z boleznijo pa lahko pridobljeno znanje uporabimo pri iskanju zdravil, ki uravnavajo delo cirkadianih ritmov. Znanstveniki čakajo še veliko raziskav na skoraj vseh področjih, povezanih z zdravjem in boleznimi.

OSNOVNA MISEL: ZAKAJ JE POMEMBNO VEDETI CIRKADNE RITME?

Zavedanje o delovanju cirkadianih ritmov ima lahko kratkoročne in dolgoročne učinke na zdravje. »Spremembe življenjskega sloga so najboljše darilo, ki si ga lahko daš,« pravi Chen. "Če upravljate svoj življenjski slog, lahko tehnologija in medicina postaneta sekundarni dejavniki skozi vaše življenje." Kratkoročno študije na živalih in ljudeh kažejo, da lahko življenjski slog, ki podpira zdrave cirkadiane ritme, podpira budnost, motorično koordinacijo, zdravje srca in ožilja, imunsko funkcijo, zdravje črevesja, razmišljanje in spanje. Obstajajo dokazi, ki podpirajo dolgoročno zmanjšanje tveganja za kronične bolezni.

"Učinki sprememb življenjskega sloga morda ne bodo očitni nekaj dni, a sčasoma bodo koristi ogromne."

Kakšen življenjski slog morate torej voditi, da se uskladite s svojimi cirkadianimi ritmi? Prva stvar je, da bodite pozorni na svoje bioritme. Cirkadiani ritmi, čeprav zgrajeni na enaki podlagi, se razlikujejo od osebe do osebe zaradi starosti, genetskih in okoljskih razlik. Škrjančki imajo bolj radi jutro. Sove imajo raje noč. Za uspešno uporabo spoznanj najnovejših znanstvenih raziskav morate biti pozorni na naravne nagnjenosti svojega telesa (»kronotip«) in ne pozabite, da ne obstaja pristop, ki bi ustrezal vsem.

Drugi je, da se držite doslednega, rutinskega urnika vsak dan, sedem dni v tednu. Dr. Yu govori o "jet lagu" (socialni jet lag) - ko ljudje prekinejo svoj urnik z netipičnimi navadami, kot so prehranjevanje in poznejši odhod v posteljo, poznejše prebujanje in vadba ob različnih dnevih v tednu ob različnih urah. Vsa ta dejanja lahko povzročijo enake negativne posledice kot spreminjanje časovnih pasov. Bolj in bolj dosledno boste sledili režimu, bolje vam bo telo pri tem pomagalo.

Tretjič – uporaba znanja, pridobljenega z znanstvenimi raziskavami – podatki o prehrani, spanju in vadbi so podrobno opisani spodaj. Številne spremembe življenjskega sloga, ki so jih pokazale raziskave, vključujejo spremembe v prehranjevalnih navadah – na primer slaba ideja jesti pred spanjem. To je polno negativnih posledic za zdravje. Jejte majhne obroke zgodaj in pozno v dnevu, kar je dovolj enostavno poskusiti. Enako velja za spanje - upoštevati morate režim in spati vsaj 7-8 ur. V najslabšem primeru se boste počutili spočiti, v najboljšem primeru pa boste izboljšali svoje možnosti za zdravo življenje.

Glavna stvar: spanje, hrana in šport so osnova zdravega načina življenja.

SANJE

Najpomembnejša stvar, ki jo lahko storite, je vzdrževati dosleden urnik spanja in budnosti ter dovolj spati – 7-9 ur spanja velja za normalno za odraslega. Ugotovitve raziskav o pomanjkanju spanja in motnjah spanja kažejo, da pomanjkanje spanja in motnje spanja negativno vplivajo na razpoloženje, koncentracijo in so povezane s kroničnimi boleznimi. Še več, nekateri znanstveniki domnevajo, da je cirkadiana neusklajenost, ki jo povzroča socialni jetlag, lahko zelo razširjena v zahodni družbi in prispeva k zdravstvenim težavam.

Torej, ob kateri uri bi morali iti spat? Običajno telo začne proizvajati melatonin ob 21.00. To je signal - vse morate končati in iti počivati. Izločanje melatonina se konča okoli 7.30 zjutraj, čez dan pa melatonina v telesu tako rekoč ni. Prilagajanje osebnih preferenc glede na vaše naravne nagnjenosti je ključnega pomena za preprečevanje motenj spanja (kot je prebujanje med spanjem) in ohranjanje optimalnega zdravja.

In končno, svetloba. Cikel dneva in noči ni edini dejavnik, ki vpliva na človeško telo, saj se nenehno srečujemo z umetno razsvetljavo, a ima vendarle primarno vlogo. Dovolj naravne svetlobe zgodaj čez dan in izogibanje nenaravni osvetlitvi (kot je modra svetloba z zaslona pametnega telefona) zvečer pomaga ohranjati zdrave cirkadiane ritme.

Ključne točke: Poskrbite za dovolj spanca in poskrbite, da bo vaš čas spanja in budnosti enak sedem dni v tednu. Če ste prikrajšani za spanje, nemudoma začnite obnavljati svoj režim, sicer tvegate, da dolgoročno ogrozite svoje zdravje.

PREHRANA

Na splošno raziskave kažejo, da je uživanje visokokalorične hrane najbolje zjutraj. Poskusite jesti večerni obrok dobro pred spanjem in manj kalorično. Če lahko vse opravite okoli 18.00 ali 19.00 in svojemu telesu omogočite 12-14 ur za počitek, boste videli kratkoročne in dolgoročne koristi za zdravje.

Delno je dejstvo, da notranja ura vaših jeter ponoči ne deluje. Jetra prenehajo proizvajati encime za pretvorbo kalorij v energijo; namesto tega proizvaja encime za shranjevanje energije. Če pred spanjem veliko jeste, so vaša jetra prisiljena delati nadure in na koncu prihranite več energije, kot jo porabite.

Druga pomembna odločitev, ki jo lahko sprejmete (poleg zdravega prehranjevanja), je časovno razporeditev dnevnega obroka. Čeprav so podatki še vedno omejeni, študije na živalih in delo dr. Pande kažejo, da je »časovno omejeno prehranjevanje« lahka in potencialno koristna sprememba življenjskega sloga. Optimalna rešitev je odvisna od vašega cilja. Če pa je cilj izboljšati vaše splošno zdravje, potem je bolje začeti pri 8-9 urah. Toda v smislu dolgoročne skladnosti je morda priporočljivo, da začnete pri 10-12 urah.

Ključna točka: jejte več čez dan, ne pred spanjem. Če želite izboljšati svoje zdravje, začnite jesti po 10-12 urah.

ŠPORT

Medtem ko nekatere študije kažejo, da anaerobna zmogljivost doseže vrhunec popoldne, med strokovnjaki ni soglasja o povezavi med cirkadianimi ritmi in vadbo – z izjemo prisotnosti molekularne ure v skeletnih mišicah.

In tako kot učinki osvetlitve in časa obrokov, igra tudi čas vadbe pomembno vlogo pri ohranjanju zdravih cirkadianih ritmov.

Glavna stvar: redno telovadite in pustite anaerobno aktivnost za popoldne.

ZAKLJUČEK

Raziskave o delovanju cirkadianih ritmov so dokaj enostavne.»Vaša notranja ura je zasnovana tako, da porablja energijo podnevi in obnavlja energijo ponoči,« pravi Y. Boljši kot je čas, manjša je obraba cirkadiane ure. Čeprav je notranja ura stabilna, lahko dosledne motnje režima povzročijo dolgotrajne zdravstvene težave.

»Ko smo mladi, telo zmore marsikaj,« pravi Yu. »Toda to ne pomeni, da je vse v redu. To je kot poraba goriva: preveč energije porabite za aritmične aktivnosti, kar bo v prihodnosti povzročilo težave z delovanjem cirkadianih ritmov.

Ne boste si skrajšali življenja za pet let, če boste jedli pozno, vendar so v vašem telesu namenske ure, da zaščitite vaše zdravje in zmanjšate motnje v vaši fiziologiji. Bodite prijazni in obzirni do sebe in videli boste rezultat.