Ako fungujú endogénne biologické rytmy

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Článok je venovaný práci cirkadiánnych rytmov - endogénnych biologických rytmov s periódou asi 24 hodín, charakteristických pre väčšinu organizmov vrátane človeka. Toto je prehľad najnovších vedeckých výskumov, nie zbierka užitočných tipov, aj keď článok hovorí o potenciálnej zmene životného štýlu. Tento prehľad nie je vyčerpávajúci; budeme ho naďalej aktualizovať, keď sa objavia nové výskumné štúdie.

Hlavná vec:

→ Konzistentné a zdravé cirkadiánne rytmy môžu pomôcť zlepšiť celkové zdravie, ako aj účinnú prevenciu chronických ochorení.

→ Nezabudnite spať: strava, cvičenie a ďalšie faktory ovplyvňujú fungovanie cirkadiánnych rytmov.

→ Preštudujte si zvláštnosti práce cirkadiánnych rytmov, určte svoj „chronotyp“a potom získané poznatky aplikujte na metodologické odporúčania uvedené vo vedeckom výskume.

Skôr ako začleníte niektorú z rád v tomto článku do svojej každodennej rutiny, poraďte sa so svojím lekárom.

Pred prečítaním článku: krátky glosár

1. Cirkadián: prirodzene sa opakujúci cyklus s periódou približne 24 hodín, bez ohľadu na dĺžku denného svetla; z latinského circa ("o") a diem ("deň").
2. Senzor rytmu: signál prostredia, ako je zmena svetla alebo teploty; z nemeckého zeit ("čas") a geber ("darca").
3. Endogénne: patologický proces v tele spôsobený vnútornými faktormi a nespôsobený vonkajšími vplyvmi (hlavná príčina).
4. Úprava cirkadiánneho rytmu: nastáva, keď rytmické, fyziologické alebo behaviorálne úlohy zodpovedajú zmenám v prostredí; interakcia cirkadiánnych rytmov s prostredím.
5. Denne: každý deň; z latinského dies (deň) a a diurnus (denne).
6. Master Clock: Pár bunkových populácií nájdených v hypotalame, tiež známy ako suprachiazmatické jadro (SCN); Tieto bunky obsahujú gény, ktoré riadia cirkadiánne rytmy.
7. Mutantný gén: trvalá zmena v sekvencii DNA; používané chronobiológmi na rozpoznanie mechanizmu hodinových génov identifikáciou mutantného génu u zvierat s arytmickým cirkadiánnym syndrómom.

Predstavte si rastlinu, ktorá sa v noci pokúša fotosyntetizovať: krátka dráma v tme. „Rastliny sa zaoberajú životom a smrťou,“hovorí ponuro Sally Yu, odborná asistentka biochémie a bunkovej biológie na Texaskej univerzite v Houstone Health Sciences Center (UTHealth). "Ak nebudú nasledovať cirkadiánne rytmy, zomrú." Ale pre človeka nebude predpoveď taká pochmúrna. "Aj keď odstránite hodinový gén (dôležitý gén, ktorý reguluje prácu cirkadiánnych rytmov), nezomriete hneď," hovorí Yu. "Ale budete trpieť." Pravdepodobné problémy? Pretrvávajúce psychické problémy a okrem iného aj zvýšené riziko chronických ochorení. Život je ťažký, keď všetko nie je synchronizované.

Yuov kolega Jake Chen, odborný asistent na tom istom oddelení, hovorí inak: „Často hovoríme, že všetko treba urobiť podľa plánu. Ale to je prehnané. Ale veta „všetko má svoj čas“nie je. A to priamo súvisí s ľudským telom. V každej jednej bunke, tkanive alebo orgáne prebiehajú fyziologické procesy v určitom čase. Biologické hodiny sú akýmsi časovačom – mechanizmom, ktorým sa môžeme uistiť, že všetko funguje správne. Toto je základná funkcia."

Chen a Yu študujú cirkadiánne rytmy – biologické rytmy tela s periódou asi 24 hodín, ktoré každý deň sleduje všetko živé na našej planéte. Cirkadiánne rytmy alebo cirkadiánne rytmy priamo súvisia s miliónmi rokov vývoja života na našej planéte. Je produktom interakcie vnútorných biologických hodín tela a prostredia – nielen slnečné svetlo, ale mnoho ďalších faktorov určuje správanie, reguluje hladinu hormónov, spánok, telesnú teplotu a metabolizmus.

Takzvané „hlavné hodiny“alebo suprachiazmatické jadro (SCN), hlavné hodiny, ktoré riadia cirkadiánne rytmy, sú párom bunkových populácií naplnených génmi (vrátane Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 a Cry2), ktorý sa nachádza v hypotalame. Na molekulárnej úrovni sa stopy hodinového génu nachádzajú v obličkách, pečeni, pankrease a iných orgánoch. SCN pôsobí ako generálny riaditeľ, ktorý dáva telu pokyn, aby dodržiavalo harmonogram a spracovávalo signály prostredia. Howard Hughes Medical Institute.)

Ako uvidíme neskôr, venovanie pozornosti cirkadiánnym rytmom zlepšuje každodenné (fyziologické a psychické) fungovanie tela a v konečnom dôsledku ovplyvňuje zdravotný stav z dlhodobého aj krátkodobého hľadiska. Starostlivosť o cirkadiánne rytmy ich udržiava v činnosti a zároveň zachováva to, čo Sally Yu nazýva „spoľahlivé hodinky“.

"Nemôžem s istotou povedať, aké dôležité sú cirkadiánne rytmy pri prevencii chronických chorôb, aký to má vplyv na zdravie z dlhodobého hľadiska, či je to prospešné a v konečnom dôsledku ovplyvňuje dĺžku života."

Informácie o odborníkoch:

Vedec: Zheng "Jake" Chen

Vzdelanie: PhD, Columbia University, New York

Pozícia: odborný asistent na oddelení biochémie a bunkovej biológie na University of Texas Health Sciences Center v Houstone

Posledný publikovaný článok: Malá molekula Nobiletinu sa zameriava na molekulárny oscilátor na zlepšenie cirkadiánnych rytmov a ochranu pred metabolickým syndrómom.

Oblasť výskumu: Sondy s malými molekulami pre chronobiológiu a medicínu.

Vedec: Seung Hee "Sally" Yoo

Vzdelanie: PhD, Kórejský inštitút vedy a techniky

Pozícia: docent, Katedra biochémie a bunkovej biológie, Centrum zdravotníckych vied Texaskej univerzity v Houstone

Naposledy publikovaný článok: Period2 3'-UTR a microRNA-24 regulujú cirkadiánne rytmy potláčaním akumulácie proteínov PERIOD2. Tiež Vývoj a terapeutický potenciál malomolekulových modulátorov cirkadiánnych systémov.

Oblasť výskumu: Základné bunkové mechanizmy v cirkadiánnych rytmoch a dešifrovanie fyziologických a patologických úloh hodín.

HISTÓRIA: HLAVNÉ ETAPY BIOLOGICKÉHO VÝVOJA CIRKADICKÝCH RYTMOV

Prvá vec, ktorú treba vedieť o štúdiu cirkadiánnych rytmov (to robia chronobiológovia), je, že až na zriedkavé výnimky všetky organizmy sledujú svoje cirkadiánne rytmy. Od narcisov po vrabce, od zebier po ľudí, prakticky všetky živé organizmy na planéte sledujú slnečný cyklus. V roku 1729 francúzsky vedec Jean-Jacques de Meran zaznamenal prvé pozorovanie endogénnych alebo vnorených denných pohybov listov rastliny Mimosa pudica. Aj v úplnej tme sa rastlina naďalej držala svojho denného rytmu. Vedec dospel k záveru, že rastlina sa nespolieha len na vonkajšie signály či snímač rytmu, ale aj na vlastné vnútorné biologické hodiny.

Chronobiológia prekvitala o dvesto rokov neskôr, v polovici 20. storočia. Ovplyvnený príspevkom viacerých vedcov, najmä Colina Pittendryho, „otca biologických hodín“. Pittendry študoval ovocné mušky alebo Drosophila a objasnil, ako cirkadiánne rytmy interagujú alebo sa synchronizujú s cyklom dňa a noci. Jurgen Aschoff, Pittendryho priateľ, tiež študoval interakciu s cyklom dňa a noci, ale vedci dospeli k odlišným záverom o tom, ako interakcia prebieha (parametrická a neparametrická, viac si o nej môžete prečítať tu a tu). John Woodland Hastings a jeho kolegovia urobili zásadné objavy o úlohe svetla v cirkadiánnych rytmoch štúdiom bioluminiscenčných dinoflagelátov (riasy, druh planktónu). Botanik Erwin Bunnig tiež prispel k základnému výskumu interakčného modelovania, keď opísal vzťah medzi organizmami a medznými cyklami.

Ďalšia etapa objavov v chronobiológii spájala špecifické molekulárne a genetické mechanizmy práce cirkadiánnych rytmov. Vyplýva to z práce Rona Konopku a Seymoura Benzera, ktorí sa na začiatku 70. rokov snažili identifikovať špecifické gény, ktoré riadia cirkadiánne rytmy ovocných mušiek. Konopkovi a Benzerovi sa pripisuje objav zmutovaného génu, ktorý nazvali obdobím, ktoré narúša cirkadiánne hodiny ovocných mušiek. Takto bol prvýkrát objavený genetický determinant rytmov správania. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young úspešne doplnili prácu Konopku a Benzera tým, že ukázali prácu dobového génu na molekulárnej úrovni. Hall, Rosbash a Young dostali v roku 2017 Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu. Izolovali dobový gén a potom ukázali, ako funguje systém denných hodín na molekulárnej úrovni.

Počas výskumu ovocných mušiek a myší v roku 1994 Joseph Takahashi a jeho tím objavili hodinové gény u cicavcov a nazvali ich hodiny, pričom ich opísali ako „evolučne zachovanú vlastnosť mechanizmu cirkadiánnych hodín“. Objav hodinového génu spolu s prácou Halla, Rosbasha, Younga a vedca Michaela Greenberga bol prelomovým momentom v chronobiológii. V priebehu niekoľkých rokov boli objavené gény, ktoré zabezpečujú prácu cirkadiánnych rytmov v nižších organizmoch.

Veda neustále napreduje a mnohé štúdie na ovocných muškách a myšiach preukázali úžasné pretrvávanie hodinových génov v rámci druhov, čo znamená, že existujú podobné gény, ktoré riadia cirkadiánne rytmy v zložitejších organizmoch vrátane ľudí.

"Východ a západ slnka sú stále hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi cirkadiánne rytmy, ale ďalšie faktory sú neustále monitorované vo vedeckom výskume."

NAJNOVŠÍ VÝSKUM: STANOVENIE ÚLOHY CIRKÁDIOVÝCH RYTMU V ĽUDSKOM ZDRAVÍ A OCHORENÍ

Je dôležité poznamenať, že biológia cirkadiánnych rytmov je neuveriteľne zložitá - existuje veľa vedeckých časopisov venovaných tejto oblasti výskumu. V dôsledku toho je naše chápanie úlohy biologických hodín v ľudskom zdraví výsledkom epidemiologických štúdií, ako aj štúdií na zvieratách. Štúdie na nižších organizmoch pomáhajú odhaliť prácu molekulárnych a genetických mechanizmov v akcii, po ktorých je možné vidieť, ako napríklad porucha spánku vedie k zvýšenému riziku cukrovky 2. typu, obezity a radu kardiovaskulárnych ochorení.

Jednou z najsľubnejších oblastí výskumu je skutočne spánok. Vedci dnes nedostatok spánku a následné narušenie cirkadiánnych rytmov spájajú so vznikom obezity a depresie, ako aj väčšiny chronických ochorení. Výskum ukázal, že nedostatok spánku môže viesť k neočakávaným vedľajším účinkom, ako je neschopnosť rozpoznať tváre.

Pochopenie toho, ako fungujú cirkadiánne rytmy, tiež ďaleko presahuje interakciu s cyklom dňa a noci. „Existujú sociálne podnety, podnety na jedlo a podnety na cvičenie – sú veľmi rôznorodé,“hovorí Y. Východ a západ slnka majú stále veľký vplyv na cirkadiánne rytmy, ale skúmajú sa aj ďalšie faktory. Veľký súbor prác ukázal, že strava je kľúčovým vonkajším signálom, ktorý interaguje s vnútornými hodinami, vrátane práce Dr. Satchidanandu Panda o obmedzení načasovania stravovania (ako čas jedenia ovplyvňuje zdravie).

Vo všeobecnosti je teraz jasné, že cirkadiánne rytmy zohrávajú systémovú úlohu pri organizácii práce všetkých fyziologických aspektov ľudského tela, vrátane práce životne dôležitých orgánov, metabolizmu, imunity, myšlienkových procesov atď. Práca Dr. Yu rozširuje oblasť výskumu - spolupracuje so špecializovanou štúdiou chronickej bolesti na štúdiu rytmov bolesti u pacientov. Tiež sa pracuje na štúdiu úlohy medzného cyklu pri poruchách v práci cirkadiánnych rytmov (vplyv zmeny časových pásiem na rast rakovinových buniek). Výskum, ako je tento, nám poskytuje dôležité nové poznatky, ktoré možno použiť na zmenu životného štýlu – vedieť, kedy jesť a kedy ísť spať, je všeobecne dôležité pre zdravie; a pri chorobe možno získané poznatky aplikovať na hľadanie liekov, ktoré regulujú prácu cirkadiánnych rytmov. Vedci majú pred sebou ešte veľa výskumov takmer vo všetkých oblastiach súvisiacich so zdravím a chorobami.

ZÁKLADNÁ MYŠLIENKA: PREČO JE DÔLEŽITÉ VEDIEŤ O CIRKÁDNYCH RYTMOCH?

Uvedomenie si toho, ako fungujú cirkadiánne rytmy, môže mať krátkodobé aj dlhodobé účinky na zdravie. „Zmeny životného štýlu sú najlepší darček, ktorý si môžete dať,“hovorí Chen. "Ak spravujete svoj životný štýl, technológia a medicína sa môžu stať sekundárnymi faktormi počas vášho života." Z krátkodobého hľadiska štúdie na zvieratách a ľuďoch ukazujú, že životný štýl, ktorý podporuje zdravé cirkadiánne rytmy, môže podporovať bdelosť, motorickú koordináciu, kardiovaskulárne zdravie, imunitné funkcie, zdravie čriev, myslenie a spánok. Existujú dôkazy, ktoré podporujú dlhodobé zníženie rizika chronických ochorení.

"Účinky zmien životného štýlu sa nemusia prejaviť až po niekoľkých dňoch, ale časom budú prínosy obrovské."

Aký životný štýl teda musíte viesť, aby ste sa zosynchronizovali s vašimi cirkadiánnymi rytmami? Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je venovať pozornosť svojim biorytmom. Cirkadiánne rytmy, hoci sú postavené na rovnakom základe, sa líšia od človeka k človeku v dôsledku veku, genetických a environmentálnych rozdielov. Larks má radšej ráno. Sovy preferujú noc. Aby ste mohli úspešne aplikovať poznatky najnovších vedeckých výskumov, musíte dbať na prirodzené sklony svojho tela („chronotyp“). Nezabúdajte tiež, že neexistuje univerzálny prístup.

Druhým je držať sa konzistentného, rutinného rozvrhu každý deň, sedem dní v týždni. Doktor Yu hovorí o „jet lag“(sociálnej jet lag) – keď ľudia porušujú svoj rozvrh atypickými návykmi, ako je jedenie a neskoršie chodenie do postele, neskoršie vstávanie a cvičenie v rôzne dni v týždni v rôznom čase. Všetky tieto akcie môžu viesť k rovnakým negatívnym dôsledkom ako zmena časových pásiem. Čím viac a dôslednejšie budete dodržiavať režim, tým lepšie vám s tým vaše telo pomôže.

Po tretie - aplikovanie poznatkov získaných z vedeckého výskumu - údaje o výžive, spánku a cvičení sú podrobne uvedené nižšie. Mnohé zo zmien životného štýlu, ktoré výskum ukázal, zahŕňajú zmeny v stravovacích návykoch – napríklad zjesť zlý nápad pred spaním. Je plná negatívnych zdravotných následkov. Jedzte malé jedlá skoro a neskoro počas dňa, čo je dosť jednoduché vyskúšať. To isté platí aj o spánku – musíte dodržiavať režim a spať aspoň 7-8 hodín. V horšom prípade sa budete cítiť oddýchnutí a v lepšom prípade si zlepšíte vyhliadky na zdravý život.

Hlavná vec: spánok, jedlo a šport sú základom zdravého životného štýlu.

SEN

Najdôležitejšia vec, ktorú môžete urobiť, je udržiavať konzistentný plán spánku a bdenia a mať dostatok spánku - 7-9 hodín spánku sa považuje za normálne pre dospelého. Výskumné zistenia o spánkovej deprivácii a poruchách spánku naznačujú, že spánková deprivácia a poruchy spánku negatívne ovplyvňujú náladu, koncentráciu a sú spojené s chronickými ochoreniami. Ba čo viac, niektorí vedci špekulujú, že cirkadiánny nesúlad spôsobený sociálnym pásmovým oneskorením môže byť rozšírený v západnej spoločnosti a prispievať k zdravotným problémom.

Kedy by ste teda mali ísť spať? Telo zvyčajne začne produkovať melatonín o 21:00. Toto je signál - musíte všetko dokončiť a ísť si oddýchnuť. Vylučovanie melatonínu končí okolo 7:30 ráno a počas dňa sa melatonín v tele prakticky nevyskytuje. Úprava osobných preferencií na základe vašich prirodzených tendencií je kľúčom k tomu, aby ste sa vyhli poruchám spánku (ako je prebúdzanie sa počas spánku) a udržaniu optimálneho zdravia.

A nakoniec svetlo. Kolobeh dňa a noci nie je jediným faktorom ovplyvňujúcim ľudský organizmus, keďže sa neustále stretávame s umelým osvetlením, a predsa hrá prvoradú úlohu. Dostatok prirodzeného svetla skoro počas dňa a vyhýbanie sa neprirodzenému osvetleniu (napríklad modrému svetlu z obrazovky smartfónu) vo večerných hodinách pomáha udržiavať vaše cirkadiánne rytmy zdravé.

Kľúčové body: Doprajte si dostatok spánku a uistite sa, že čas spánku a bdenia zostane rovnaký sedem dní v týždni. Ak trpíte nedostatkom spánku, okamžite začnite obnovovať svoj režim, inak riskujete dlhodobé ohrozenie svojho zdravia.

VÝŽIVA

Všeobecne povedané, výskumy ukazujú, že jesť vysokokalorické jedlá je najlepšie ráno. Snažte sa mať večerné jedlo dobre pred spaním a menej kalorické. Ak všetko zvládnete okolo 18:00 alebo 19:00 a doprajete svojmu telu 12-14 hodín oddychu, uvidíte krátkodobé aj dlhodobé zdravotné benefity.

Čiastočne je to tak, že vnútorné hodiny vašej pečene v noci nefungujú. Pečeň prestane produkovať enzýmy na premenu kalórií na energiu; namiesto toho produkuje enzýmy na ukladanie energie. Ak veľa jete pred spaním, vaša pečeň je nútená pracovať nadčas a nakoniec ušetríte viac energie, ako vydáte.

Ďalším dôležitým rozhodnutím, ktoré môžete urobiť (okrem zdravého stravovania), je načasovanie denného jedla. Zatiaľ čo údaje sú stále obmedzené, štúdie na zvieratách a práca Dr. Pandy naznačujú, že „časovo obmedzené jedenie“je jednoduchá a potenciálne prospešná zmena životného štýlu. Optimálne riešenie závisí od vášho cieľa. Ale ak je cieľom zlepšiť vaše celkové zdravie, potom je lepšie začať na 8-9 hodinách. Ale pokiaľ ide o dlhodobú zhodu, môže byť vhodné začať o 10-12 hodín.

Kľúčový bod: Jedzte viac počas dňa, nie pred spaním. Ak chcete zlepšiť svoje zdravie, začnite jesť o 10-12 hodín.

ŠPORT

Zatiaľ čo niektoré štúdie ukazujú, že anaeróbny výkon vrcholí v popoludňajších hodinách, medzi odborníkmi neexistuje konsenzus o súvislosti medzi cirkadiánnymi rytmami a cvičením – s výnimkou prítomnosti molekulárnych hodín v kostrovom svale.

A rovnako ako vplyv osvetlenia a času jedla, načasovanie cvičenia tiež zohráva dôležitú úlohu pri udržiavaní zdravých cirkadiánnych rytmov.

Hlavná vec: pravidelne cvičte a anaeróbnu aktivitu nechajte na popoludnie.

ZÁVER

Výskum toho, ako fungujú cirkadiánne rytmy, je pomerne jednoduchý.„Vaše vnútorné hodiny sú navrhnuté tak, aby spaľovali energiu počas dňa a obnovovali energiu počas noci,“hovorí Y. Čím lepšie načasovanie, tým menšie opotrebovanie cirkadiánnych hodín. Hoci sú vnútorné hodiny stabilné, dôsledné narúšanie režimu môže viesť k dlhodobým zdravotným problémom.

„Keď sme mladí, telo toho veľa zvládne,“hovorí Yu, „ale to neznamená, že je všetko v poriadku. Je to ako spotreba paliva: vynakladáte príliš veľa energie na arytmické aktivity, čo v budúcnosti povedie k problémom s fungovaním cirkadiánnych rytmov.

Neskrátite si život o päť rokov neskorým jedením, no vo vašom tele sú vyhradené hodiny na ochranu vášho zdravia a minimalizáciu narušenia vašej fyziológie. Buďte k sebe láskaví a ohľaduplní a uvidíte výsledok.