Kaip veikia endogeniniai biologiniai ritmai

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Straipsnis skirtas cirkadinių ritmų darbui - endogeniniams biologiniams ritmams, kurių periodas trunka apie 24 valandas, būdingus daugumai organizmų, įskaitant žmones. Tai naujausių mokslinių tyrimų apžvalga, o ne naudingų patarimų rinkinys, nors straipsnyje kalbama apie galimus gyvenimo būdo pokyčius. Ši apžvalga nėra išsami; mes ir toliau ją atnaujinsime, kai atsiras naujų tyrimų.

Pagrindinis dalykas:

→ Nuoseklus ir sveikas cirkadinis ritmas gali padėti pagerinti bendrą sveikatą ir veiksmingai užkirsti kelią lėtinėms ligoms.

→ Nepamirškite miegoti: dieta, mankšta ir kiti veiksniai turi įtakos cirkadiniam ritmui.

→ Išstudijuokite cirkadinių ritmų darbo ypatumus, nustatykite savo „chronotipą“, tada gautas žinias pritaikykite moksliniuose tyrimuose nurodytoms metodinėms rekomendacijoms.

Prieš įtraukdami bet kurį šiame straipsnyje pateiktą patarimą į savo kasdienybę, pasitarkite su savo sveikatos priežiūros specialistu.

Prieš skaitant straipsnį: trumpas žodynėlis

1. Cirkadinis: natūraliai pasikartojantis ciklas, trunkantis apie 24 valandas, neatsižvelgiant į šviesiųjų paros valandų trukmę; iš lotynų circa („o“) ir diem („diena“).
2. Ritmo jutiklis: aplinkos signalas, pvz., šviesos ar temperatūros pokytis; iš vokiečių kalbos zeit („laikas“) ir geber („davėjas“).
3. Endogeninis: patologinis procesas organizme, kurį sukelia vidiniai veiksniai, o ne išoriniai veiksniai (pagrindinė priežastis).
4. Cirkadinio ritmo koregavimas: atsiranda, kai ritminės, fiziologinės ar elgesio užduotys atitinka aplinkos pokyčius; cirkadinių ritmų sąveika su aplinka.
5. Kasdien: kiekvieną dieną; iš lotynų dies (diena) ir ir diurnus (kasdienis).
6. Pagrindinis laikrodis: ląstelių populiacijų pora, randama pagumburyje, taip pat žinoma kaip suprachiasmatic nucleus (SCN); Šiose ląstelėse yra genų, kurie kontroliuoja cirkadinį ritmą.
7. Mutantinis genas: nuolatinis DNR sekos pokytis; chronobiologai naudojo laikrodžio genų mechanizmui atpažinti, nustatydami mutantinį geną gyvūnams, sergantiems aritminiu cirkadiniu sindromu.

Įsivaizduokite augalą, bandantį fotosintezuoti naktį: trumpa drama tamsoje. „Augalai susiduria su gyvybe ir mirtimi“, – niūriai sako Teksaso universiteto Hiustono sveikatos mokslų centro (UTHealth) biochemijos ir ląstelių biologijos docentė Sally Yu. „Jei jie nesilaikys cirkadinio ritmo, jie mirs“. Tačiau žmogui prognozė nebus tokia niūri. Net jei pašalinsite laikrodžio geną (svarbų geną, reguliuojantį cirkadinių ritmų darbą), nemirsite iš karto, - sako Yu. - Bet jūs kentėsite. Tikėtinos problemos? Nuolatinės psichologinės problemos ir, be kita ko, padidėjusi lėtinių ligų rizika. Gyvenimas sunkus, kai viskas nesutampa.

Yu kolega, tos pačios katedros docentas Jake'as Chenas sako kitaip: „Dažnai sakome, kad viską reikia padaryti pagal grafiką. Bet tai yra perdėta. Tačiau posakis „viskam savas laikas“– ne. Ir tai tiesiogiai susiję su žmogaus kūnu. Kiekvienoje ląstelėje, audinyje ar organe fiziologiniai procesai vyksta tam tikru metu. Biologinis laikrodis yra savotiškas laikmatis – mechanizmas, kurio pagalba galime įsitikinti, kad viskas veikia tinkamai. Tai yra pagrindinė funkcija.

Chen ir Yu tiria cirkadinius ritmus – maždaug 24 valandų trukmės biologinius kūno ritmus, kuriuos kasdien seka visi mūsų planetos gyviai. Cirkadiniai ritmai arba cirkadiniai ritmai yra tiesiogiai susiję su milijonus metų gyvybės vystymusi mūsų planetoje. Tai organizmo vidinio biologinio laikrodžio ir aplinkos sąveikos produktas – ne tik saulės šviesa, bet ir daugelis kitų veiksnių lemia elgesį, reguliuoja hormonų lygį, miegą, kūno temperatūrą ir medžiagų apykaitą.

Vadinamasis „pagrindinis laikrodis“arba suprachiazminis branduolys (SCN), pagrindinis laikrodis, valdantis cirkadinius ritmus, yra ląstelių populiacijų pora, užpildyta genais (įskaitant Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 ir Cry2).).

Kaip pamatysime vėliau, dėmesys cirkadiniams ritmams gerina kasdienį (fiziologinį ir psichologinį) organizmo funkcionavimą ir galiausiai turi įtakos sveikatos būklei tiek ilgalaikėje, tiek trumpalaikėje perspektyvoje. Rūpindamiesi cirkadiniais ritmais jie nuolat veikia, išlaikant tai, ką Sally Yu vadina „patikimu laikrodžiu“.

„Negaliu tiksliai pasakyti, kiek svarbūs cirkadiniai ritmai yra užkertant kelią lėtinėms ligoms, kokią įtaką tai daro sveikatai ilgalaikėje perspektyvoje, ar tai naudinga ir galiausiai turi įtakos gyvenimo trukmei.

Informacija apie ekspertus:

Mokslininkas: Zheng "Jake" Chen

Išsilavinimas: PhD, Kolumbijos universitetas, Niujorkas

Pareigos: Teksaso universiteto Sveikatos mokslų centro Hiustone Biochemijos ir ląstelių biologijos katedros docentas

Paskutinis paskelbtas straipsnis: Maža molekulė Nobiletin nukreipta į molekulinį osciliatorių, kad sustiprintų cirkadinį ritmą ir apsaugotų nuo metabolinio sindromo.

Tyrimų sritis: mažų molekulių zondai, skirti chronobiologijai ir medicinai.

Mokslininkas: Seung Hee "Sally" Yoo

Išsilavinimas: PhD, Korėjos mokslo ir technologijų institutas

Pareigos: Teksaso universiteto Sveikatos mokslų centro Hiustone Biochemijos ir ląstelių biologijos katedros docentas

Paskutinis paskelbtas straipsnis: Period2 3'-UTR ir mikroRNR-24 reguliuoja cirkadinius ritmus slopindami PERIOD2 baltymų kaupimąsi. Taip pat cirkadinių sistemų mažų molekulių moduliatorių kūrimas ir terapinis potencialas.

Tyrimo sritis: Pagrindiniai ląstelių mechanizmai cirkadiniuose ritmuose ir fiziologinių bei patologinių laikrodžio vaidmenų iššifravimas.

ISTORIJA: PAGRINDINĖS CIRKADINIŲ RITMŲ BIOLOGINĖS RAIDOS ETAPAI

Pirmas dalykas, kurį reikia žinoti apie cirkadinių ritmų tyrimą (tai daro chronobiologai), yra tai, kad visi organizmai, išskyrus retas išimtis, laikosi savo cirkadinio ritmo. Nuo narcizų iki žvirblių, nuo zebrų iki žmonių – beveik visi gyvi organizmai planetoje seka saulės ciklą. 1729 m. prancūzų mokslininkas Jeanas-Jacques'as de Meranas užfiksavo pirmąjį endogeninio arba įterptinio augalo Mimosa pudica lapų judėjimo stebėjimą. Net visiškoje tamsoje augalas ir toliau laikėsi savo dienos ritmo. Mokslininkas padarė išvadą, kad augalas remiasi ne tik išoriniais signalais ar ritmo jutikliu, bet ir savo vidiniu biologiniu laikrodžiu.

Chronobiologija suklestėjo po dviejų šimtų metų, XX amžiaus viduryje. Paveiktas daugelio mokslininkų, ypač Colino Pittendry, „biologinio laikrodžio tėvo“, indėlis. Pittendry tyrinėjo vaisines muses arba Drosophila ir atskleidė, kaip cirkadiniai ritmai sąveikauja arba sinchronizuojasi su dienos ir nakties ciklu. Pittendry draugas Jurgenas Aschoffas taip pat tyrė sąveiką su dienos ir nakties ciklu, tačiau mokslininkai padarė skirtingas išvadas apie tai, kaip sąveika vyksta (parametrinė ir neparametrinė, daugiau apie tai galite perskaityti čia ir čia). John Woodland Hastings ir jo kolegos padarė esminių atradimų apie šviesos vaidmenį cirkadiniuose ritmuose, tyrinėdami bioliuminescencinius dinoflagelatus (dumblius, planktono rūšį). Botanikas Erwinas Bunnigas taip pat prisidėjo prie pagrindinių sąveikos modeliavimo tyrimų, apibūdindamas ryšį tarp organizmų ir ribinių ciklų.

Kitas chronobiologijos atradimų etapas susiejo specifinius molekulinius ir genetinius cirkadinių ritmų veikimo mechanizmus. Tai išplaukia iš Rono Konopkos ir Seymouro Benzerio darbų, kurie aštuntojo dešimtmečio pradžioje siekė nustatyti specifinius genus, valdančius vaisinių muselių cirkadinį ritmą. Konopkai ir Benzeriui priskiriami mutavusio geno atradimai, kuriuos jie pavadino laikotarpiu, kuris sutrikdo vaisinių muselių cirkadinį laikrodį. Taip pirmą kartą buvo atrastas genetinis elgesio ritmų determinantas. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash ir Michael W. Young sėkmingai papildė Konopkos ir Benzerio darbus, parodydami periodinio geno darbą molekuliniu lygmeniu. Hallas, Rosbashas ir Youngas 2017 m. gavo Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją. Jie išskyrė periodo geną ir tada parodė, kaip molekuliniu lygmeniu veikia kasdienė laikrodžio sistema.

Atlikdami vaisinių muselių ir pelių tyrimus 1994 m., Josephas Takahashis ir jo komanda atrado žinduolių laikrodžio genus ir pavadino juos laikrodžiais, apibūdindami juos kaip „evoliuciškai konservuotą cirkadinio laikrodžio mechanizmo ypatybę“. Laikrodžio geno atradimas kartu su Hallo, Rosbasho, Youngo ir mokslininko Michaelo Greenbergo darbais buvo lūžio momentas chronobiologijoje. Per kelerius metus buvo atrasti genai, užtikrinantys cirkadinio ritmo darbą žemesniuose organizmuose.

Mokslas nuolat tobulėja, o daugelis vaisinių muselių ir pelių tyrimų parodė nuostabų laikrodžio genų išlikimą rūšių viduje, o tai reiškia, kad yra panašių genų, kurie kontroliuoja cirkadinį ritmą sudėtingesniuose organizmuose, įskaitant žmones.

"Saulėtekis ir saulėlydis vis dar yra pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos cirkadiniam ritmui, tačiau kiti veiksniai nuolat stebimi atliekant mokslinius tyrimus."

NAUJIEJI TYRIMAI: CIRKADIO RITMŲ VAIDMĖS NUSTATYMAS ŽMONIŲ SVEIKATAI IR LIGOSMS

Svarbu pažymėti, kad cirkadinių ritmų biologija yra neįtikėtinai sudėtinga - yra daug mokslinių žurnalų, skirtų šiai tyrimų sričiai. Todėl mūsų supratimas apie biologinio laikrodžio vaidmenį žmonių sveikatai yra epidemiologinių ir tyrimų su gyvūnais rezultatas. Tyrimai su žemesniaisiais organizmais padeda atskleisti veikiančių molekulinių ir genetinių mechanizmų darbą, po kurių matyti, kaip, pavyzdžiui, miego sutrikimas padidina 2 tipo diabeto, nutukimo, daugelio širdies ir kraujagyslių ligų riziką.

Iš tiesų viena perspektyviausių tyrimų sričių yra miegas. Šiandien mokslininkai miego trūkumą ir vėlesnį cirkadinio ritmo sutrikimą sieja su nutukimo ir depresijos vystymusi, taip pat su daugeliu lėtinių ligų. Tyrimai parodė, kad miego trūkumas gali sukelti netikėtų šalutinių poveikių, pavyzdžiui, negalėjimą atpažinti veidų.

Supratimas, kaip veikia cirkadiniai ritmai, taip pat peržengė sąveiką su dienos ir nakties ciklu. „Yra socialinių, maisto ir mankštos ženklų – jie labai įvairūs“, – sako Y. Saulėtekis ir saulėlydis vis dar turi didelę įtaką cirkadiniams ritmams, tačiau tiriami ir kiti veiksniai. Daugybė darbų parodė, kad dieta yra pagrindinis išorinis signalas, sąveikaujantis su vidiniu laikrodžiu, įskaitant daktaro Satchidanandos Pandos darbą, skirtą apriboti mitybos laiką (kaip valgymo laikas veikia sveikatą).

Apskritai dabar aišku, kad cirkadiniai ritmai atlieka sisteminį vaidmenį organizuojant visų žmogaus kūno fiziologinių aspektų darbą, įskaitant gyvybiškai svarbių organų darbą, medžiagų apykaitą, imunitetą, mąstymo procesus ir kt. Daktaro Yu darbai plečia sritį. Ji bendradarbiauja su specializuotu lėtinio skausmo tyrimu, tirdama pacientų skausmo ritmus. Taip pat tiriamas ribinio ciklo vaidmuo sutrikus cirkadinio ritmo darbui (laiko juostų keitimo poveikis vėžinių ląstelių augimui). Tokie tyrimai suteikia mums svarbių naujų įžvalgų, kurias galima panaudoti keičiant gyvenimo būdą – žinoti, kada valgyti ir apskritai eiti miegoti, svarbu sveikatai; o sergant įgytas žinias galima pritaikyti ieškant vaistų, reguliuojančių cirkadinio ritmo darbą. Mokslininkai vis dar turi atlikti daug tyrimų beveik visose su sveikata ir ligomis susijusiose srityse.

PAGRINDINĖ MINTIS: KODĖL SVARBU ŽINOTI APIE CIRKADINIUS RITMUS?

Supratimas, kaip veikia cirkadinis ritmas, gali turėti tiek trumpalaikį, tiek ilgalaikį poveikį sveikatai. „Gyvenimo būdo pokyčiai yra geriausia dovana, kurią galite sau padovanoti“, – sako Chen. „Jei valdysite savo gyvenimo būdą, technologijos ir medicina gali tapti antriniais veiksniais per visą jūsų gyvenimą. Trumpalaikiai tyrimai su gyvūnais ir žmonėmis rodo, kad sveiką cirkadinį ritmą palaikantis gyvenimo būdas gali palaikyti budrumą, motorinę koordinaciją, širdies ir kraujagyslių sveikatą, imuninę funkciją, žarnyno sveikatą, mąstymą ir miegą. Yra įrodymų, patvirtinančių ilgalaikį lėtinių ligų rizikos mažinimą.

„Gyvenimo būdo pokyčių poveikis gali būti nepastebimas kelias dienas, tačiau laikui bėgant nauda bus didžiulė.

Taigi, kokio gyvenimo būdo turite vadovautis, kad galėtumėte sinchronizuotis su savo cirkadiniais ritmais? Pirmas dalykas, kurį reikia padaryti, yra atkreipti dėmesį į savo bioritmus. Cirkadiniai ritmai, nors ir sukurti tuo pačiu pagrindu, skiriasi kiekvienam žmogui dėl amžiaus, genetinių ir aplinkos skirtumų. Larukams labiau patinka rytas. Pelėdoms labiau patinka naktis. Norint sėkmingai pritaikyti naujausių mokslinių tyrimų žinias, reikia atkreipti dėmesį į natūralias savo kūno tendencijas („chronotipas“), taip pat nepamirškite, kad nėra vieno požiūrio, kuris tiktų visiems.

Antrasis – laikytis nuoseklaus, įprasto grafiko kiekvieną dieną, septynias dienas per savaitę. Daktaras Yu kalba apie „reaktyvinį atsilikimą“(social jet lag) – kai žmonės pažeidžia savo tvarkaraštį turėdami netipinių įpročių, pavyzdžiui, valgydami ir eidami miegoti vėliau, pabusdami vėliau ir sportuodami skirtingomis savaitės dienomis skirtingu laiku. Visi šie veiksmai gali sukelti tokias pačias neigiamas pasekmes kaip ir laiko juostų keitimas. Kuo daugiau ir nuosekliau laikysitės režimo, tuo geriau jūsų kūnas jums tai padės.

Trečia – taikant mokslinių tyrimų metu įgytas žinias – duomenys apie mitybą, miegą ir mankštą pateikiami žemiau. Daugelis gyvenimo būdo pokyčių, kuriuos parodė tyrimai, yra susiję su mitybos įpročių pokyčiais – pavyzdžiui, bloga mintis valgyti prieš miegą. Jis kupinas neigiamų pasekmių sveikatai. Valgykite mažais patiekalais anksti ir vėlai dienos metu, o tai yra pakankamai lengva išbandyti. Tas pats pasakytina ir apie miegą – reikia laikytis režimo ir miegoti bent 7-8 valandas. Blogiausiu atveju jausitės pailsėję, o geriausiu atveju pagerinsite savo sveiko gyvenimo perspektyvas.

Svarbiausia: miegas, maistas ir sportas yra sveikos gyvensenos pagrindas.

SVAJONAS

Svarbiausia, ką galite padaryti, tai laikytis nuoseklaus miego ir būdravimo grafiko bei pakankamai išsimiegoti – suaugusiam žmogui 7-9 valandos miego laikomos normaliomis. Miego trūkumo ir miego sutrikimų tyrimų rezultatai rodo, kad miego trūkumas ir miego sutrikimai neigiamai veikia nuotaiką, koncentraciją ir yra susiję su lėtinėmis ligomis. Be to, kai kurie mokslininkai spėja, kad paros darbo dienos neatitikimas, kurį sukelia socialinis srautas, gali būti plačiai paplitęs Vakarų visuomenėje ir prisidėti prie sveikatos problemų.

Taigi kokiu laiku turėtum eiti miegoti? Paprastai organizmas pradeda gaminti melatoniną 21:00 val. Tai signalas – reikia viską pabaigti ir eiti ilsėtis. Melatonino sekrecija baigiasi apie 7:30 ryto, o dieną melatonino organizme praktiškai nėra. Asmeninių pageidavimų reguliavimas pagal savo natūralius polinkius yra labai svarbus norint išvengti miego sutrikimų (pvz., pabusti miego metu) ir išlaikyti optimalią sveikatą.

Ir galiausiai šviesa. Dienos ir nakties ciklas nėra vienintelis veiksnys, turintis įtakos žmogaus organizmui, nes nuolat susiduriame su dirbtiniu apšvietimu, tačiau jis atlieka pagrindinį vaidmenį. Jei anksti dieną gausite pakankamai natūralios šviesos, o vakarais išvengsite nenatūralaus apšvietimo (pvz., mėlynos šviesos iš išmaniojo telefono ekrano), tai padeda išlaikyti sveikus cirkadinius ritmus.

Pagrindiniai punktai: pakankamai miegokite ir įsitikinkite, kad jūsų miego ir pabudimo laikas išliks toks pat septynias dienas per savaitę. Jei trūksta miego, nedelsdami pradėkite atkurti savo režimą, kitaip rizikuojate ilgainiui pakenkti savo sveikatai.

MITYBA

Apskritai, tyrimai rodo, kad kaloringą maistą geriausia valgyti ryte. Stenkitės vakarienę valgyti gerokai prieš miegą ir neturėdami daug kalorijų. Jei viską pavyks padaryti apie 18.00 arba 19.00 val. ir suteiksite savo kūnui 12–14 valandų pailsėti, pamatysite trumpalaikę ir ilgalaikę naudą sveikatai.

Iš dalies faktas yra tas, kad jūsų kepenų vidinis laikrodis neveikia naktį. Kepenys nustoja gaminti fermentus, kad kalorijas paverstų energija; vietoj to gamina fermentus energijai kaupti. Jei valgote daug prieš miegą, jūsų kepenys bus priverstos dirbti viršvalandžius ir sutaupysite daugiau energijos nei išeikvojate.

Kitas svarbus sprendimas, kurį galite priimti (be sveikos mitybos), yra dienos valgymo laikas. Nors duomenų vis dar ribota, tyrimai su gyvūnais ir daktaro Pandos darbai rodo, kad „valgymas ribotą laiką“yra lengvas ir potencialiai naudingas gyvenimo būdo pakeitimas. Optimalus sprendimas priklauso nuo jūsų tikslo. Bet jei tikslas yra pagerinti bendrą sveikatą, geriau pradėti nuo 8-9 valandų. Tačiau, kalbant apie ilgalaikį atitiktį, gali būti patartina pradėti nuo 10–12 valandų.

Pagrindinis dalykas: valgykite daugiau per dieną, o ne prieš miegą. Norėdami pagerinti savo sveikatą, pradėkite valgyti 10-12 val.

SPORTAS

Nors kai kurie tyrimai rodo, kad anaerobinis efektyvumas didžiausias po pietų, ekspertai nėra vieningi dėl cirkadinio ritmo ir mankštos ryšio – išskyrus molekulinio laikrodžio buvimą skeleto raumenyse.

Ir, kaip ir apšvietimo bei valgymo laiko poveikis, mankštos laikas taip pat vaidina svarbų vaidmenį palaikant sveiką cirkadinį ritmą.

Svarbiausia: reguliariai mankštinkitės, o anaerobinę veiklą palikite popietei.

IŠVADA

Cirkadinio ritmo veikimo tyrimai yra gana paprasti.„Jūsų vidinis laikrodis skirtas deginti energiją dieną ir atkurti energiją naktį“, – sako Y. Kuo geresnis laikas, tuo mažiau cirkadinis laikrodis nusidėvi. Nors vidinis laikrodis yra stabilus, nuolatinis režimo trikdymas gali sukelti ilgalaikių sveikatos problemų.

„Kai esame jauni, organizmas daug ką atlaiko, – sako Yu. – Tačiau tai nereiškia, kad viskas gerai. Tai panašu į degalų sąnaudas: per daug energijos išeikvojate aritminei veiklai, o tai ateityje sukels cirkadinio ritmo veikimo problemų.

Valgydami vėlai savo gyvenimo nesutrumpinsite penkeriais metais, tačiau jūsų kūne yra tam skirtų valandų, kad apsaugotumėte savo sveikatą ir sumažintumėte fiziologijos sutrikimus. Būkite malonūs ir dėmesingi sau ir pamatysite rezultatą.