Hogyan működnek az endogén biológiai ritmusok

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A cikket a cirkadián ritmusok munkájának szentelték - endogén biológiai ritmusok körülbelül 24 órás periódussal, amelyek a legtöbb szervezetre jellemzőek, beleértve az embereket is. Ez a legújabb tudományos kutatás áttekintése, nem pedig hasznos tippek gyűjteménye, még akkor is, ha a cikk szó esik egy lehetséges életmódváltásról. Ez az áttekintés nem teljes körű, folyamatosan frissítjük, amint új kutatási tanulmányok jelennek meg.

A fő dolog:

→ A következetes és egészséges cirkadián ritmus segíthet az általános egészségi állapot javításában, valamint a krónikus betegségek hatékony megelőzésében.

→ Ne felejtsen el aludni: az étrend, a testmozgás és más tényezők befolyásolják a cirkadián ritmus működését.

→ Tanulmányozza a cirkadián ritmusok működésének sajátosságait, határozza meg "kronotípusát", majd a megszerzett tudást alkalmazza a tudományos kutatásban megjelölt módszertani ajánlásokhoz.

Mielőtt a cikkben található tanácsokat beépítené a napi rutinjába, kérdezze meg egészségügyi szakemberét.

A cikk elolvasása előtt: egy rövid szószedet

1. cirkadián: természetes módon visszatérő ciklus körülbelül 24 órás időtartammal, függetlenül a nappali órák hosszától; a latin circa ("o") és diem ("nap") szavakból.
2. Ritmusérzékelő: környezeti jel, például fény vagy hőmérséklet változása; a német zeit ("idő") és geber ("adó") szóból.
3. Endogén: kóros folyamat a szervezetben, amelyet belső tényezők okoznak, és nem külső hatások okoznak (gyökér).
4. A cirkadián ritmus beállítása: akkor fordul elő, amikor a ritmikus, fiziológiai vagy viselkedési feladatok megfelelnek a környezet változásainak; a cirkadián ritmusok kölcsönhatása a környezettel.
5. Naponta: minden nap; a latinból dies (nap) és és diurnus (napi).
6. Master Clock: A hipotalamuszban található sejtpopulációk párja, más néven suprachiasmaticus nucleus (SCN); Ezek a sejtek olyan géneket tartalmaznak, amelyek szabályozzák a cirkadián ritmust.
7. Mutáns gén: állandó változás a DNS-szekvenciában; kronobiológusok használják az óragének mechanizmusának felismerésére, mutáns gén azonosításával aritmiás cirkadián szindrómában szenvedő állatokban.

Képzeljen el egy növényt, amely éjszaka fotoszintetizálni próbál: egy rövid dráma a sötétben. „A növények élettel és halállal foglalkoznak” – mondja komoran Sally Yu, a Texasi Egyetem biokémiával és sejtbiológiájával foglalkozó adjunktusa, a Houston Health Sciences Center (UTHealth). "Ha nem követik a cirkadián ritmust, meghalnak." De egy személy számára az előrejelzés nem lesz olyan kilátástalan. "Még ha eltávolítod is az óra gént (egy fontos gént, amely szabályozza a cirkadián ritmusok működését), nem halsz meg azonnal" - mondja Yu. "De szenvedni fogsz." Valószínű problémák? Tartós pszichés problémák és többek között a krónikus betegségek fokozott kockázata. Az élet nehéz, ha minden nincs összhangban.

Yu kollégája, Jake Chen, a tanszék adjunktusa másképp mondja: „Gyakran mondjuk, hogy mindent az ütemterv szerint kell elvégezni. De ez túlzás. De a "mindennek megvan a maga ideje" kifejezés nem. És ez közvetlenül kapcsolódik az emberi testhez. Minden egyes sejtben, szövetben vagy szervben meghatározott időpontban mennek végbe élettani folyamatok. A biológiai óra egyfajta időzítő – egy olyan mechanizmus, amellyel megbizonyosodhatunk arról, hogy minden megfelelően működik. Ez egy alapvető funkció.”

Chen és Yu a cirkadián ritmusokat tanulmányozzák – a test biológiai ritmusait körülbelül 24 órás periódussal, amelyet minden nap követ bolygónk minden élőlénye. A cirkadián ritmusok vagy cirkadián ritmusok közvetlenül kapcsolódnak bolygónkon az élet több millió éves fejlődéséhez. A szervezet belső biológiai órája és a környezet kölcsönhatásának terméke – nemcsak a napfény, hanem sok más tényező is meghatározza a viselkedést, szabályozza a hormonszintet, az alvást, a testhőmérsékletet és az anyagcserét.

Az úgynevezett "master clock" vagy suprachiasmatic nucleus (SCN), a cirkadián ritmust szabályozó mesteróra, egy olyan sejtpopuláció pár, amely tele van génekkel (például Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 és Cry2).), a hipotalamuszban található. Molekuláris szinten az óragén nyomai a vesékben, a májban, a hasnyálmirigyben és más szervekben találhatók. Az SCN vezérigazgatóként utasítja a szervezetet a környezeti jelek ütemezésére és feldolgozására. Howard Hughes Medical Institute.)

Ahogy a későbbiekben látni fogjuk, a cirkadián ritmusra való odafigyelés javítja a szervezet napi (fiziológiai és pszichológiai) működését, és végső soron az egészségi állapotot is befolyásolja, hosszú és rövid távon egyaránt. A cirkadián ritmusokra való odafigyelés fenntartja a működésüket, miközben fenntartja azt, amit Sally Yu "megbízható órának" nevez.

"Nem tudom biztosan megmondani, hogy a cirkadián ritmus mennyire fontos a krónikus betegségek megelőzésében, milyen hatással van az egészségre hosszú távon, előnyös-e, és végső soron befolyásolja-e a várható élettartamot."

Információk a szakértőkről:

Tudós: Zheng "Jake" Chen

Iskolai végzettség: PhD, Columbia University, New York

Beosztás: adjunktus a houstoni Texasi Egyetem Egészségtudományi Központ Biokémiai és Sejtbiológiai Tanszékén

Utolsó publikált cikk: A kis molekula Nobiletin a molekuláris oszcillátort célozza meg, hogy fokozza a cirkadián ritmust és megvédje a metabolikus szindrómát.

Kutatási terület: Kis molekulájú szondák kronobiológia és orvostudomány számára.

Tudós: Seung Hee "Sally" Yoo

Végzettség: PhD, Koreai Tudományos és Technológiai Intézet

Beosztás: egyetemi docens, Biokémiai és Sejtbiológiai Tanszék, Texasi Egyetem Egészségtudományi Központ, Houston

Utolsó publikált cikk: A Period2 3'-UTR és a mikroRNS-24 szabályozza a cirkadián ritmust a PERIOD2 fehérje felhalmozódásának visszaszorításával, valamint a cirkadián rendszerek kismolekulájú modulátorainak fejlesztési és terápiás potenciálja.

Kutatási terület: Alapvető sejtmechanizmusok a cirkadián ritmusban és az óra fiziológiai és patológiás szerepeinek megfejtése.

TÖRTÉNET: A CIRCADIKUS RITMUSOK BIOLÓGIAI FEJLŐDÉSÉNEK FŐ SZAKASZAI

Az első dolog, amit a cirkadián ritmusok tanulmányozásával kapcsolatban tudni kell (a kronobiológusok ezt teszik), az az, hogy ritka kivételektől eltekintve minden élőlény követi a cirkadián ritmusát. A nárciszoktól a verebekig, a zebráktól az emberekig szinte minden élő szervezet a bolygón követi a napciklust. 1729-ben Jean-Jacques de Meran francia tudós rögzítette a Mimosa pudica növény endogén vagy beágyazott napi levélmozgásának első megfigyelését. A növény teljes sötétségben is követte napi ritmusát. A tudós arra a következtetésre jutott, hogy a növény nemcsak külső jelekre vagy ritmusérzékelőkre támaszkodik, hanem saját belső biológiai órájára is.

A kronobiológia kétszáz évvel később, a 20. század közepén virágzott fel. Számos tudós, különösen Colin Pittendry, "a biológiai óra atyja" közreműködése hatott rá. Pittendry a gyümölcslegyeket vagy a Drosophilát tanulmányozta, és rávilágított arra, hogy a cirkadián ritmusok hogyan hatnak egymásra vagy szinkronizálódnak a nappal és az éjszaka körforgásával. Jurgen Aschoff, Pittendry barátja is tanulmányozta a kölcsönhatást a nappal és az éjszaka ciklusával, de a tudósok eltérő következtetésekre jutottak a kölcsönhatás létrejöttével kapcsolatban (paraméteres és nemparametrikus, erről itt és itt olvashat bővebben). John Woodland Hastings és munkatársai alapvető felfedezéseket tettek a fénynek a cirkadián ritmusokban betöltött szerepével kapcsolatban biolumineszcens dinoflagellátumok (a planktonok egyik fajtája) tanulmányozásával. Erwin Bunnig botanikus is hozzájárult az interakciómodellezés alapkutatásaihoz, leírva az élőlények és a határciklusok közötti kapcsolatot.

A kronobiológia felfedezésének következő szakasza a cirkadián ritmusok működésének sajátos molekuláris és genetikai mechanizmusait kapcsolta össze. Ez Ron Konopka és Seymour Benzer munkáiból következik, akik az 1970-es évek elején a gyümölcslegyek cirkadián ritmusát szabályozó specifikus géneket igyekeztek azonosítani. Konopka és Benzer nevéhez fűződik egy mutált gén felfedezése, amelyet ők a gyümölcslegyek cirkadián óráját megzavaró időszaknak neveztek. Így fedezték fel először a viselkedési ritmusok genetikai meghatározóját. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young sikeresen egészítette ki Konopka és Benzer munkásságát a periódusgén munkájának molekuláris szintű bemutatásával. Hall, Rosbash és Young 2017-ben megkapta az élettani és orvosi Nobel-díjat. Izolálták a periódusgént, majd megmutatták, hogyan működik a napi órarendszer molekuláris szinten.

Míg 1994-ben gyümölcslegyeken és egereken végzett kutatásokat, Joseph Takahashi és csapata óragéneket fedezett fel emlősökben, és óráknak nevezte őket, és "a cirkadián óramechanizmus evolúciósan konzervált jellemzőjeként" írta le őket. Az óragén felfedezése Hall, Rosbash, Young és Michael Greenberg tudós munkáival együtt vízválasztó pillanat volt a kronobiológiában. Néhány éven belül olyan géneket fedeztek fel, amelyek az alacsonyabb rendű szervezetekben biztosítják a cirkadián ritmus működését.

A tudomány folyamatosan fejlődik, és a gyümölcslegyeken és egereken végzett számos tanulmány kimutatta az óragének elképesztő perzisztenciáját a fajon belül, ami azt jelenti, hogy léteznek hasonló gének, amelyek szabályozzák a cirkadián ritmust bonyolultabb szervezetekben, beleértve az embereket is.

"Még mindig a napkelte és a napnyugta a fő tényezők, amelyek befolyásolják a cirkadián ritmust, de a tudományos kutatások során más tényezőket is folyamatosan figyelemmel kísérnek."

LEGÚJABB KUTATÁS: A CIRKÁDIUM RITMUSOK SZEREPE MEGHATÁROZÁSA AZ EMBERI EGÉSZSÉGBEN ÉS BETEGSÉGEKBEN

Fontos megjegyezni, hogy a cirkadián ritmusok biológiája hihetetlenül összetett - számos tudományos folyóirat foglalkozik ezzel a kutatási területtel. Ennek eredményeként a biológiai óra emberi egészségben betöltött szerepének megértése epidemiológiai és állatkísérletek eredménye. Az alsóbbrendű élőlényeken végzett vizsgálatok segítenek feltárni a molekuláris és genetikai mechanizmusok működését, amelyek után látható, hogy például az alvászavar hogyan vezet a 2-es típusú cukorbetegség, az elhízás és számos szív- és érrendszeri betegség fokozott kockázatához.

Valójában az egyik legígéretesebb kutatási terület az alvás. A mai tudósok az alváshiányt és a cirkadián ritmusok későbbi megzavarását az elhízás és a depresszió, valamint a legtöbb krónikus betegség kialakulásához hozzák összefüggésbe. Kutatások kimutatták, hogy az alváshiány váratlan mellékhatásokhoz vezethet, például az arcok felismerésének képtelenségéhez.

A cirkadián ritmusok működésének megértése is messze túlmutat a nappal és az éjszaka ciklusával való kölcsönhatáson. „Vannak szociális jelzések, étkezési és gyakorlati jelzések – ezek nagyon változatosak” – mondja Y. A napkelte és a naplemente még mindig nagy hatással van a cirkadián ritmusra, de más tényezőket is vizsgálnak. Számos munka kimutatta, hogy a diéta kulcsfontosságú külső jel, amely kölcsönhatásba lép a belső órával, ideértve Dr. Satchidananda Panda munkáját a diéta időzítésének korlátozására (hogyan befolyásolja az étkezési idő az egészséget).

Általánosságban elmondható, hogy ma már világos, hogy a cirkadián ritmusok szisztémás szerepet játszanak az emberi test összes fiziológiai vonatkozása munkájának megszervezésében, beleértve a létfontosságú szervek munkáját, az anyagcserét, az immunitást, a gondolkodási folyamatokat stb. Dr. Yu munkája kiterjeszti a területet. a kutatásból – együttműködik egy speciális krónikus fájdalom-kutatással, hogy tanulmányozza a betegek fájdalomritmusát. Dolgoznak továbbá a levágási ciklus szerepének tanulmányozásán a cirkadián ritmusok működésének zavaraiban (az időzónák változásának hatása a rákos sejtek növekedésére). Az ehhez hasonló kutatások fontos új meglátásokkal szolgálnak számunkra, amelyek felhasználhatók életmód-változtatáshoz – az étkezés és a lefekvés időpontjának ismerete általában az egészség szempontjából fontos; betegség esetén pedig a megszerzett ismereteket a cirkadián ritmusok munkáját szabályozó gyógyszerek felkutatására lehet alkalmazni. A tudósoknak még mindig sok kutatást kell végezniük az egészséggel és betegségekkel kapcsolatos szinte minden területen.

ALAPVETŐ GONDOLAT: MIÉRT FONTOS TUDNI A KÖRKÖRRITMUSOKAT?

A cirkadián ritmusok működésének tudata rövid és hosszú távú egészségügyi hatásokkal is járhat. „Az életmódváltás a legjobb ajándék, amit magadnak adhatsz” – mondja Chen. "Ha irányítod az életmódodat, a technológia és az orvostudomány másodlagos tényezőkké válhatnak életed során." Rövid távon az állatokon és embereken végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy az egészséges cirkadián ritmust támogató életmód támogatja az éberséget, a mozgáskoordinációt, a szív- és érrendszeri egészséget, az immunrendszer működését, a bélrendszer egészségét, a gondolkodást és az alvást. Bizonyítékok állnak rendelkezésre a krónikus betegségek kockázatának hosszú távú csökkentésére.

"Az életmódváltás hatásai néhány napig nem mutatkoznak meg, de idővel az előnyök óriásiak lesznek."

Tehát milyen életmódot kell követned ahhoz, hogy szinkronizálj cirkadián ritmusoddal? Az első dolog, hogy figyeljen a bioritmusára. A cirkadián ritmusok, bár ugyanazon az alapon épülnek fel, személyenként változnak az életkor, a genetikai és a környezeti különbségek miatt. A pacsirta jobban szereti a reggelt. A baglyok jobban szeretik az éjszakát. Figyelnie kell testének természetes hajlamaira („kronotípusa”), hogy sikeresen alkalmazhassa a legújabb tudományos kutatások tudását, továbbá ne feledje, hogy nincs mindenkire érvényes megközelítés.

A második az, hogy minden nap, a hét hét napján ragaszkodjunk egy következetes, rutinrendhez. Dr. Yu a „jet lag”-ról (szociális jet lag) beszél – amikor az emberek atipikus szokásaikkal megszegik az időbeosztásukat, mint például az étkezés és a későbbi lefekvés, a későbbi ébredés, és a hét különböző napjain, különböző időpontokban történő edzés. Mindezek a tevékenységek ugyanolyan negatív következményekkel járhatnak, mint az időzónák megváltoztatása. Minél következetesebben és következetesebben követi a kúrát, szervezete annál jobban segít ebben.

Harmadszor - a tudományos kutatásból nyert ismereteket felhasználva - az alábbiakban részletezzük a táplálkozásra, alvásra és mozgásra vonatkozó adatokat. A kutatások szerint számos életmódbeli változás magában foglalja az étkezési szokások megváltoztatását – például rossz ötlet lefekvés előtt. Tele van negatív egészségügyi következményekkel. A nap elején és későn fogyasszunk kis mennyiségű ételt, amit elég könnyű kipróbálni. Ugyanez vonatkozik az alvásra is - követnie kell a rendszert, és legalább 7-8 órát kell aludnia. Rosszabb esetben kipihentnek érzi magát, legjobb esetben pedig javítja az egészséges élet kilátásait.

A legfontosabb: az alvás, az étkezés és a sport az egészséges életmód alapja.

ÁLOM

A legfontosabb, amit tehet, az az, hogy állandó alvási és ébrenléti ütemtervet tartson fenn, és eleget aludjon – 7-9 óra alvás normális egy felnőtt számára. Az alváshiánnyal és alvászavarokkal kapcsolatos kutatási eredmények azt mutatják, hogy az alváshiány és az alvászavarok negatívan befolyásolják a hangulatot, a koncentrációt, és krónikus betegségekhez kapcsolódnak. Ráadásul egyes tudósok azt feltételezik, hogy a társadalmi jetlag okozta cirkadián eltérés széles körben elterjedt a nyugati társadalomban, és hozzájárulhat az egészségügyi problémákhoz.

Szóval mikor kell lefeküdni? Jellemzően a szervezet 21:00-kor kezdi el a melatonint termelni. Ez egy jel - mindent be kell fejeznie, és pihennie kell. A melatonin szekréciója reggel fél 7 körül véget ér, napközben pedig gyakorlatilag nincs jelen a melatonin a szervezetben. A személyes preferenciák természetes hajlamai alapján történő módosítása kulcsfontosságú az alvászavarok (például az alvás közbeni ébredés) elkerülésében és az optimális egészség megőrzésében.

És végül a fény. Nem a nappal és az éjszaka körforgása az egyetlen olyan tényező, amely hatással van az emberi szervezetre, hiszen folyamatosan szembesülünk mesterséges világítással, mégis elsődleges szerepet tölt be. Ha elegendő természetes fényhez jut a nap elején, és esténként kerüli a természetellenes megvilágítást (például az okostelefon képernyőjének kék fényét), segít megőrizni cirkadián ritmusát.

Főbb pontok: Aludjon eleget, és gondoskodjon arról, hogy alvási és ébrenléti ideje a hét minden napján ugyanaz maradjon. Ha alváshiányban szenved, azonnal kezdje el az étrend helyreállítását, különben fennáll a veszélye, hogy hosszú távon veszélyezteti egészségét.

TÁPLÁLÁS

Általánosságban elmondható, hogy a kutatások azt mutatják, hogy a magas kalóriatartalmú ételek fogyasztása a legjobb reggel. Igyekezzen jóval lefekvés előtt vacsorázni, és kevésbé kalóriadús. Ha mindent el tud végezni 18:00 vagy 19:00 körül, és ad testének 12-14 órát pihenésre, akkor rövid és hosszú távú egészségügyi előnyökkel jár.

Részben az a tény, hogy a máj belső órája nem működik éjszaka. A máj leállítja az enzimek termelését, amelyek a kalóriákat energiává alakítják; ehelyett enzimeket termel az energia tárolására. Ha sokat eszel lefekvés előtt, a májad túlórázni kényszerül, és több energiát takarítasz meg, mint amennyit elhasználsz.

Egy másik fontos döntés, amelyet meghozhat (az egészséges táplálkozás mellett), a napi étkezés időzítése. Bár az adatok még mindig korlátozottak, állatkísérletek és Dr. Panda munkája azt sugallja, hogy az „időben korlátozott étkezés” könnyű és potenciálisan előnyös életmódváltás. Az optimális megoldás a céltól függ. De ha a cél az általános egészségi állapot javítása, akkor jobb, ha 8-9 órától kezdi. De a hosszú távú megfelelés szempontjából tanácsos lehet 10-12 órától kezdeni.

Kulcspont: Egyél többet a nap folyamán, ne lefekvés előtt. Egészségi állapotának javítása érdekében kezdjen el étkezni 10-12 órától.

SPORT

Míg egyes tanulmányok azt mutatják, hogy az anaerob teljesítmény a délutáni órákban éri el csúcspontját, a szakértők között nincs egyetértés a cirkadián ritmus és a testmozgás közötti kapcsolatról – kivéve a vázizomzatban lévő molekuláris óra jelenlétét.

És csakúgy, mint a világítás és az étkezési idők hatása, az edzésidőzítés is fontos szerepet játszik az egészséges cirkadián ritmus fenntartásában.

A lényeg: gyakorolj rendszeresen, és hagyd délutánra az anaerob tevékenységet.

KÖVETKEZTETÉS

A cirkadián ritmusok működésének kutatása meglehetősen egyszerű.„Az Ön belső órája úgy van kialakítva, hogy nappal energiát éget el, éjszaka pedig energiát állítson vissza” – mondja Y. Minél jobb az időzítés, annál kevésbé kopik a cirkadián óra. Bár a belső óra stabil, a kezelési rend következetes megzavarása hosszú távú egészségügyi problémákhoz vezethet.

„Amikor fiatalok vagyunk, a szervezet sok mindent elbír” – mondja Yu. „De ez nem jelenti azt, hogy minden rendben van. Ez olyan, mint az üzemanyag-fogyasztás: túl sok energiát fordítasz aritmiás tevékenységekre, ami a jövőben problémákhoz vezet a cirkadián ritmus működésében.

Nem rövidíti meg az életét öt évvel, ha későn eszik, de vannak bizonyos órák a szervezetben, hogy megóvják egészségét és minimalizálják az élettani zavarokat. Légy kedves és figyelmes magaddal, és látni fogod az eredményt.