Jak fungují endogenní biologické rytmy

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Článek je věnován práci cirkadiánních rytmů - endogenních biologických rytmů s periodou cca 24 hodin, charakteristických pro většinu organismů včetně člověka. Toto je přehled nejnovějších vědeckých výzkumů, nikoli sbírka užitečných tipů, i když článek hovoří o potenciální změně životního stylu. Tento přehled není vyčerpávající; budeme jej nadále aktualizovat, jakmile se objeví nové výzkumné studie.

Hlavní věc:

→ Konzistentní a zdravé cirkadiánní rytmy mohou pomoci zlepšit celkové zdraví i účinnou prevenci chronických onemocnění.

→ Nezapomeňte spát: strava, cvičení a další faktory ovlivňují fungování cirkadiánních rytmů.

→ Prostudujte si zvláštnosti práce cirkadiánních rytmů, určete svůj „chronotyp“a poté aplikujte získané poznatky na metodologická doporučení uvedená ve vědeckém výzkumu.

Než začleníte některou z rad v tomto článku do své každodenní rutiny, poraďte se se svým lékařem.

Před přečtením článku: krátký glosář

1. Cirkadiánní: přirozeně se opakující cyklus s periodou asi 24 hodin, bez ohledu na délku denního světla; z latinského circa ("o") a diem ("den").
2. Senzor rytmu: signál prostředí, jako je změna světla nebo teploty; z německého zeit ("čas") a geber ("dárce").
3. Endogenní: patologický proces v těle způsobený vnitřními faktory a nezpůsobený vnějšími vlivy (hlavní příčina).
4. Úprava cirkadiánního rytmu: nastává, když rytmické, fyziologické nebo behaviorální úkoly odpovídají změnám v prostředí; interakce cirkadiánních rytmů s prostředím.
5. Denně: každý den; z latinského dies (den) a a diurnus (denně).
6. Master Clock: Pár buněčných populací nalezených v hypotalamu, také známý jako suprachiasmatic nucleus (SCN); Tyto buňky obsahují geny, které řídí cirkadiánní rytmy.
7. Mutantní gen: trvalá změna v sekvenci DNA; používané chronobiology k rozpoznání mechanismu hodinových genů identifikací mutantního genu u zvířat s arytmickým cirkadiánním syndromem.

Představte si rostlinu, která se v noci pokouší o fotosyntézu: krátké drama ve tmě. „Rostliny se vyrovnávají se životem a smrtí,“říká ponuře Sally Yu, odborná asistentka biochemie a buněčné biologie na Texaské univerzitě v Houston Health Sciences Center (UTHealth). "Pokud nebudou následovat cirkadiánní rytmy, zemřou." Pro člověka ale předpověď tak chmurná nebude. "I když odstraníte hodinový gen (důležitý gen, který reguluje práci cirkadiánních rytmů), nezemřete hned," říká Yu. "Ale budete trpět." Pravděpodobné problémy? Přetrvávající psychické problémy a mimo jiné i zvýšené riziko chronických onemocnění. Život je těžký, když všechno není synchronizované.

Yuův kolega Jake Chen, odborný asistent na stejné katedře, říká jinak: „Často říkáme, že vše je třeba udělat podle plánu. Ale to je nadsázka. Ale věta „všechno má svůj čas“není. A to přímo souvisí s lidským tělem. V každé jednotlivé buňce, tkáni nebo orgánu probíhají fyziologické procesy v určitou dobu. Biologické hodiny jsou jakýmsi časovačem – mechanismem, kterým se můžeme ujistit, že vše funguje správně. Toto je základní funkce."

Chen a Yu studují cirkadiánní rytmy – biologické rytmy těla s periodou cca 24 hodin, které každý den dodržuje vše živé na naší planetě. Cirkadiánní rytmy neboli cirkadiánní rytmy přímo souvisí s miliony let vývoje života na naší planetě. Je produktem interakce vnitřních biologických hodin těla a prostředí – nejen sluneční záření, ale mnoho dalších faktorů určuje chování, reguluje hladinu hormonů, spánek, tělesnou teplotu a metabolismus.

Takzvané „hlavní hodiny“neboli suprachiasmatické jádro (SCN), hlavní hodiny, které řídí cirkadiánní rytmy, jsou dvojice buněčných populací naplněných geny (včetně hodin, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 a Cry2), který se nachází v hypotalamu. Na molekulární úrovni se stopy hodinového genu nacházejí v ledvinách, játrech, slinivce a dalších orgánech. SCN působí jako generální ředitel, který tělu dává pokyny, aby dodržovalo harmonogram a zpracovávalo signály z prostředí. Howard Hughes Medical Institute.)

Jak uvidíme později, věnování pozornosti cirkadiánním rytmům zlepšuje každodenní (fyziologické a psychické) fungování těla a v konečném důsledku ovlivňuje zdravotní stav, a to jak z dlouhodobého, tak i krátkodobého hlediska. Péče o cirkadiánní rytmy je udržuje v chodu a zároveň udržuje to, co Sally Yu nazývá „spolehlivé hodinky“.

"Nemohu s jistotou říci, jak důležité jsou cirkadiánní rytmy v prevenci chronických onemocnění, jaký dopad to má na zdraví v dlouhodobém horizontu, zda je prospěšné a v konečném důsledku ovlivňuje délku života."

Informace o odbornících:

Vědec: Zheng "Jake" Chen

Vzdělání: PhD, Columbia University, New York

Pozice: odborný asistent na katedře biochemie a buněčné biologie na University of Texas Health Sciences Center v Houstonu

Naposledy publikovaný článek: Malá molekula Nobiletinu se zaměřuje na molekulární oscilátor, aby zlepšil cirkadiánní rytmy a chránil před metabolickým syndromem.

Oblast výzkumu: Malomolekulární sondy pro chronobiologii a medicínu.

Vědec: Seung Hee "Sally" Yoo

Vzdělání: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Pozice: docent, Ústav biochemie a buněčné biologie, University of Texas Health Sciences Center v Houstonu

Naposledy publikovaný článek: Period2 3'-UTR a microRNA-24 regulují cirkadiánní rytmy potlačením akumulace proteinu PERIOD2. Také Rozvoj a terapeutický potenciál modulátorů malých molekul cirkadiánních systémů.

Oblast výzkumu: Základní buněčné mechanismy v cirkadiánních rytmech a dešifrování fyziologických a patologických rolí hodin.

HISTORIE: HLAVNÍ ETAPA BIOLOGICKÉHO VÝVOJE CIRKADICKÝCH RYTMU

První věc, kterou je třeba vědět o studiu cirkadiánních rytmů (to dělají chronobiologové), je to, že až na vzácné výjimky všechny organismy dodržují své cirkadiánní rytmy. Od narcisů po vrabce, od zeber po člověka, prakticky všechny živé organismy na planetě sledují sluneční cyklus. V roce 1729 francouzský vědec Jean-Jacques de Meran zaznamenal první pozorování endogenních nebo vložených denních pohybů listů rostliny Mimosa pudica. I v úplné tmě rostlina pokračovala ve svém denním rytmu. Vědec dospěl k závěru, že rostlina se nespoléhá pouze na vnější signály nebo snímač rytmu, ale také na své vlastní vnitřní biologické hodiny.

Chronobiologie vzkvétala o dvě stě let později, v polovině 20. století. Ovlivněn přínosem řady vědců, zejména Colina Pittendryho, „otce biologických hodin“. Pittendry studoval ovocné mušky nebo Drosophila a vrhl světlo na to, jak cirkadiánní rytmy interagují nebo se synchronizují s cyklem dne a noci. Jurgen Aschoff, přítel Pittendry, také studoval interakci s cyklem dne a noci, ale vědci došli k odlišným závěrům o tom, jak k interakci dochází (parametrické a neparametrické, více si o tom můžete přečíst zde a zde). John Woodland Hastings a jeho kolegové učinili zásadní objevy o úloze světla v cirkadiánních rytmech studiem bioluminiscenčních dinoflagelátů (řas, druh planktonu). Botanik Erwin Bunnig také přispěl k základnímu výzkumu modelování interakcí, popisujícím vztah mezi organismy a mezními cykly.

Další etapa objevů v chronobiologii propojila specifické molekulární a genetické mechanismy práce cirkadiánních rytmů. Vyplývá to z práce Rona Konopky a Seymoura Benzera, kteří se počátkem 70. let snažili identifikovat specifické geny řídící cirkadiánní rytmy ovocných mušek. Konopkovi a Benzerovi se připisuje objev zmutovaného genu, který nazvali obdobím narušujícím cirkadiánní hodiny ovocných mušek. Tak byl poprvé objeven genetický determinant rytmů chování. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young úspěšně doplnili dílo Konopky a Benzera tím, že ukázali práci dobového genu na molekulární úrovni. Hall, Rosbash a Young obdrželi Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu v roce 2017. Izolovali dobový gen a poté ukázali, jak funguje systém denních hodin na molekulární úrovni.

Při provádění výzkumu ovocných mušek a myší v roce 1994 Joseph Takahashi a jeho tým objevili hodinové geny u savců a nazvali je hodiny a popsali je jako „evolučně konzervovaný rys cirkadiánního hodinového mechanismu“. Objev hodinového genu spolu s prací Halla, Rosbashe, Younga a vědce Michaela Greenberga byl zlomový okamžik v chronobiologii. Během několika let byly objeveny geny, které zajišťují práci cirkadiánních rytmů v nižších organismech.

Věda jde neustále kupředu a mnoho studií na ovocných muškách a myších prokázalo úžasnou perzistenci hodinových genů v rámci druhů, což znamená, že existují podobné geny, které řídí cirkadiánní rytmy u složitějších organismů, včetně lidí.

"Východ a západ slunce jsou stále hlavními faktory ovlivňujícími cirkadiánní rytmy, ale další faktory jsou neustále sledovány ve vědeckém výzkumu."

NEJNOVĚJŠÍ VÝZKUM: STANOVENÍ ÚLOHY CIRKADIOVÝCH RYTMU NA LIDSKÉ ZDRAVÍ A NEMOCI

Je důležité poznamenat, že biologie cirkadiánních rytmů je neuvěřitelně složitá - existuje mnoho vědeckých časopisů věnovaných této oblasti výzkumu. V důsledku toho je naše chápání role biologických hodin v lidském zdraví výsledkem epidemiologických studií i studií na zvířatech. Studie na nižších organismech pomáhají odhalit práci molekulárních a genetických mechanismů v akci, po kterých je vidět, jak například porucha spánku vede ke zvýšenému riziku cukrovky 2. typu, obezity a řady kardiovaskulárních onemocnění.

Jednou z nejslibnějších oblastí výzkumu je skutečně spánek. Vědci dnes spojují nedostatek spánku a následné narušení cirkadiánních rytmů s rozvojem obezity a deprese, stejně jako většiny chronických onemocnění. Výzkum ukázal, že nedostatek spánku může vést k neočekávaným vedlejším účinkům, jako je neschopnost rozpoznávat tváře.

Pochopení toho, jak fungují cirkadiánní rytmy, také daleko přesahuje interakci s cyklem dne a noci. „Existují sociální podněty, podněty k jídlu a podněty ke cvičení – jsou velmi rozmanité,“říká Y. Východ a západ slunce mají stále velký vliv na cirkadiánní rytmy, ale zkoumají se i další faktory. Velké množství prací ukázalo, že strava je klíčovým externím signálem, který interaguje s vnitřními hodinami, včetně práce Dr. Satchidanandy Pandy o omezení dietního načasování (jak čas jídla ovlivňuje zdraví).

Obecně je nyní jasné, že cirkadiánní rytmy hrají systémovou roli při organizaci práce všech fyziologických aspektů lidského těla, včetně práce životně důležitých orgánů, metabolismu, imunity, myšlenkových pochodů atd. Práce Dr. Yu rozšiřuje oblast výzkumu - spolupracuje se specializovanou studií chronické bolesti na studiu rytmů bolesti u pacientů. Probíhají také práce na studiu role cut-off cyklu při poruchách v práci cirkadiánních rytmů (vliv změny časových pásem na růst rakovinných buněk). Výzkum, jako je tento, nám poskytuje důležité nové poznatky, které lze použít ke změnám životního stylu – vědět, kdy jíst a kdy jít spát, je obecně důležité pro zdraví; a s nemocí mohou být získané znalosti aplikovány na hledání léků, které regulují práci cirkadiánních rytmů. Vědci mají před sebou ještě mnoho výzkumů téměř ve všech oblastech souvisejících se zdravím a nemocemi.

ZÁKLADNÍ MYŠLENKA: PROČ JE DŮLEŽITÉ VĚDĚT O CIRKÁDNÍCH RYTMECH?

Povědomí o tom, jak fungují cirkadiánní rytmy, může mít krátkodobé i dlouhodobé zdravotní účinky. „Změny životního stylu jsou tím nejlepším dárkem, který si můžete dát,“říká Chen. "Pokud řídíte svůj životní styl, technologie a medicína se mohou stát sekundárními faktory během vašeho života." Z krátkodobého hlediska studie na zvířatech a lidech ukazují, že životní styl, který podporuje zdravé cirkadiánní rytmy, může podporovat bdělost, motorickou koordinaci, kardiovaskulární zdraví, imunitní funkce, zdraví střev, myšlení a spánek. Existují důkazy, které podporují dlouhodobé snížení rizika chronických onemocnění.

"Účinky změn životního stylu nemusí být patrné po několik dní, ale postupem času budou přínosy obrovské."

Jaký životní styl tedy musíte vést, abyste se synchronizovali se svými cirkadiánními rytmy? První věc, kterou musíte udělat, je věnovat pozornost svým biorytmům. Cirkadiánní rytmy, i když jsou postaveny na stejném základě, se liší od člověka k člověku kvůli věku, genetickým a environmentálním rozdílům. Skřivánci mají ráno raději. Sovy preferují noc. Abyste mohli úspěšně aplikovat poznatky nejnovějších vědeckých výzkumů, musíte dbát na přirozené sklony svého těla („chronotyp“). Nezapomínejte také, že neexistuje univerzální přístup.

Druhým je držet se konzistentního, rutinního rozvrhu každý den, sedm dní v týdnu. Dr. Yu mluví o "jet lag" (sociální jet lag) - když lidé porušují svůj rozvrh atypickými návyky, jako je jídlo a chození spát později, vstávání později a cvičení v různé dny v týdnu v různou dobu. Všechny tyto akce mohou vést ke stejným negativním důsledkům jako změna časových pásem. Čím více a důsledněji budete režim dodržovat, tím lépe vám s tím vaše tělo pomůže.

Za třetí - s využitím poznatků získaných z vědeckého výzkumu - údaje o výživě, spánku a cvičení jsou podrobně uvedeny níže. Mnohé ze změn životního stylu, které výzkum ukázal, zahrnují změny stravovacích návyků – například snězení špatného nápadu před spaním. Je plná negativních zdravotních následků. Jezte malá jídla brzy a pozdě během dne, což je snadné vyzkoušet. Totéž platí pro spánek – musíte dodržovat režim a spát alespoň 7-8 hodin. V horším případě se budete cítit odpočatí a v lepším případě si zlepšíte vyhlídky na zdravý život.

To hlavní: spánek, jídlo a sport jsou základem zdravého životního stylu.

SEN

Nejdůležitější věc, kterou můžete udělat, je udržovat konzistentní plán spánku a bdění a mít dostatek spánku – 7-9 hodin spánku je pro dospělého považováno za normální. Výsledky výzkumu o spánkové deprivaci a poruchách spánku naznačují, že spánková deprivace a poruchy spánku negativně ovlivňují náladu, koncentraci a jsou spojeny s chronickými nemocemi. A co víc, někteří vědci spekulují, že cirkadiánní nesoulad způsobený sociálním pásmovým zpožděním může být rozšířený v západní společnosti a přispívat ke zdravotním problémům.

V kolik byste tedy měli jít spát? Obvykle tělo začne produkovat melatonin ve 21:00. To je signál - musíte vše dokončit a jít si odpočinout. Sekrece melatoninu končí kolem 7:30 ráno a během dne se melatonin v těle prakticky nevyskytuje. Úprava osobních preferencí na základě vašich přirozených tendencí je klíčem k tomu, abyste se vyhnuli poruchám spánku (jako je probouzení během spánku) a udrželi si optimální zdraví.

A nakonec světlo. Koloběh dne a noci není jediným faktorem ovlivňujícím lidský organismus, jelikož se neustále setkáváme s umělým osvětlením, a přesto hraje prim. Dostatek přirozeného světla brzy během dne a vyhýbání se nepřirozenému osvětlení (jako je modré světlo z obrazovky smartphonu) večer pomáhá udržovat vaše cirkadiánní rytmy zdravé.

Klíčové body: Dopřejte si dostatek spánku a zajistěte, aby čas spánku a bdění zůstal stejný sedm dní v týdnu. Pokud jste nevyspalí, okamžitě začněte obnovovat svůj režim, jinak riskujete dlouhodobé ohrožení svého zdraví.

VÝŽIVA

Obecně lze říci, že výzkumy ukazují, že jíst vysoce kalorická jídla je nejlepší ráno. Snažte se mít večerní jídlo dobře před spaním a méně kalorické. Pokud vše zvládnete kolem 18:00 nebo 19:00 a dopřejete tělu 12-14 hodin odpočinku, uvidíte krátkodobé i dlouhodobé zdravotní přínosy.

Částečně je skutečností, že vnitřní hodiny vašich jater v noci nefungují. Játra přestanou produkovat enzymy pro přeměnu kalorií na energii; místo toho produkuje enzymy k ukládání energie. Pokud hodně jíte před spaním, vaše játra jsou nucena pracovat přesčas a nakonec ušetříte více energie, než vydáte.

Dalším důležitým rozhodnutím, které můžete udělat (kromě zdravého stravování), je načasování denního jídla. Zatímco údaje jsou stále omezené, studie na zvířatech a práce Dr. Pandy naznačují, že „časově omezené stravování“je snadná a potenciálně prospěšná změna životního stylu. Optimální řešení závisí na vašem cíli. Ale pokud je cílem zlepšit vaše celkové zdraví, pak je lepší začít na 8-9 hodinách. Ale pokud jde o dlouhodobou shodu, může být vhodné začít na 10-12 hodinách.

Klíčový bod: Jezte více během dne, ne před spaním. Chcete-li zlepšit své zdraví, začněte jíst 10-12 hodin.

SPORT

Zatímco některé studie ukazují, že anaerobní výkon vrcholí odpoledne, mezi odborníky nepanuje shoda ohledně souvislosti mezi cirkadiánními rytmy a cvičením – s výjimkou přítomnosti molekulárních hodin v kosterním svalstvu.

A stejně jako vliv osvětlení a doby jídla hraje načasování cvičení také důležitou roli při udržování zdravých cirkadiánních rytmů.

Hlavní věc: pravidelně cvičit a anaerobní aktivitu si nechat na odpoledne.

ZÁVĚR

Výzkum toho, jak fungují cirkadiánní rytmy, je poměrně jednoduchý.„Vaše vnitřní hodiny jsou navrženy tak, aby spalovaly energii během dne a obnovovaly energii během noci,“říká Y. Čím lepší načasování, tím menší opotřebení cirkadiánních hodin. Přestože jsou vnitřní hodiny stabilní, důsledné narušování režimu může vést k dlouhodobým zdravotním problémům.

„Když jsme mladí, tělo toho zvládne hodně,“říká Yu, „ale to neznamená, že je všechno v pořádku. Je to jako spotřeba paliva: vynakládáte příliš mnoho energie na arytmické aktivity, což v budoucnu povede k problémům s fungováním cirkadiánních rytmů.

Svůj život si o pět let nezkrátíte pozdním jídlem, ale ve vašem těle jsou vyhrazené hodiny na ochranu vašeho zdraví a minimalizaci narušení vaší fyziologie. Buďte k sobě laskaví a ohleduplní a uvidíte výsledek.