Cum funcționează ritmurile biologice endogene

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Articolul este dedicat lucrării ritmurilor circadiene - ritmuri biologice endogene cu o perioadă de aproximativ 24 de ore, caracteristice majorității organismelor, inclusiv oamenilor. Aceasta este o prezentare generală a celor mai recente cercetări științifice, nu o colecție de sfaturi utile, chiar dacă articolul vorbește despre o potențială schimbare a stilului de viață. Această revizuire nu este exhaustivă; vom continua să o actualizăm pe măsură ce apar noi studii de cercetare.

Lucrul principal:

→ Ritmurile circadiene consistente și sănătoase pot ajuta la îmbunătățirea sănătății generale, precum și la prevenirea eficientă a bolilor cronice.

→ Amintiți-vă să dormi: dieta, exercițiile fizice și alți factori afectează modul în care funcționează ritmurile circadiene.

→ Studiați particularitățile muncii ritmurilor circadiene, determinați-vă „cronotipul”, apoi aplicați cunoștințele acumulate la recomandările metodologice indicate în cercetarea științifică.

Înainte de a încorpora oricare dintre sfaturile din acest articol în rutina dumneavoastră zilnică, consultați-vă cu medicul dumneavoastră.

Înainte de a citi articolul: un scurt glosar

1. Circadian: un ciclu natural recurent cu o perioadă de aproximativ 24 de ore, indiferent de durata orelor de lumină; din latinescul circa („o”) și diem („ziua”).
2. Senzor de ritm: un semnal de mediu, cum ar fi o schimbare a luminii sau a temperaturii; din germanul zeit ("timp") și geber ("dator").
3. Endogen: un proces patologic în organism cauzat de factori interni, și nu cauzat de influențe externe (cauza principală).
4. Ajustarea ritmului circadian: apare atunci când sarcinile ritmice, fiziologice sau comportamentale se potrivesc cu schimbările din mediu; interacțiunea ritmurilor circadiene cu mediul.
5. Zilnic: în fiecare zi; din latinescul dies (zi) și și diurnus (zilnic).
6. Master Clock: O pereche de populații de celule găsite în hipotalamus, cunoscut și sub numele de nucleu suprachiasmatic (SCN); Aceste celule conțin gene care controlează ritmurile circadiene.
7. Gena mutantă: modificare permanentă a secvenței ADN; folosit de cronobiologi pentru a recunoaște mecanismul genelor ceas prin identificarea unei gene mutante la animalele cu sindrom circadian aritmic.

Imaginați-vă o plantă care încearcă să fotosintetizeze noaptea: o scurtă dramă în întuneric. „Plantele se confruntă cu viața și cu moartea”, spune Sally Yu, profesor asistent de biochimie și biologie celulară la Universitatea Texas din Houston Health Sciences Center (UTHealth). „Dacă nu urmează ritmurile circadiene, vor muri”. Dar pentru o persoană, prognoza nu va fi atât de sumbră. „Chiar dacă eliminați gena ceasului (o genă importantă care reglează activitatea ritmurilor circadiene), nu veți muri imediat”, spune Yu. „Dar vei suferi.” Probleme probabile? Probleme psihologice persistente și, printre altele, un risc crescut de boli cronice. Viața este grea când totul nu este sincronizat.

Colegul lui Yu, Jake Chen, profesor asistent în aceeași catedra, spune diferit: „De multe ori spunem că totul trebuie făcut la timp. Dar aceasta este o exagerare. Dar expresia „totul are timpul lui” nu este. Și aceasta este direct legată de corpul uman. În fiecare celulă, țesut sau organ, procesele fiziologice au loc la un moment dat. Ceasul biologic este un fel de cronometru - un mecanism prin care ne putem asigura că totul funcționează corect. Aceasta este o funcție fundamentală.”

Chen și Yu studiază ritmurile circadiene - ritmurile biologice ale corpului cu o perioadă de aproximativ 24 de ore, care sunt urmate în fiecare zi de toate viețuitoarele de pe planeta noastră. Ritmurile circadiene sau ritmurile circadiene sunt direct legate de milioanele de ani de dezvoltare a vieții de pe planeta noastră. Este un produs al interacțiunii dintre ceasul biologic intern al corpului și mediul - nu numai lumina soarelui, ci mulți alți factori determină comportamentul, reglează nivelul hormonilor, somnul, temperatura corpului și metabolismul.

Așa-numitul „ceas principal” sau nucleu suprachiasmatic (SCN), ceasul principal care controlează ritmurile circadiene, este o pereche de populații de celule pline cu gene (inclusiv Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 și Cry2).), situat în hipotalamus. La nivel molecular, urmele genei ceasului se găsesc în rinichi, ficat, pancreas și alte organe. SCN acționează ca CEO, instruind organismul să respecte programul și să proceseze semnalele de mediu. Institutul Medical Howard Hughes.)

După cum vom vedea mai târziu, atenția asupra ritmurilor circadiene îmbunătățește funcționarea zilnică (fiziologică și psihologică) a organismului și, în cele din urmă, afectează starea de sănătate, atât pe termen lung, cât și pe termen scurt. Îngrijirea ritmurilor circadiene îi face să funcționeze în același timp menținând ceea ce Sally Yu numește un „ceas de încredere”.

„Nu pot spune cu siguranță cât de importante sunt ritmurile circadiene în prevenirea bolilor cronice, ce impact are asupra sănătății pe termen lung, dacă este benefic și în cele din urmă afectează speranța de viață.”

Informații despre experți:

Om de știință: Zheng „Jake” Chen

Studii: doctorat, Universitatea Columbia, New York

Poziție: Profesor asistent la Departamentul de Biochimie și Biologie Celulară la Centrul de Științe ale Sănătății al Universității din Texas din Houston

Ultimul articol publicat: Molecula mică Nobiletin vizează oscilatorul molecular pentru a îmbunătăți ritmurile circadiene și pentru a proteja împotriva sindromului metabolic.

Domeniul de cercetare: Sonde cu molecule mici pentru cronobiologie și medicină.

Om de știință: Seung Hee „Sally” Yoo

Educație: doctorat, Institutul Coreean de Știință și Tehnologie

Poziție: Profesor asociat, Departamentul de Biochimie și Biologie Celulară, Centrul de Științe ale Sănătății al Universității din Texas din Houston

Ultimul articol publicat: Period2 3'-UTR și microRNA-24 reglează ritmurile circadiene prin reprimarea acumulării de proteine PERIOD2. De asemenea, dezvoltarea și potențialul terapeutic al modulatorilor cu molecule mici ale sistemelor circadiene.

Domeniul de cercetare: Mecanisme celulare fundamentale în ritmurile circadiene și descifrarea rolurilor fiziologice și patologice ale ceasului.

ISTORIC: PRINCIPALE ETAPE ALE DEZVOLTĂRII BIOLOGICE A RITMURILOR CIRCADICE

Primul lucru de știut despre studiul ritmurilor circadiene (cronobiologii fac acest lucru) este că, cu rare excepții, toate organismele își urmează ritmurile circadiene. De la narcise la vrăbii, de la zebre la oameni, practic toate organismele vii de pe planetă urmează ciclul solar. În 1729, omul de știință francez Jean-Jacques de Meran a înregistrat prima observație a mișcărilor diurne endogene sau încorporate ale plantei Mimosa pudica. Chiar și în întuneric complet, planta a continuat să-și urmeze ritmul zilnic. Omul de știință a concluzionat că planta se bazează nu numai pe semnale externe sau pe un senzor de ritm, ci și pe propriul ceas biologic intern.

Cronobiologia a înflorit două sute de ani mai târziu, la mijlocul secolului al XX-lea. Afectat de contribuția unui număr de oameni de știință, în special a lui Colin Pittendry, „părintele ceasului biologic”. Pittendry a studiat muștele de fructe sau Drosophila și a făcut lumină asupra modului în care ritmurile circadiene interacționează sau se sincronizează cu ciclul zilei și al nopții. Jurgen Aschoff, un prieten al lui Pittendry, a studiat și interacțiunea cu ciclul zilei și al nopții, dar oamenii de știință au ajuns la concluzii diferite despre modul în care se produce interacțiunea (parametric și neparametric, puteți citi mai multe despre aceasta aici și aici). John Woodland Hastings și colegii săi au făcut descoperiri fundamentale despre rolul luminii în ritmurile circadiene, studiind dinoflagelatele bioluminescente (algele, o specie de plancton). Botanistul Erwin Bunnig a contribuit, de asemenea, la cercetarea de bază privind modelarea interacțiunii, descriind relația dintre organisme și ciclurile de întrerupere.

Următoarea etapă a descoperirilor în cronobiologie a conectat mecanismele moleculare și genetice specifice ale activității ritmurilor circadiene. Acest lucru decurge din munca lui Ron Konopka și Seymour Benzer, care la începutul anilor 1970 au căutat să identifice gene specifice care controlează ritmurile circadiene ale muștelor de fructe. Konopka și Benzer sunt creditați cu descoperirea unei gene mutante, pe care au numit-o o perioadă care perturbă ceasul circadian al muștelor de fructe. Așa a fost descoperit pentru prima dată determinantul genetic al ritmurilor comportamentale. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash și Michael W. Young au completat cu succes munca lui Konopka și Benzer, arătând activitatea genei perioadei la nivel molecular. Hall, Rosbash și Young au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 2017. Ei au izolat gena perioadei și apoi au arătat cum funcționează sistemul de ceas zilnic la nivel molecular.

În timp ce efectuau cercetări asupra muștelor de fructe și șoarecilor în 1994, Joseph Takahashi și echipa sa au descoperit gene de ceas la mamifere și le-au numit ceasuri, descriindu-le ca „o caracteristică conservată evolutiv a mecanismului ceasului circadian”. Descoperirea genei ceasului, împreună cu munca lui Hall, Rosbash, Young și a savantului Michael Greenberg, a reprezentat un moment decisiv în cronobiologie. În câțiva ani, au fost descoperite gene care asigură funcționarea ritmurilor circadiene în organismele inferioare.

Știința avansează în mod constant și multe studii asupra muștelor de fructe și șoarecilor au demonstrat persistența uimitoare a genelor ceas în cadrul speciilor, ceea ce înseamnă că există gene similare care controlează ritmurile circadiene la organisme mai complexe, inclusiv la oameni.

„Răsăritul și apusul soarelui sunt în continuare principalii factori care afectează ritmurile circadiene, dar alți factori sunt monitorizați continuu în cercetarea științifică”.

ULTIMELE CERCETĂRI: DETERMINAREA ROLULUI RITMURILOR CIRCADIALE ÎN SĂNĂTATEA UMĂ ŞI BOLILE

Este important de menționat că biologia ritmurilor circadiene este incredibil de complexă - există multe reviste științifice dedicate acestui domeniu de cercetare. Ca urmare, înțelegerea noastră a rolului ceasului biologic în sănătatea umană este rezultatul studiilor epidemiologice, precum și al studiilor pe animale. Studiile efectuate în organismele inferioare ajută la dezvăluirea activității mecanismelor moleculare și genetice în acțiune, după care se poate observa cum, de exemplu, tulburările de somn duc la un risc crescut de diabet de tip 2, obezitate și o serie de boli cardiovasculare.

Într-adevăr, unul dintre cele mai promițătoare domenii de cercetare este somnul. Oamenii de știință asociază astăzi lipsa somnului și perturbarea ulterioară a ritmurilor circadiene cu dezvoltarea obezității și a depresiei, precum și cu majoritatea bolilor cronice. Cercetările au arătat că lipsa somnului poate duce la efecte secundare neașteptate, cum ar fi incapacitatea de a recunoaște fețele.

Înțelegerea modului în care funcționează ritmurile circadiene a depășit cu mult interacțiunea cu ciclul zilei și al nopții. „Există indicii sociale, indicații alimentare și indicii de exerciții fizice – sunt foarte diverse”, spune Y. Răsăritul și apusul soarelui au încă o influență majoră asupra ritmurilor circadiene, dar alți factori sunt investigați. O mare parte de lucrări au arătat că dieta este un semnal extern cheie care interacționează cu ceasul intern, inclusiv munca Dr. Satchidananda Panda de a limita timpul de alimentație (modul în care timpul de mâncare afectează sănătatea).

În general, acum este clar că ritmurile circadiene joacă un rol sistemic pentru a organiza activitatea tuturor aspectelor fiziologice ale corpului uman, inclusiv activitatea organelor vitale, metabolismul, imunitatea, procesele gândirii etc. Lucrările Dr. Yu extind zona. de cercetare - colaborează cu un studiu de specialitate al durerii cronice pentru a studia ritmurile durerii la pacienți. De asemenea, se lucrează pentru a studia rolul ciclului cut-off în perturbările în activitatea ritmurilor circadiene (efectul schimbării fusurilor orare asupra creșterii celulelor canceroase). Cercetările de genul acesta ne oferă noi perspective importante care pot fi folosite pentru a face schimbări în stilul de viață - a ști la ce oră să mâncăm și să mergem la culcare în general este important pentru sănătate; iar odată cu boală, cunoștințele dobândite pot fi aplicate la căutarea medicamentelor care reglează activitatea ritmurilor circadiene. Oamenii de știință au încă multe cercetări de făcut în aproape toate domeniile legate de sănătate și boli.

GÂNDIRE DE BAZĂ: DE CE ESTE IMPORTANT SĂ ȘTII DESPRE RITMURI DE CIRCADĂ?

Conștientizarea modului în care funcționează ritmurile circadiene poate avea efecte atât pe termen scurt, cât și pe termen lung asupra sănătății. „Schimbările stilului de viață sunt cel mai bun cadou pe care ți-l poți oferi”, spune Chen. „Dacă îți gestionezi stilul de viață, tehnologia și medicina pot deveni factori secundari pe tot parcursul vieții.” Pe termen scurt, studiile pe animale și pe oameni arată că stilurile de viață care susțin ritmurile circadiene sănătoase pot susține vigilența, coordonarea motorie, sănătatea cardiovasculară, funcția imunitară, sănătatea intestinală, gândirea și somnul. Există dovezi care susțin o reducere pe termen lung a riscului de boli cronice.

„Efectele schimbărilor stilului de viață pot să nu fie evidente timp de câteva zile, dar în timp, beneficiile vor fi enorme”.

Deci, ce fel de stil de viață trebuie să conduceți pentru a vă sincroniza cu ritmurile circadiene? Primul lucru de făcut este să fii atent la bioritmurile tale. Ritmurile circadiene, deși construite pe aceeași bază, variază de la o persoană la alta din cauza vârstei, diferențelor genetice și de mediu. Laloților le place mai bine dimineața. Bufnițele preferă noaptea. Trebuie să acordați atenție tendințelor naturale ale corpului dvs. („cronotip”) pentru a aplica cu succes cunoștințele celor mai recente cercetări științifice. De asemenea, nu uitați că nu există o abordare universală.

Al doilea este să respectați un program consecvent, de rutină în fiecare zi, șapte zile pe săptămână. Dr. Yu vorbește despre „jet lag” (social jet lag) – atunci când oamenii își încalcă programul cu obiceiuri atipice, cum ar fi să mănânce și să se culce mai târziu, să se trezească mai târziu și să facă mișcare în diferite zile ale săptămânii la ore diferite. Toate aceste acțiuni pot duce la aceleași consecințe negative ca schimbarea fusurilor orare. Cu cât urmați din ce în ce mai constant regimul, cu atât corpul dumneavoastră vă va ajuta mai bine în acest sens.

În al treilea rând - prin aplicarea cunoștințelor dobândite în urma cercetării științifice - datele despre nutriție, somn și exerciții fizice sunt detaliate mai jos. Multe dintre schimbările stilului de viață pe care cercetările le-au arătat implică schimbări în obiceiurile alimentare - de exemplu, a mânca o idee proastă înainte de culcare. Este plin de consecințe negative asupra sănătății. Mâncați mese mici devreme și târziu în timpul zilei, ceea ce este destul de ușor de încercat. Același lucru este valabil și pentru somn - trebuie să urmați regimul și să dormiți cel puțin 7-8 ore. În cel mai rău caz, te vei simți odihnit și, în cel mai bun caz, îți vei îmbunătăți perspectivele pentru o viață sănătoasă.

Principalul lucru: somnul, mâncarea și sportul sunt baza unui stil de viață sănătos.

VIS

Cel mai important lucru pe care îl puteți face este să mențineți un program consistent de somn și trezire și să dormi suficient - 7-9 ore de somn sunt considerate normale pentru un adult. Descoperirile cercetărilor privind privarea de somn și tulburările de somn indică faptul că privarea și tulburările de somn afectează negativ starea de spirit, concentrarea și sunt asociate cu boli cronice. În plus, unii oameni de știință speculează că nepotrivirea circadiană cauzată de jetlag-ul social poate fi răspândită în societatea occidentală și poate contribui la problemele de sănătate.

Deci la ce oră ar trebui să te culci? De obicei, organismul începe să producă melatonină la ora 21:00. Acesta este un semnal - trebuie să terminați totul și să vă odihniți. Secreția de melatonină se termină în jurul orei 7:30 dimineața, iar în timpul zilei, melatonina practic nu este prezentă în organism. Ajustarea preferințelor personale în funcție de tendințele tale naturale este cheia pentru a evita tulburările de somn (cum ar fi trezirea în timpul somnului) și pentru a menține sănătatea optimă.

Și în sfârșit, lumină. Ciclul zilei și al nopții nu este singurul factor care afectează corpul uman, întrucât ne confruntăm constant cu iluminarea artificială și, totuși, aceasta joacă un rol primordial. Obținerea suficientă de lumină naturală devreme în timpul zilei și evitarea luminii nenaturale (cum ar fi lumina albastră de pe ecranul unui smartphone) seara vă ajută să vă mențineți ritmurile circadiene sănătoase.

Puncte cheie: dormiți suficient și asigurați-vă că somnul și ora de trezire rămân aceleași șapte zile pe săptămână. Dacă sunteți lipsit de somn, începeți imediat să vă restabiliți regimul, altfel riscați să vă puneți în pericol sănătatea pe termen lung.

NUTRIȚIE

În general, cercetările arată că consumul de alimente bogate în calorii este cel mai bine dimineața. Încercați să luați masa de seară cu mult înainte de culcare și mai puțin bogată în calorii. Dacă poți să faci totul în jurul orei 18:00 sau 19:00 și să-ți oferi corpului 12-14 ore să se odihnească, vei vedea beneficii pentru sănătate pe termen scurt și pe termen lung.

În parte, faptul este că ceasul intern al ficatului tău nu funcționează noaptea. Ficatul nu mai produce enzime pentru a transforma caloriile în energie; în schimb, produce enzime pentru a stoca energie. Dacă mănânci mult înainte de culcare, ficatul tău este forțat să lucreze peste ore și ajungi să păstrezi mai multă energie decât cheltuiești.

O altă decizie importantă pe care o poți lua (în afară de a mânca sănătos) este programarea mesei zilnice. În timp ce datele sunt încă limitate, studiile pe animale și munca Dr. Panda sugerează că „mâncatul limitat în timp” este o schimbare ușoară și potențial benefică a stilului de viață. Soluția optimă depinde de obiectivul tău. Dar dacă scopul este să vă îmbunătățiți sănătatea generală, atunci este mai bine să începeți la 8-9 ore. Dar, în ceea ce privește complianța pe termen lung, poate fi indicat să începeți la 10-12 ore.

Punct cheie: Mănâncă mai mult în timpul zilei, nu înainte de culcare. Pentru a vă îmbunătăți sănătatea, începeți să mâncați la 10-12 ore.

SPORTUL

În timp ce unele studii arată că performanța anaerobă atinge vârfuri după-amiaza, nu există un consens între experți cu privire la legătura dintre ritmurile circadiene și exerciții fizice - cu excepția prezenței unui ceas molecular în mușchiul scheletic.

Și, la fel ca efectele luminii și ale orelor de masă, sincronizarea exercițiilor joacă, de asemenea, un rol important în menținerea ritmurilor circadiene sănătoase.

Principalul lucru: faceți exerciții regulate și lăsați activitatea anaerobă pentru după-amiază.

CONCLUZIE

Cercetarea modului în care funcționează ritmurile circadiene este destul de simplă.„Ceasul tău intern este conceput pentru a arde energia în timpul zilei și a restabili energia în timpul nopții”, spune Y. Cu cât sincronizarea este mai bună, cu atât mai puțină uzură a ceasului circadian. Deși ceasul intern este stabil, întreruperea consecventă a regimului poate duce la probleme de sănătate pe termen lung.

„Când suntem tineri, corpul poate face față mult”, spune Yu. „Dar asta nu înseamnă că totul este în regulă. Este ca și consumul de combustibil: cheltuiești prea multă energie pe activități aritmice, ceea ce va duce la probleme cu funcționarea ritmurilor circadiene în viitor.”

Nu îți vei scurta viața cu cinci ani mâncând târziu, dar există ore dedicate în corpul tău pentru a-ți proteja sănătatea și pentru a minimiza perturbarea fiziologiei tale. Fii bun și atent cu tine și vei vedea rezultatul.