Kā darbojas endogēnie bioloģiskie ritmi

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Raksts ir veltīts diennakts ritmu darbam - endogēniem bioloģiskiem ritmiem ar aptuveni 24 stundu periodu, kas raksturīgi lielākajai daļai organismu, tostarp cilvēkiem. Šis ir jaunāko zinātnisko pētījumu pārskats, nevis noderīgu padomu apkopojums, lai gan rakstā tiek runāts par iespējamām dzīvesveida izmaiņām. Šis pārskats nav pilnīgs; mēs turpināsim to atjaunināt, tiklīdz parādīsies jauni pētījumi.

Galvenais:

→ Konsekventi un veselīgi diennakts ritmi var palīdzēt uzlabot vispārējo veselību, kā arī efektīvi novērst hroniskas slimības.

→ Atcerieties gulēt: diēta, vingrinājumi un citi faktori ietekmē diennakts ritma darbību.

→ Izpētiet diennakts ritmu darba īpatnības, nosakiet savu "hronotipu", pēc tam pielietojiet iegūtās zināšanas zinātniskos pētījumos norādītajiem metodiskajiem ieteikumiem.

Pirms kādu no šajā rakstā sniegtajiem padomiem iekļaujat savā ikdienas rutīnā, konsultējieties ar savu veselības aprūpes speciālistu.

Pirms raksta lasīšanas: īss glosārijs

1. Diennakts: dabiski atkārtots cikls ar apmēram 24 stundu periodu neatkarīgi no dienasgaismas stundu ilguma; no latīņu circa ("o") un diem ("diena").
2. Ritma sensors: vides signāls, piemēram, gaismas vai temperatūras izmaiņas; no vācu valodas zeit ("laiks") un geber ("devējs").
3. Endogēns: patoloģisks process organismā, ko izraisa iekšējie faktori, nevis ārējas ietekmes (galvenais cēlonis).
4. Diennakts ritma pielāgošana: notiek, kad ritmiski, fizioloģiski vai uzvedības uzdevumi atbilst izmaiņām vidē; diennakts ritmu mijiedarbība ar vidi.
5. Katru dienu: katru dienu; no latīņu valodas dies (diena) un un diurnus (ikdiena).
6. Galvenais pulkstenis: šūnu populāciju pāris, kas atrodami hipotalāmā, ko sauc arī par suprahiasmatisko kodolu (SCN); Šīs šūnas satur gēnus, kas kontrolē diennakts ritmus.
7. Mutants gēns: pastāvīgas izmaiņas DNS secībā; izmanto hronobiologi, lai atpazītu pulksteņa gēnu mehānismu, identificējot mutantu gēnu dzīvniekiem ar aritmisku diennakts sindromu.

Iedomājieties augu, kas mēģina fotosintēzēt naktī: īsa drāma tumsā. "Augi saskaras ar dzīvību un nāvi," drūmi saka Sallija Ju, Teksasas Universitātes Hjūstonas Veselības zinātņu centra (UTHealth) bioķīmijas un šūnu bioloģijas docente. "Ja viņi neievēro diennakts ritmus, viņi mirs." Bet cilvēkam prognoze nebūs tik drūma. "Pat ja jūs noņemsit pulksteņa gēnu (svarīgu gēnu, kas regulē diennakts ritmu), jūs uzreiz nemirsit," saka Ju. "Bet jūs cietīsit." Iespējamās problēmas? Pastāvīgas psiholoģiskas problēmas un, cita starpā, paaugstināts hronisku slimību risks. Dzīve ir grūta, ja viss nav sinhroni.

Jus kolēģis Džeiks Čens, tās pašas katedras docents, saka savādāk: “Mēs bieži sakām, ka viss ir jādara pēc grafika. Bet tas ir pārspīlēts. Bet frāzei "visam savs laiks" nav. Un tas ir tieši saistīts ar cilvēka ķermeni. Katrā atsevišķā šūnā, audā vai orgānā fizioloģiskie procesi notiek noteiktā laikā. Bioloģiskais pulkstenis ir sava veida taimeris – mehānisms, ar kura palīdzību varam pārliecināties, ka viss darbojas pareizi. Tā ir pamatfunkcija.”

Čens un Ju pēta diennakts ritmus – ķermeņa bioloģiskos ritmus ar aptuveni 24 stundu periodu, kam katru dienu seko visa dzīvā būtne uz mūsu planētas. Diennakts ritmi jeb diennakts ritmi ir tieši saistīti ar miljoniem gadu ilgo dzīvības attīstību uz mūsu planētas. Tas ir organisma iekšējā bioloģiskā pulksteņa un vides mijiedarbības produkts – ne tikai saules gaisma, bet daudzi citi faktori nosaka uzvedību, regulē hormonu līmeni, miegu, ķermeņa temperatūru un vielmaiņu.

Tā sauktais "galvenais pulkstenis" jeb suprahiasmātiskais kodols (SCN), galvenais pulkstenis, kas kontrolē diennakts ritmus, ir šūnu populāciju pāris, kas piepildīts ar gēniem (tostarp Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 un Cry2), kas atrodas hipotalāmā. Molekulārā līmenī pulksteņa gēnu pēdas ir atrodamas nierēs, aknās, aizkuņģa dziedzerī un citos orgānos. SCN darbojas kā CEO, kas instruē ķermenim ievērot grafiku un apstrādāt vides signālus. Howard Hughes Medical Institute.)

Kā redzēsim vēlāk, uzmanības pievēršana diennakts ritmiem uzlabo organisma ikdienas (fizioloģisko un psiholoģisko) darbību un galu galā ietekmē veselības stāvokli gan ilgtermiņā, gan īstermiņā. Rūpējoties par diennakts ritmiem, tie turpina darboties, vienlaikus saglabājot to, ko Sallija Ju sauc par "uzticamu pulksteni".

"Es nevaru droši pateikt, cik svarīgi ir diennakts ritmi hronisku slimību profilaksē, kāda ir tā ietekme uz veselību ilgtermiņā, vai tas ir labvēlīgs un galu galā ietekmē paredzamo dzīves ilgumu."

Informācija par ekspertiem:

Zinātnieks: Zheng "Jake" Chen

Izglītība: PhD, Kolumbijas Universitāte, Ņujorka

Amats: Teksasas Universitātes Veselības zinātņu centra Hjūstonas Bioķīmijas un šūnu bioloģijas katedras docents

Pēdējais publicētais raksts: mazā molekula Nobiletin ir vērsta uz molekulāro oscilatoru, lai uzlabotu diennakts ritmus un aizsargātu pret metabolisko sindromu.

Pētniecības joma: Mazo molekulu zondes hronobioloģijai un medicīnai.

Zinātnieks: Seung Hee "Sally" Yoo

Izglītība: PhD, Korejas Zinātnes un tehnoloģiju institūts

Amats: Teksasas Universitātes Veselības zinātņu centra Hjūstonas Bioķīmijas un šūnu bioloģijas katedras asociētais profesors

Pēdējais publicētais raksts: Period2 3'-UTR un mikroRNS-24 regulē diennakts ritmus, nomācot PERIOD2 proteīnu uzkrāšanos. Arī diennakts sistēmu mazo molekulu modulatoru attīstība un terapeitiskais potenciāls.

Pētījuma joma: fundamentālie šūnu mehānismi diennakts ritmos un pulksteņa fizioloģisko un patoloģisko lomu atšifrēšana.

VĒSTURE: CIRCADISKO RITMU BIOLOĢISKĀS ATTĪSTĪBAS GALVENIE POSMI

Pirmā lieta, kas jāzina par diennakts ritmu izpēti (to dara hronobiologi), ir tas, ka visi organismi, izņemot retus izņēmumus, ievēro savus diennakts ritmus. No narcisēm līdz zvirbuļiem, no zebrām līdz cilvēkiem, praktiski visi dzīvie organismi uz planētas seko Saules ciklam. 1729. gadā franču zinātnieks Žans Žaks de Merāns reģistrēja pirmo novērojumu par Mimosa pudica auga endogēnajām vai iegultajām lapu diennakts kustībām. Pat pilnīgā tumsā augs turpināja ievērot savu ikdienas ritmu. Zinātnieks secināja, ka augs paļaujas ne tikai uz ārējiem signāliem vai ritma sensoru, bet arī uz savu iekšējo bioloģisko pulksteni.

Hronobioloģija uzplauka divus simtus gadus vēlāk, 20. gadsimta vidū. To ietekmēja vairāku zinātnieku, īpaši Kolina Pitendrija, "bioloģiskā pulksteņa tēva" ieguldījums. Pittendry pētīja augļu mušas vai Drosophila un atklāja, kā diennakts ritmi mijiedarbojas vai sinhronizējas ar dienas un nakts ciklu. Pitendrijas draugs Jirgens Ašofs pētīja arī mijiedarbību ar dienas un nakts ciklu, taču zinātnieki nonāca pie dažādiem secinājumiem par to, kā notiek mijiedarbība (parametriskā un neparametriskā, par to vairāk varat lasīt šeit un šeit). Džons Vudlends Heistings un viņa kolēģi veica fundamentālus atklājumus par gaismas lomu diennakts ritmos, pētot bioluminiscējošos dinoflagelātus (aļģes, planktona sugas). Botāniķis Ervins Bunigs arī piedalījās fundamentālos pētījumos par mijiedarbības modelēšanu, aprakstot attiecības starp organismiem un robežcikliem.

Nākamais atklājumu posms hronobioloģijā saistīja specifiskos diennakts ritmu darba molekulāros un ģenētiskos mehānismus. Tas izriet no Rona Konopkas un Seimūra Benzera darba, kuri 1970. gadu sākumā centās identificēt konkrētus gēnus, kas kontrolē augļu mušu diennakts ritmus. Konopka un Benzer ir atzīti par mutācijas gēna atklāšanu, ko viņi sauca par periodu, kas izjauc augļu mušu diennakts pulksteni. Šādi pirmo reizi tika atklāts uzvedības ritmu ģenētiskais noteicējs. Džefrijs S. Hols, Maikls Rosbašs un Maikls V. Jangs ir veiksmīgi papildinājuši Konopkas un Benzera darbu, parādot perioda gēna darbu molekulārā līmenī. Hols, Rosbašs un Jangs 2017. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Viņi izolēja perioda gēnu un pēc tam parādīja, kā ikdienas pulksteņu sistēma darbojas molekulārā līmenī.

Veicot pētījumus par augļu mušām un pelēm 1994. gadā, Džozefs Takahaši un viņa komanda atklāja pulksteņu gēnus zīdītājiem un nosauca tos par pulksteņiem, raksturojot tos kā "evolūcijas ceļā saglabātu diennakts pulksteņa mehānisma iezīmi". Pulksteņa gēna atklāšana kopā ar Hola, Rosbaša, Janga un zinātnieka Maikla Grīnberga darbiem bija pavērsiena brīdis hronobioloģijā. Dažu gadu laikā tika atklāti gēni, kas nodrošina diennakts ritmu darbu zemākajos organismos.

Zinātne nepārtraukti virzās uz priekšu, un daudzi pētījumi ar augļu mušām un pelēm ir parādījuši apbrīnojamo pulksteņa gēnu noturību sugās, kas nozīmē, ka ir līdzīgi gēni, kas kontrolē diennakts ritmus sarežģītākos organismos, tostarp cilvēkos.

"Saullēkts un saulriets joprojām ir galvenie faktori, kas ietekmē diennakts ritmus, bet citi faktori tiek pastāvīgi uzraudzīti zinātniskajos pētījumos."

JAUNĀKIE PĒTĪJUMI: CIRKĀDIJA RITMU LOMAS NOTEIKŠANA CILVĒKA VESELĪBĀ UN SLIMĪBĀS

Ir svarīgi atzīmēt, ka diennakts ritmu bioloģija ir neticami sarežģīta - šai pētniecības jomai ir veltīti daudzi zinātniski žurnāli. Rezultātā mūsu izpratne par bioloģiskā pulksteņa lomu cilvēka veselībā ir epidemioloģisko pētījumu, kā arī dzīvnieku pētījumu rezultāts. Pētījumi ar zemākajiem organismiem palīdz atklāt molekulāro un ģenētisko mehānismu darbību darbībā, pēc tam var redzēt, kā, piemēram, miega traucējumi izraisa paaugstinātu 2. tipa cukura diabēta, aptaukošanās un vairāku sirds un asinsvadu slimību risku.

Patiešām, viena no daudzsološākajām pētniecības jomām ir miegs. Zinātnieki mūsdienās saista miega trūkumu un tam sekojošus diennakts ritma traucējumus ar aptaukošanās un depresijas attīstību, kā arī ar lielāko daļu hronisku slimību. Pētījumi liecina, ka miega trūkums var izraisīt negaidītas blakusparādības, piemēram, nespēju atpazīt sejas.

Izpratne par to, kā darbojas diennakts ritmi, arī ir gājusi daudz tālāk par mijiedarbību ar dienas un nakts ciklu. "Ir sociālas norādes, pārtikas norādes un vingrinājumi - tās ir ļoti dažādas," saka J. Saullēkts un saulriets joprojām lielā mērā ietekmē diennakts ritmus, taču tiek pētīti citi faktori. Liels darba apjoms ir parādījis, ka diēta ir galvenais ārējais signāls, kas mijiedarbojas ar iekšējo pulksteni, tostarp Dr. Satchidananda Panda darbs, lai ierobežotu uztura laiku (kā ēšanas laiks ietekmē veselību).

Kopumā tagad ir skaidrs, ka diennakts ritmiem ir sistēmiska nozīme, lai organizētu visu cilvēka ķermeņa fizioloģisko aspektu darbu, tostarp dzīvībai svarīgo orgānu darbu, vielmaiņu, imunitāti, domāšanas procesus utt. Doktora Yu darbs paplašina šo jomu. pētniecībā - viņa sadarbojas ar speciālistu hronisku sāpju pētījumu, lai pētītu sāpju ritmus pacientiem. Tāpat notiek darbs, lai pētītu nogriešanas cikla lomu diennakts ritma darbības traucējumos (laika joslu maiņas ietekme uz vēža šūnu augšanu). Šādi pētījumi sniedz mums svarīgas jaunas atziņas, ko var izmantot, lai mainītu dzīvesveidu – zināt, kurā laikā ēst un vispār iet gulēt, ir svarīgi veselībai; un ar slimošanu iegūtās zināšanas var pielietot diennakts ritmu darbu regulējošo medikamentu meklējumos. Zinātniekiem joprojām ir jāveic daudz pētījumu gandrīz visās ar veselību un slimībām saistītajās jomās.

PAMATDOMA: KĀPĒC IR SVARĪGI ZINĀT PAR CIRKĀDES RITMIEM?

Apziņai par to, kā darbojas diennakts ritmi, var būt gan īstermiņa, gan ilgtermiņa ietekme uz veselību. "Dzīvesveida izmaiņas ir labākā dāvana, ko varat sev uzdāvināt," saka Čens. "Ja jūs pārvaldāt savu dzīvesveidu, tehnoloģijas un medicīna var kļūt par sekundāriem faktoriem visā jūsu dzīvē." Īstermiņā pētījumi ar dzīvniekiem un cilvēkiem liecina, ka dzīvesveids, kas atbalsta veselīgus diennakts ritmus, var veicināt modrību, kustību koordināciju, sirds un asinsvadu veselību, imūnsistēmu, zarnu veselību, domas un miegu. Ir pierādījumi, kas atbalsta ilgtermiņa hronisku slimību riska samazināšanos.

"Dzīvesveida izmaiņu ietekme var nebūt redzama vairākas dienas, taču laika gaitā ieguvumi būs milzīgi."

Tātad, kāds dzīvesveids jums ir nepieciešams, lai tas sinhronizētos ar diennakts ritmiem? Pirmā lieta, kas jādara, ir pievērst uzmanību saviem bioritmiem. Diennakts ritmi, lai gan tie ir veidoti uz viena pamata, dažādiem cilvēkiem atšķiras vecuma, ģenētisko un vides atšķirību dēļ. Cīruļiem labāk patīk rīts. Pūces dod priekšroku naktij. Jāpievērš uzmanība sava ķermeņa dabiskajām tendencēm (“hronotipam”), lai veiksmīgi pielietotu jaunāko zinātnisko pētījumu zināšanas, kā arī neaizmirstiet, ka nav universālas pieejas.

Otrais ir pieturēties pie konsekventa, rutīnas grafika katru dienu septiņas dienas nedēļā. Daktere Ju stāsta par "jet lag" (sociālo jet lag) – kad cilvēki pārkāpj savu grafiku ar netipiskiem ieradumiem, piemēram, ēd un iet gulēt vēlāk, mostas vēlāk un vingro dažādās nedēļas dienās dažādos laikos. Visas šīs darbības var radīt tādas pašas negatīvas sekas kā laika joslu maiņa. Jo vairāk un konsekventāk ievērosiet režīmu, jo labāk jūsu ķermenis jums to palīdzēs.

Treškārt – izmantojot zinātniskos pētījumos iegūtās zināšanas – dati par uzturu, miegu un vingrošanu ir sīkāk izklāstīti zemāk. Daudzas dzīvesveida izmaiņas, ko atklājuši pētījumi, ir saistītas ar ēšanas paradumu maiņu, piemēram, sliktu domu ēst pirms gulētiešanas. Tas ir pilns ar negatīvām sekām uz veselību. Ēdiet nelielas maltītes agri un vēlu dienas laikā, ko ir pietiekami viegli izmēģināt. Tas pats attiecas uz miegu – jāievēro režīms un jāguļ vismaz 7-8 stundas. Sliktākajā gadījumā jūs jutīsieties atpūtušies, un labākajā gadījumā uzlabosit savas izredzes uz veselīgu dzīvi.

Galvenais: miegs, pārtika un sports ir veselīga dzīvesveida pamatā.

SAPNIS

Vissvarīgākais, ko varat darīt, ir saglabāt konsekventu miega un nomoda grafiku un pietiekami gulēt – 7-9 stundas miega tiek uzskatītas par normālu pieaugušam cilvēkam. Pētījumu rezultāti par miega trūkumu un miega traucējumiem liecina, ka miega trūkums un miega traucējumi negatīvi ietekmē garastāvokli, koncentrēšanos un ir saistīti ar hroniskām slimībām. Turklāt daži zinātnieki domā, ka diennakts neatbilstība, ko izraisa sociālais jetlag, var būt plaši izplatīta Rietumu sabiedrībā un veicināt veselības problēmas.

Tātad, cikos jums vajadzētu iet gulēt? Parasti organisms sāk ražot melatonīnu pulksten 21:00. Tas ir signāls – jāpabeidz viss un jādodas pie miera. Melatonīna sekrēcija beidzas ap 7:30 no rīta, un pa dienu melatonīna organismā praktiski nav. Personīgo preferenču pielāgošana, pamatojoties uz jūsu dabiskajām tieksmēm, ir galvenais, lai izvairītos no miega traucējumiem (piemēram, pamošanās miega laikā) un saglabātu optimālu veselību.

Un visbeidzot, gaisma. Dienas un nakts cikls nav vienīgais cilvēka ķermeni ietekmējošais faktors, jo mēs pastāvīgi saskaramies ar mākslīgo apgaismojumu, tomēr tam ir galvenā loma. Pietiekama dabiskā apgaismojuma iegūšana dienas sākumā un izvairīšanās no nedabiska apgaismojuma (piemēram, zilās gaismas no viedtālruņa ekrāna) vakaros palīdz uzturēt veselīgus diennakts ritmus.

Galvenie punkti: gulējiet pietiekami daudz un pārliecinieties, ka jūsu miega un nomoda laiks paliek nemainīgs septiņas dienas nedēļā. Ja jums ir miega trūkums, nekavējoties sāciet atjaunot savu režīmu, pretējā gadījumā jūs riskējat ilgtermiņā apdraudēt savu veselību.

UZTURS

Vispārīgi runājot, pētījumi liecina, ka kaloriju saturošu pārtiku vislabāk ir ēst no rīta. Centieties ieturēt vakara maltīti krietni pirms gulētiešanas un ēst mazāk kaloriju. Ja varat visu paveikt ap pulksten 18:00 vai 19:00 un dot ķermenim 12–14 stundas atpūtai, jūs redzēsit īstermiņa un ilgtermiņa ieguvumus veselībai.

Daļēji fakts ir tāds, ka jūsu aknu iekšējais pulkstenis nedarbojas naktī. Aknas pārstāj ražot enzīmus, lai pārvērstu kalorijas enerģijā; tā vietā tas ražo fermentus enerģijas uzglabāšanai. Ja jūs ēdat daudz pirms gulētiešanas, jūsu aknas ir spiestas strādāt virsstundas, un jūs galu galā ietaupāt vairāk enerģijas, nekā patērējat.

Vēl viens svarīgs lēmums, ko varat pieņemt (papildus veselīgai ēšanai), ir ikdienas ēdienreizes laiks. Lai gan dati joprojām ir ierobežoti, pētījumi ar dzīvniekiem un Dr. Panda darbs liecina, ka “ierobežota ēšana” ir vienkārša un potenciāli labvēlīga dzīvesveida maiņa. Optimālais risinājums ir atkarīgs no jūsu mērķa. Bet, ja mērķis ir uzlabot vispārējo veselību, tad labāk sākt no 8-9 stundām. Bet ilgtermiņa atbilstības ziņā var būt ieteicams sākt no 10–12 stundām.

Galvenais punkts: ēdiet vairāk dienas laikā, nevis pirms gulētiešanas. Lai uzlabotu savu veselību, sāciet ēst 10-12 stundas.

SPORTS

Lai gan daži pētījumi liecina, ka anaerobā veiktspēja sasniedz maksimumu pēcpusdienā, ekspertu vidū nav vienprātības par saikni starp diennakts ritmiem un vingrinājumiem, izņemot molekulārā pulksteņa klātbūtni skeleta muskuļos.

Un, tāpat kā apgaismojuma un ēdienreizes ietekme, arī vingrojumu laikam ir svarīga loma veselīga diennakts ritma uzturēšanā.

Galvenais: regulāri vingrojiet un anaerobās aktivitātes atstājiet uz pēcpusdienu.

SECINĀJUMS

Pētījumi par diennakts ritmu darbību ir diezgan vienkārši.“Jūsu iekšējais pulkstenis ir paredzēts, lai sadedzinātu enerģiju dienas laikā un atjaunotu enerģiju naktī,” saka Y. Jo labāks laiks, jo mazāks diennakts pulksteņa nolietojums. Lai gan iekšējais pulkstenis ir stabils, konsekventa režīma pārtraukšana var radīt ilgstošas veselības problēmas.

"Kad mēs esam jauni, ķermenis var daudz ko izturēt," saka Ju. "Taču tas nenozīmē, ka viss ir kārtībā. Tas ir kā degvielas patēriņš: jūs tērējat pārāk daudz enerģijas aritmiskām aktivitātēm, kas nākotnē radīs problēmas ar diennakts ritmu.

Ja ēdat vēlu, jūs nesaīsināsiet savu dzīvi par pieciem gadiem, taču jūsu ķermenī ir noteiktas stundas, lai aizsargātu jūsu veselību un samazinātu fizioloģijas traucējumus. Esiet laipns un uzmanīgs pret sevi, un jūs redzēsiet rezultātu.