Kuinka endogeeniset biologiset rytmit toimivat

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Artikkeli on omistettu vuorokausirytmien työlle - endogeenisille biologisille rytmeille, joiden ajanjakso on noin 24 tuntia ja jotka ovat ominaisia useimmille organismeille, mukaan lukien ihmiset. Tämä on yleiskatsaus viimeisimpään tieteelliseen tutkimukseen, ei kokoelma hyödyllisiä vinkkejä, vaikka artikkelissa puhutaankin mahdollisesta elämäntapamuutoksesta. Tämä katsaus ei ole tyhjentävä, vaan jatkamme sen päivittämistä sitä mukaa, kun uusia tutkimuksia ilmaantuu.

Pääasia:

→ Tasaiset ja terveet vuorokausirytmit voivat auttaa parantamaan yleistä terveyttä sekä ehkäisemään tehokkaasti kroonisia sairauksia.

→ Muista nukkua: ruokavalio, liikunta ja muut tekijät vaikuttavat vuorokausirytmien toimintaan.

→ Tutki vuorokausirytmien työn erityispiirteitä, määritä "kronotyyppisi" ja käytä sitten saatuja tietoja tieteellisessä tutkimuksessa esitettyihin metodologisiin suosituksiin.

Ennen kuin sisällytät tämän artikkelin neuvoja päivittäiseen rutiinisi, ota yhteyttä terveydenhuollon ammattilaiseen.

Ennen artikkelin lukemista: lyhyt sanasto

1. Vuorokausi: luonnollisesti toistuva sykli, joka kestää noin 24 tuntia, riippumatta päivänvalon pituudesta; latinan kielestä circa ("o") ja diem ("päivä").
2. Rytmianturi: ympäristösignaali, kuten valon tai lämpötilan muutos; saksalaisista sanoista zeit ("aika") ja geber ("antaja").
3. Endogeeninen: patologinen prosessi kehossa, joka johtuu sisäisistä tekijöistä, ei ulkoisista vaikutuksista (perussyy).
4. Vuorokausirytmin säätö: tapahtuu, kun rytmiset, fysiologiset tai käyttäytymiseen liittyvät tehtävät vastaavat ympäristön muutoksia; vuorokausirytmien vuorovaikutus ympäristön kanssa.
5. Päivittäin: joka päivä; latinasta dies (päivä) ja ja diurnus (päivittäin).
6. Master Clock: Solupopulaatioiden pari, joka löytyy hypotalamuksesta, joka tunnetaan myös nimellä suprakiasmaattinen tuma (SCN); Nämä solut sisältävät geenejä, jotka säätelevät vuorokausirytmejä.
7. Mutanttigeeni: pysyvä muutos DNA-sekvenssissä; kronobiologit käyttävät sitä tunnistaakseen kellogeenien mekanismin tunnistamalla mutanttigeenin eläimissä, joilla on arytminen vuorokausioireyhtymä.

Kuvittele kasvi, joka yrittää fotosyntetisoida yöllä: lyhyt draama pimeässä. "Kasvit käsittelevät elämää ja kuolemaa", sanoo Sally Yu, biokemian ja solubiologian apulaisprofessori Texasin yliopistosta Houston Health Sciences Centerissä (UTHealth). "Jos he eivät noudata vuorokausirytmejä, he kuolevat." Mutta ihmiselle ennuste ei ole niin synkkä. "Vaikka poistaisit kellogeenin (tärkeä vuorokausirytmien toimintaa säätelevä geeni), et kuole heti", Yu sanoo. "Mutta sinä tulet kärsimään." Todennäköisiä ongelmia? Jatkuvat psyykkiset ongelmat ja muun muassa lisääntynyt kroonisten sairauksien riski. Elämä on vaikeaa, kun kaikki ei ole tahdissa.

Yun kollega Jake Chen, saman laitoksen apulaisprofessori, sanoo toisin: "Sanomme usein, että kaikki on tehtävä aikataulussa. Mutta tämä on liioittelua. Mutta lause "kaikella on aikansa" ei ole sitä. Ja tämä liittyy suoraan ihmiskehoon. Jokaisessa solussa, kudoksessa tai elimessä fysiologiset prosessit tapahtuvat tiettynä ajankohtana. Biologinen kello on eräänlainen ajastin - mekanismi, jonka avulla voimme varmistaa, että kaikki toimii oikein. Tämä on perustoiminto."

Chen ja Yu tutkivat vuorokausirytmejä - kehon biologisia rytmejä noin 24 tunnin ajanjaksolla, joita kaikki planeettamme elävät olennot seuraavat päivittäin. Vuorokausirytmit tai vuorokausirytmit liittyvät suoraan miljoonien vuosien elämän kehitykseen planeetallamme. Se on kehon sisäisen biologisen kellon ja ympäristön vuorovaikutuksen tuote - ei vain auringonvalo, vaan monet muut tekijät määräävät käyttäytymistä, säätelevät hormonitasoja, unta, kehon lämpötilaa ja aineenvaihduntaa.

Niin sanottu "master clock" tai suprakiasmaattinen ydin (SCN), pääkello, joka ohjaa vuorokausirytmejä, on solupopulaatioiden pari, joka on täynnä geenejä (mukaan lukien Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 ja Cry2).

Kuten myöhemmin näemme, vuorokausirytmeihin kiinnittäminen parantaa kehon päivittäistä (fysiologista ja psykologista) toimintaa ja vaikuttaa viime kädessä terveydentilaan sekä pitkällä että lyhyellä aikavälillä. Vuorokausirytmeistä huolehtiminen pitää ne toiminnassa säilyttäen samalla sen, mitä Sally Yu kutsuu "luotettavaksi kelloksi".

"En voi varmaksi sanoa, kuinka tärkeitä vuorokausirytmit ovat kroonisten sairauksien ehkäisyssä, mitä vaikutuksia sillä on terveyteen pitkällä aikavälillä, onko siitä hyötyä ja vaikuttaako se lopulta elinajanodotteeseen."

Tietoja asiantuntijoista:

Tiedemies: Zheng "Jake" Chen

Koulutus: PhD, Columbia University, New York

Asema: Apulaisprofessori biokemian ja solubiologian laitoksella Texasin yliopiston terveystieteiden keskuksessa Houstonissa

Viimeisin julkaistu artikkeli: Pieni molekyyli Nobiletin kohdistuu molekyylioskillaattoriin parantamaan vuorokausirytmejä ja suojaamaan metaboliselta oireyhtymältä.

Tutkimusalue: Pienimolekyyliset koettimet kronobiologiaan ja lääketieteeseen.

Tutkija: Seung Hee "Sally" Yoo

Koulutus: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Asema: apulaisprofessori, biokemian ja solubiologian laitos, Texasin yliopiston terveystieteiden keskus Houstonissa

Viimeisin julkaistu artikkeli: Period2 3'-UTR ja microRNA-24 säätelevät vuorokausirytmejä estämällä PERIOD2-proteiinin kertymistä sekä vuorokausijärjestelmien pienmolekyylimodulaattoreiden kehitystä ja terapeuttista potentiaalia.

Tutkimusalue: Solujen perusmekanismit vuorokausirytmeissä ja kellon fysiologisten ja patologisten roolien tulkinta.

HISTORIA: SIRKADISTEN RYTMIJEN BIOLOGISEEN KEHITYKSEN PÄÄVAIHEET

Ensimmäinen asia, joka tiedetään vuorokausirytmien tutkimuksesta (kronobiologit tekevät tämän), on, että harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta kaikki organismit seuraavat vuorokausirytmiään. Käytännössä kaikki planeetan elävät organismit seuraavat auringon kiertokulkua narsisseista varpusiin, seeproista ihmisiin. Vuonna 1729 ranskalainen tiedemies Jean-Jacques de Meran kirjasi ensimmäisen havainnon Mimosa pudica -kasvin endogeenisista tai upotetuista vuorokausiliikkeistä. Jopa täydellisessä pimeydessä kasvi jatkoi päivittäistä rytmiään. Tiedemies päätteli, että kasvi ei luota vain ulkoisiin signaaleihin tai rytmianturiin, vaan myös omaan sisäiseen biologiseen kelloonsa.

Kronobiologia kukoisti kaksisataa vuotta myöhemmin, 1900-luvun puolivälissä. Vaikuttaa useiden tiedemiesten, erityisesti Colin Pittendryn, "biologisen kellon isän" panoksesta. Pittendry tutki hedelmäkärpäsiä tai Drosophilaa ja valaisi kuinka vuorokausirytmit ovat vuorovaikutuksessa tai synkronoituvat päivän ja yön kiertokulkuun. Pittendryn ystävä Jurgen Aschoff tutki myös vuorovaikutusta päivän ja yön syklin kanssa, mutta tutkijat tulivat erilaisiin johtopäätöksiin vuorovaikutuksen esiintymisestä (parametrinen ja ei-parametrinen, voit lukea siitä lisää täältä ja täältä). John Woodland Hastings ja hänen kollegansa tekivät perustavanlaatuisia löytöjä valon roolista vuorokausirytmeissä tutkimalla bioluminesoivia dinoflagellaatteja (leviä, planktonlajeja). Kasvitieteilijä Erwin Bunnig osallistui myös vuorovaikutuksen mallintamisen perustutkimukseen, jossa hän kuvaili organismien ja katkaisujaksojen välistä suhdetta.

Kronobiologian löytöjen seuraava vaihe yhdisti vuorokausirytmien toiminnan erityiset molekyyli- ja geneettiset mekanismit. Tämä seuraa Ron Konopkan ja Seymour Benzerin töistä, jotka 1970-luvun alussa yrittivät tunnistaa tiettyjä geenejä, jotka säätelevät hedelmäkärpästen vuorokausirytmejä. Konopkan ja Benzerin ansioksi luetaan mutatoituneen geenin löytäminen, jota he kutsuivat ajanjaksoksi, joka häiritsee hedelmäkärpästen vuorokausikelloa. Näin havaittiin ensimmäisen kerran käyttäytymisrytmien geneettinen tekijä. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash ja Michael W. Young ovat onnistuneesti täydentäneet Konopkan ja Benzerin työtä osoittamalla periodigeenin työn molekyylitasolla. Hall, Rosbash ja Young saivat fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon vuonna 2017. He eristivät jaksogeenin ja osoittivat sitten, kuinka päivittäinen kellojärjestelmä toimii molekyylitasolla.

Tutkiessaan hedelmäkärpäsiä ja hiiriä vuonna 1994, Joseph Takahashi ja hänen tiiminsä löysivät kellogeenejä nisäkkäistä ja kutsuivat niitä kelloiksi, kuvaillen niitä "evolutionaarisesti säilyneeksi vuorokausikellomekanismin piirteeksi". Kellogeenin löytäminen yhdessä Hallin, Rosbashin, Youngin ja tiedemies Michael Greenbergin työn kanssa oli vedenjakaja kronobiologiassa. Muutamassa vuodessa löydettiin geenejä, jotka varmistavat vuorokausirytmien toiminnan alemmissa organismeissa.

Tiede edistyy tasaisesti, ja monet hedelmäkärpäsiä ja hiiriä koskevat tutkimukset ovat osoittaneet kellogeenien hämmästyttävän pysyvyyden lajien sisällä, mikä tarkoittaa, että on olemassa samanlaisia geenejä, jotka säätelevät vuorokausirytmejä monimutkaisemmissa organismeissa, mukaan lukien ihmiset.

"Auringonnousu ja -lasku ovat edelleen tärkeimmät vuorokausirytmeihin vaikuttavat tekijät, mutta muita tekijöitä seurataan jatkuvasti tieteellisessä tutkimuksessa."

VIIMEINEN TUTKIMUS: CIRKADIUMRYTMIEN ROOLIN MÄÄRITTÄMINEN IHMISEN TERVEYDESSÄ JA TAIRAISESSA

On tärkeää huomata, että vuorokausirytmien biologia on uskomattoman monimutkainen - tälle tutkimusalueelle on omistettu monia tieteellisiä lehtiä. Tästä johtuen ymmärryksemme biologisen kellon roolista ihmisten terveydelle on tulosta epidemiologisista tutkimuksista sekä eläintutkimuksista. Alemmissa eliöissä tehdyt tutkimukset auttavat paljastamaan molekyyli- ja geneettisten mekanismien toiminnan toiminnassa, minkä jälkeen voidaan nähdä, kuinka esimerkiksi unihäiriöt lisäävät riskiä sairastua tyypin 2 diabetekseen, liikalihavuuteen ja useisiin sydän- ja verisuonisairauksiin.

Itse asiassa yksi lupaavimmista tutkimusalueista on uni. Nykyajan tutkijat yhdistävät unen puutteen ja sitä seuranneen vuorokausirytmin häiriintymisen liikalihavuuden ja masennuksen sekä useimpien kroonisten sairauksien kehittymiseen. Tutkimukset ovat osoittaneet, että unen puute voi johtaa odottamattomiin sivuvaikutuksiin, kuten kyvyttömyyteen tunnistaa kasvoja.

Vuorokausirytmien toiminnan ymmärtäminen on myös mennyt paljon pidemmälle kuin vuorovaikutus päivän ja yön kierteen kanssa. "On olemassa sosiaalisia vihjeitä, ruokavihjeitä ja liikuntavihjeitä – ne ovat hyvin erilaisia", sanoo Y. Sunrise ja auringonlasku vaikuttavat edelleen suuresti vuorokausirytmeihin, mutta muita tekijöitä tutkitaan. Suuri määrä työtä on osoittanut, että ruokavalio on avain ulkoinen signaali, joka on vuorovaikutuksessa sisäisen kellon kanssa, mukaan lukien tohtori Satchidananda Pandan työ ruokavalion ajoituksen rajoittamiseksi (miten syömisaika vaikuttaa terveyteen).

Yleisesti ottaen on nyt selvää, että vuorokausirytmeillä on systeeminen rooli ihmiskehon kaikkien fysiologisten osien työn organisoimisessa, mukaan lukien elintärkeiden elinten työ, aineenvaihdunta, immuniteetti, ajatusprosessit jne. Tohtori Yun työ laajentaa aluetta tutkimuksesta - hän tekee yhteistyötä kroonisen kivun erikoistutkimuksen kanssa tutkiakseen potilaiden kipurytmejä. Myös katkaisusyklin roolia vuorokausirytmien toiminnan häiriöissä tutkitaan (aikavyöhykkeiden vaihtamisen vaikutus syöpäsolujen kasvuun). Tämän kaltainen tutkimus antaa meille tärkeitä uusia oivalluksia, joita voidaan käyttää elämäntapojen muutoksissa - syömisen ja nukkumaanmenoajan tietäminen yleensä on terveydelle tärkeää; ja sairastuessa saatua tietoa voidaan soveltaa vuorokausirytmien toimintaa säätelevien lääkkeiden etsimiseen. Tieteilijöillä on vielä paljon tutkittavaa lähes kaikilla terveyteen ja sairauksiin liittyvillä aloilla.

PERUSAJAUS: MIKSI ON TÄRKEÄÄ TIETÄÄ CIRCADE RYTMEISTA?

Tiedolla siitä, miten vuorokausirytmit toimivat, voi olla sekä lyhyt- että pitkän aikavälin terveysvaikutuksia. "Elämäntapojen muutokset ovat paras lahja, jonka voit antaa itselleen", Chen sanoo. "Jos hallitset elämäntapaasi, teknologiasta ja lääketieteestä voi tulla toissijaisia tekijöitä koko elämäsi ajan." Lyhyellä aikavälillä eläimillä ja ihmisillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että terveitä vuorokausirytmejä tukevat elämäntavat voivat tukea vireyttä, motorista koordinaatiota, sydän- ja verisuoniterveyttä, immuunitoimintaa, suoliston terveyttä, ajattelua ja unta. On näyttöä siitä, että kroonisten sairauksien riskiä voidaan vähentää pitkällä aikavälillä.

"Elämäntapamuutosten vaikutukset eivät ehkä näy useaan päivään, mutta ajan myötä hyödyt ovat valtavat."

Millaista elämäntapaa sinun tulee siis johtaa, jotta voit synkronoida vuorokausirytmisi? Ensimmäinen asia, joka sinun tulee tehdä, on kiinnittää huomiota biorytmeihisi. Vuorokausirytmit, vaikka ne rakentuvat samalle pohjalle, vaihtelevat henkilöstä toiseen iän, geneettisten ja ympäristöerojen vuoksi. Larks pitää aamusta paremmin. Pöllöt pitävät yöstä. Sinun on kiinnitettävä huomiota kehosi luonnollisiin taipumuksiin ("kronotyyppi"), jotta voit soveltaa menestyksekkäästi viimeisimmän tieteellisen tutkimuksen tietoa. Älä myöskään unohda, että ei ole olemassa yksikokoista lähestymistapaa.

Toinen on pysyä johdonmukaisessa, rutiininomaisessa aikataulussa joka päivä, seitsemänä päivänä viikossa. Tohtori Yu puhuu "jet lagista" (sosiaalinen jet lag) - kun ihmiset rikkovat aikatauluaan epätyypillisillä tavoilla, kuten syöminen ja nukkumaanmeno myöhemmin, herääminen myöhemmin ja harjoittelu eri viikonpäivinä eri aikoina. Kaikki nämä toimet voivat johtaa samoihin negatiivisiin seurauksiin kuin aikavyöhykkeiden muuttaminen. Mitä enemmän ja johdonmukaisemmin noudatat hoito-ohjelmaa, sitä paremmin kehosi auttaa sinua tässä.

Kolmanneksi - tieteellisestä tutkimuksesta saatua tietoa soveltaen - tiedot ravinnosta, unesta ja liikunnasta on kuvattu alla. Monet tutkimusten osoittamat elämäntapamuutokset sisältävät muutoksia ruokailutottumuksiin - esimerkiksi syöminen huonosti ennen nukkumaanmenoa. Se on täynnä kielteisiä terveysvaikutuksia. Syö pieniä aterioita aikaisin ja myöhään päivällä, mikä on tarpeeksi helppoa kokeilla. Sama koskee unta - sinun on noudatettava ohjelmaa ja nukkua vähintään 7-8 tuntia. Pahimmillaan tunnet olosi levänneeksi ja parhaimmillaan parannat mahdollisuuksiasi terveelliseen elämään.

Pääasia: uni, ruoka ja urheilu ovat terveellisen elämäntavan perusta.

UNELMA

Tärkeintä, mitä voit tehdä, on ylläpitää johdonmukaista uni- ja herätysaikataulua ja saada riittävästi unta - 7-9 tuntia unta pidetään normaalina aikuiselle. Unenpuutetta ja unihäiriöitä koskevat tutkimustulokset osoittavat, että unihäiriö ja unihäiriöt vaikuttavat negatiivisesti mielialaan, keskittymiskykyyn ja liittyvät kroonisiin sairauksiin. Lisäksi jotkut tutkijat spekuloivat, että sosiaalisen jetlagin aiheuttama vuorokausivaihtelu saattaa olla laajalle levinnyt länsimaisessa yhteiskunnassa ja edistää terveysongelmia.

Mihin aikaan sitten pitäisi mennä nukkumaan? Tyypillisesti elimistö alkaa tuottaa melatoniinia klo 21.00. Tämä on signaali - sinun on lopetettava kaikki ja mentävä lepäämään. Melatoniinin erittyminen loppuu noin klo 7.30 aamulla, ja päivällä melatoniinia ei käytännössä ole elimistössä. Henkilökohtaisten mieltymysten säätäminen luonnollisten taipumustesi perusteella on avainasemassa unihäiriöiden (kuten unen aikana heräämisen) välttämiseksi ja optimaalisen terveyden ylläpitämiseksi.

Ja lopuksi valo. Päivän ja yön kiertokulku ei ole ainoa ihmiskehoon vaikuttava tekijä, sillä kohtaamme jatkuvasti keinovalaistusta, mutta sillä on kuitenkin ensisijainen rooli. Riittävän luonnonvalon saaminen aikaisin päivällä ja luonnottoman valaistuksen (kuten älypuhelimen näytön sinisen valon) välttäminen iltaisin auttaa pitämään vuorokausirytmisi terveenä.

Pääkohdat: Nuku tarpeeksi ja varmista, että uni- ja heräämisaikasi pysyvät samana seitsemänä päivänä viikossa. Jos sinulla on unipuutetta, aloita välittömästi hoitosi palauttaminen, muuten vaarannat terveytesi pitkällä aikavälillä.

RAVITSEMUS

Yleisesti ottaen tutkimukset osoittavat, että korkeakaloristen ruokien syöminen on parasta aamulla. Yritä syödä ilta-ateriasi hyvissä ajoin ennen nukkumaanmenoa ja vähemmän kaloreita. Jos saat kaiken tehtyä noin klo 18.00 tai 19.00 ja annat kehollesi 12-14 tuntia levätä, näet lyhyen ja pitkän aikavälin terveyshyötyjä.

Osittain tosiasia on, että maksasi sisäinen kello ei toimi yöllä. Maksa lakkaa tuottamasta entsyymejä muuntaakseen kaloreita energiaksi; Sen sijaan se tuottaa entsyymejä energian varastoimiseksi. Jos syöt paljon ennen nukkumaanmenoa, maksasi joutuu tekemään ylitöitä ja säästät enemmän energiaa kuin kulutat.

Toinen tärkeä päätös, jonka voit tehdä (terveellisen syömisen lisäksi), on päivittäisen aterian ajoittaminen. Vaikka tiedot ovat vielä rajallisia, eläintutkimukset ja tohtori Pandan työ viittaavat siihen, että "aikarajoitettu syöminen" on helppo ja mahdollisesti hyödyllinen elämäntapamuutos. Optimaalinen ratkaisu riippuu tavoitteestasi. Mutta jos tavoitteena on parantaa yleistä terveyttäsi, on parempi aloittaa 8-9 tunnin kohdalla. Mutta pitkän aikavälin noudattamisen kannalta voi olla suositeltavaa aloittaa 10-12 tunnin kohdalla.

Keskeinen asia: Syö enemmän päivän aikana, älä ennen nukkumaanmenoa. Terveyden parantamiseksi aloita syöminen 10-12 tunnin kohdalla.

URHEILU

Vaikka jotkut tutkimukset osoittavat, että anaerobinen suorituskyky saavuttaa huippunsa iltapäivällä, asiantuntijat eivät ole yksimielisiä vuorokausirytmien ja harjoituksen välisestä yhteydestä - lukuun ottamatta molekyylikellon läsnäoloa luurankolihaksessa.

Ja aivan kuten valaistuksen ja ruokailuaikojen vaikutukset, myös harjoituksen ajoituksella on tärkeä rooli terveiden vuorokausirytmien ylläpitämisessä.

Tärkeintä: harjoittele säännöllisesti ja jätä anaerobinen toiminta iltapäivälle.

PÄÄTELMÄ

Tutkimus vuorokausirytmien toiminnasta on melko yksinkertaista."Sisäinen kellosi on suunniteltu polttamaan energiaa päivällä ja palauttamaan energiaa yöllä", sanoo Y. Mitä parempi ajoitus, sitä vähemmän vuorokausikello kuluu ja kuluu. Vaikka sisäinen kello on vakaa, jatkuva hoito-ohjelman häiriintyminen voi johtaa pitkäaikaisiin terveysongelmiin.

"Kun olemme nuoria, keho kestää paljon", sanoo Yu. "Mutta se ei tarkoita, että kaikki olisi hyvin. Se on kuin polttoaineen kulutus: kulutat liikaa energiaa rytmillisiin toimintoihin, mikä johtaa ongelmiin vuorokausirytmien toiminnassa tulevaisuudessa.

Et lyhennä ikääsi viidellä vuodella syömällä myöhään, mutta kehossasi on omistettuja tunteja terveyden suojelemiseksi ja fysiologian häiriöiden minimoimiseksi. Ole ystävällinen ja huomaavainen itsellesi, niin näet tuloksen.