Cyklus cirkadiánneho rytmu typického tínedžera. Kredit: NIGMS.
Čo sú to cirkadiánne rytmy?
Cirkadiánne rytmy sú fyzické, duševné a behaviorálne zmeny, ktoré nasledujú po 24-hodinovom cykle. Tieto prirodzené procesy reagujú predovšetkým na svetlo a tmu a ovplyvňujú väčšinu živých vecí vrátane zvierat, rastlín a mikróbov. Chronobiológia je náuka o cirkadiánnych rytmoch. Jedným príkladom cirkadiánneho rytmu súvisiaceho so svetlom je spánok v noci a bdenie počas dňa. Obrázok Priemerný cirkadiánny cyklus tínedžerov zobrazuje cyklus cirkadiánneho rytmu typického tínedžera.
Čo sú biologické hodiny?
Biologické hodiny sú prirodzené časovacie zariadenia organizmov, ktoré regulujú cyklus cirkadiánnych rytmov. Skladajú sa zo špecifických molekúl ( proteínov ), ktoré interagujú s bunkami v celom tele. Takmer každé tkanivo a orgán obsahuje biologické hodiny. Výskumníci identifikovali podobné gény u ľudí, ovocných mušiek, myší, rastlín, húb a niekoľkých ďalších organizmov, ktoré tvoria molekulárne komponenty hodín .
Aké sú hlavné hodiny?
Hlavné hodiny v mozgu koordinujú všetky biologické hodiny v živom organizme a udržiavajú ich synchronizované. U stavovcov vrátane ľudí sú hlavné hodiny skupina asi 20 000 nervových buniek (neurónov), ktoré tvoria štruktúru nazývanú suprachiazmatické jadro alebo SCN. SCN je v časti mozgu nazývanej hypotalamus a dostáva priamy vstup z očí.
Hlavné hodiny koordinujú biologické hodiny z prijatého svetla. Kredit: NIGMS
Vytvára a udržiava telo svoje vlastné cirkadiánne rytmy?
Áno, prirodzené faktory vo vašom tele vytvárajú cirkadiánne rytmy. Pre ľudí sú niektoré z najdôležitejších génov v tomto procese gény periódy a kryptochrómu . Tieto gény kódujú proteíny, ktoré sa tvoria v jadre bunky v noci a cez deň sa zmenšujú. Štúdie na ovocných muškách naznačujú, že tieto proteíny pomáhajú aktivovať pocity bdelosti, bdelosti a ospalosti. Signály z okolia však ovplyvňujú aj cirkadiánne rytmy. Napríklad vystavenie svetlu v inú dennú dobu sa môže resetovať, keď telo zapne gény periódy a kryptochrómu .
Ako cirkadiánne rytmy ovplyvňujú zdravie?
Cirkadiánne rytmy môžu ovplyvniť dôležité funkcie v našom tele, ako napríklad:
- Uvoľňovanie hormónov
- Stravovacie návyky a trávenie
- Telesná teplota
Väčšina ľudí si však všimne vplyv cirkadiánnych rytmov na ich spánkový režim. SCN riadi produkciu melatonínu, hormónu, ktorý spôsobuje ospalosť. Prijíma informácie o prichádzajúcom svetle z optických nervov, ktoré prenášajú informácie z očí do mozgu. Keď je menej svetla – napríklad v noci – SCN povie mozgu, aby vytvoril viac melatonínu, takže budete ospalí.
Nobelová cena
V roku 2017 získali výskumníci Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young prestížnu Nobelovu cenu za výskum cirkadiánnych rytmov. Štúdiom ovocných mušiek, ktoré majú veľmi podobnú genetickú výbavu ako ľudia, izolovali gén, ktorý pomáha riadiť telesné hodiny. Vedci ukázali, že gén produkuje proteín, ktorý sa cez noc nahromadí v bunkách a potom sa počas dňa rozpadne. Tento proces môže ovplyvniť to, kedy spíte, ako ostro funguje váš mozog a ďalšie. Všetci traja výskumníci boli financovaní NIGMS, keď boli tieto hlavné objavy urobené.
Neuróny cirkadiánneho rytmu v mozgu ovocných mušiek. Poďakovanie: Matthieu Cavey a Justin Blau, New York University
Melatonín je hormón, ktorý spôsobuje ospalosť. Kredit: iStock
Aké faktory môžu zmeniť cirkadiánne rytmy?
Zmeny v našom tele a faktory prostredia môžu spôsobiť, že naše cirkadiánne rytmy a prirodzený cyklus svetlo-tma nie sú synchronizované. Napríklad:
- Mutácie alebo zmeny v určitých génoch môžu ovplyvniť naše biologické hodiny.
- Jet lag alebo práca na zmeny spôsobuje zmeny v cykle svetlo-tma.
- Svetlo z elektronických zariadení v noci môže zmiasť naše biologické hodiny.
Tieto zmeny môžu spôsobiť poruchy spánku a môžu viesť k ďalším chronickým zdravotným stavom, ako je obezita, cukrovka, depresia, bipolárna porucha a sezónna afektívna porucha.
Ako súvisia cirkadiánne rytmy s jet lagom?
Keď prejdete rôznymi časovými pásmami, vaše biologické hodiny sa budú líšiť od miestneho času. Napríklad, ak letíte z Kalifornie na východ do New Yorku, „stratíte“ 3 hodiny. Keď sa zobudíte o 7:00 na východnom pobreží, vaše biologické hodiny stále bežia podľa času západného pobrežia, takže sa cítite tak, ako by ste mohli o 4:00 ráno. rozdielna sadzba. Často trvá niekoľko dní, kým sa vaše biologické hodiny zosúladia s novým časovým pásmom. Úprava po „získaní“ času môže byť o niečo jednoduchšia ako po „strate“ času, pretože mozog sa v týchto dvoch situáciách prispôsobuje odlišne.
Ako výskumníci študujú cirkadiánne rytmy?
Vedci sa učia o cirkadiánnych rytmoch štúdiom ľudí a používaním organizmov s podobnými génmi biologických hodín, ako sú ovocné mušky a myši. Výskumníci, ktorí robia tieto experimenty, kontrolujú prostredie subjektu zmenou svetlých a tmavých období. Potom hľadajú zmeny v génovej aktivite alebo iných molekulárnych signáloch. Vedci tiež študujú organizmy s nepravidelným cirkadiánnym rytmom, aby zistili, ktoré genetické zložky biologických hodín môžu byť porušené.
Pochopenie toho, čo spôsobuje, že biologické hodiny tikajú, môže viesť k liečbe jet lag, porúch spánku, obezity, porúch duševného zdravia a iných zdravotných problémov. Môže tiež zlepšiť spôsoby, ako sa ľudia prispôsobia práci na nočné zmeny. Dozvedieť sa viac o génoch zodpovedných za cirkadiánne rytmy nám tiež pomôže pochopiť viac o ľudskom tele.
Cestovanie naprieč časovými pásmami narúša vaše cirkadiánne rytmy.
