Hvordan endogene biologiske rytmer fungerer

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Artikkelen er viet arbeidet med døgnrytmer - endogene biologiske rytmer med en periode på omtrent 24 timer, karakteristisk for de fleste organismer, inkludert mennesker. Dette er en oversikt over den nyeste vitenskapelige forskningen, ikke en samling nyttige tips, selv om artikkelen snakker om en potensiell livsstilsendring. Denne gjennomgangen er ikke uttømmende; vi vil fortsette å oppdatere den etter hvert som nye forskningsstudier dukker opp.

Hovedtingen:

→ Konsekvente og sunne døgnrytmer kan bidra til å forbedre den generelle helsen samt effektiv forebygging av kronisk sykdom.

→ Husk å sove: kosthold, trening og andre faktorer påvirker hvordan døgnrytmer fungerer.

→ Studer særegenhetene ved arbeidet med døgnrytmer, bestem din "kronotype", og bruk deretter kunnskapen du har oppnådd på de metodiske anbefalingene som er angitt i vitenskapelig forskning.

Før du tar med noen av rådene i denne artikkelen i din daglige rutine, sjekk med helsepersonell.

Før du leser artikkelen: en kort ordliste

1. Circadian: en naturlig tilbakevendende syklus med en periode på ca. 24 timer, uavhengig av lengden på dagslyset; fra latin circa ("o") og diem ("dag").
2. Rytmesensor: et miljøsignal, for eksempel en endring i lys eller temperatur; fra tysk zeit ("tid") og geber ("giver").
3. Endogen: en patologisk prosess i kroppen forårsaket av indre faktorer, og ikke forårsaket av ytre påvirkninger (rotårsak).
4. Døgnrytmejustering: oppstår når rytmiske, fysiologiske eller atferdsmessige oppgaver samsvarer med endringer i miljøet; interaksjon av døgnrytmer med omgivelsene.
5. Daglig: hver dag; fra latin dies (dag) og og diurnus (daglig).
6. Master Clock: Et par cellepopulasjoner funnet i hypothalamus, også kjent som suprachiasmatic nucleus (SCN); Disse cellene inneholder gener som styrer døgnrytmene.
7. Mutant gen: permanent endring i DNA-sekvensen; brukt av kronobiologer for å gjenkjenne mekanismen til klokkegener ved å identifisere et mutant gen hos dyr med arytmisk døgnsyndrom.

Se for deg en plante som prøver å fotosyntetisere om natten: et kort drama i mørket. "Planter håndterer liv og død," sier Sally Yu, assisterende professor i biokjemi og cellebiologi ved University of Texas ved Houston Health Sciences Center (UTHealth), dystert. "Hvis de ikke følger døgnrytmer, vil de dø." Men for en person vil ikke prognosen være så dyster. "Selv om du fjerner klokkegenet (et viktig gen som regulerer arbeidet med døgnrytmer), vil du ikke dø med en gang," sier Yu. "Men du vil lide." Sannsynlige problemer? Vedvarende psykiske problemer og blant annet økt risiko for kroniske sykdommer. Livet er vanskelig når alt er ute av synkronisering.

Yus kollega, Jake Chen, en adjunkt ved samme avdeling, sier annerledes: «Vi sier ofte at alt må gjøres etter planen. Men dette er en overdrivelse. Men uttrykket «alt har sin tid» er det ikke. Og dette er direkte relatert til menneskekroppen. I hver enkelt celle, vev eller organ skjer fysiologiske prosesser på et bestemt tidspunkt. Den biologiske klokken er en slags tidtaker – en mekanisme som gjør at vi kan forsikre oss om at alt fungerer som det skal. Dette er en grunnleggende funksjon."

Chen og Yu studerer døgnrytmer - kroppens biologiske rytmer med en periode på omtrent 24 timer, som følges hver dag av alle levende ting på planeten vår. Døgnrytme eller døgnrytme er direkte relatert til millioner av år med utvikling av liv på planeten vår. Det er et produkt av samspillet mellom kroppens indre biologiske klokke og miljøet – ikke bare sollys, men mange andre faktorer bestemmer atferd, regulerer hormonnivåer, søvn, kroppstemperatur og metabolisme.

Den såkalte "master clock" eller suprachiasmatic nucleus (SCN), master-klokken som kontrollerer døgnrytmer, er et par cellepopulasjoner fylt med gener (inkludert Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 og Cry2), lokalisert i hypothalamus. På molekylært nivå finnes klokkegenspor i nyrene, leveren, bukspyttkjertelen og andre organer. SCN fungerer som administrerende direktør som instruerer kroppen til å overholde tidsplanen og behandle miljøsignaler. Howard Hughes Medical Institute.)

Som vi vil se senere, forbedrer det å ta hensyn til døgnrytmer den daglige (fysiologiske og psykologiske) funksjonen til kroppen og til slutt påvirker helsetilstanden, både på lang sikt og på kort sikt. Å ta vare på døgnrytmer holder dem i gang samtidig som de opprettholder det Sally Yu kaller en «pålitelig klokke».

"Jeg kan ikke si sikkert hvor viktige døgnrytmer er for å forebygge kronisk sykdom, hvilken innvirkning det har på helsen på lang sikt, om det er gunstig og til slutt påvirker forventet levealder."

Informasjon om eksperter:

Forsker: Zheng "Jake" Chen

Utdanning: PhD, Columbia University, New York

Stilling: Adjunkt ved Institutt for biokjemi og cellebiologi ved University of Texas Health Sciences Center i Houston

Sist publisert artikkel: Det lille molekylet Nobiletin retter seg mot molekyloscillatoren for å forbedre døgnrytmen og beskytte mot metabolsk syndrom.

Forskningsområde: Småmolekylære prober for kronobiologi og medisin.

Forsker: Seung Hee "Sally" Yoo

Utdanning: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Stilling: Førsteamanuensis, Institutt for biokjemi og cellebiologi, University of Texas Health Sciences Center i Houston

Sist publisert artikkel: Period2 3'-UTR og microRNA-24 regulerer døgnrytmer ved å undertrykke PERIOD2 proteinakkumulering. Også utvikling og terapeutisk potensial for småmolekylære modulatorer av døgnrytmesystemer.

Forskningsområde: Fundamentale cellulære mekanismer i døgnrytmer og dechiffrering av klokkens fysiologiske og patologiske roller.

HISTORIE: HOVEDSTADENE I BIOLOGISK UTVIKLING AV CIRKADISKE RYTMER

Det første man bør vite om studiet av døgnrytmer (kronobiologer gjør dette) er at alle organismer, med sjeldne unntak, følger sine døgnrytmer. Fra påskeliljer til spurver, fra sebraer til mennesker, følger praktisk talt alle levende organismer på planeten solsyklusen. I 1729 registrerte den franske forskeren Jean-Jacques de Meran den første observasjonen av endogene eller innebygde daglige bladbevegelser av Mimosa pudica-planten. Selv i fullstendig mørke fortsatte planten å følge sin daglige rytme. Forskeren konkluderte med at planten ikke bare er avhengig av eksterne signaler eller en rytmesensor, men også på sin egen indre biologiske klokke.

Kronobiologien blomstret to hundre år senere, på midten av 1900-tallet. Berørt av bidraget fra en rekke forskere, spesielt Colin Pittendry, «faren til den biologiske klokken». Pittendry studerte fruktfluer eller Drosophila og kastet lys over hvordan døgnrytmer samhandler eller synkroniserer med syklusen dag og natt. Jurgen Aschoff, en venn av Pittendry, studerte også interaksjon med syklusen dag og natt, men forskerne kom til forskjellige konklusjoner om hvordan interaksjonen skjer (parametrisk og ikke-parametrisk, du kan lese mer om det her og her). John Woodland Hastings og hans kolleger gjorde grunnleggende oppdagelser om lysets rolle i døgnrytmer ved å studere bioluminescerende dinoflagellater (alger, en planktonart). Botaniker Erwin Bunnig bidro også til grunnleggende forskning på interaksjonsmodellering, og beskrev forholdet mellom organismer og avskjæringssykluser.

Det neste stadiet av oppdagelser i kronobiologi koblet de spesifikke molekylære og genetiske mekanismene til arbeidet med døgnrytmer. Dette følger av arbeidet til Ron Konopka og Seymour Benzer, som på begynnelsen av 1970-tallet forsøkte å identifisere spesifikke gener som kontrollerer døgnrytmene til fruktfluer. Konopka og Benzer er kreditert med oppdagelsen av et mutert gen, som de kalte en periode som forstyrrer døgnklokken til fruktfluer. Dette er hvordan den genetiske determinanten for atferdsrytmer først ble oppdaget. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash og Michael W. Young har med suksess komplettert arbeidet til Konopka og Benzer ved å vise arbeidet til periodegenet på molekylært nivå. Hall, Rosbash og Young mottok Nobelprisen i fysiologi eller medisin i 2017. De isolerte periodegenet og viste deretter hvordan det daglige klokkesystemet fungerer på molekylært nivå.

Mens de forsket på fruktfluer og mus i 1994, oppdaget Joseph Takahashi og teamet hans klokkegener hos pattedyr og kalte dem klokker, og beskrev dem som "et evolusjonært bevart trekk ved døgnklokkemekanismen." Oppdagelsen av klokkegenet, sammen med arbeidet til Hall, Rosbash, Young og forskeren Michael Greenberg, var et vannskille i kronobiologien. I løpet av få år ble det oppdaget gener som sikrer arbeidet med døgnrytmer i lavere organismer.

Vitenskapen går jevnt og trutt framover, og mange studier på fruktfluer og mus har vist den fantastiske utholdenheten til klokkegener innen arter, noe som betyr at det er lignende gener som kontrollerer døgnrytmer i mer komplekse organismer, inkludert mennesker.

"Soloppgang og solnedgang er fortsatt hovedfaktorene som påvirker døgnrytmer, men andre faktorer overvåkes kontinuerlig i vitenskapelig forskning."

SISTE FORSKNING: BESTEMMELSE AV ROLLEN TIL CIRKADIUMRYTMER I MENNESKERS HELSE OG SYKDOMMER

Det er viktig å merke seg at biologien til døgnrytmer er utrolig kompleks - det er mange vitenskapelige tidsskrifter dedikert til dette forskningsområdet. Som et resultat er vår forståelse av den biologiske klokkens rolle i menneskers helse et resultat av epidemiologiske studier så vel som dyrestudier. Studier i lavere organismer bidrar til å avdekke arbeidet med molekylære og genetiske mekanismer i aksjon, hvoretter man kan se hvordan for eksempel søvnforstyrrelser fører til økt risiko for type 2 diabetes, overvekt og en rekke hjerte- og karsykdommer.

Et av de mest lovende forskningsområdene er faktisk søvn. Forskere forbinder i dag mangel på søvn og påfølgende forstyrrelse av døgnrytmer med utvikling av fedme og depresjon, så vel som de fleste kroniske sykdommer. Forskning har vist at mangel på søvn kan føre til uventede bivirkninger, for eksempel manglende evne til å gjenkjenne ansikter.

Å forstå hvordan døgnrytmer fungerer har også gått langt utover å samhandle med syklusen dag og natt. "Det er sosiale signaler, mat- og treningssignaler - de er veldig forskjellige," sier Y. Soloppgang og solnedgang har fortsatt stor innflytelse på døgnrytmer, men andre faktorer undersøkes. Et stort arbeid har vist at kosthold er et sentralt eksternt signal som samhandler med den indre klokken, inkludert Dr. Satchidananda Pandas arbeid for å begrense kostholdstiming (hvordan spisetid påvirker helsen).

Generelt er det nå klart at døgnrytmer spiller en systemisk rolle for å organisere arbeidet til alle fysiologiske aspekter av menneskekroppen, inkludert arbeidet med vitale organer, metabolisme, immunitet, tankeprosesser osv. Dr. Yus arbeid utvider området av forskning - hun samarbeider med en spesialiststudie om kronisk smerte for å studere smerterytmer hos pasienter. Det arbeides også med å studere avskjæringssyklusens rolle i forstyrrelser i arbeidet med døgnrytmer (effekten av å endre tidssoner på veksten av kreftceller). Forskning som dette gir oss viktig ny innsikt som kan brukes til å gjøre livsstilsendringer - å vite når vi skal spise og legge oss generelt er viktig for helsen; og med sykdom kan den oppnådde kunnskapen brukes til å lete etter medisiner som regulerer arbeidet med døgnrytmer. Forskere har fortsatt mye forskning å gjøre på nesten alle områder relatert til helse og sykdom.

GRUNNLEGGENDE TANKE: HVORFOR ER DET VIKTIG Å VITE OM CIRKADEREYTMER?

Bevissthet om hvordan døgnrytmer fungerer kan ha både kortsiktige og langsiktige helseeffekter. "Endringer i livsstil er den beste gaven du kan gi deg selv," sier Chen. "Hvis du styrer livsstilen din, kan teknologi og medisin bli sekundære faktorer gjennom hele livet." På kort sikt viser dyre- og menneskestudier at livsstiler som støtter sunne døgnrytmer kan støtte årvåkenhet, motorisk koordinasjon, kardiovaskulær helse, immunfunksjon, tarmhelse, tanke og søvn. Det er bevis for å støtte en langsiktig reduksjon i risikoen for kronisk sykdom.

"Effektene av livsstilsendringer er kanskje ikke synlige på flere dager, men over tid vil fordelene være enorme."

Så hva slags livsstil må du ha for å synkronisere med døgnrytmene dine? Det første du må gjøre er å ta hensyn til biorytmene dine. Døgnrytmer, selv om de er bygget på samme grunnlag, varierer fra person til person på grunn av alder, genetiske og miljømessige forskjeller. Lerker liker morgenen bedre. Ugler foretrekker natten. Du må ta hensyn til kroppens naturlige tendenser ("kronotype") for å lykkes med å anvende kunnskapen om den nyeste vitenskapelige forskningen. Glem heller ikke at det ikke er noen ensartet tilnærming.

Den andre er å holde seg til en konsistent, rutinemessig timeplan hver dag, syv dager i uken. Dr. Yu snakker om "jetlag" (sosial jetlag) - når folk bryter timeplanen med atypiske vaner, som å spise og legge seg senere, våkne opp senere og trene på forskjellige dager i uken til forskjellige tider. Alle disse handlingene kan føre til de samme negative konsekvensene som å endre tidssoner. Jo mer og mer konsekvent du følger kuren, jo bedre vil kroppen hjelpe deg med dette.

For det tredje - ved å bruke kunnskapen oppnådd fra vitenskapelig forskning - er dataene om ernæring, søvn og trening detaljert nedenfor. Mange av livsstilsendringene som forskning har vist innebærer endringer i matvaner – for eksempel å spise en dårlig idé før sengetid. Det er fulle av negative helsekonsekvenser. Spis små måltider tidlig og sent på dagen, noe som er enkelt å prøve. Det samme gjelder søvn – du må følge regimet og sove minst 7-8 timer. I verste fall vil du føle deg uthvilt, og i beste fall vil du forbedre utsiktene dine til et sunt liv.

Det viktigste: søvn, mat og sport er grunnlaget for en sunn livsstil.

DRØM

Det viktigste du kan gjøre er å opprettholde en konsekvent søvn- og våkneplan og få nok søvn – 7-9 timers søvn regnes som normalt for en voksen. Forskningsfunn på søvnmangel og søvnforstyrrelser indikerer at søvnmangel og søvnforstyrrelser negativt påvirker humør, konsentrasjon og er assosiert med kronisk sykdom. Dessuten spekulerer noen forskere i at døgnkontinuerlig misforhold forårsaket av sosial jetlag kan være utbredt i det vestlige samfunnet og bidra til helseproblemer.

Så når bør du legge deg? Vanligvis begynner kroppen å produsere melatonin klokken 21.00. Dette er et signal - du må fullføre alt og gå i ro. Utskillelsen av melatonin slutter rundt 7:30 om morgenen, og i løpet av dagen er melatonin praktisk talt ikke tilstede i kroppen. Å justere personlige preferanser basert på dine naturlige tendenser er nøkkelen til å unngå søvnforstyrrelser (som å våkne opp under søvn) og opprettholde optimal helse.

Og til slutt, lys. Syklusen av dag og natt er ikke den eneste faktoren som påvirker menneskekroppen, siden vi hele tiden står overfor kunstig belysning, og likevel spiller den en hovedrolle. Å få nok naturlig lys tidlig på dagen og unngå unaturlig belysning (som blått lys fra en smarttelefonskjerm) om kveldene bidrar til å holde døgnrytmene dine sunne.

Nøkkelpunkter: Få nok søvn og sørg for at søvn- og våkentiden forblir den samme syv dager i uken. Hvis du har søvnmangel, kan du umiddelbart begynne å gjenopprette dietten, ellers risikerer du å sette helsen din i fare på lang sikt.

ERNÆRING

Generelt sett viser forskning at det er best å spise mat med høyt kaloriinnhold om morgenen. Prøv å spise kveldsmåltid i god tid før sengetid og mindre kaloririkt. Hvis du kan få alt gjort rundt 18:00 eller 19:00 og gi kroppen 12-14 timer til hvile, vil du se kortsiktige og langsiktige helsefordeler.

Til dels er faktum at leverens indre klokke ikke fungerer om natten. Leveren slutter å produsere enzymer for å omdanne kalorier til energi; i stedet produserer den enzymer for å lagre energi. Hvis du spiser mye før du legger deg, blir leveren din tvunget til å jobbe overtid og du ender opp med å spare mer energi enn du bruker.

En annen viktig avgjørelse du kan ta (foruten å spise sunt) er timing av ditt daglige måltid. Mens data fortsatt er begrenset, tyder dyrestudier og Dr. Pandas arbeid på at "tidsbegrenset spising" er en enkel og potensielt gunstig livsstilsendring. Den optimale løsningen avhenger av målet ditt. Men hvis målet er å forbedre din generelle helse, er det bedre å starte ved 8-9 timer. Men når det gjelder langsiktig etterlevelse, kan det være lurt å starte ved 10-12 timer.

Hovedpoeng: Spis mer i løpet av dagen, ikke før sengetid. For å forbedre helsen din, begynn å spise etter 10-12 timer.

SPORT

Mens noen studier viser at anaerobe ytelse topper om ettermiddagen, er det ingen konsensus blant eksperter om sammenhengen mellom døgnrytmer og trening – med unntak av tilstedeværelsen av en molekylær klokke i skjelettmuskulaturen.

Og, akkurat som effekten av belysning og måltidstider, spiller treningstiming også en viktig rolle for å opprettholde sunne døgnrytmer.

Det viktigste: tren regelmessig, og la anaerob aktivitet stå på ettermiddagen.

KONKLUSJON

Forskning på hvordan døgnrytmer fungerer er ganske grei."Den interne klokken er designet for å brenne energi i løpet av dagen og gjenopprette energi om natten," sier Y. Jo bedre timing, jo mindre slitasje på døgnklokken. Selv om den interne klokken er stabil, kan konsekvent forstyrrelse av kuren føre til langsiktige helseproblemer.

"Når vi er unge, kan kroppen håndtere mye," sier Yu. "Men det betyr ikke at alt er i orden. Det er som drivstofforbruk: du bruker for mye energi på arytmiske aktiviteter, noe som vil føre til problemer med funksjonen til døgnrytmer i fremtiden.”

Du vil ikke forkorte livet ditt med fem år ved å spise sent, men det er dedikerte timer i kroppen din for å beskytte helsen din og minimere forstyrrelser i fysiologien din. Vær snill og hensynsfull mot deg selv, så vil du se resultatet.