Hvordan endogene biologiske rytmer fungerer

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Artiklen er helliget arbejdet med døgnrytmer - endogene biologiske rytmer med en periode på omkring 24 timer, karakteristisk for de fleste organismer, inklusive mennesker. Dette er en oversigt over den seneste videnskabelige forskning, ikke en samling nyttige tips, selvom artiklen taler om en potentiel livsstilsændring. Denne gennemgang er ikke udtømmende; vi vil fortsætte med at opdatere den, efterhånden som nye forskningsstudier dukker op.

Det vigtigste:

→ Konsekvente og sunde døgnrytmer kan hjælpe med at forbedre det generelle helbred samt effektiv forebyggelse af kronisk sygdom.

→ Husk at sove: kost, motion og andre faktorer påvirker, hvordan døgnrytmer fungerer.

→ Undersøg de særlige forhold ved arbejdet med døgnrytmer, bestem din "kronotype", og anvend derefter den opnåede viden til de metodiske anbefalinger, der er angivet i videnskabelig forskning.

Før du inkorporerer nogen af rådene i denne artikel i din daglige rutine, skal du kontakte din sundhedspersonale.

Før du læser artiklen: en kort ordliste

1. Circadian: en naturligt tilbagevendende cyklus med en periode på omkring 24 timer, uanset længden af dagslystimerne; fra det latinske circa ("o") og diem ("dag").
2. Rytmesensor: et miljøsignal, såsom en ændring i lys eller temperatur; fra tysk zeit ("tid") og geber ("giver").
3. Endogen: en patologisk proces i kroppen forårsaget af interne faktorer, og ikke forårsaget af ydre påvirkninger (grundårsag).
4. Døgnrytmejustering: opstår, når rytmiske, fysiologiske eller adfærdsmæssige opgaver matcher ændringer i miljøet; interaktion af døgnrytmer med omgivelserne.
5. Dagligt: hver dag; fra latin dies (dag) og og diurnus (daglig).
6. Master Clock: Et par cellepopulationer fundet i hypothalamus, også kendt som den suprachiasmatiske kerne (SCN); Disse celler indeholder gener, der styrer døgnrytmerne.
7. Mutant gen: permanent ændring i DNA-sekvensen; bruges af kronobiologer til at genkende mekanismen af urgener ved at identificere et mutantgen hos dyr med arytmisk døgnrytmesyndrom.

Forestil dig en plante, der forsøger at fotosyntetisere om natten: et kort drama i mørket. "Planter beskæftiger sig med liv og død," siger Sally Yu, assisterende professor i biokemi og cellebiologi ved University of Texas i Houston Health Sciences Center (UTHealth), dystert. "Hvis de ikke følger døgnrytmen, vil de dø." Men for en person vil prognosen ikke være så dyster. "Selv hvis du fjerner urgenet (et vigtigt gen, der regulerer arbejdet med døgnrytmer), vil du ikke dø med det samme," siger Yu. "Men du vil lide." Sandsynlige problemer? Vedvarende psykiske problemer og blandt andet øget risiko for kroniske sygdomme. Livet er hårdt, når alt er ude af sync.

Yus kollega, Jake Chen, en adjunkt i samme afdeling, siger anderledes:”Vi siger ofte, at alt skal gøres til tiden. Men dette er en overdrivelse. Men sætningen "alt har sin tid" er det ikke. Og dette er direkte relateret til den menneskelige krop. I hver enkelt celle, væv eller organ sker fysiologiske processer på et bestemt tidspunkt. Det biologiske ur er en slags timer – en mekanisme, hvormed vi kan sikre os, at alt fungerer korrekt. Dette er en grundlæggende funktion."

Chen og Yu studerer døgnrytmer – kroppens biologiske rytmer med en periode på omkring 24 timer, som hver dag følges af alt levende på vores planet. Cirkadiske rytmer eller døgnrytmer er direkte relateret til millioner af års udvikling af liv på vores planet. Det er et produkt af samspillet mellem kroppens indre biologiske ur og miljøet – ikke kun sollys, men mange andre faktorer bestemmer adfærd, regulerer hormonniveauer, søvn, kropstemperatur og stofskifte.

Det såkaldte "master clock" eller suprachiasmatic nucleus (SCN), master-uret, der styrer døgnrytmer, er et par cellepopulationer fyldt med gener (inklusive Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 og Cry2), placeret i hypothalamus. På molekylært niveau findes urgenspor i nyrerne, leveren, bugspytkirtlen og andre organer. SCN fungerer som administrerende direktør, der instruerer kroppen i at overholde tidsplanen og behandle miljøsignaler. Howard Hughes Medical Institute.)

Som vi vil se senere, forbedrer opmærksomhed på døgnrytmer kroppens daglige (fysiologiske og psykologiske) funktion og påvirker i sidste ende sundhedstilstanden, både på lang sigt og på kort sigt. At tage sig af døgnrytmer holder dem i gang, mens de bevarer det, Sally Yu kalder et "pålideligt ur".

"Jeg kan ikke med sikkerhed sige, hvor vigtige døgnrytmer er for at forebygge kronisk sygdom, hvilken indvirkning det har på helbredet på lang sigt, om det er gavnligt og i sidste ende påvirker den forventede levetid."

Oplysninger om eksperter:

Videnskabsmand: Zheng "Jake" Chen

Uddannelse: PhD, Columbia University, New York

Stilling: Adjunkt i Institut for Biokemi og Cellebiologi ved University of Texas Health Sciences Center i Houston

Sidst offentliggjorte artikel: Det lille molekyle Nobiletin retter sig mod den molekylære oscillatoren for at forbedre døgnrytmen og beskytte mod metabolisk syndrom.

Forskningsområde: Små molekylesonder til kronobiologi og medicin.

Videnskabsmand: Seung Hee "Sally" Yoo

Uddannelse: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Stilling: Lektor, Institut for Biokemi og Cellebiologi, University of Texas Health Sciences Center i Houston

Sidst publiceret artikel: Period2 3'-UTR og microRNA-24 regulerer døgnrytmer ved at undertrykke PERIOD2 proteinakkumulering. Også udvikling og terapeutisk potentiale af småmolekylære modulatorer af døgnrytmesystemer.

Forskningsområde: Fundamentale cellulære mekanismer i døgnrytme og dechifrering af urets fysiologiske og patologiske roller.

HISTORIE: HOVEDSTEDER I BIOLOGISK UDVIKLING AF CIRKADISKE RYTMER

Den første ting at vide om studiet af døgnrytmer (kronobiologer gør dette) er, at med sjældne undtagelser følger alle organismer deres døgnrytme. Fra påskeliljer til spurve, fra zebraer til mennesker, følger stort set alle levende organismer på planeten solcyklussen. I 1729 registrerede den franske videnskabsmand Jean-Jacques de Meran den første observation af endogene eller indlejrede daglige bladbevægelser af Mimosa pudica-planten. Selv i fuldstændig mørke fortsatte planten med at følge sin daglige rytme. Forskeren konkluderede, at planten ikke kun er afhængig af eksterne signaler eller en rytmesensor, men også på sit eget indre biologiske ur.

Kronobiologien blomstrede to hundrede år senere, i midten af det 20. århundrede. Påvirket af bidraget fra en række videnskabsmænd, især Colin Pittendry, "det biologiske urs fader." Pittendry studerede frugtfluer eller Drosophila og kastede lys over, hvordan døgnrytmer interagerer eller synkroniserer med cyklussen af dag og nat. Jurgen Aschoff, en ven af Pittendry, studerede også interaktion med dag- og natcyklussen, men forskerne kom til forskellige konklusioner om, hvordan interaktionen opstår (parametrisk og ikke-parametrisk, du kan læse mere om det her og her). John Woodland Hastings og hans kolleger gjorde fundamentale opdagelser om lysets rolle i døgnrytmer ved at studere bioluminescerende dinoflagellater (alger, en planktonart). Botaniker Erwin Bunnig bidrog også til grundforskning i interaktionsmodellering og beskrev forholdet mellem organismer og afskæringscyklusser.

Den næste fase af opdagelser i kronobiologi forbandt de specifikke molekylære og genetiske mekanismer i arbejdet med døgnrytmer. Dette følger af Ron Konopka og Seymour Benzers arbejde, som i begyndelsen af 1970'erne forsøgte at identificere specifikke gener, der styrer frugtfluernes døgnrytme. Konopka og Benzer er krediteret for opdagelsen af et muteret gen, som de kaldte en periode, der forstyrrer det cirkadiske ur for frugtfluer. Sådan blev den genetiske determinant af adfærdsrytmer først opdaget. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash og Michael W. Young har med succes suppleret Konopka og Benzers arbejde ved at vise periodens gens arbejde på molekylært niveau. Hall, Rosbash og Young modtog Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2017. De isolerede periodegenet og viste derefter, hvordan det daglige ursystem fungerer på molekylært niveau.

Mens de forskede på frugtfluer og mus i 1994, opdagede Joseph Takahashi og hans team urgener hos pattedyr og kaldte dem ure, og beskrev dem som "et evolutionært bevaret træk ved den cirkadiske urmekanisme." Opdagelsen af urgenet sammen med Hall, Rosbash, Youngs og videnskabsmanden Michael Greenbergs arbejde var et skelsættende øjeblik i kronobiologien. Inden for få år blev der opdaget gener, der sikrer arbejdet med døgnrytmer i lavere organismer.

Videnskaben går støt frem, og mange undersøgelser i frugtfluer og mus har påvist den fantastiske vedholdenhed af urgener inden for arter, hvilket betyder, at der er lignende gener, der styrer døgnrytmer i mere komplekse organismer, inklusive mennesker.

"Solopgang og solnedgang er stadig de vigtigste faktorer, der påvirker døgnrytmer, men andre faktorer overvåges løbende i videnskabelig forskning."

SENESTE FORSKNING: BESTEMMELSE AF CIRCADIUMRYTMERS ROLLE I MENNESKERS SUNDHED OG SYGDOMME

Det er vigtigt at bemærke, at biologien af cirkadiske rytmer er utrolig kompleks - der er mange videnskabelige tidsskrifter dedikeret til dette forskningsområde. Som følge heraf er vores forståelse af det biologiske urs rolle i menneskers sundhed resultatet af epidemiologiske undersøgelser såvel som dyreforsøg. Undersøgelser i lavere organismer er med til at afsløre arbejdet med molekylære og genetiske mekanismer i aktion, hvorefter det kan ses, hvordan fx søvnforstyrrelser fører til øget risiko for type 2-diabetes, overvægt og en række hjerte-kar-sygdomme.

Et af de mest lovende forskningsområder er faktisk søvn. Forskere forbinder i dag mangel på søvn og efterfølgende forstyrrelse af døgnrytmer med udviklingen af fedme og depression samt de fleste kroniske sygdomme. Forskning har vist, at mangel på søvn kan føre til uventede bivirkninger, såsom manglende evne til at genkende ansigter.

At forstå, hvordan døgnrytmer fungerer, er også gået langt ud over at interagere med cyklussen af dag og nat. "Der er sociale signaler, mad- og træningssignaler - de er meget forskellige," siger Y. Solopgang og solnedgang har stadig stor indflydelse på døgnrytmen, men andre faktorer er ved at blive undersøgt. En stor mængde arbejde har vist, at kost er et vigtigt eksternt signal, der interagerer med det indre ur, herunder Dr. Satchidananda Pandas arbejde med at begrænse kosttiming (hvordan spisetid påvirker sundheden).

Generelt er det nu klart, at døgnrytmer spiller en systemisk rolle for at organisere arbejdet i alle fysiologiske aspekter af den menneskelige krop, herunder arbejdet med vitale organer, stofskifte, immunitet, tankeprocesser osv. Dr. Yus arbejde udvider området af forskning - hun samarbejder med et specialiseret kronisk smertestudie for at studere smerterytmer hos patienter. Der arbejdes også på at studere afskæringscyklussens rolle ved forstyrrelser i arbejdet med døgnrytmer (virkningen af at ændre tidszoner på væksten af kræftceller). Forskning som denne giver os vigtig ny indsigt, som kan bruges til at lave livsstilsændringer - at vide, hvornår vi skal spise og gå i seng generelt, er vigtigt for helbredet; og med sygdom kan den opnåede viden anvendes til at søge efter lægemidler, der regulerer arbejdet med døgnrytmer. Forskere har stadig en masse forskning at lave på næsten alle områder relateret til sundhed og sygdom.

GRUNDLÆGGENDE TANKE: HVORFOR ER DET VIGTIGT AT VIDE OM CIRKADEREYTMER?

Bevidsthed om, hvordan døgnrytmer fungerer, kan have både kortsigtede og langsigtede sundhedseffekter. "Livsstilsændringer er den bedste gave, du kan give dig selv," siger Chen. "Hvis du styrer din livsstil, kan teknologi og medicin blive sekundære faktorer gennem dit liv." På kort sigt viser dyre- og menneskeundersøgelser, at livsstil, der understøtter sunde døgnrytmer, kan understøtte årvågenhed, motorisk koordination, kardiovaskulær sundhed, immunfunktion, tarmsundhed, tanke og søvn. Der er evidens for at understøtte en langsigtet reduktion af risikoen for kronisk sygdom.

"Effekterne af livsstilsændringer er måske ikke synlige i flere dage, men over tid vil fordelene være enorme."

Så hvilken slags livsstil skal du føre for at synkronisere med dine døgnrytmer? Den første ting at gøre er at være opmærksom på dine biorytmer. Døgnrytmer, selvom de er bygget på samme grundlag, varierer fra person til person på grund af alder, genetiske og miljømæssige forskelle. Lærker kan bedre lide morgenen. Ugler foretrækker natten. Du skal være opmærksom på din krops naturlige tendenser ("kronotype") for at kunne anvende viden om den nyeste videnskabelige forskning. Glem heller ikke, at der ikke er en ensartet tilgang.

Den anden er at holde sig til en konsekvent, rutinemæssig tidsplan hver dag, syv dage om ugen. Dr. Yu taler om "jetlag" (socialt jetlag) - når folk bryder deres tidsplan med atypiske vaner, såsom at spise og gå i seng senere, vågne op senere og træne på forskellige dage i ugen på forskellige tidspunkter. Alle disse handlinger kan føre til de samme negative konsekvenser som at ændre tidszoner. Jo mere og mere konsekvent du følger kuren, jo bedre vil din krop hjælpe dig med dette.

For det tredje - ved at anvende viden opnået fra videnskabelig forskning - er dataene om ernæring, søvn og motion beskrevet detaljeret nedenfor. Mange af de livsstilsændringer, som forskning har vist, involverer ændringer i spisevaner – for eksempel at spise en dårlig idé inden sengetid. Det er fyldt med negative sundhedsmæssige konsekvenser. Spis små måltider tidligt og sent på dagen, hvilket er nemt nok at prøve. Det samme gælder søvn – du skal følge regimet og sove mindst 7-8 timer. I værste fald vil du føle dig udhvilet, og i bedste fald vil du forbedre dine udsigter til et sundt liv.

Det vigtigste: søvn, mad og sport er grundlaget for en sund livsstil.

DRØM

Det vigtigste du kan gøre er at opretholde et konsekvent søvn- og vågneskema og få nok søvn – 7-9 timers søvn anses for normalt for en voksen. Forskningsresultater om søvnmangel og søvnforstyrrelser indikerer, at søvnmangel og søvnforstyrrelser negativt påvirker humør, koncentration og er forbundet med kronisk sygdom. Hvad mere er, spekulerer nogle forskere i, at cirkadisk mismatch forårsaget af social jetlag kan være udbredt i det vestlige samfund og bidrage til sundhedsproblemer.

Så hvad tid skal du gå i seng? Typisk begynder kroppen at producere melatonin kl. 21.00. Dette er et signal - du skal afslutte alt og gå til ro. Udskillelsen af melatonin slutter omkring 7:30 om morgenen, og i løbet af dagen er melatonin praktisk talt ikke til stede i kroppen. Justering af personlige præferencer baseret på dine naturlige tendenser er nøglen til at undgå søvnforstyrrelser (såsom at vågne op under søvn) og bevare et optimalt helbred.

Og endelig lys. Cyklussen af dag og nat er ikke den eneste faktor, der påvirker den menneskelige krop, da vi konstant står over for kunstig belysning, og alligevel spiller den en primær rolle. At få nok naturligt lys tidligt på dagen og undgå unaturlig belysning (såsom blåt lys fra en smartphoneskærm) om aftenen hjælper med at holde dine døgnrytmer sunde.

Nøglepunkter: Få nok søvn, og sørg for, at din søvn og vågnetid forbliver den samme syv dage om ugen. Hvis du har søvnmangel, skal du straks begynde at genoprette din kur, ellers risikerer du at bringe dit helbred i fare på lang sigt.

ERNÆRING

Generelt viser forskning, at det er bedst at spise mad med højt kalorieindhold om morgenen. Prøv at få dit aftensmåltid i god tid før sengetid og mindre kaloriefyldt. Hvis du kan få alt gjort omkring kl. 18.00 eller 19.00 og give din krop 12-14 timer til at hvile, vil du se kortsigtede og langsigtede sundhedsmæssige fordele.

Til dels er faktum, at din levers indre ur ikke fungerer om natten. Leveren holder op med at producere enzymer til at omdanne kalorier til energi; i stedet producerer det enzymer til at lagre energi. Hvis du spiser meget før sengetid, er din lever tvunget til at arbejde over, og du ender med at spare mere energi, end du bruger.

En anden vigtig beslutning, du kan tage (udover at spise sundt) er timing af dit daglige måltid. Mens data stadig er begrænsede, tyder dyreforsøg og Dr. Pandas arbejde på, at "tidsbegrænset spisning" er en nem og potentielt gavnlig livsstilsændring. Den optimale løsning afhænger af dit mål. Men hvis målet er at forbedre dit generelle helbred, så er det bedre at starte ved 8-9 timer. Men med hensyn til langsigtet compliance kan det være tilrådeligt at starte ved 10-12 timer.

Nøglepunkt: Spis mere i løbet af dagen, ikke før sengetid. For at forbedre dit helbred skal du begynde at spise efter 10-12 timer.

SPORT

Mens nogle undersøgelser viser, at den anaerobe præstation topper om eftermiddagen, er der ingen konsensus blandt eksperter om sammenhængen mellem døgnrytmer og træning – med undtagelse af tilstedeværelsen af et molekylært ur i skeletmuskulaturen.

Og ligesom effekterne af belysning og spisetider, spiller træningstiming også en vigtig rolle i at opretholde sunde døgnrytmer.

Det vigtigste: Træn regelmæssigt, og lad anaerob aktivitet stå om eftermiddagen.

KONKLUSION

Forskning i, hvordan døgnrytmer fungerer, er ret ligetil."Dit indre ur er designet til at forbrænde energi i løbet af dagen og genoprette energi i løbet af natten," siger Y. Jo bedre timing, jo mindre slid på døgnuret. Selvom det indre ur er stabilt, kan konsekvent forstyrrelse af kuren føre til langsigtede helbredsproblemer.

"Når vi er unge, kan kroppen klare meget," siger Yu. "Men det betyder ikke, at alt er okay. Det er ligesom brændstofforbrug: du bruger for meget energi på arytmiske aktiviteter, hvilket vil føre til problemer med funktionen af døgnrytmer i fremtiden."

Du vil ikke forkorte dit liv med fem år ved at spise sent, men der er dedikerede timer i din krop til at beskytte dit helbred og minimere forstyrrelser i din fysiologi. Vær venlig og hensynsfuld over for dig selv, og du vil se resultatet.