Endojen biyolojik ritimler nasıl çalışır?

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Makale, sirkadiyen ritimlerin çalışmasına ayrılmıştır - insanlar da dahil olmak üzere çoğu organizmanın özelliği olan yaklaşık 24 saatlik endojen biyolojik ritimler. Bu, makale potansiyel bir yaşam tarzı değişikliğinden söz etse de, yararlı ipuçlarının bir derlemesi değil, en son bilimsel araştırmaya genel bir bakış niteliğindedir. Bu inceleme kapsamlı değildir; yeni araştırma çalışmaları ortaya çıktıkça onu güncellemeye devam edeceğiz.

Ana fikir:

→ Tutarlı ve sağlıklı sirkadiyen ritimler, genel sağlığı iyileştirmenin yanı sıra kronik hastalıkların etkili bir şekilde önlenmesine yardımcı olabilir.

→ Uyumayı unutmayın: diyet, egzersiz ve diğer faktörler sirkadiyen ritimlerin nasıl çalıştığını etkiler.

→ Sirkadiyen ritim çalışmalarının özelliklerini inceleyin, "kronotipinizi" belirleyin, ardından edindiğiniz bilgileri bilimsel araştırmalarda belirtilen metodolojik önerilere uygulayın.

Bu makaledeki tavsiyelerden herhangi birini günlük rutininize dahil etmeden önce sağlık uzmanınıza danışın.

Makaleyi okumadan önce: kısa bir sözlük

1. Sirkadiyen: gündüz saatlerinin uzunluğundan bağımsız olarak yaklaşık 24 saatlik bir periyodu olan doğal olarak tekrar eden bir döngü; Latince dolaylarında ("o") ve diem'den ("gün").
2. Ritim sensörü: ışık veya sıcaklıktaki bir değişiklik gibi çevresel bir sinyal; Almanca zeit ("zaman") ve geber ("verici") kelimelerinden türetilmiştir.
3. Endojen: Vücutta iç faktörlerin neden olduğu ve dış etkilerden (kök neden) kaynaklanmayan patolojik bir süreç.
4. Sirkadiyen ritim ayarlaması: ritmik, fizyolojik veya davranışsal görevler çevredeki değişikliklerle eşleştiğinde gerçekleşir; sirkadiyen ritimlerin çevre ile etkileşimi.
5. Günlük: her gün; Latince ölür (gün) ve diurnus'tan (günlük).
6. Ana Saat: Hipotalamusta bulunan ve suprakiazmatik çekirdek (SCN) olarak da bilinen bir çift hücre popülasyonu; Bu hücreler sirkadiyen ritimleri kontrol eden genleri içerir.
7. Mutant gen: DNA dizisinde kalıcı değişiklik; aritmik sirkadiyen sendromlu hayvanlarda bir mutant geni tanımlayarak saat genlerinin mekanizmasını tanımak için kronobiyologlar tarafından kullanılır.

Geceleri fotosentez yapmaya çalışan bir bitki hayal edin: karanlıkta kısa bir drama. Texas Üniversitesi, Houston Sağlık Bilimleri Merkezi'nde (UTHealth) biyokimya ve hücre biyolojisi yardımcı doçenti olan Sally Yu, sert bir şekilde “Bitkiler yaşam ve ölümle ilgilenir” diyor. "Sirkadiyen ritimleri takip etmezlerse ölecekler." Ancak bir kişi için tahmin o kadar kasvetli olmayacak. Yu, "Saat genini (sirkadiyen ritimlerin çalışmasını düzenleyen önemli bir gen) çıkarsanız bile hemen ölmeyeceksiniz" diyor. "Ama acı çekeceksiniz." Olası sorunlar? Kalıcı psikolojik sorunlar ve diğer şeylerin yanı sıra artan kronik hastalık riski. Her şey senkronize olmadığında hayat zordur.

Yu'nun meslektaşı, aynı bölümde yardımcı doçent olan Jake Chen farklı şekilde söylüyor: “Sık sık her şeyin zamanında yapılması gerektiğini söylüyoruz. Ama bu bir abartı. Ama "her şeyin bir zamanı vardır" sözü öyle değildir. Ve bu doğrudan insan vücudu ile ilgilidir. Her hücrede, dokuda veya organda fizyolojik süreçler belirli bir zamanda gerçekleşir. Biyolojik saat bir tür zamanlayıcıdır - her şeyin düzgün çalıştığından emin olmamızı sağlayan bir mekanizma. Bu temel bir işlevdir.”

Chen ve Yu sirkadiyen ritimleri inceliyorlar - gezegenimizdeki tüm canlılar tarafından her gün takip edilen, vücudun yaklaşık 24 saatlik biyolojik ritimleri. Sirkadiyen ritimler veya sirkadiyen ritimler, gezegenimizdeki yaşamın milyonlarca yıllık gelişimi ile doğrudan ilişkilidir. Vücudun iç biyolojik saati ile çevrenin etkileşiminin bir ürünüdür - sadece güneş ışığı değil, davranışları belirleyen, hormon seviyelerini, uykuyu, vücut ısısını ve metabolizmayı düzenleyen diğer birçok faktör.

Sirkadiyen ritimleri kontrol eden ana saat olan "ana saat" veya suprakiazmatik çekirdek (SCN) olarak adlandırılan, genlerle dolu bir çift hücre popülasyonudur (Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 ve Cry2 dahil).), hipotalamusta bulunur. Moleküler düzeyde, böbreklerde, karaciğerde, pankreasta ve diğer organlarda saat geni izleri bulunur. SCN, vücuda çevresel sinyalleri planlama ve işleme talimatı veren CEO görevi görür. Howard Hughes Tıp Enstitüsü.)

Daha sonra göreceğimiz gibi, sirkadiyen ritimlere dikkat etmek vücudun günlük (fizyolojik ve psikolojik) işleyişini iyileştirir ve nihayetinde hem uzun vadede hem de kısa vadede sağlık durumunu etkiler. Sirkadiyen ritimlere dikkat etmek, Sally Yu'nun "güvenilir bir saat" dediği şeyi korurken, onları çalışır durumda tutar.

“Kronik hastalıkları önlemede sirkadiyen ritimlerin ne kadar önemli olduğunu, uzun vadede sağlık üzerinde ne gibi etkileri olduğunu, faydalı olup olmadığını ve nihayetinde yaşam beklentisini etkileyip etkilemediğini kesin olarak söyleyemem.”

Uzmanlar hakkında bilgi:

Bilim Adamı: Zheng "Jake" Chen

Eğitim: Doktora, Columbia Üniversitesi, New York

Görevi: Houston'daki Texas Sağlık Bilimleri Merkezi'nde Biyokimya ve Hücre Biyolojisi Bölümü'nde Yardımcı Doçent

Son yayınlanan makale: Küçük molekül Nobiletin, sirkadiyen ritimleri iyileştirmek ve metabolik sendroma karşı koruma sağlamak için moleküler osilatörü hedefler.

Araştırma alanı: Kronobiyoloji ve tıp için küçük moleküllü sondalar.

Bilim Adamı: Seung Hee "Sally" Yoo

Eğitim: Doktora, Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü

Görevi: Doçent, Biyokimya ve Hücre Biyolojisi Bölümü, Texas Üniversitesi Sağlık Bilimleri Merkezi, Houston

Son yayınlanan makale: Period2 3'-UTR ve microRNA-24, PERIOD2 protein birikimini baskılayarak sirkadiyen ritimleri düzenler. Ayrıca Sirkadiyen Sistemlerin Küçük Molekül Modülatörlerinin Gelişimi ve Terapötik Potansiyeli.

Araştırma alanı: Sirkadiyen ritimlerdeki temel hücresel mekanizmalar ve saatin fizyolojik ve patolojik rollerinin deşifre edilmesi.

TARİHÇE: SİRKADİK RİTMLERİN BİYOLOJİK GELİŞİMİNİN ANA AŞAMALARI

Sirkadiyen ritim çalışmaları hakkında bilinmesi gereken ilk şey (kronobiyologlar bunu yapar), nadir istisnalar dışında tüm organizmaların sirkadiyen ritimlerini takip ettiğidir. Nergislerden serçelere, zebralardan insanlara, gezegendeki neredeyse tüm canlı organizmalar güneş döngüsünü takip eder. 1729'da Fransız bilim adamı Jean-Jacques de Meran, Mimosa pudica bitkisinin endojen veya gömülü günlük yaprak hareketlerinin ilk gözlemini kaydetti. Bitki tamamen karanlıkta bile günlük ritmini takip etmeye devam etti. Bilim adamı, bitkinin yalnızca harici sinyallere veya ritim sensörüne değil, aynı zamanda kendi biyolojik saatine de bağlı olduğu sonucuna vardı.

Kronobiyoloji iki yüz yıl sonra, 20. yüzyılın ortalarında gelişti. Birçok bilim insanının, özellikle de "biyolojik saatin babası" Colin Pittendry'nin katkılarından etkilenmiştir. Pittendry, meyve sinekleri veya Drosophila üzerinde çalıştı ve sirkadiyen ritimlerin gündüz ve gece döngüsüyle nasıl etkileşime girdiğine veya senkronize olduğuna ışık tuttu. Pittendry'nin bir arkadaşı olan Jurgen Aschoff da gündüz ve gece döngüsü ile etkileşimi inceledi, ancak bilim adamları etkileşimin nasıl gerçekleştiği konusunda farklı sonuçlara vardılar (parametrik ve parametrik olmayan, bununla ilgili daha fazla bilgiyi burada ve burada okuyabilirsiniz). John Woodland Hastings ve meslektaşları, biyolüminesan dinoflagellatları (algler, bir plankton türü) inceleyerek ışığın sirkadiyen ritimlerdeki rolü hakkında temel keşifler yaptılar. Botanikçi Erwin Bunnig, organizmalar ve kesme döngüleri arasındaki ilişkiyi açıklayan etkileşim modellemesi üzerine temel araştırmalara da katkıda bulundu.

Kronobiyolojideki keşiflerin bir sonraki aşaması, sirkadiyen ritimlerin çalışmasının spesifik moleküler ve genetik mekanizmalarını birbirine bağladı. Bu, 1970'lerin başlarında meyve sineklerinin sirkadiyen ritimlerini kontrol eden spesifik genleri tanımlamaya çalışan Ron Konopka ve Seymour Benzer'in çalışmalarından gelir. Konopka ve Benzer, meyve sineklerinin sirkadiyen saatini bozan bir dönem olarak adlandırdıkları mutasyona uğramış bir genin keşfiyle tanınırlar. Davranışsal ritimlerin genetik belirleyicisi ilk kez bu şekilde keşfedildi. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young, dönem geninin çalışmasını moleküler düzeyde göstererek Konopka ve Benzer'in çalışmalarını başarıyla tamamladılar. Hall, Rosbash ve Young, 2017 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü aldı. Periyot genini izole ettiler ve ardından günlük saat sisteminin moleküler düzeyde nasıl çalıştığını gösterdiler.

Joseph Takahashi ve ekibi, 1994 yılında meyve sinekleri ve fareler üzerinde araştırma yaparken, memelilerde saat genleri keşfettiler ve onları "sirkadiyen saat mekanizmasının evrimsel olarak korunan bir özelliği" olarak tanımlayarak saatler olarak adlandırdılar. Hall, Rosbash, Young ve bilim adamı Michael Greenberg'in çalışmalarıyla birlikte saat geninin keşfi, kronobiyolojide bir dönüm noktasıydı. Birkaç yıl içinde, alt organizmalarda sirkadiyen ritimlerin çalışmasını sağlayan genler keşfedildi.

Bilim istikrarlı bir şekilde ilerliyor ve meyve sinekleri ve fareler üzerinde yapılan birçok çalışma, türler içinde saat genlerinin inanılmaz kalıcılığını gösterdi; bu, insanlar da dahil olmak üzere daha karmaşık organizmalarda sirkadiyen ritimleri kontrol eden benzer genlerin olduğu anlamına geliyor.

"Gün doğumu ve gün batımı hala sirkadiyen ritimleri etkileyen ana faktörlerdir, ancak diğer faktörler bilimsel araştırmalarda sürekli olarak izlenir."

SON ARAŞTIRMA: SİRKADYUM RİTMLERİNİN İNSAN SAĞLIĞI VE HASTALIKLARINDAKİ ROLÜ BELİRLENMESİ

Sirkadiyen ritimlerin biyolojisinin inanılmaz derecede karmaşık olduğunu belirtmek önemlidir - bu araştırma alanına adanmış birçok bilimsel dergi vardır. Sonuç olarak biyolojik saatin insan sağlığındaki rolüne ilişkin anlayışımız, hayvan çalışmalarının yanı sıra epidemiyolojik çalışmaların da sonucudur. Daha düşük organizmalarda yapılan çalışmalar, moleküler ve genetik mekanizmaların eylem halindeki çalışmalarını ortaya çıkarmaya yardımcı olur, ardından örneğin uyku bozukluğunun tip 2 diyabet, obezite ve bir dizi kardiyovasküler hastalık riskinin artmasına nasıl yol açtığı görülebilir.

Gerçekten de, en umut verici araştırma alanlarından biri uykudur. Günümüzde bilim adamları, uyku eksikliğini ve ardından sirkadiyen ritimlerin bozulmasını, obezite ve depresyonun yanı sıra çoğu kronik hastalığın gelişimi ile ilişkilendirmektedir. Araştırmalar, uyku eksikliğinin yüzleri tanıyamama gibi beklenmedik yan etkilere yol açabileceğini göstermiştir.

Sirkadiyen ritimlerin nasıl çalıştığını anlamak, gündüz ve gece döngüsüyle etkileşimin çok ötesine geçti. Y. Gün doğumu ve gün batımı sirkadiyen ritimler üzerinde hâlâ büyük bir etkiye sahip, ancak diğer faktörler araştırılıyor. Dr. Satchidananda Panda'nın diyet zamanlamasını sınırlamaya yönelik çalışması (yemek yeme süresinin sağlığı nasıl etkilediği) dahil olmak üzere, çok sayıda çalışma, diyetin iç saatle etkileşime giren önemli bir dış sinyal olduğunu göstermiştir.

Genel olarak, sirkadiyen ritimlerin hayati organların çalışmaları, metabolizma, bağışıklık, düşünce süreçleri vb. dahil olmak üzere insan vücudunun tüm fizyolojik yönlerinin çalışmalarını organize etmek için sistemik bir rol oynadığı artık açıktır. Dr. Yu'nun çalışması bu alanı genişletiyor. Araştırma - hastalarda ağrı ritimlerini incelemek için uzman bir kronik ağrı çalışmasıyla işbirliği yapıyor. Ayrıca, sirkadiyen ritimlerin çalışmasındaki (değişen zaman dilimlerinin kanser hücrelerinin büyümesi üzerindeki etkisi) rahatsızlıklarda kesme döngüsünün rolünü incelemek için çalışmalar devam etmektedir. Bunun gibi araştırmalar bize yaşam tarzı değişiklikleri yapmak için kullanılabilecek önemli yeni içgörüler sağlar - genel olarak ne zaman yemek yiyip yatacağınızı bilmek sağlık için önemlidir; ve hastalıkla birlikte, kazanılan bilgiler sirkadiyen ritimlerin çalışmasını düzenleyen ilaçların araştırılmasına uygulanabilir. Bilim adamlarının hala sağlık ve hastalıkla ilgili hemen hemen tüm alanlarda yapacak çok araştırmaları var.

TEMEL DÜŞÜNCE: SİRKADE RİTİMLERİ HAKKINDA BİLMEK NEDEN ÖNEMLİDİR?

Sirkadiyen ritimlerin nasıl çalıştığına dair farkındalık, hem kısa hem de uzun vadeli sağlık etkilerine sahip olabilir. Chen, “Yaşam tarzı değişiklikleri kendinize verebileceğiniz en iyi hediyedir” diyor. “Yaşam tarzınızı yönetirseniz, teknoloji ve tıp yaşamınız boyunca ikincil faktörler haline gelebilir.” Kısa vadede, hayvan ve insan çalışmaları, sağlıklı sirkadiyen ritimleri destekleyen yaşam tarzlarının uyanıklığı, motor koordinasyonu, kardiyovasküler sağlığı, bağışıklık fonksiyonunu, bağırsak sağlığını, düşünceyi ve uykuyu destekleyebileceğini gösteriyor. Kronik hastalık riskinde uzun vadeli bir azalmayı destekleyen kanıtlar vardır.

"Yaşam tarzı değişikliklerinin etkileri birkaç gün boyunca belirgin olmayabilir, ancak zamanla faydaları çok büyük olacaktır."

Peki sirkadiyen ritimlerinizle senkronize olmak için ne tür bir yaşam tarzına öncülük etmeniz gerekiyor? Yapılacak ilk şey bioritmlerinize dikkat etmektir. Sirkadiyen ritimler aynı temel üzerine inşa edilmiş olsa da yaş, genetik ve çevresel farklılıklar nedeniyle kişiden kişiye farklılık gösterir. Larks sabahı daha çok sever. Baykuşlar geceyi tercih eder. En son bilimsel araştırmaların bilgilerini başarılı bir şekilde uygulamak için vücudunuzun doğal eğilimlerine ("kronotip") dikkat etmeniz gerekir. Ayrıca, herkese uyan tek bir yaklaşım olmadığını unutmayın.

İkincisi, haftada yedi gün, her gün tutarlı, rutin bir programa bağlı kalmaktır. Yu, "jet lag" (sosyal jet lag) hakkında konuşuyor - insanlar, yemek yeme ve daha geç yatma, daha geç uyanma ve haftanın farklı günlerinde farklı zamanlarda egzersiz yapma gibi atipik alışkanlıklarla programlarını bozduğunda. Tüm bu eylemler, değişen saat dilimleriyle aynı olumsuz sonuçlara yol açabilir. Rejimi ne kadar tutarlı bir şekilde uygularsanız, vücudunuz bu konuda size o kadar iyi yardımcı olacaktır.

Üçüncüsü - bilimsel araştırmalardan elde edilen bilgilerin uygulanması - beslenme, uyku ve egzersiz ile ilgili veriler aşağıda detaylandırılmıştır. Araştırmaların gösterdiği yaşam tarzı değişikliklerinin çoğu, yeme alışkanlıklarındaki değişiklikleri içerir - örneğin, yatmadan önce kötü bir fikir yemek. Olumsuz sağlık sonuçlarıyla doludur. Denemek için yeterince kolay olan küçük öğünleri günün erken ve geç saatlerinde yiyin. Aynısı uyku için de geçerlidir - rejimi takip etmeli ve en az 7-8 saat uyumalısınız. En kötü ihtimalle dinlenmiş hissedeceksiniz ve en iyi ihtimalle sağlıklı bir yaşam için beklentilerinizi artıracaksınız.

Ana şey: uyku, yemek ve spor, sağlıklı bir yaşam tarzının temelidir.

RÜYA

Yapabileceğiniz en önemli şey, tutarlı bir uyku ve uyanma programı sürdürmek ve yeterince uyumaktır - bir yetişkin için 7-9 saat uyku normal kabul edilir. Uyku yoksunluğu ve uyku bozuklukları ile ilgili araştırma bulguları, uyku yoksunluğu ve uyku bozukluklarının ruh halini, konsantrasyonu olumsuz etkilediğini ve kronik hastalıklarla ilişkili olduğunu göstermektedir. Dahası, bazı bilim adamları, sosyal jetlag'ın neden olduğu sirkadiyen uyumsuzluğun Batı toplumunda yaygın olabileceğini ve sağlık sorunlarına katkıda bulunabileceğini düşünüyor.

Peki ne zaman yatmalısın? Tipik olarak, vücut melatonin üretmeye akşam 9:00'da başlar. Bu bir sinyal - her şeyi bitirmeniz ve dinlenmeniz gerekiyor. Sabah 7:30 civarında melatonin salgısı sona erer ve gün içerisinde melatonin vücutta pratik olarak yoktur. Kişisel tercihlerinizi doğal eğilimlerinize göre ayarlamak, uyku bozukluklarından kaçınmanın (uyku sırasında uyanma gibi) ve optimal sağlığı korumanın anahtarıdır.

Ve son olarak, ışık. Sürekli olarak yapay aydınlatma ile karşı karşıya kaldığımız için insan vücudunu etkileyen tek faktör gece ve gündüz döngüsü değildir ve yine de birincil rol oynar. Günün erken saatlerinde yeterli doğal ışık almak ve akşamları doğal olmayan aydınlatmadan (akıllı telefon ekranından gelen mavi ışık gibi) kaçınmak, sirkadiyen ritimlerinizi sağlıklı tutmanıza yardımcı olur.

Önemli noktalar: Yeterince uyuyun ve uyku ve uyanma saatinizin haftanın yedi günü aynı kaldığından emin olun. Uykusuz kalırsanız, hemen rejiminizi eski haline getirmeye başlayın, aksi takdirde uzun vadede sağlığınızı tehlikeye atma riskiyle karşı karşıya kalırsınız.

BESLENME

Genel olarak konuşursak, araştırmalar yüksek kalorili yiyecekler yemenin sabahları en iyisi olduğunu gösteriyor. Akşam yemeğinizi yatmadan önce ve daha az kalorili yemeye çalışın. Her şeyi 18:00 ya da 19:00 civarında halledebilir ve vücudunuza 12-14 saat dinlenmesini sağlayabilirseniz, kısa ve uzun vadeli sağlık yararlarını göreceksiniz.

Gerçek şu ki, karaciğerinizin iç saati geceleri çalışmıyor. Karaciğer, kalorileri enerjiye dönüştürmek için enzim üretmeyi durdurur; bunun yerine, enerji depolamak için enzimler üretir. Yatmadan önce çok yemek yerseniz, karaciğeriniz fazla mesai yapmak zorunda kalır ve harcadığınızdan daha fazla enerji tasarrufu sağlarsınız.

Verebileceğiniz bir diğer önemli karar (sağlıklı beslenmenin yanı sıra) günlük öğününüzü zamanlamaktır. Veriler hala sınırlı olsa da, hayvan çalışmaları ve Dr. Panda'nın çalışması, “zaman sınırlı yemek yemenin” kolay ve potansiyel olarak faydalı bir yaşam tarzı değişikliği olduğunu gösteriyor. En uygun çözüm, hedefinize bağlıdır. Ancak amaç genel sağlığınızı iyileştirmekse, 8-9 saatte başlamak daha iyidir. Ancak uzun süreli uyum açısından 10-12 saatte başlamak önerilebilir.

Anahtar nokta: Yatmadan önce değil, gün içinde daha fazla yiyin. Sağlığınızı iyileştirmek için 10-12 saatte yemeye başlayın.

SPOR

Bazı araştırmalar, anaerobik performansın öğleden sonra zirve yaptığını gösterse de, iskelet kasında moleküler bir saatin varlığı dışında, sirkadiyen ritimler ve egzersiz arasındaki bağlantı konusunda uzmanlar arasında bir fikir birliği yoktur.

Ve tıpkı aydınlatma ve yemek zamanlarının etkileri gibi, egzersiz zamanlaması da sağlıklı sirkadiyen ritimlerin korunmasında önemli bir rol oynar.

Ana şey: düzenli egzersiz yapın ve anaerobik aktiviteyi öğleden sonraya bırakın.

ÇÖZÜM

Sirkadiyen ritimlerin nasıl çalıştığına dair araştırmalar oldukça basittir. Y, "Dahili saatiniz gün boyunca enerji yakmak ve gece enerjiyi geri kazanmak için tasarlanmıştır" diyor. Dahili saat sabit olmasına rağmen, rejimin sürekli olarak bozulması uzun vadeli sağlık sorunlarına yol açabilir.

"Gençken vücut pek çok şeyi kaldırabilir" diyor Yu, "Ama bu her şeyin yolunda olduğu anlamına gelmez. Yakıt tüketimi gibi: aritmik faaliyetlere çok fazla enerji harcıyorsunuz, bu da gelecekte sirkadiyen ritimlerin işleyişinde sorunlara yol açacaktır.”

Geç yemek yiyerek hayatınızı beş yıl kısaltamazsınız, ancak sağlığınızı korumak ve fizyolojinizdeki bozulmayı en aza indirmek için vücudunuzda ayrılmış saatler vardır. Kendinize karşı nazik ve düşünceli olun, sonucu göreceksiniz.