Bagaimana irama biologi endogen berfungsi

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Artikel itu dikhaskan untuk kerja irama sirkadian - irama biologi endogen dengan tempoh kira-kira 24 jam, ciri kebanyakan organisma, termasuk manusia. Ini ialah gambaran keseluruhan penyelidikan saintifik terkini, bukan koleksi petua yang berguna, walaupun artikel itu bercakap tentang kemungkinan perubahan gaya hidup. Semakan ini tidak menyeluruh; kami akan terus mengemas kininya apabila kajian penyelidikan baharu muncul.

Perkara utama:

→ Irama sirkadian yang konsisten dan sihat boleh membantu meningkatkan kesihatan keseluruhan serta pencegahan penyakit kronik yang berkesan.

→ Ingat untuk tidur: diet, senaman dan faktor lain mempengaruhi cara irama sirkadian berfungsi.

→ Kaji keanehan kerja irama sirkadian, tentukan "kronotaip" anda, kemudian gunakan pengetahuan yang diperoleh pada cadangan metodologi yang ditunjukkan dalam penyelidikan saintifik.

Sebelum memasukkan mana-mana nasihat dalam artikel ini ke dalam rutin harian anda, semak dengan profesional penjagaan kesihatan anda.

Sebelum membaca artikel: glosari pendek

1. Sirkadian: kitaran berulang secara semula jadi dengan tempoh kira-kira 24 jam, tanpa mengira panjang waktu siang; daripada bahasa Latin circa ("o") dan diem ("hari").
2. Penderia irama: isyarat persekitaran, seperti perubahan cahaya atau suhu; daripada zeit Jerman ("masa") dan geber ("pemberi").
3. Endogenous: proses patologi dalam badan yang disebabkan oleh faktor dalaman, dan bukan disebabkan oleh pengaruh luaran (punca akar).
4. Pelarasan irama sirkadian: berlaku apabila tugas berirama, fisiologi atau tingkah laku sepadan dengan perubahan dalam persekitaran; interaksi irama sirkadian dengan persekitaran.
5. Harian: setiap hari; daripada bahasa Latin dies (hari) dan dan diurnus (harian).
6. Jam Induk: Sepasang populasi sel yang terdapat dalam hipotalamus, juga dikenali sebagai nukleus supraciasmatic (SCN); Sel-sel ini mengandungi gen yang mengawal irama sirkadian.
7. Gen mutan: perubahan kekal dalam urutan DNA; digunakan oleh ahli kronobiologi untuk mengenali mekanisme gen jam dengan mengenal pasti gen mutan pada haiwan dengan sindrom sirkadian arrhythmic.

Bayangkan tumbuhan cuba berfotosintesis pada waktu malam: drama pendek dalam gelap. "Tumbuhan berurusan dengan hidup dan mati," kata Sally Yu, penolong profesor biokimia dan biologi sel di Universiti Texas di Pusat Sains Kesihatan Houston (UTHealth), dengan muram. "Jika mereka tidak mengikut irama sirkadian, mereka akan mati." Tetapi bagi seseorang, ramalan tidak akan begitu suram. "Walaupun anda mengeluarkan gen jam (gen penting yang mengawal kerja irama sirkadian), anda tidak akan mati serta-merta," kata Yu. "Tetapi anda akan menderita." Mungkin masalah? Masalah psikologi yang berterusan dan, antara lain, peningkatan risiko penyakit kronik. Hidup ini sukar apabila semuanya tidak selari.

Rakan sekerja Yu, Jake Chen, penolong profesor di jabatan yang sama, berkata secara berbeza: “Kami sering mengatakan bahawa segala-galanya perlu dilakukan mengikut jadual. Tetapi ini adalah keterlaluan. Tetapi frasa "semuanya ada masanya" tidak. Dan ini secara langsung berkaitan dengan tubuh manusia. Dalam setiap sel, tisu atau organ, proses fisiologi berlaku pada masa tertentu. Jam biologi adalah sejenis pemasa - mekanisme yang membolehkan kita memastikan semuanya berfungsi dengan baik. Ini adalah fungsi asas.”

Chen dan Yu mengkaji irama sirkadian - irama biologi badan dengan tempoh kira-kira 24 jam, yang diikuti setiap hari oleh semua makhluk hidup di planet kita. Irama sirkadian atau irama sirkadian berkaitan secara langsung dengan berjuta-juta tahun perkembangan kehidupan di planet kita. Ia adalah produk interaksi jam biologi dalaman badan dan persekitaran - bukan sahaja cahaya matahari, tetapi banyak faktor lain menentukan tingkah laku, mengawal tahap hormon, tidur, suhu badan dan metabolisme.

Apa yang dipanggil "jam induk" atau nukleus suprachiasmatic (SCN), jam induk yang mengawal irama sirkadian, ialah sepasang populasi sel yang diisi dengan gen (termasuk Jam, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 dan Cry2), terletak di hipotalamus. Di peringkat molekul, kesan gen jam ditemui dalam buah pinggang, hati, pankreas dan organ lain. SCN bertindak sebagai CEO yang mengarahkan badan untuk mematuhi jadual dan memproses isyarat persekitaran. Howard Hughes Medical Institute.)

Seperti yang akan kita lihat kemudian, memberi perhatian kepada irama sirkadian meningkatkan fungsi harian (fisiologi dan psikologi) badan dan, akhirnya, menjejaskan keadaan kesihatan, baik dalam jangka panjang dan jangka pendek. Menjaga irama sirkadian memastikan mereka berfungsi sambil mengekalkan apa yang Sally Yu panggil sebagai "jam tangan yang boleh dipercayai."

"Saya tidak boleh mengatakan dengan pasti betapa pentingnya irama sirkadian dalam mencegah penyakit kronik, apakah kesannya terhadap kesihatan dalam jangka panjang, sama ada ia bermanfaat dan akhirnya menjejaskan jangka hayat."

Maklumat tentang pakar:

Saintis: Zheng "Jake" Chen

Pendidikan: PhD, Universiti Columbia, New York

Jawatan: Penolong Profesor di Jabatan Biokimia dan Biologi Sel di Pusat Sains Kesihatan Universiti Texas di Houston

Artikel yang diterbitkan terakhir: Molekul kecil Nobiletin menyasarkan pengayun molekul untuk meningkatkan irama sirkadian dan melindungi daripada sindrom metabolik.

Bidang penyelidikan: Probe molekul kecil untuk kronobiologi dan perubatan.

Saintis: Seung Hee "Sally" Yoo

Pendidikan: PhD, Institut Sains dan Teknologi Korea

Jawatan: Profesor Madya, Jabatan Biokimia dan Biologi Sel, Pusat Sains Kesihatan Universiti Texas di Houston

Artikel yang diterbitkan terakhir: Period2 3'-UTR dan microRNA-24 mengawal irama sirkadian dengan menekan pengumpulan protein PERIOD2. Juga Pembangunan dan Potensi Terapeutik Modulator Molekul Kecil Sistem Sirkadian.

Bidang penyelidikan: Mekanisme selular asas dalam irama sirkadian dan mentafsir peranan fisiologi dan patologi jam.

SEJARAH: PERINGKAT UTAMA PERKEMBANGAN BIOLOGI Irama SIRKAD

Perkara pertama yang perlu diketahui tentang kajian irama sirkadian (ahli kronobiologi melakukan ini) ialah, dengan pengecualian yang jarang berlaku, semua organisma mengikut irama sirkadian mereka. Daripada daffodil kepada burung pipit, daripada zebra kepada manusia, hampir semua organisma hidup di planet ini mengikuti kitaran suria. Pada tahun 1729, saintis Perancis Jean-Jacques de Meran merekodkan pemerhatian pertama pergerakan daun diurnal endogen atau terbenam tumbuhan Mimosa pudica. Walaupun dalam kegelapan sepenuhnya, tumbuhan itu terus mengikut rentak hariannya. Para saintis menyimpulkan bahawa tumbuhan itu bukan sahaja bergantung pada isyarat luaran atau sensor irama, tetapi juga pada jam biologi dalamannya sendiri.

Kronobiologi berkembang dua ratus tahun kemudian, pada pertengahan abad ke-20. Terjejas oleh sumbangan sebilangan saintis, khususnya Colin Pittendry, "bapa jam biologi." Pittendry mengkaji lalat buah atau Drosophila dan menerangkan cara irama sirkadian berinteraksi atau menyegerakkan dengan kitaran siang dan malam. Jurgen Aschoff, rakan Pittendry, juga mengkaji interaksi dengan kitaran siang dan malam, tetapi saintis membuat kesimpulan yang berbeza tentang bagaimana interaksi itu berlaku (parametrik dan bukan parametrik, anda boleh membaca lebih lanjut mengenainya di sini dan di sini). John Woodland Hastings dan rakan-rakannya membuat penemuan asas tentang peranan cahaya dalam irama sirkadian dengan mengkaji dinoflagellat biluminescent (alga, spesies plankton). Ahli botani Erwin Bunnig juga menyumbang kepada penyelidikan asas mengenai pemodelan interaksi, menerangkan hubungan antara organisma dan kitaran terputus.

Tahap penemuan seterusnya dalam kronobiologi menghubungkan mekanisme molekul dan genetik khusus kerja irama sirkadian. Ini berikutan daripada karya Ron Konopka dan Seymour Benzer, yang pada awal 1970-an berusaha untuk mengenal pasti gen tertentu yang mengawal irama sirkadian lalat buah. Konopka dan Benzer dikreditkan dengan penemuan gen bermutasi, yang mereka panggil tempoh yang mengganggu jam sirkadian lalat buah. Inilah cara penentu genetik irama tingkah laku pertama kali ditemui. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash, dan Michael W. Young telah berjaya melengkapkan kerja Konopka dan Benzer dengan menunjukkan kerja gen tempoh di peringkat molekul. Hall, Rosbash dan Young menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan pada 2017. Mereka mengasingkan gen tempoh dan kemudian menunjukkan bagaimana sistem jam harian berfungsi pada tahap molekul.

Semasa menjalankan penyelidikan mengenai lalat buah dan tikus pada tahun 1994, Joseph Takahashi dan pasukannya menemui gen jam dalam mamalia dan memanggilnya jam, menggambarkannya sebagai "ciri evolusi mekanisme jam sirkadian." Penemuan gen jam, bersama-sama dengan kerja Hall, Rosbash, Young, dan saintis Michael Greenberg, merupakan detik aliran dalam kronobiologi. Dalam beberapa tahun, gen ditemui yang memastikan kerja irama sirkadian dalam organisma yang lebih rendah.

Sains semakin maju, dan banyak kajian dalam lalat buah dan tikus telah menunjukkan kegigihan gen jam yang menakjubkan dalam spesies, yang bermaksud bahawa terdapat gen serupa yang mengawal irama sirkadian dalam organisma yang lebih kompleks, termasuk manusia.

"Matahari terbit dan terbenam masih merupakan faktor utama yang mempengaruhi irama sirkadian, tetapi faktor lain sentiasa dipantau dalam penyelidikan saintifik."

PENYELIDIKAN TERKINI: MENENTUKAN PERANAN RITMA SIRKADIUM DALAM KESIHATAN DAN PENYAKIT MANUSIA

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa biologi irama sirkadian adalah sangat kompleks - terdapat banyak jurnal saintifik yang didedikasikan untuk bidang penyelidikan ini. Akibatnya, pemahaman kita tentang peranan jam biologi dalam kesihatan manusia adalah hasil kajian epidemiologi dan juga kajian haiwan. Kajian dalam organisma yang lebih rendah membantu mendedahkan kerja mekanisme molekul dan genetik dalam tindakan, selepas itu dapat dilihat bagaimana, sebagai contoh, gangguan tidur membawa kepada peningkatan risiko diabetes jenis 2, obesiti, dan beberapa penyakit kardiovaskular.

Sesungguhnya, salah satu bidang penyelidikan yang paling menjanjikan ialah tidur. Para saintis hari ini mengaitkan kekurangan tidur dan gangguan irama sirkadian seterusnya dengan perkembangan obesiti dan kemurungan, serta kebanyakan penyakit kronik. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa kekurangan tidur boleh menyebabkan kesan sampingan yang tidak dijangka, seperti ketidakupayaan untuk mengenali wajah.

Memahami cara irama sirkadian berfungsi juga telah melampaui interaksi dengan kitaran siang dan malam. "Terdapat isyarat sosial, isyarat makanan dan isyarat senaman - ia sangat pelbagai," kata Y. Matahari terbit dan matahari terbenam masih mempunyai pengaruh besar pada irama sirkadian, tetapi faktor lain sedang disiasat. Sebilangan besar kerja telah menunjukkan bahawa diet ialah isyarat luaran utama yang berinteraksi dengan jam dalaman, termasuk kerja Dr. Satchidananda Panda untuk mengehadkan masa diet (bagaimana masa makan mempengaruhi kesihatan).

Secara umum, kini jelas bahawa irama sirkadian memainkan peranan sistemik untuk mengatur kerja semua aspek fisiologi tubuh manusia, termasuk kerja organ penting, metabolisme, imuniti, proses pemikiran, dll. Kerja Dr Yu memperluas kawasan penyelidikan - dia bekerjasama dengan kajian sakit kronik pakar untuk mengkaji irama kesakitan pada pesakit. Selain itu, kerja sedang dijalankan untuk mengkaji peranan kitaran terputus dalam gangguan dalam kerja irama sirkadian (kesan perubahan zon masa pada pertumbuhan sel kanser). Penyelidikan seperti ini memberikan kita cerapan baharu yang penting yang boleh digunakan untuk membuat perubahan gaya hidup - mengetahui masa makan dan tidur secara umum adalah penting untuk kesihatan; dan dengan penyakit, pengetahuan yang diperoleh boleh digunakan untuk mencari ubat-ubatan yang mengawal kerja irama sirkadian. Para saintis masih mempunyai banyak penyelidikan yang perlu dilakukan dalam hampir semua bidang yang berkaitan dengan kesihatan dan penyakit.

PEMIKIRAN ASAS: MENGAPA PENTING UNTUK MENGETAHUI TENTANG RITMA PILITAN?

Kesedaran tentang cara irama sirkadian berfungsi boleh memberi kesan kesihatan jangka pendek dan jangka panjang. "Perubahan gaya hidup adalah hadiah terbaik yang boleh anda berikan kepada diri sendiri," kata Chen. "Jika anda menguruskan gaya hidup anda, teknologi dan perubatan boleh menjadi faktor kedua sepanjang hidup anda." Dalam jangka pendek, kajian haiwan dan manusia menunjukkan bahawa gaya hidup yang menyokong irama sirkadian yang sihat boleh menyokong kewaspadaan, koordinasi motor, kesihatan kardiovaskular, fungsi imun, kesihatan usus, pemikiran dan tidur. Terdapat bukti untuk menyokong pengurangan jangka panjang dalam risiko penyakit kronik.

"Kesan perubahan gaya hidup mungkin tidak kelihatan selama beberapa hari, tetapi dari masa ke masa, faedahnya akan menjadi sangat besar."

Jadi apakah jenis gaya hidup yang perlu anda lakukan untuk menyelaraskan dengan irama sirkadian anda? Perkara pertama yang perlu dilakukan ialah memberi perhatian kepada bioritma anda. Irama sirkadian, walaupun dibina atas dasar yang sama, berbeza dari orang ke orang kerana perbezaan umur, genetik dan persekitaran. Larks seperti pagi lebih baik. Burung hantu lebih suka malam. Anda perlu memberi perhatian kepada kecenderungan semula jadi badan anda ("chronotype") untuk berjaya menggunakan pengetahuan penyelidikan saintifik terkini. Selain itu, jangan lupa bahawa tidak ada pendekatan satu saiz yang sesuai untuk semua.

Yang kedua ialah berpegang pada jadual rutin yang konsisten setiap hari, tujuh hari seminggu. Dr. Yu bercakap tentang "jet lag" (jet lag sosial) - apabila orang memecahkan jadual mereka dengan tabiat yang tidak tipikal, seperti makan dan tidur kemudian, bangun kemudian, dan bersenam pada hari yang berbeza dalam seminggu pada masa yang berbeza. Semua tindakan ini boleh membawa kepada akibat negatif yang sama seperti menukar zon waktu. Lebih dan lebih konsisten anda mengikuti rejimen, lebih baik badan anda akan membantu anda dengan ini.

Ketiga - mengaplikasikan pengetahuan yang diperoleh daripada penyelidikan saintifik - data tentang pemakanan, tidur dan senaman diperincikan di bawah. Banyak perubahan gaya hidup yang telah ditunjukkan oleh penyelidikan melibatkan perubahan dalam tabiat makan - contohnya, makan idea yang tidak baik sebelum tidur. Ia penuh dengan akibat kesihatan yang negatif. Makan makanan kecil pada awal dan lewat hari, yang cukup mudah untuk dicuba. Perkara yang sama berlaku untuk tidur - anda mesti mengikut rejim dan tidur sekurang-kurangnya 7-8 jam. Paling teruk, anda akan berasa tenang, dan paling baik, anda akan meningkatkan prospek anda untuk kehidupan yang sihat.

Perkara utama: tidur, makanan dan sukan adalah asas gaya hidup sihat.

IMPIAN

Perkara paling penting yang boleh anda lakukan ialah mengekalkan jadual tidur dan bangun yang konsisten dan dapatkan tidur yang cukup - 7-9 jam tidur dianggap normal untuk orang dewasa. Penemuan penyelidikan mengenai kurang tidur dan gangguan tidur menunjukkan bahawa kekurangan tidur dan gangguan tidur memberi kesan negatif kepada mood, tumpuan, dan dikaitkan dengan penyakit kronik. Lebih-lebih lagi, sesetengah saintis membuat spekulasi bahawa ketidakpadanan sirkadian yang disebabkan oleh jetlag sosial mungkin berleluasa dalam masyarakat Barat dan menyumbang kepada masalah kesihatan.

Jadi pukul berapa anda perlu tidur? Lazimnya, badan mula menghasilkan melatonin pada jam 9:00 malam. Ini adalah isyarat - anda perlu menyelesaikan segala-galanya dan pergi berehat. Rembesan melatonin berakhir sekitar jam 7:30 pagi, dan pada siang hari, melatonin boleh dikatakan tidak terdapat dalam badan. Melaraskan pilihan peribadi berdasarkan kecenderungan semula jadi anda adalah kunci untuk mengelakkan gangguan tidur (seperti bangun semasa tidur) dan mengekalkan kesihatan yang optimum.

Dan akhirnya, cahaya. Kitaran siang dan malam bukanlah satu-satunya faktor yang mempengaruhi tubuh manusia, kerana kita sentiasa berhadapan dengan pencahayaan buatan, namun ia memainkan peranan utama. Mendapatkan cahaya semula jadi yang mencukupi pada awal hari dan mengelakkan pencahayaan tidak semulajadi (seperti cahaya biru dari skrin telefon pintar) pada waktu malam membantu mengekalkan irama sirkadian anda sihat.

Perkara utama: Dapatkan tidur yang cukup dan pastikan waktu tidur dan bangun anda kekal sama tujuh hari seminggu. Jika anda kurang tidur, segera mulakan memulihkan rejimen anda, jika tidak, anda berisiko membahayakan kesihatan anda dalam jangka panjang.

PEMAKANAN

Secara umumnya, kajian menunjukkan bahawa makan makanan berkalori tinggi adalah yang terbaik pada waktu pagi. Cuba makan malam sebelum tidur dan kurangkan kalori yang tinggi. Jika anda boleh menyelesaikan segala-galanya sekitar 6:00 petang atau 7:00 malam dan memberi badan anda 12-14 jam untuk berehat, anda akan melihat manfaat kesihatan jangka pendek dan jangka panjang.

Sebahagiannya, hakikatnya jam dalaman hati anda tidak berfungsi pada waktu malam. Hati berhenti menghasilkan enzim untuk menukar kalori kepada tenaga; sebaliknya, ia menghasilkan enzim untuk menyimpan tenaga. Jika anda makan banyak sebelum tidur, hati anda terpaksa bekerja lebih masa dan anda akhirnya menjimatkan lebih banyak tenaga daripada yang anda keluarkan.

Satu lagi keputusan penting yang boleh anda buat (selain makan secara sihat) ialah menetapkan masa makan harian anda. Walaupun data masih terhad, kajian haiwan dan kerja Dr. Panda mencadangkan bahawa "makan terhad masa" ialah perubahan gaya hidup yang mudah dan berpotensi bermanfaat. Penyelesaian optimum bergantung pada matlamat anda. Tetapi jika matlamatnya adalah untuk meningkatkan kesihatan anda secara keseluruhan, maka lebih baik bermula pada 8-9 jam. Tetapi, dari segi pematuhan jangka panjang, mungkin dinasihatkan untuk bermula pada 10-12 jam.

Perkara utama: Makan lebih banyak pada waktu siang, bukan sebelum tidur. Untuk meningkatkan kesihatan anda, mulakan makan pada 10-12 jam.

SUKAN

Walaupun beberapa kajian menunjukkan bahawa prestasi anaerobik memuncak pada sebelah petang, tidak ada kata sepakat di kalangan pakar mengenai hubungan antara irama sirkadian dan senaman - dengan pengecualian kehadiran jam molekul dalam otot rangka.

Dan, sama seperti kesan pencahayaan dan waktu makan, masa senaman juga memainkan peranan penting dalam mengekalkan irama sirkadian yang sihat.

Perkara utama: bersenam secara teratur, dan biarkan aktiviti anaerobik pada sebelah petang.

KESIMPULAN

Penyelidikan tentang cara irama sirkadian berfungsi adalah agak mudah."Jam dalaman anda direka untuk membakar tenaga pada waktu siang dan memulihkan tenaga pada waktu malam," kata Y. Lebih baik pemasaan, semakin kurang haus dan lusuh pada jam sirkadian. Walaupun jam dalaman adalah stabil, gangguan yang konsisten kepada rejimen boleh membawa kepada masalah kesihatan jangka panjang.

"Apabila kita masih muda, badan boleh menangani banyak perkara," kata Yu. "Tetapi itu tidak bermakna semuanya baik-baik saja. Ia seperti penggunaan bahan api: anda menghabiskan terlalu banyak tenaga untuk aktiviti aritmia, yang akan membawa kepada masalah dengan fungsi irama sirkadian pada masa hadapan.

Anda tidak akan memendekkan hayat anda selama lima tahun dengan makan lewat, tetapi terdapat masa khusus dalam badan anda untuk melindungi kesihatan anda dan meminimumkan gangguan pada fisiologi anda. Bersikap baik dan bertimbang rasa kepada diri sendiri dan anda akan melihat hasilnya.