Hur endogena biologiska rytmer fungerar

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Artikeln ägnas åt arbetet med dygnsrytmer - endogena biologiska rytmer med en period på cirka 24 timmar, karakteristiska för de flesta organismer, inklusive människor. Detta är en översikt över den senaste vetenskapliga forskningen, inte en samling användbara tips, även om artikeln talar om en potentiell livsstilsförändring. Denna recension är inte uttömmande, vi kommer att fortsätta att uppdatera den när nya forskningsstudier dyker upp.

Huvudsaken:

→ Konsekventa och sunda dygnsrytmer kan bidra till att förbättra den allmänna hälsan samt effektivt förebygga kroniska sjukdomar.

→ Kom ihåg att sova: kost, träning och andra faktorer påverkar hur dygnsrytmer fungerar.

→ Studera särdragen i arbetet med dygnsrytmer, bestäm din "kronotyp", använd sedan kunskapen som erhållits på de metodologiska rekommendationerna som anges i vetenskaplig forskning.

Innan du införlivar några av råden i den här artikeln i din dagliga rutin, kontrollera med din läkare.

Innan du läser artikeln: en kort ordlista

1. Circadian: en naturligt återkommande cykel med en period på cirka 24 timmar, oavsett längden på dagsljusetimmar; från latinets circa ("o") och diem ("dag").
2. Rytmsensor: en omgivningssignal, såsom en förändring i ljus eller temperatur; från tyska zeit ("tid") och geber ("givare").
3. Endogen: en patologisk process i kroppen orsakad av interna faktorer, och inte orsakad av yttre påverkan (grundorsak).
4. Dygnsrytmjustering: inträffar när rytmiska, fysiologiska eller beteendemässiga uppgifter matchar förändringar i miljön; interaktion mellan dygnsrytmer och omgivningen.
5. Dagligen: varje dag; från latinets dies (dag) och och diurnus (dagligen).
6. Master Clock: Ett par cellpopulationer som finns i hypotalamus, även känd som suprachiasmatic nucleus (SCN); Dessa celler innehåller gener som styr dygnsrytmen.
7. Mutant gen: permanent förändring i DNA-sekvensen; används av kronobiologer för att känna igen mekanismen för klockgener genom att identifiera en mutant gen hos djur med arytmiskt dygnssyndrom.

Föreställ dig en växt som försöker fotosyntetisera på natten: ett kort drama i mörkret. "Växter hanterar liv och död", säger Sally Yu, biträdande professor i biokemi och cellbiologi vid University of Texas i Houston Health Sciences Center (UTHealth), bistert. "Om de inte följer dygnsrytmer kommer de att dö." Men för en person kommer prognosen inte att vara så dyster. "Även om du tar bort klockgenen (en viktig gen som reglerar arbetet med dygnsrytmer), kommer du inte att dö direkt", säger Yu. "Men du kommer att lida." Troliga problem? Ihållande psykiska problem och bland annat ökad risk för kroniska sjukdomar. Livet är svårt när allt är ur synk.

Yus kollega, Jake Chen, en biträdande professor vid samma institution, säger annorlunda:”Vi säger ofta att allt måste göras enligt schemat. Men detta är en överdrift. Men frasen "allt har sin tid" är det inte. Och detta är direkt relaterat till människokroppen. I varje enskild cell, vävnad eller organ sker fysiologiska processer vid en viss tidpunkt. Den biologiska klockan är en slags timer – en mekanism med vilken vi kan se till att allt fungerar som det ska. Detta är en grundläggande funktion."

Chen och Yu studerar dygnsrytmer - kroppens biologiska rytmer med en period på cirka 24 timmar, som följs varje dag av allt levande på vår planet. Dygnsrytmer eller dygnsrytmer är direkt relaterade till miljontals år av livets utveckling på vår planet. Det är en produkt av samspelet mellan kroppens inre biologiska klocka och miljön - inte bara solljus, utan många andra faktorer bestämmer beteende, reglerar hormonnivåer, sömn, kroppstemperatur och ämnesomsättning.

Den så kallade "master clock" eller suprachiasmatic nucleus (SCN), masterklockan som styr dygnsrytmer, är ett par cellpopulationer fyllda med gener (inklusive Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 och Cry2), belägen i hypotalamus. På molekylär nivå finns klockgenspår i njurarna, levern, bukspottkörteln och andra organ. SCN fungerar som VD som instruerar kroppen att följa schemat och bearbeta miljösignaler. Howard Hughes Medical Institute.)

Som vi kommer att se senare förbättrar uppmärksamhet på dygnsrytmer kroppens dagliga (fysiologiska och psykologiska) funktion och påverkar i slutändan hälsotillståndet, både på lång sikt och på kort sikt. Att ta hand om dygnsrytmer håller dem igång samtidigt som de behåller vad Sally Yu kallar en "pålitlig klocka".

"Jag kan inte med säkerhet säga hur viktiga dygnsrytmer är för att förebygga kronisk sjukdom, vilken inverkan det har på hälsan på lång sikt, om det är fördelaktigt och i slutändan påverkar den förväntade livslängden."

Information om experter:

Forskare: Zheng "Jake" Chen

Utbildning: PhD, Columbia University, New York

Befattning: biträdande professor vid institutionen för biokemi och cellbiologi vid University of Texas Health Sciences Center i Houston

Senast publicerade artikel: Den lilla molekylen Nobiletin riktar sig mot molekyloscillatorn för att förbättra dygnsrytmen och skydda mot metabolt syndrom.

Forskningsområde: Småmolekylära sonder för kronobiologi och medicin.

Forskare: Seung Hee "Sally" Yoo

Utbildning: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Befattning: Docent, Institutionen för biokemi och cellbiologi, University of Texas Health Sciences Center i Houston

Senast publicerade artikel: Period2 3'-UTR och microRNA-24 reglerar dygnsrytmer genom att undertrycka PERIOD2 proteinackumulering. Även utveckling och terapeutisk potential för småmolekylära modulatorer av dygnssystem.

Forskningsområde: Grundläggande cellulära mekanismer i dygnsrytm och dechiffrera fysiologiska och patologiska roller av klockan.

HISTORIA: HUVUDSTADEN I BIOLOGISK UTVECKLING AV CIRKADISKA RYTMER

Det första att veta om studiet av dygnsrytm (kronobiologer gör detta) är att, med sällsynta undantag, följer alla organismer sina dygnsrytmer. Från påskliljor till sparvar, från zebror till människor, praktiskt taget alla levande organismer på planeten följer solcykeln. År 1729 registrerade den franske vetenskapsmannen Jean-Jacques de Meran den första observationen av endogena eller inbäddade dagbladsrörelser hos Mimosa pudica-växten. Även i totalt mörker fortsatte växten att följa sin dagliga rytm. Forskaren drog slutsatsen att växten inte bara förlitar sig på externa signaler eller en rytmsensor, utan också på sin egen interna biologiska klocka.

Kronobiologin blomstrade tvåhundra år senare, i mitten av 1900-talet. Påverkad av bidrag från ett antal forskare, i synnerhet Colin Pittendry, "den biologiska klockans fader." Pittendry studerade fruktflugor eller Drosophila och kastade ljus över hur dygnsrytmer interagerar eller synkroniserar med cykeln av dag och natt. Jurgen Aschoff, en vän till Pittendry, studerade också interaktion med cykeln dag och natt, men forskare kom till olika slutsatser om hur interaktionen uppstår (parametrisk och icke-parametrisk, du kan läsa mer om det här och här). John Woodland Hastings och hans kollegor gjorde grundläggande upptäckter om ljusets roll i dygnsrytmer genom att studera bioluminescerande dinoflagellater (alger, en planktonart). Botanikern Erwin Bunnig bidrog också till grundforskningen om interaktionsmodellering, och beskrev förhållandet mellan organismer och gränscykler.

Nästa steg av upptäckter inom kronobiologi kopplade samman de specifika molekylära och genetiska mekanismerna för arbetet med dygnsrytmer. Detta följer av Ron Konopkas och Seymour Benzers arbete, som i början av 1970-talet försökte identifiera specifika gener som styr fruktflugornas dygnsrytm. Konopka och Benzer tillskrivs upptäckten av en muterad gen, som de kallade en period som stör fruktflugornas dygnsklocka. Det var så den genetiska bestämningsfaktorn för beteenderytmer upptäcktes först. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash och Michael W. Young har framgångsrikt kompletterat Konopka och Benzers arbete genom att visa arbetet med periodgenen på molekylär nivå. Hall, Rosbash och Young fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2017. De isolerade periodgenen och visade sedan hur det dagliga klocksystemet fungerar på molekylär nivå.

När Joseph Takahashi och hans team forskade på fruktflugor och möss 1994 upptäckte de klockgener hos däggdjur och kallade dem klockor, och beskrev dem som "ett evolutionärt bevarat inslag i den dygnsrytmklockmekanismen." Upptäckten av klockgenen, tillsammans med Hall, Rosbash, Youngs och vetenskapsmannen Michael Greenbergs arbete, var en vattendelare inom kronobiologin. Inom några år upptäcktes gener som säkerställer arbetet med dygnsrytmer i lägre organismer.

Vetenskapen går stadigt framåt, och många studier på fruktflugor och möss har visat den fantastiska beständigheten hos klockgener inom arter, vilket betyder att det finns liknande gener som styr dygnsrytmer i mer komplexa organismer, inklusive människor.

"Soluppgång och solnedgång är fortfarande de viktigaste faktorerna som påverkar dygnsrytmen, men andra faktorer övervakas kontinuerligt i vetenskaplig forskning."

SENASTE FORSKNING: BESTÄMNING AV CIRKADIUMRYTMERS ROLL I MÄNNISKORS HÄLSA OCH SJUKDOMAR

Det är viktigt att notera att biologin för dygnsrytmer är otroligt komplex - det finns många vetenskapliga tidskrifter dedikerade till detta forskningsområde. Som ett resultat är vår förståelse av den biologiska klockans roll för människors hälsa resultatet av såväl epidemiologiska studier som djurstudier. Studier på lägre organismer hjälper till att avslöja hur molekylära och genetiska mekanismer fungerar, varefter man kan se hur till exempel sömnstörningar leder till ökad risk för typ 2-diabetes, fetma och en rad hjärt- och kärlsjukdomar.

Ett av de mest lovande forskningsområdena är faktiskt sömn. Forskare förknippar idag sömnbrist och efterföljande störningar av dygnsrytmen med utvecklingen av fetma och depression, såväl som de flesta kroniska sjukdomar. Forskning har visat att sömnbrist kan leda till oväntade biverkningar, såsom oförmåga att känna igen ansikten.

Att förstå hur dygnsrytmer fungerar har också gått långt utöver att interagera med cykeln dag och natt. "Det finns sociala ledtrådar, mat- och träningssignaler - de är väldigt olika", säger Y. Soluppgång och solnedgång har fortfarande ett stort inflytande på dygnsrytmen, men andra faktorer undersöks. En stor mängd arbeten har visat att kosten är en extern nyckelsignal som interagerar med den interna klockan, inklusive Dr. Satchidananda Pandas arbete med att begränsa kosttimingen (hur ättiden påverkar hälsan).

I allmänhet är det nu klart att dygnsrytmer spelar en systemisk roll för att organisera arbetet i alla fysiologiska aspekter av människokroppen, inklusive arbetet med vitala organ, metabolism, immunitet, tankeprocesser, etc. Dr. Yus arbete utökar området av forskning - hon samarbetar med en specialiststudie om kronisk smärta för att studera smärtrytmer hos patienter. Arbete pågår också för att studera cut-off-cykelns roll vid störningar i arbetet med dygnsrytm (effekten av att ändra tidszoner på tillväxten av cancerceller). Forskning som denna ger oss viktiga nya insikter som kan användas för att göra livsstilsförändringar - att veta vilken tid vi ska äta och gå och lägga oss i allmänhet är viktigt för hälsan; och med sjukdom kan den kunskap som erhållits appliceras på sökandet efter läkemedel som reglerar arbetet med dygnsrytmer. Forskare har fortfarande mycket forskning kvar att göra inom nästan alla områden relaterade till hälsa och sjukdom.

GRUNDLÄGGANDE TANKE: VARFÖR ÄR DET VIKTIGT ATT KÄNNA OM CIRKADRYTMER?

Medvetenhet om hur dygnsrytmer fungerar kan ha både kortsiktiga och långsiktiga hälsoeffekter. "Livsstilsförändringar är den bästa gåvan du kan ge dig själv", säger Chen. "Om du hanterar din livsstil kan teknik och medicin bli sekundära faktorer under hela ditt liv." På kort sikt visar studier på djur och människor att livsstilar som stödjer sunda dygnsrytmer kan stödja vakenhet, motorisk koordination, hjärt- och kärlhälsa, immunfunktion, tarmhälsa, tanke och sömn. Det finns bevis för att stödja en långsiktig minskning av risken för kronisk sjukdom.

"Effekterna av livsstilsförändringar kanske inte är uppenbara på flera dagar, men med tiden kommer fördelarna att bli enorma."

Så vilken typ av livsstil måste du ha för att synka med dina dygnsrytmer? Det första du ska göra är att vara uppmärksam på dina biorytmer. Dygnsrytmer, även om de är byggda på samma grund, varierar från person till person på grund av ålder, genetiska och miljömässiga skillnader. Lärkor gillar morgonen bättre. Ugglor föredrar natten. Du måste vara uppmärksam på din kropps naturliga tendenser ("kronotyp") för att framgångsrikt kunna tillämpa kunskapen om den senaste vetenskapliga forskningen. Glöm inte heller att det inte finns något som passar alla.

Det andra är att hålla sig till ett konsekvent, rutinschema varje dag, sju dagar i veckan. Dr Yu talar om "jetlag" (social jetlag) - när människor bryter sitt schema med atypiska vanor, som att äta och gå och lägga sig senare, vakna upp senare och träna olika dagar i veckan vid olika tidpunkter. Alla dessa åtgärder kan leda till samma negativa konsekvenser som att ändra tidszoner. Ju mer och mer konsekvent du följer kuren, desto bättre kommer din kropp att hjälpa dig med detta.

För det tredje - genom att tillämpa kunskapen från vetenskaplig forskning - finns uppgifterna om kost, sömn och träning i detalj nedan. Många av de livsstilsförändringar som forskning har visat innebär förändringar i matvanor – till exempel att äta en dålig idé före sänggåendet. Det är kantat av negativa hälsokonsekvenser. Ät små måltider tidigt och sent på dagen, vilket är lätt nog att prova. Detsamma gäller sömn - du måste följa regimen och sova minst 7-8 timmar. I värsta fall kommer du att känna dig utvilad, och i bästa fall kommer du att förbättra dina utsikter till ett hälsosamt liv.

Det viktigaste: sömn, mat och sport är grunden för en hälsosam livsstil.

DRÖM

Det viktigaste du kan göra är att hålla ett konsekvent sömn- och vakenschema och få tillräckligt med sömn – 7-9 timmars sömn anses normalt för en vuxen. Forskningsrön om sömnbrist och sömnstörningar tyder på att sömnbrist och sömnstörningar negativt påverkar humör, koncentration och är associerade med kronisk sjukdom. Dessutom spekulerar vissa forskare att cirkadisk obalans orsakad av social jetlag kan vara utbredd i det västerländska samhället och bidra till hälsoproblem.

Så vilken tid ska du gå och lägga dig? Vanligtvis börjar kroppen producera melatonin klockan 21.00. Detta är en signal - du måste avsluta allt och gå och vila. Utsöndringen av melatonin slutar runt 7:30 på morgonen, och under dagen är melatonin praktiskt taget inte närvarande i kroppen. Att justera personliga preferenser baserat på dina naturliga tendenser är nyckeln till att undvika sömnstörningar (som att vakna under sömnen) och bibehålla optimal hälsa.

Och slutligen, ljus. Cykeln av dag och natt är inte den enda faktorn som påverkar människokroppen, eftersom vi ständigt står inför artificiell belysning, och ändå spelar den en primär roll. Att få tillräckligt med naturligt ljus tidigt på dagen och undvika onaturlig belysning (som blått ljus från en smartphoneskärm) på kvällarna hjälper till att hålla dina dygnsrytmer friska.

Nyckelpunkter: Få tillräckligt med sömn och se till att din sömn och vakentid förblir densamma sju dagar i veckan. Om du är sömnlös, börja omedelbart att återställa din regim, annars riskerar du att äventyra din hälsa på lång sikt.

NÄRING

Generellt sett visar forskning att det är bäst att äta kaloririk mat på morgonen. Försök att äta din kvällsmåltid i god tid före sänggåendet och mindre kaloririk. Om du kan få allt gjort runt 18:00 eller 19:00 och ge din kropp 12-14 timmar att vila, kommer du att se kortsiktiga och långsiktiga hälsofördelar.

Dels är faktum att din levers inre klocka inte fungerar på natten. Levern slutar producera enzymer för att omvandla kalorier till energi; istället producerar den enzymer för att lagra energi. Om du äter mycket innan du lägger dig, tvingas din lever att arbeta övertid och det slutar med att du sparar mer energi än du förbrukar.

Ett annat viktigt beslut du kan fatta (förutom att äta hälsosamt) är att tajma din dagliga måltid. Även om data fortfarande är begränsade, tyder djurstudier och Dr. Pandas arbete på att "tidsbegränsad ätande" är en enkel och potentiellt fördelaktig livsstilsförändring. Den optimala lösningen beror på ditt mål. Men om målet är att förbättra din allmänna hälsa, är det bättre att börja vid 8-9 timmar. Men när det gäller långsiktig efterlevnad kan det vara tillrådligt att börja vid 10-12 timmar.

Nyckelpunkt: Ät mer under dagen, inte innan du lägger dig. För att förbättra din hälsa, börja äta vid 10-12 timmar.

SPORT

Medan vissa studier visar att anaeroba prestanda toppar på eftermiddagen, finns det ingen konsensus bland experter om kopplingen mellan dygnsrytm och träning - med undantag för närvaron av en molekylär klocka i skelettmuskulaturen.

Och precis som effekterna av belysning och måltidstider, spelar träningstiming också en viktig roll för att upprätthålla sunda dygnsrytmer.

Det viktigaste: träna regelbundet och lämna anaerob aktivitet på eftermiddagen.

SLUTSATS

Forskning om hur dygnsrytmer fungerar är ganska okomplicerad."Din interna klocka är designad för att förbränna energi under dagen och återställa energi under natten", säger Y. Ju bättre timing, desto mindre slitage på dygnsklockan. Även om den interna klockan är stabil, kan konsekventa störningar av regimen leda till långvariga hälsoproblem.

”När vi är unga kan kroppen hantera mycket”, säger Yu.”Men det betyder inte att allt är okej. Det är som bränsleförbrukning: du spenderar för mycket energi på arytmiska aktiviteter, vilket kommer att leda till problem med funktionen av dygnsrytmer i framtiden."

Du kommer inte att förkorta ditt liv med fem år genom att äta sent, men det finns dedikerade timmar i din kropp för att skydda din hälsa och minimera störningar i din fysiologi. Var snäll och omtänksam mot dig själv så ser du resultatet.