Rock Around the Clock od Billa Haley & Jego Komety stał się hitem światowym w latach 60-tych. W tym samym czasie nauka wprowadziła termin rytm cyrkadianowy. Przypadek? Z dużym prawdopodobieństwem – ale jest jedna wspólna cecha: chodzi o zegary.
Podczas gdy ludzie od tysiącleci określali czas za pomocą cieni, historia biologicznych zegarów sięga jeszcze dalej. Nasze ciało również podąża za takim wewnętrznym zegarem, rytmem cyrkadianowym: złożona współpraca genów, białek i hormonów pomaga synchronizować liczne procesy biologiczne w rytmie około 24 godzin. Jak działa ten wewnętrzny zegar, co na niego wpływa i co się dzieje, gdy wychodzi z rytmu, dowiecie się w tym artykule.
Co oznacza cyrkadian?
Przymiotnik „cyrkadian” pochodzi z łaciny: circa oznacza „około”, a to odnosi się do „dnia”.Cykadialny rytm opisuje zatem biologiczny rytm o okresie trwającym około 24 godzin. W ciągu dnia zmieniają się różne warunki naszego otoczenia – przede wszystkim światło i ciemność, ale także temperatura oraz dostępność pożywienia. Dla organizmów żywych korzystne może być dostosowanie swoich procesów biologicznych do tych regularnie powracających zmian.
Posiadamy nie tylko jeden wewnętrzny zegar. Praktycznie każda komórka naszego ciała ma własne molekularne zegary, które muszą być ze sobą zsynchronizowane. Kluczową rolę w tej synchronizacji odgrywa nadrzędny wewnętrzny zegar w mózgu. Pomaga on nadać wielu procesom biologicznym ramy czasowe – w końcu nie wszystkie procesy w ciele muszą odbywać się jednocześnie. Podobnie jak duża stacja nadawcza nie emituje swoich hitów na wszystkich kanałach jednocześnie.
Obok rytmu cyrkadianowego istnieją inne rytmy biologiczne, które podążają za innymi wzorcami czasowymi. Rytmy infradialne mają okres trwający ponad 24 godziny. Z kolei rytmy ultradialne powtarzają się wielokrotnie w ciągu dnia. Należą do nich na przykład różne fazy snu oraz określone procesy rytmiczne, takie jak oddychanie i bicie serca.
Jetlag: Kiedy rytm cyrkadianowy wypada z rytmu
To, co niektórzy ludzie uważają za uspokajające, innych doprowadza do szaleństwa: okresowe „tykanie” analogowego zegara. Na szczęście w naszym biologicznym zegarze nie jest to problem – nie słyszymy, jak nasz wewnętrzny zegar tyka. Złożone procesy regulacyjne w tle zazwyczaj umykają naszej uwadze. Aż nagle nasz wewnętrzny zegar przestaje zgadzać się z zewnętrznym czasem.
Dokładnie to może się zdarzyć podczas długodystansowych lotów przez kilka stref czasowych.Nasza wewnętrzna zegar jest początkowo ustawiona na zwykły rytm dobowy i musi się najpierw dostosować do nowego czasu lokalnego. Tę przejściową dyskrepancję między rytmem cyrkadianowym a nową strefą czasową znamy jako jetlag. Typowe dolegliwości mogą obejmować między innymi zaburzenia snu, zmęczenie, obniżoną wydajność lub ogólne złe samopoczucie . Również kierunek lotu ma znaczenie: podróże w kierunku wschodnim są często gorzej tolerowane niż podróże na zachód.
Aby ułatwić adaptację do nowej strefy czasowej, kilka ogólnych działań może być pomocnych:
- jak najwięcej podążać za rytmem dobowym w miejscu docelowym
- celowo wystawiać się na naturalne światło dzienne
- zwracać uwagę na odpowiednią ilość snu
Światło jest jednym z najważniejszych zewnętrznych sygnałów czasowych dla naszego rytmu cyrkadianowego.Zanim nasz wewnętrzny zegar znów będzie działał w odpowiednim rytmie, potrzebuje jednak trochę czasu.
Czy wiedziałeś?
Melatonina przyczynia się do złagodzenia subiektywnego odczucia jetlagu .
Pozytywny efekt występuje, gdy w dniu podróży tuż przed snem oraz w pierwszych dniach po przybyciu do celu przyjmuje się co najmniej 0,5 mg melatoniny.
Tabletki melatoniny od MOLEQLAR są dzielone na dwa poziomy dawkowania: 1 mg lub 0,5 mg melatoniny.
Reguła Aschoffa: Jak światło wpływa na wewnętrzny zegar
Co się dzieje z wewnętrznym zegarem, gdy brakuje ważnego zewnętrznego sygnału czasowego, takiego jak światło, lub gdy zmienia się on na stałe? Na to pytanie odpowiedział fizjolog behawioralny Jürgen Aschoff w swoich badaniach nad rytmem cyrkadianym.
Okazało się, że: U zwierząt aktywnych w ciągu dnia, pod sztucznym światłem ciągłym, skraca się czas trwania wewnętrznego zegara, podczas gdy w ciągłej ciemności się wydłuża. U zwierząt aktywnych w nocy jest odwrotnie. Ta zależność między warunkami świetlnymi a rytmem cyrkadianowym jest znana jako zasada Aschoffa.
Światło wyłączone, zegar wewnętrzny włączony?
Maski do spania redukują dopływ światła do oczu, co może zapewnić ciemniejsze środowisko do snu. Ponieważ światło jest ważnym sygnałem dla rytmu cyrkadianowego, środowisko świetlne odgrywa również istotną rolę w naszym rytmie snu i czuwania.
Jakie mogą być konsekwencje zaburzonego rytmu cyrkadianowego?
Nasz rytm cyrkadianowy powstaje zasadniczo w wyniku procesów wewnętrznych organizmu, ale może być dostosowywany do 24-godzinnego dnia przez zewnętrzne sygnały.Takie sygnały określa się jako zegary biologiczne, a sam proces jako synchronizację. Najważniejszym zegarem dla naszego wewnętrznego zegara jest światło. Inne czynniki zewnętrzne również mogą przyczynić się do synchronizacji czasowej.
Stymulacje świetlne są odbierane przez wyspecjalizowane komórki w siatkówce i przekazywane do jądra nadskrzyżowaniowego (SCN) w podwzgórzu. Uznawane jest za centralny punkt sterujący wewnętrznym zegarem i koordynuje liczne procesy czasowe w organizmie oraz inne peryferyjne zegary. Również melatonina, , która jest głównie wytwarzana w szyszynce, odgrywa ważną rolę w regulacji rytmu snu i czuwania.
Na poziomie molekularnym rytm cyrkadianowy jest kontrolowany przez kilka genów zegarowych i białek przez nie wytwarzanych. Powstają w ten sposób złożone pętle sprzężenia zwrotnego z transkrypcji i translacji: informacja genetyczna jest najpierw przepisywana na RNA, a następnie tłumaczona na białka.Te z kolei wpływają na aktywność zaangażowanych genów – powtarzający się mechanizm regulacyjny, który trwa około 24 godzin. Brzmi skomplikowanie? Rzeczywiście. Dla zrozumienia naszego wewnętrznego zegara wystarczy w tym momencie przede wszystkim jedno: powstaje on dzięki precyzyjnie dostosowanej współpracy procesów molekularnych.
Dlaczego rytm cyrkadianowy jest dla nas tak ważny?
Nasz rytm cyrkadianowy jest istotny nie tylko dla naszego codziennego życia, ale od 2017 roku zasługuje nawet na Nagrodę Nobla. Wówczas Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za swoje odkrycia molekularnych mechanizmów, które regulują rytm cyrkadianowy. Ich podstawowe odkrycia naukowcy uzyskali na podstawie badań nad muszkami owocowymi.
Co się jednak dzieje, gdy nasz wewnętrzny zegar długoterminowo traci rytm? Zaburzenia rytmu cyrkadianowego są w badaniach powiązane z różnymi zmianami zdrowotnymi i chorobami. Badane są między innymi powiązania z chorobami metabolicznymi, depresjami i innymi zaburzeniami psychicznymi oraz niektórymi nowotworami. Ważne jest, aby pamiętać: zaobserwowany związek nie oznacza automatycznie, że zaburzony rytm cyrkadianowy powoduje daną chorobę. Podstawowe mechanizmy i interakcje są przedmiotem aktualnych badań.
Nasz wewnętrzny zegar koordynuje liczne procesy biologiczne i orientuje się między innymi na zewnętrznych sygnałach czasowych, takich jak światło.Urządzenie tego precyzyjnie dostosowanego systemu, jeśli wyjdzie z rytmu, może na przykład objawiać się w przypadku jet lagu – długoterminowe zakłócenia rytmu cyrkadianowego są ponadto intensywnie badane pod kątem ich znaczenia zdrowotnego.
Rock Around the Clock pozostaje więc lepiej muzyką w naszych uszach – podczas gdy nasze ciało podąża za własnym rytmem.
