Hệ thống thời gian Circadian là gì? Giới thiệu về Chronobiology

Sự sống đã phát triển để phát triển mạnh trong các đặc điểm môi trường cụ thể của Trái đất, trong đó chu kỳ của ánh sáng mặt trời và ban đêm đặc biệt lan tỏa. Vì vậy, một cách tự nhiên, tất cả các sinh vật sống là chịu ảnh hưởng nặng nề của chu kỳ này. Con người cũng không ngoại lệ.

Ví dụ rõ ràng nhất về ảnh hưởng của chu kỳ ánh sáng tối trong cuộc sống của chúng ta là ngủ. Nhưng có nhiều hành vi và chức năng sinh học khác theo một nhịp điệu tương tự, chẳng hạn như lượng thức ăn, sự trao đổi chất và huyết áp, ví dụ.

Trong thực tế, hầu hết, nếu không phải tất cả, các chức năng cơ thể có một số mức độ nhịp điệu ngày và đêm. Các chu kỳ 24 giờ trong sinh học và hành vi này được gọi là Nhịp sinh học (từ tiếng Latinh trong vòng tuần hoàn = về, và chết chết = ngày).

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống sinh lý tạo ra và đồng bộ hóa nhịp sinh học với chu kỳ tối ánh sáng môi trường của chúng ta: hệ thống thời gian sinh học.

Hệ thống thời gian Circadian là gì?

Hệ thống thời gian sinh học Là cơ thể của chúng ta, nội tại của chúng ta cơ chế chấm công. Nó có nghĩa là cái mà chúng ta thường gọi là đồng hồ sinh học: đồng hồ điều khiển nhịp điệu của các quá trình sinh học phụ thuộc vào thời gian. Khoa học nghiên cứu các quá trình này được gọi là niên đại học.

Giống như chúng ta có các hành vi ban ngày (thức giấc, hoạt động, cho ăn) và về đêm (ngủ, nghỉ ngơi, ăn chay), các tế bào và hệ thống trong cơ thể chúng ta cũng có một ngày sinh học của người Viking và một đêm sinh học.

Hệ thống thời gian sinh học là máy tạo nhịp sinh học điều chỉnh Nội tiết và nhịp điệu trao đổi chất để thiết lập một mô hình mạch lạc của hoạt động tế bào. Đồng hồ sinh học phối hợp các con đường và chức năng phụ thuộc lẫn nhau, phân tách theo thời gian và các chức năng không tương thích, đồng bộ hóa sinh học và hành vi của chúng ta với môi trường.

Trong ngày sinh học, để thúc đẩy sự tỉnh táo và hỗ trợ hoạt động thể chất và cho ăn, hệ thống thời gian sinh học chuyển sự trao đổi chất sang trạng thái sản xuất năng lượng và lưu trữ năng lượng. Nó làm như vậy bằng cách ủng hộ các tín hiệu nội tiết tố (ví dụ: tăng tín hiệu insulin, giảm leptin) và các con đường trao đổi chất thúc đẩy việc sử dụng các chất dinh dưỡng (glucose, axit béo) để tạo ra năng lượng tế bào (dưới dạng ATP) và để bổ sung dự trữ năng lượng (glycogen, triglyceride).

Ngược lại, trong đêm sinh học, hệ thống thời gian sinh học thúc đẩy giấc ngủ và chuyển sự trao đổi chất sang trạng thái huy động năng lượng dự trữ bằng cách ủng hộ các tín hiệu nội tiết tố (ví dụ, giảm tín hiệu insulin, tăng leptin) và chuyển hóa đường dẫn đến phá vỡ dự trữ năng lượng dự trữ và duy trì máu nồng độ glucose.

Tín hiệu thời gian của hệ thống thời gian sinh học cho phép tất cả các tế bào và tất cả các hệ thống (thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, v.v.) dự đoán những thay đổi theo chu kỳ trong môi trường, dự đoán các mô hình môi trường, hành vi hoặc sinh học sắp xảy ra và thích nghi với chúng .

Vì vậy, ví dụ, khi mặt trời lặn, các mô của chúng ta biết rằng chúng ta sẽ sớm đi ngủ và ăn chay, vì vậy cần phải có năng lượng rút ra khỏi kho; Tương tự như vậy, khi mặt trời mọc, các mô của chúng ta biết rằng chúng ta sẽ sớm thức dậy và cho ăn, vì vậy một số năng lượng có thể được lưu trữ để đưa chúng ta qua đêm.

Đồng hồ sinh học hoạt động như thế nào?

Mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta có một số loại đồng hồ tự trị nhân đôi thời gian hoạt động của chúng. Trong hầu hết các tế bào, nó là một tập hợp các gen được gọi là gen đồng hồ. Các gen đồng hồ kiểm soát hoạt động nhịp nhàng của các gen khác theo thời gian của các chức năng cụ thể của mô và để tạo ra các dao động hàng ngày trong quá trình chuyển hóa tế bào và chức năng.

Nhưng những đồng hồ đặc biệt mô này cần phải hoạt động mạch lạc để duy trì sự cân bằng trong cơ thể chúng ta. Sự kết hợp này được tạo ra bởi một đồng hồ chủ trong não của chúng ta tổ chức tất cả các quá trình sinh học. Đồng hồ trung tâm này nằm ở một vùng của vùng dưới đồi được gọi là hạt nhân siêu âm (SCN).

Các gen đồng hồ trong SCN thiết lập thời kỳ tự nhiên của đồng hồ sinh học của chúng ta. Mặc dù nó nổi bật gần đến 24 giờ thời gian môi trường (trung bình khoảng 24,2 giờ), nó vẫn đủ khác nhau để cho phép đồng bộ hóa với môi trường. Do đó, nó cần phải được thiết lập lại mỗi ngày. Điều này được thực hiện bằng ánh sáng, người tặng thời gian của người Bỉ, gắn đồng hồ chủ của chúng ta với môi trường.

SCN nhận đầu vào từ tế bào thần kinh của võng mạc có chứa protein nhạy cảm ánh sáng gọi là melanopsin. Các tế bào thần kinh này, được gọi là các tế bào hạch võng mạc cảm quang (ipRGCs), phát hiện các mức độ ánh sáng môi trường và đặt lại đồng hồ SCN để đồng bộ hóa nó với chu kỳ sáng tối.

SCN sau đó có thể đưa tất cả các đồng hồ di động vào chu kỳ ánh sáng. Một trong những cơ chế chính của đồng bộ hóa toàn bộ cơ thể là thông qua tín hiệu nội tiết tố phụ thuộc vào thời gian trong ngày. Hormone có thể mang thông điệp đường dài qua máu và do đó, là một hệ thống giao tiếp quan trọng trong sinh học. Có hai hormone có vai trò chính trong tín hiệu này: melatonin và cortisol.

Tín hiệu bóng tối Melatonin

Các hormone melatonin là một phân tử tín hiệu chính của hệ thống thời gian sinh học. Melatonin là được sản xuất bởi tuyến tùng trong một nhịp sinh học: Nó tăng ngay sau khi mặt trời lặn (khởi phát melatonin ánh sáng mờ), cực đại vào giữa đêm, (giữa 2 và 4 giờ sáng), và giảm dần sau đó, giảm xuống mức rất thấp trong giờ ban ngày.

Sản xuất melatonin bởi tuyến tùng được SCN kích hoạt, thông qua một con đường truyền tín hiệu thần kinh đó là hoạt động chỉ vào ban đêm. Vào ban ngày, ánh sáng đầu vào từ võng mạc ức chế tín hiệu SCN đến tuyến tùng và ngừng tổng hợp melatonin. Thông qua cơ chế này, việc sản xuất melatonin bị ức chế bởi ánh sáng và được tăng cường bởi bóng tối.

Melatonin thông được giải phóng vào dòng máu và đến tất cả các mô trong cơ thể chúng ta, nơi nó điều chỉnh hoạt động của các gen đồng hồ và hoạt động như một người cho thời gian tín hiệu bóng tối. Thông qua hoạt động của nó trong não và các mô ngoại biên, melatonin thúc đẩy giấc ngủ và chuyển các quá trình sinh lý của chúng ta thành đêm sinh học với dự đoán về thời kỳ nhịn ăn.

Một trong những mục tiêu của melatonin là chính SCN, nơi nó hoạt động như một tín hiệu phản hồi điều chỉnh nhịp điệu của đồng hồ trung tâm và giữ cho toàn bộ hệ thống hoạt động đồng bộ.

Do đó, melatonin là một phân tử chronobiotic – một phân tử có khả năng điều chỉnh (dự đoán hoặc trì hoãn) pha của đồng hồ sinh học. Melatonin hiệu ứng chronobiotic là rất quan trọng cho sự nhịp nhàng đầy đủ hàng ngày của các quá trình sinh lý và hành vi rất cần thiết cho sự thích nghi môi trường của chúng ta.

Tín hiệu Cortisol thức tỉnh

Hormon cortisol hầu hết được biết đến với tác dụng là một loại hormone gây căng thẳng, nhưng nó cũng là một phân tử tín hiệu quan trọng trong hệ thống thời gian sinh học. Cortisol được sản xuất bởi ty thể trong tuyến thượng thận với nhịp sinh học được kiểm soát bởi SCN.

Trong vòng một giờ đầu tiên sau khi thức dậy, có sự gia tăng mạnh trong việc sản xuất cortisol – phản ứng đánh thức cortisol (XE HƠI). Sau đỉnh điểm sáng nay, sản xuất cortisol giảm liên tục trong suốt cả ngày. Sản xuất Cortisol rất thấp trong nửa đầu của giấc ngủ và sau đó tăng dần trong nửa sau.

Sự đột biến trong mức độ cortisol trong buổi bình minh cho phép cơ thể: 1) dự đoán rằng chúng ta sẽ sớm thức dậy sau khi nhịn ăn qua đêm; và 2) chuẩn bị cho hoạt động thể chất và cho ăn. Các tế bào phản ứng bằng cách sẵn sàng xử lý chất dinh dưỡng, đáp ứng nhu cầu năng lượng và bổ sung dự trữ năng lượng.

Đỉnh điểm buổi sáng trong bài tiết cortisol có thể được coi là một loại phản ứng căng thẳng thức dậy bước nhảy đó bắt đầu ngày mới của chúng ta Sự tăng đột biến của cortisol làm tăng hưng phấn, bắt đầu ngày sinh học của chúng ta và kích hoạt các hành vi ban ngày của chúng ta.

Sự gián đoạn của thời gian tuần hoàn

Nhịp điệu tuần hoàn được điều chỉnh rất thanh lịch bởi các cấp độ và loại ánh sáng. Ví dụ, sản xuất melatonin rõ rệt nhất bị ức chế bởi ánh sáng xanh, trong đó ánh sáng buổi sáng được làm phong phú. Và theo đó, phản ứng đánh thức cortisol là chịu ảnh hưởng bởi đánh thức thời gian và lớn hơn khi có tiếp xúc ánh sáng màu xanh đặc biệt vào buổi sáng.

Cơ thể của chúng ta được tối ưu hóa để tuân theo mô hình 24 giờ của môi trường, nhưng công nghệ và lối sống hiện đại đã phá vỡ mô hình. Ánh sáng xanh lam cũng là một loại ánh sáng được phát ra với số lượng lớn bởi các nguồn sáng nhân tạo, bao gồm màn hình và bóng đèn tiết kiệm năng lượng. Tiếp xúc về đêm với các nguồn sáng này, ngay cả tại cường độ ánh sáng tương đối thấp, như bình thường đèn phòng, có thể nhanh chóng ức chế sản xuất melatonin.

Những thay đổi nhân tạo trong hệ thống thời gian sinh học không phải không có hậu quả. Mặc dù SCN có thể thiết lập lại khá nhanh để đối phó với sự gián đoạn sinh học, các cơ quan ngoại vi chậm hơn, điều này có thể dẫn đến sự không đồng bộ với môi trường nếu sự thay đổi trong chu kỳ tối của ánh sáng được lặp lại.

Sự gián đoạn sinh học có thể có tác động tiêu cực đến tất cả các loại quá trình sinh học: Nó có thể góp phần vào rối loạn giấc ngủ, trao đổi chất và tim mạch rối loạn chức năng, rối loạn tâm trạng và những gián đoạn khác ảnh hưởng đến hạnh phúc.

Những người làm việc theo ca là một ví dụ thường được sử dụng về mức độ sai lệch sinh học nghiêm trọng có thể xảy ra: Họ thể hiện sự sai lệch của melatonin và cortisol nhịp điệu, và họ có nguy cơ phát triển bệnh tim mạch, ung thưvà rối loạn tiêu hóa, ở giữa bệnh khác.

Suy nghĩ cuối cùng

Khi sự hiểu biết về niên đại học tăng lên, nhận thức về chỉ nhịp sinh học quan trọng như thế nào là vì sức khỏe. Các nguyên nhân chính của sự gián đoạn sinh học là những thay đổi trong các chu kỳ chính của chúng ta: bóng tối ánh sáng, thức giấc ngủ và cho ăn chu kỳ nhịn ăn.

Do đó, càng nhiều cuộc sống của bạn cho phép, hãy cố gắng tạo ra những thói quen đơn giản có thể hỗ trợ nhịp sinh học của bạn: tối ưu hóa giấc ngủ của bạn, tránh xa màn hình trước khi ngủ hoặc dùng chặn ánh sáng màu xanh kính vào ban đêm, khi xem TV hoặc sử dụng máy tính, hãy ăn tại thời gian thường xuyên và sớm hơn vào ban ngày, và đi ra ngoài vào buổi sáng và nhận được một số ánh sáng mặt trời.

Sara Adaes, Tiến sĩ, là một nhà thần kinh học và sinh hóa học làm việc như một nhà khoa học nghiên cứu tại Tập thể thần kinh. Sara tốt nghiệp ngành Hóa sinh tại Khoa Khoa học của Đại học Porto, Bồ Đào Nha. Kinh nghiệm nghiên cứu đầu tiên của cô là trong lĩnh vực thần kinh học. Sau đó, cô nghiên cứu về sinh học thần kinh của nỗi đau tại Khoa Y của Đại học Porto, nơi cô có bằng tiến sĩ. trong khoa học thần kinh. Trong khi đó, cô bắt đầu quan tâm đến truyền thông khoa học và làm cho kiến ​​thức khoa học có thể tiếp cận được với xã hội giáo dân. Sara muốn sử dụng đào tạo khoa học và kỹ năng của mình để góp phần tăng sự hiểu biết của công chúng về khoa học.