כיצד פועלים מקצבים ביולוגיים אנדוגניים

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

המאמר מוקדש לעבודת המקצבים הצירקדיים - מקצבים ביולוגיים אנדוגניים עם פרק זמן של כ-24 שעות, האופייניים לרוב האורגניזמים, כולל בני אדם. זוהי סקירה כללית של המחקר המדעי העדכני ביותר, לא אוסף של עצות מועילות, למרות שהמאמר אכן מדבר על שינוי פוטנציאלי באורח החיים. סקירה זו אינה ממצה; אנו נמשיך לעדכן אותה ככל שיצוצו מחקרים חדשים.

הדבר העיקרי:

← מקצבים צירקדיים עקביים ובריאים יכולים לעזור לשפר את הבריאות הכללית כמו גם מניעה יעילה של מחלות כרוניות.

← זכרו לישון: דיאטה, פעילות גופנית וגורמים אחרים משפיעים על אופן פעולת המקצבים הצירקדיים.

← למד את המוזרויות של עבודת המקצבים הצירקדיים, קבע את ה"כרונוטיפ" שלך, ולאחר מכן יישם את הידע שנצבר על ההמלצות המתודולוגיות המצוינות במחקר מדעי.

לפני שילוב כל העצות במאמר זה בשגרת היומיום שלך, בדוק עם איש המקצוע הרפואי שלך.

לפני קריאת המאמר: מילון מונחים קצר

1. Circadian: מחזור חוזר באופן טבעי בפרק זמן של כ-24 שעות, ללא תלות באורך שעות האור; מלטינית circa ("o") ודים ("יום").
2. חיישן קצב: אות סביבתי, כגון שינוי באור או בטמפרטורה; מהצייט הגרמני ("זמן") וגבר ("נותן").
3. אנדוגני: תהליך פתולוגי בגוף הנגרם על ידי גורמים פנימיים, ולא על ידי השפעות חיצוניות (גורם שורש).
4. התאמת קצב יממה: מתרחשת כאשר משימות קצביות, פיזיולוגיות או התנהגותיות מתאימות לשינויים בסביבה; אינטראקציה של מקצבים צירקדיים עם הסביבה.
5. יומי: כל יום; מלטינית מת (יום) ו-diurnus (יומי).
6. שעון מאסטר: זוג אוכלוסיות תאים המצויות בהיפותלמוס, המכונה גם הגרעין העל-כיאסמטי (SCN); תאים אלו מכילים גנים השולטים במקצבים הצירקדיים.
7. גן מוטנטי: שינוי קבוע ברצף ה-DNA; בשימוש על ידי כרונוביולוגים כדי לזהות את המנגנון של גני שעון על ידי זיהוי גן מוטנטי בבעלי חיים עם תסמונת צירקדית אריתמית.

דמיינו צמח שמנסה לעשות פוטוסינתזה בלילה: דרמה קצרה בחושך. "צמחים מתמודדים עם חיים ומוות", אומרת סאלי יו, עוזרת פרופסור לביוכימיה וביולוגיה של תאים באוניברסיטת טקסס במרכז מדעי הבריאות של יוסטון (UTHealth), בזעף. "אם הם לא עוקבים אחר מקצבים צירקדיים, הם ימותו". אבל עבור אדם, התחזית לא תהיה כל כך עגומה. "גם אם תסיר את גן השעון (גן חשוב שמווסת את עבודת המקצבים הצירקדיים), אתה לא תמות מיד", אומר יו. "אבל אתה תסבול". בעיות צפויות? בעיות פסיכולוגיות מתמשכות ובין היתר סיכון מוגבר למחלות כרוניות. החיים קשים כשהכל לא מסונכרן.

עמיתו של יו, ג'ייק צ'ן, עוזר פרופסור באותה מחלקה, אומר אחרת: "לעיתים קרובות אנחנו אומרים שהכל צריך להיעשות לפי לוח הזמנים. אבל זו הגזמה. אבל הביטוי "לכל דבר יש את הזמן שלו" לא. וזה קשור ישירות לגוף האדם. בכל תא, רקמה או איבר בודדים מתרחשים תהליכים פיזיולוגיים בזמן מסוים. השעון הביולוגי הוא מעין טיימר – מנגנון שבאמצעותו נוכל לוודא שהכל פועל כשורה. זו פונקציה בסיסית".

צ'ן ויו חוקרים מקצבים צירקדיים - המקצבים הביולוגיים של הגוף בפרק זמן של כ-24 שעות, שלאחריהם עוקבים מדי יום כל היצורים החיים על הפלנטה שלנו. מקצבים צירקדיים או מקצבים צירקדיים קשורים ישירות למיליוני שנות התפתחות החיים על הפלנטה שלנו. הוא תוצר של האינטראקציה של השעון הביולוגי הפנימי של הגוף והסביבה – לא רק אור השמש, אלא גורמים רבים אחרים קובעים התנהגות, מווסתים את רמות ההורמונים, שינה, טמפרטורת הגוף וחילוף החומרים.

מה שמכונה "שעון מאסטר" או הגרעין העל-כיאסמטי (SCN), השעון המאסטר השולט במקצבים הצירקדיים, הוא זוג אוכלוסיות תאים מלאות בגנים (כולל Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 ו- Cry2), הממוקם בהיפותלמוס. ברמה המולקולרית, עקבות גנים לשעון נמצאים בכליות, בכבד, בלבלב ובאיברים אחרים. SCN פועל כמנכ"ל המורה לגוף להיצמד ללוח הזמנים ולעבד אותות סביבתיים. המכון הרפואי הווארד יוז.)

כפי שנראה בהמשך, שימת לב למקצבים הצירקדיים משפרת את התפקוד היומיומי (הפיזיולוגי והפסיכולוגי) של הגוף ובסופו של דבר משפיעה על מצב הבריאות הן בטווח הארוך והן בטווח הקצר. טיפול במקצבים הצירקדיים משאיר אותם לעבוד תוך שמירה על מה שסאלי יו מכנה "שעון אמין".

"אני לא יכול לומר בוודאות עד כמה חשובים המקצבים הצירקדיים במניעת מחלות כרוניות, איזו השפעה יש לה על הבריאות בטווח הארוך, האם זה מועיל ובסופו של דבר משפיע על תוחלת החיים."

מידע על מומחים:

מדען: ג'נג "ג'ייק" צ'ן

השכלה: דוקטורט, אוניברסיטת קולומביה, ניו יורק

תפקיד: פרופסור עוזר במחלקה לביוכימיה וביולוגיה של התא במרכז למדעי הבריאות של אוניברסיטת טקסס ביוסטון

מאמר שפורסם לאחרונה: המולקולה הקטנה Nobiletin מכוונת למתנד המולקולרי כדי לשפר את המקצבים הצירקדיים ולהגן מפני תסמונת מטבולית.

תחום מחקר: בדיקות מולקולות קטנות לכרונוביולוגיה ורפואה.

מדען: סונג הי "סאלי" יו

השכלה: דוקטורט, מכון קוריאה למדע וטכנולוגיה

תפקיד: פרופסור חבר, המחלקה לביוכימיה וביולוגיה של התא, מרכז מדעי הבריאות של אוניברסיטת טקסס ביוסטון

מאמר אחרון שפורסם: Period2 3'-UTR ו-microRNA-24 מווסתים מקצבים circadian ע י דיכוי הצטברות חלבון PERIOD2. כמו כן פיתוח ופוטנציאל טיפולי של Small-Molecule Modulators of Circadian Systems.

תחום מחקר: מנגנונים תאיים בסיסיים במקצבי יממה ופענוח תפקידים פיזיולוגיים ופתולוגיים של השעון.

היסטוריה: שלבים עיקריים של התפתחות ביולוגית של מקצבים צירקדיים

הדבר הראשון שצריך לדעת על חקר המקצבים הצירקדיים (כרונוביולוגים עושים זאת) הוא שלמעט חריגים נדירים, כל האורגניזמים עוקבים אחר המקצבים הצירקדיים שלהם. מנרקיסים ועד דרורים, מזברות ועד בני אדם, כמעט כל האורגניזמים החיים על הפלנטה עוקבים אחר מחזור השמש. בשנת 1729, המדען הצרפתי ז'אן ז'אק דה מרן רשם את התצפית הראשונה על תנועות עלים אנדוגניים או משובצים של צמח מימוזה פודיקה. גם בחושך מוחלט, הצמח המשיך לעקוב אחר הקצב היומיומי שלו. המדען הגיע למסקנה שהצמח מסתמך לא רק על אותות חיצוניים או על חיישן קצב, אלא גם על השעון הביולוגי הפנימי שלו.

הכרונוביולוגיה פרחה מאתיים שנה מאוחר יותר, באמצע המאה ה-20. מושפע מתרומתם של מספר מדענים, בפרט קולין פיטדרי, "אבי השעון הביולוגי". Pittendry חקר זבובי פירות או תסיסנית ושפך אור על האופן שבו מקצבים צירקדיים מתקשרים או מסתנכרנים עם מחזור היום והלילה. יורגן אשוף, חבר של Pittendry, חקר גם הוא אינטראקציה עם מחזור היום והלילה, אך מדענים הגיעו למסקנות שונות לגבי האופן שבו האינטראקציה מתרחשת (פרמטרית ולא פרמטרית, תוכלו לקרוא עליה עוד כאן וכאן). ג'ון וודלנד הייסטינגס ועמיתיו גילו תגליות בסיסיות לגבי תפקידו של האור במקצבי היממה על ידי חקר דינופלגלטים ביולוגיים (אצות, מין של פלנקטון).הבוטנאי ארווין באניג תרם גם הוא למחקר בסיסי על מודלים של אינטראקציות, ותיאר את הקשר בין אורגניזמים ומחזורי ניתוק.

השלב הבא של גילויים בכרונוביולוגיה חיבר את המנגנונים המולקולריים והגנטיים הספציפיים של עבודת המקצבים הצירקדיים. זה נובע מעבודתם של רון קונופקה וסימור בנצר, שבתחילת שנות ה-70 ביקשו לזהות גנים ספציפיים השולטים במקצבים הצירקדיים של זבובי הפירות. לקונופקה ובנצר מיוחסים גילוי של גן שעבר מוטציה, שאותו כינו תקופה המשבשת את השעון הצירקדי של זבובי הפירות. כך התגלה לראשונה הקובע הגנטי של מקצבים התנהגותיים. ג'פרי ס. הול, מייקל רוסבאש ומייקל וו. יאנג השלימו בהצלחה את עבודתם של קונופקה ובנצר על ידי הצגת עבודת הגן התקופתי ברמה המולקולרית. הול, רוסבאש ויאנג קיבלו את פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה ב-2017. הם בודדו את הגן התקופה ולאחר מכן הראו כיצד פועלת מערכת השעון היומית ברמה המולקולרית.

בעת עריכת מחקר על זבובי פירות ועכברים ב-1994, ג'וזף טקהאשי וצוותו גילו גנים של שעון ביונקים וכינו אותם שעונים, ותיארו אותם כ"תכונה אבולוציונית נשמרת של מנגנון השעון הצירקדי". גילוי גן השעון, יחד עם עבודתם של הול, רוסבש, יאנג והמדען מייקל גרינברג, היו רגע פרשת מים בכרונוביולוגיה. תוך שנים ספורות התגלו גנים המבטיחים את עבודתם של מקצבי יממה באורגניזמים נמוכים יותר.

המדע מתקדם בהתמדה, ומחקרים רבים בזבובי פירות ועכברים הוכיחו את ההתמדה המדהימה של גני שעון בתוך מינים, מה שאומר שישנם גנים דומים השולטים במקצבים הצירקדיים באורגניזמים מורכבים יותר, כולל בני אדם.

"זריחה ושקיעה הם עדיין הגורמים העיקריים המשפיעים על המקצבים הצירקדיים, אבל גורמים אחרים מנוטרים ללא הרף במחקר מדעי."

מחקר אחרון: קביעת תפקידם של מקצבי סירקדיום בבריאות האדם ובמחלות

חשוב לציין שהביולוגיה של מקצבים צירקדיים מורכבת להפליא - ישנם כתבי עת מדעיים רבים המוקדשים לתחום מחקר זה. כתוצאה מכך, ההבנה שלנו לגבי תפקידו של השעון הביולוגי בבריאות האדם היא תוצאה של מחקרים אפידמיולוגיים כמו גם מחקרים בבעלי חיים. מחקרים באורגניזמים נמוכים עוזרים לחשוף את עבודתם של מנגנונים מולקולריים וגנטיים בפעולה, ולאחר מכן ניתן לראות כיצד, למשל, הפרעות שינה מובילות לסיכון מוגבר לסוכרת מסוג 2, השמנת יתר ומספר מחלות לב וכלי דם.

אכן, אחד מתחומי המחקר המבטיחים ביותר הוא שינה. מדענים כיום מקשרים בין חוסר שינה והפרעה במקצבים הצירקדיים לאחר מכן להתפתחות השמנת יתר ודיכאון, כמו גם לרוב המחלות הכרוניות. מחקרים הראו שחוסר שינה עלול להוביל לתופעות לוואי בלתי צפויות, כמו חוסר יכולת לזהות פנים.

ההבנה כיצד פועלים המקצבים הצירקדיים עברה הרבה מעבר לאינטראקציה עם מחזור היום והלילה. "ישנם רמזים חברתיים, רמזים לאוכל ורמזים לפעילות גופנית - הם מגוונים מאוד", אומר י. לזריחה ולשקיעה יש עדיין השפעה גדולה על מקצבי היממה, אבל גורמים אחרים נחקרים. אוסף גדול של עבודות הראה שתזונה היא אות חיצוני מרכזי המקיים אינטראקציה עם השעון הפנימי, כולל עבודתו של ד"ר Satchidananda Panda להגביל את העיתוי התזונתי (איך זמן האכילה משפיע על הבריאות).

באופן כללי, ברור כיום שלמקצבים הצירקדיים תפקיד מערכתי לארגון העבודה של כל ההיבטים הפיזיולוגיים של גוף האדם, לרבות עבודת האיברים החיוניים, חילוף החומרים, חסינות, תהליכי חשיבה וכו'. עבודתו של ד ר יו מרחיבה את התחום של מחקר - היא משתפת פעולה עם מחקר מומחה לכאב כרוני לחקר מקצבי כאב בחולים. כמו כן, מתנהלת עבודה לחקר תפקידו של מחזור הניתוק בהפרעות בעבודה של מקצבים צירקדיים (השפעת שינוי אזורי זמן על צמיחת תאים סרטניים). מחקר כזה מספק לנו תובנות חדשות וחשובות שניתן להשתמש בהן כדי לבצע שינויים באורח החיים – לדעת באיזו שעה לאכול וללכת לישון באופן כללי חשוב לבריאות; ועם מחלה, ניתן ליישם את הידע שנצבר בחיפוש אחר תרופות המווסתות את עבודת המקצבים הצירקדיים. למדענים יש עדיין הרבה מחקר לעשות כמעט בכל התחומים הקשורים לבריאות ומחלות.

מחשבה בסיסית: מדוע חשוב לדעת על מקצבי סירקד?

למודעות כיצד פועלים מקצבים צירקדיים יכולה להיות השפעות בריאותיות לטווח קצר וארוכות טווח. "שינויים באורח החיים הם המתנה הכי טובה שאתה יכול לתת לעצמך", אומר חן. "אם אתה מנהל את אורח החיים שלך, הטכנולוגיה והרפואה יכולים להפוך לגורמים משניים במהלך חייך." בטווח הקצר, מחקרים על בעלי חיים ובני אדם מראים שאורחות חיים התומכים במקצבי יממה בריאים יכולים לתמוך בערנות, קואורדינציה מוטורית, בריאות לב וכלי דם, תפקוד מערכת החיסון, בריאות המעיים, מחשבה ושינה. ישנן עדויות התומכות בהפחתה ארוכת טווח בסיכון למחלה כרונית.

"ההשפעות של שינויים באורח החיים אולי לא יהיו ברורות במשך כמה ימים, אבל עם הזמן, היתרונות יהיו עצומים".

אז איזה סוג של אורח חיים אתה צריך לנהל כדי להסתנכרן עם המקצבים הצירקדיים שלך? הדבר הראשון שצריך לעשות הוא לשים לב לביוריתמוסים שלך. מקצבי היממה, למרות שנבנו על אותו בסיס, משתנים מאדם לאדם בשל גיל, הבדלים גנטיים וסביבתיים. עפרונים אוהבים יותר את הבוקר. ינשופים מעדיפים את הלילה. אתה צריך לשים לב לנטיות הטבעיות של הגוף שלך ("כרונוטייפ") כדי ליישם בהצלחה את הידע של המחקר המדעי העדכני, כמו כן, אל תשכח שאין גישה מתאימה לכולם.

השני הוא להקפיד על לוח זמנים קבוע ושגרתי כל יום, שבעה ימים בשבוע. ד"ר יו מדבר על "ג'ט לג" (ג'ט לג חברתי) - כאשר אנשים שוברים את לוח הזמנים שלהם עם הרגלים לא אופייניים, כמו אכילה וללכת לישון מאוחר יותר, מתעוררים מאוחר יותר ומתעמלים בימים שונים בשבוע בזמנים שונים. כל הפעולות הללו יכולות להוביל לאותן השלכות שליליות כמו שינוי אזורי זמן. ככל שתעקוב אחר המשטר בצורה עקבית יותר ויותר, כך הגוף שלך יעזור לך בכך טוב יותר.

שלישית - יישום הידע שנצבר ממחקר מדעי - הנתונים על תזונה, שינה ופעילות גופנית מפורטים להלן. רבים משינויי אורח החיים שהוכיחו מחקרים כרוכים בשינויים בהרגלי האכילה – למשל, אכילת רעיון רע לפני השינה. זה טומן בחובו השלכות בריאותיות שליליות. אכלו ארוחות קטנות מוקדם ומאוחר ביום, וזה קל מספיק לנסות. כך גם לגבי שינה - עליך לעקוב אחר המשטר ולישון לפחות 7-8 שעות. במקרה הרע, תרגישו נח, ובמקרה הטוב, תשפרו את סיכוייכם לחיים בריאים.

העיקר: שינה, אוכל וספורט הם הבסיס לאורח חיים בריא.

חולם

הדבר החשוב ביותר שתוכלו לעשות הוא לשמור על לוח זמנים קבוע של שינה ויקיצה ולישון מספיק – 7-9 שעות שינה נחשבות לנורמליות לאדם בוגר. ממצאי מחקר על חוסר שינה והפרעות שינה מצביעים על כך שחוסר שינה והפרעות שינה משפיעים לרעה על מצב הרוח, הריכוז וקשורים למחלות כרוניות. יתרה מכך, כמה מדענים משערים שחוסר התאמה יממה שנגרם על ידי ג'טלג חברתי עשוי להיות נפוץ בחברה המערבית ולתרום לבעיות בריאות.

אז באיזו שעה כדאי ללכת לישון? בדרך כלל, הגוף מתחיל לייצר מלטונין בשעה 9:00 בערב. זהו אות - אתה צריך לסיים הכל וללכת לנוח. הפרשת המלטונין מסתיימת בסביבות 7:30 בבוקר, ובמהלך היום, מלטונין כמעט ואינו קיים בגוף. התאמת העדפות אישיות על סמך הנטיות הטבעיות שלך היא המפתח להימנעות מהפרעות שינה (כגון התעוררות במהלך השינה) ושמירה על בריאות מיטבית.

ולבסוף, אור. מחזור היום והלילה אינו הגורם היחיד המשפיע על גוף האדם, שכן אנו מתמודדים כל הזמן עם תאורה מלאכותית, ובכל זאת הוא ממלא תפקיד ראשוני. קבלת מספיק אור טבעי מוקדם ביום והימנעות מתאורה לא טבעית (כגון אור כחול ממסך סמארטפון) בערבים עוזרת לשמור על מקצבי הצירקדיים שלך בריאים.

נקודות מפתח: יש לישון מספיק ולוודא שזמן השינה והערות שלכם נשארים זהים שבעה ימים בשבוע. אם יש לך חוסר שינה, התחל מיד לשחזר את המשטר שלך, אחרת אתה מסתכן בסכנת בריאותך בטווח הארוך.

תְזוּנָה

באופן כללי, מחקרים מראים שאכילת מזונות עתירי קלוריות היא הטובה ביותר בבוקר. נסה לאכול את ארוחת הערב שלך הרבה לפני השינה ופחות עשיר בקלוריות. אם אתה יכול לעשות הכל בסביבות השעה 18:00 או 19:00 בערב ולתת לגוף שלך 12-14 שעות לנוח, תראה יתרונות בריאותיים לטווח קצר ולטווח ארוך.

חלקית, העובדה היא שהשעון הפנימי של הכבד שלך לא עובד בלילה. הכבד מפסיק לייצר אנזימים כדי להמיר קלוריות לאנרגיה; במקום זאת, הוא מייצר אנזימים לאחסון אנרגיה. אם אתה אוכל הרבה לפני השינה, הכבד שלך נאלץ לעבוד שעות נוספות ובסופו של דבר אתה שומר יותר אנרגיה ממה שאתה מוציא.

החלטה חשובה נוספת שתוכלו לקבל (מלבד אכילה בריאה) היא תזמון הארוחה היומית שלכם. בעוד שהנתונים עדיין מוגבלים, מחקרים בבעלי חיים ועבודתו של ד"ר פנדה מצביעים על כך ש"אכילה מוגבלת בזמן" היא שינוי קל ופוטנציאלי מועיל באורח החיים. הפתרון האופטימלי תלוי במטרה שלך. אבל אם המטרה היא לשפר את הבריאות הכללית שלך, אז עדיף להתחיל ב-8-9 שעות. אבל, מבחינת עמידה בטווח הארוך, אולי כדאי להתחיל ב-10-12 שעות.

נקודת מפתח: אכלו יותר במהלך היום, לא לפני השינה. כדי לשפר את הבריאות, התחל לאכול ב-10-12 שעות.

ספּוֹרט

בעוד שכמה מחקרים מראים שהביצועים האנאירוביים מגיעים לשיא אחר הצהריים, אין הסכמה בין מומחים לגבי הקשר בין מקצבי יממה ופעילות גופנית - למעט נוכחות של שעון מולקולרי בשרירי השלד.

ובדיוק כמו ההשפעות של תאורה וזמני ארוחות, גם תזמון הפעילות הגופנית ממלא תפקיד חשוב בשמירה על מקצבי יממה בריאים.

העיקר: להתאמן באופן קבוע, ולהשאיר פעילות אנאירובית לשעות אחר הצהריים.

סיכום

המחקר על אופן פעולת המקצבים הצירקדיים הוא פשוט למדי."השעון הפנימי שלך נועד לשרוף אנרגיה במהלך היום ולהחזיר אנרגיה במהלך הלילה", אומר י'. ככל שהתזמון טוב יותר, כך פחות בלאי בשעון הצירקדי. למרות שהשעון הפנימי יציב, הפרעה עקבית במשטר יכולה להוביל לבעיות בריאות ארוכות טווח.

"כשאנחנו צעירים, הגוף יכול להתמודד עם הרבה", אומר יו. "אבל זה לא אומר שהכל בסדר. זה כמו צריכת דלק: אתה מוציא יותר מדי אנרגיה על פעילויות אריתמיות, מה שיוביל לבעיות בתפקוד של מקצבים צירקדיים בעתיד."

לא תקצר את חייך בחמש שנים על ידי אכילה מאוחרת, אבל יש שעות ייעודיות בגוף שלך כדי להגן על הבריאות שלך ולמזער את ההפרעה לפיזיולוגיה שלך. היו אדיבים ומתחשבים בעצמכם ותראו את התוצאה.