Ritem človeštva
Narava je prepolna ritmov. Vsakih 365 dni se Zemlja vrne na isto točko kroženja okoli Sonca. Približno vsakih 29,5 dni so Luna, Zemlja in Sonca na relativno enakih pozicijah. Vsak dan se Zemlja obrne okoli svoje osi in na približno šest ur se izmenjavata plima in oseka.
Tako kot neživa narava oscilira tudi živa narava. Omenjene ritme pri živih bitjih poimenujemo z latinskimi imeni. Cirkaanualni ritem izhaja iz latinski besed circa in annum in traja približno eno leto, cirkalunarni traja približno 30 dni, ultradiani manj kot en dan, infradiani pa več kot en dan.
Naštete periode znamo sicer opisati, ne znamo pa jih dobro razložiti. Zato se bomo v tokratni oddaji osredotočili na cirkadiane ritme, ki trajajo približno en dan, in so zaradi svoje vseprisotnosti tudi najbolje razloženi na molekularni, celični in vedenjski ravni.
Ritmi žive narave pogosto sledijo ritmom neživega in imajo približno enake periode, vendar obstajajo tudi brez njih. Da so biološki ritmi neodvisni od okolja je v 18. stoletju opazil Jean-Jacques d'Ortous de Mairan, ki je opazoval gibanje rastline Mimosa pudica. Listi te rastline se namreč ponoči zaprejo, podnevi pa se ponovno odprejo. Ko je de Mairan mimozo postavil v okolje popolne teme, je rastlina še vedno sledila ritmu s periodo približno 24 ur. S tem je dokazal, da je ta ritem endogen.
Kronobiologija ljudi je s podobnimi eksperimenti zagon dobila šele v 20. stoletju. Somnologinja Barbara Gnidovec Stražišar s Pediatrične klinike opisuje eksperimente, s katerimi so dokazali, da je tudi pri ljudeh cirkadiani ritem endogen:
Organizmi na Zemlji se prilagajajo na spreminjajoče se dele dneva. S tem dosežejo varčno izkoriščanje energije za posamezne naloge in telesne procese, kot so iskanje in prebava hrane. Najbolj poznan dnevni ritem je ritem spanja in budnosti, dnevni vzorec pa kažejo tudi fizične zmožnosti, pozornost ter imunske in prebavne funkcije. Dnevni ritem se kaže tudi z nihanjem telesne temperature, krvnega tlaka in hormonskega stanja čez dan.
Telo je zmožno samo ustvarjati ritem približno 24-ih ur. To se dogaja v centralnem ritmovniku telesa, ki se nahaja v sprednjem delu možganov tik nad optično kiazmo, in se imenuje suprakiazmatično jedro. V njegovih nevronih se skupina cirkadianih genov izraža s periodami, dolgimi približno en dan. To dogajanje se ne preneha, tudi če se povsem izoliramo od vplivov okolja in s tem védenja o dnevu in noči. Perioda je nekoliko odvisna od različice posameznikovih genov in ponavadi znaša med 23,5 in 25 ur.
Suprakiazmatično jedro pa prejema tudi informacijo o količini svetlobe v okolici. Najprej jo zaznajo posebni receptorji na mrežnici očesa, in sicer intrinzično fotosenzitivne ganglijske celice. Teh je v očesu okoli pet tisoč in zaznavajo predvsem modro in vijolično svetlobo. Informacija o svetlobi potuje neposredno v suprakiazmatično jedro, kjer se uskladi z lastnim ritmom približno 24-ih ur. Od tam potuje v druge dele možganov in telesa, da se glede dneva orientira in uskladi celotno telo.
V možganih je zelo pomembna povezava s češariko v zadnjem delu možganov. Ta ponoči sprošča glavni hormon spanja - melatonin. Povezava centralnega ritmovnika z organi, kot je nadledvična žleza, je neposredna. Ta žleza sprošča kortizol, ki nam povečuje budnost. Povezava z mnogimi drugimi organi pa je posredovana s hormoni in te zveze so manj raziskane. Organi imajo tudi vsak svojo uro, se pa ponastavljajo pod nadzorom suprakiazmatičnega jedra.
Svetloba je dolgo veljala za edini dražljaj, ki telesu sporoča del dneva. Danes vemo, da svetloba vsak dan ob prvem stiku naš dnevni ritem le ponastavi in da ima vsaka celica v notranjosti telesa svoj biološki ritem. Molekularne osnove za ta pojav nam opiše profesorica Damjana Rozman iz Centra za funkcijsko genomiko in biočipe na Inštitutu za biokemijo ljubljanske Medicinske fakultete:
Ritem vsake celice je tako določen z geni, kot sta aktivatorska gena Clock in BMAL in zaviralska gena cryptochrome in period. Ritem pa uravnavajo še drugi dražljaji, ki jih imenujemo zeitgeberji oziroma dajalniki časa. Govori Barbara Gnidovec Stražišar:
Na tak način je notranja ura natančno usklajena v skladu z našo aktivnostjo in vedenjem in ni določena le s svetlobo, s katero telesu dirigira suprakiazmatično jedro.
Cirkadiane ritme lahko preučujemo s prej omenjenimi protokoli, pri katerih so udeleženci izpostavljeni stalnim rutinam in tako ne morejo ločiti dneva in noči. Taki postopki se uporabljajo v eksperimentih, medtem ko se v klinični praksi uporabljajo druge metode.
Za objektivno ocenjevanje periode in faze cirkadianih ritmov se uporabljajo razni biološki označevalci. Teoretično bi se lahko za oceno ritmike uporabljal katerikoli označevalec, ki je odvisen od biološke ure. V praksi pa se za to oceno največkrat uporablja melatonin. Barbara Gnidovec Stražišar razloži, kako se za oceno ritmov uporablja melatonin in drugi označevalci.
Med enostavnimi načini ocenjevanja so tudi vprašalniki cirkadianih ritmov, ki se pogosto uporabljajo za ocenjevanje povezanosti med fenotipom in genotipom. Podobno so pri osebah z motnjami spanja uporabni dnevniki spanja, v katere vpisujejo čas, ko zaspijo in se prebudijo, število prebujanj med spanjem, počutje, zaznano kvaliteto spanja in razne dogodke, ki lahko vplivajo na spanje.
Dnevnike spanja dopolnjuje aktigrafija, to je metoda za neinvazivno spremljanje ciklov počitka in budnosti. Barbara Gnidovec Stažišar razloži uporabnost aktimetra in podobnih naprav:
Aktigrafija je torej razmeroma zanesljiva in veljavna metoda za ocenjevanja spanja in telesnih ritmov v zdravi populaciji, manj zanesljiva pa je, kadar je spanje bolj fragmentirano. Zlati standard ocenjevanja spanja tako ostaja polisomnografija. To preprosto pomeni, da se hkrati spremlja več telesnih aktivnosti, ki so povezane s spanjem, in sicer možgansko aktivnost, očesne gibe, mišično in srčno aktivnost ter druge. Polisomnografija je v primerjavi z drugimi metodami draga in zahtevna za izvedbo, saj je nujno, da merjena oseba prespi v bolnišnici. Uporablja se predvsem za oceno motenj spanja, redko pa za ocenjevanje motenj cirkadianega ritma.
V nadaljevanju bomo govorili o medosebnih razlikah v cirkadianih ritmih in o tem, kaj se zgodi, ko so ti ritmi moteni. Pred tem pa si spočijte ušesa ob glasbenih ritmih.
Tako kot po vseh drugih lastnostih se ljudje močno razlikujemo tudi v cirkadianih ritmih. Glede na čas, ko zaspimo in se zbudimo, ločimo torej več kronotipov, o katerih razlaga Damjana Rozman:
Na naš kronotip oziroma telesne ritme vplivajo tako genetski kot okoljski dejavniki. Med najbolj znanimi dejavniki ritmov je starost, in sicer je znano, da je med mladostniki veliko več večernih tipov, pri starostnikih pa je slika obratna. Barbara Gnidovec Stražišar razlaga, kako se pri vzrokih za te razlike prepletajo genetski in okoljski dejavniki:
Okoljski dejavniki razložijo zgolj del razlik za spremembe v regulaciji spanja in ritmov pri mladostnikih. Zakasnitev v času spanja je bila namreč dokumentirana v več kot 16 državah v predindustrijskih in modernih kulturah. Premik cirkadiane faze vztraja tudi v laboratorijskih pogojih, kjer so socialni vplivi zmanjšani, opažen pa je bil tudi pri nekaterih drugih sesalcih.
Vzroki za spremembe v cirkadianih ritmih pri mladostnikih še niso povsem znani, hipotez pa je več. Po eni hipotezi mladostniki lažje prenašajo podaljšana obdobja budnosti, kar se kaže v počasnejši akumulaciji dolgovalovne elektroencefalografske aktivnosti, ki se pojavi ob deprivaciji spanja. Po drugi hipotezi pa pri mladostnikih pride do sprememb v zaznavanju dajalcev časa, in sicer so manj občutljivi na svetlobo v jutranjih urah in bolj v poznih urah.
Opisana opažanja o s starostjo pogojenih spremembah v telesnih ritmih so vplivale na to, da so v nekaterih državah šolske urnike premaknili na kasnejšo uro. Damjana Rozman pojasnjuje, kakšen je vpliv cirkadianih ritmov na učno uspešnost:
Naslednja pomembna spremenljivka, ki vpliva na cirkadiane ritme je spol. Znano je namreč, da pri ženskah spanje nastopa vse kasneje do 19. leta in pol, pri moških pa do 21. leta. V odrasli dobi moški hodijo spat kasneje, ta razlika pa okoli 50. leta, ko pri ženskah nastopi menopavza, izgine. Nevrobiološki mehanizmi za te razlike še niso povsem znani. Možno je, da so razlike med spoloma povezane z estrogenom, in sicer gre lahko za vplive trenutnih ravni ali pa za izpostavljenost visoki količini hormonov tekom razvoja, ki trajno spremenijo suprakiazmatično jedro.
V nadaljevanju govorimo o motnjah cirkadianih ritmov, med katerimi sta najpogostejši jet lag in izmensko delo. Barbaro Gnidovec Stražišar smo povprašali, katere so še druge motnje cirkadianih ritmov:
Eden izmed zelo neposrednih dokazov, da imajo geni lahko vpliv na cirkadiane ritme, je bilo odkritje zelo redke motnje imenovane družinski sindrom prehitevanja faze spanja. Raziskovalci so motnjo odkrili pri preučevanju družine v zvezni državi Utah v ZDA. Zanje je značilno, da so ekstremni škrjančki in hodijo spat ob sedmih zvečer, zbujajo pa se ob štirih zjutraj. Do tega pride zaradi spremembe v clock genu PER2, ki povzroči, da je cirkadiana perioda veliko krajša.
Na drugi strani je očitno, da ima velik vpliv na cirkadiane ritme okolje. To je opazno pri jet lagu oziroma desinhronizaciji, ki se pojavi pri potovanju v druge časovne cone. Zanimalo nas je, kako hitro se prilagodimo na te spremembe:
Da bi občutili učinke jet laga pa ni potrebno potovati v drugo časovno cono. Poznamo namreč tudi tako imenovani socialni jet lag, ki se pojavi, kadar naša biološka in socialna ura nista usklajeni. Kot smo že govorili, se to pogosto pojavlja pri najstnikih, pri zaposlenih pa do socialnega jet laga pride ob izmenskem delu.
Na stalno nočno delo se posameznik prilagodi in zanj v zdravstvenem smislu ni škodljivo. Ponavadi se izločanje melatonina nadaljuje v nočnem času, ko je oseba na delu, vendar melatonin za zdaj ni neposredno povezan z nastankom obolenj.
Povsem drugače pa velja za večizmensko delo. Hkrati s širitvijo te oblike dela v vedno več panog ga namreč v zadnjih letih povezujejo z vedno več boleznimi. Govori profesorica Damjana Rozman iz Inštituta za biokemijo:
Nastanek raka je kot poklicno bolezen nekaj bolnícam, ki so delale večizmensko delo, do sedaj priznala le Danska. Prav pa bi bilo, da bi se nevarnosti zavedali povsod.
Rakava obolenja so le vrh ledene gore nevarnosti, v katero nas spravlja izmensko delo, saj je dokazana povezava tudi z debelostjo, sladkorno boleznijo, povišanim tlakom in maščobami v krvi. Ključni razlog za povišano tveganje za razne bolezni predstavlja hranjenje ob času, ko organizem pričakuje, da bomo spali, svetloba pa naj bi imela le drugoten pomen. Ponovno profesorica Damjana Rozman:
Ko gredo ritmi narobe, jih lahko zdravimo. Motnje ritmov in spanja lahko pogosto zmanjšamo že z upoštevanjem preprostih nasvetov, ki jih imenujemo spalna higiena. To pomeni denimo, da se držimo stalnega urnika spanja ter da ne uživamo nikotina, kofeina, alkohola ter hrane pred spanjem.
Pomembno je tudi, da se izogibamo dremanju čez dan ter da se ob zbujanju izpostavljamo močni naravni svetlobi. Barbara Gnidovec Stražišar opiše še druge prijeme za zdravljenje motenj ritmov:
Govorili smo o tem, kaj se zgodi, ko gredo naše notranje ure narobe in kako jih lahko popravimo. V nadaljevanju bomo ostali pri kliničnih aspektih cirkadianih ritmov, osredotočili pa se bomo na razpoloženje in farmakologijo.
Soft Machine – Why are we sleeping?
Drage poslušalke in poslušalci, na 89,3 MHz poslušate oddajo Znanstvene redakcije Frequenza della scienza. Do sedaj smo vam v oddaji predstavili, kaj so cirkadiani ritmi, kako jih uravnava suprakiazmatično jedro ter kakšen je pomen teh ritmov za zdravje. V zadnjem delu oddaje pa boste lahko prisluhnili, kako so telesni ritmi povezani s psihičnimi motnjami ter o kronomedicini, v kateri se ritmi povežejo s kronomedicino.
Kot smo slišali, so mnogi ritmi v človeškem organizmu pod nadzorom velikega šefa, suprakiazmatičnega jedra. Vsak organ pa ima poleg tega nadzornika še lastni cirkadiani ritem. Srce, jetra, ledvice, mišice, želodec, črevesje – vse to so periferni oscilatorji, katerih dejavnost se spreminja tekom dneva. Posledica tega je razvoj novejše veje medicine - kronomedicine, ki se ukvarja s časovno komponento jemanja zdravil.
Zakaj se zdravila za zniževanje krvnega tlaka ponavadi vzamejo zjutraj? Zato ker je takrat najvišji tlak in statistično gledano največja verjetnost za krvno-žilne dogodke, kot sta srčni infarkt ali možganska kap. Ravno obratno pa se zdravila za zniževanje holesterola nujno aplicirajo zvečer, ker je takrat največja sinteza holesterola v jetrih. Tudi različne vrste bolečine se pojavljajo prav v določenem delu dneva – vemo, da se zob najbolj razboli ponoči. Čas jemanja zdravil je torej zaradi cirkadianih ritmov ključnega pomena za dosego najboljšega terapevtskega učinka.
Za optimalni čas jemanja zdravila je potrebno dobro poznavanje organizma. Čeprav je na voljo veliko raziskav, pa ni lahko presoditi pomen in učinek vseh parametrov. Ugotovljeno je bilo, da je zjutraj zaradi večje absorpcije večji učinek snovi topnih v maščobi. To so mnoge učinkovine, ki delujejo v možganih, denimo uspavala, pomirjevala ter tudi etanol.
Poleg absorpcije sta pomembna dejavnika še pretok krvi v organu ter izraženost oziroma aktivnost encimov, s katerimi se učinkovina presnavlja. Če so encimi v določenem delu dneva bolj aktivni, hitreje presnavljajo zdravilo, zato je potreben manjši odmerek. Tako se včasih lahko izognemo neželenim učinkom zdravila, ki se pojavljajo pri višjih odmerkih. Po nekaterih študijah sodeč je denimo citostatike za zdravljenje raka bolje jemati zvečer.
Jasno je, da so glavni ustvarjalci pestrega dogajanja v možganih živčni prenašalci. Praktično vsi so, posredno ali direktno, vpeti v zapletene procese uravnavanja cirkadianega ritma, kot ga dirigira suprakiazmatično jedro. Zato ne preseneča, da neravnovesje med prenašalci pripelje do različnih motenj cirkadianega ritma.
Podobno lahko nadomeščanje acetilholina z zdravili bolniku z Alzheimerjem povzroča nenavadne sanje in druge težave s spanjem. Za motnjo pozornosti s hiperaktivnostjo, ki prizadene vedno več otrok, je značilno, da melatonin ne sledi ustaljenemu vzorcu, temveč brez kakršnegakoli ritma skače in pada tekom dneva. Kortizol, ki ga povezujemo s prebujanjem in odzivom na stres, pa zjutraj doseže vrh kasneje. Tako si lahko razlagamo jutranjo utrujenost dotičnih hiperaktivnežev.
Cirkadiani ritmi so pomembno povezani s počutjem. Spremenjeni vzorci spanja so namreč med glavnimi diagnostičnimi kriteriji motenj razpoloženja kot so depresija, bipolarna motnja ter shizofrenija, pojavljajo pa se tudi pri nevrodegenerativnih boleznih. Povezave so dvosmerne, in sicer kronična deprivacija spanja lahko poslabša počutje, na drugi strani pa so polimorfizmi v cirkadianih genih povezani z motnjami razpoloženja.
Z motnjo cirkadianega ritma, ki ga spodbudi pomanjkanje svetlobe predvsem v temnejših zimskih dneh, je povezana sezonska razpoloženjska motnja, pogovorno imenovana tudi zimska depresija. Več o tem nam je povedal psihiater in profesor na Medicinski fakulteti, dr. Peter Pregelj.
Depresija je motnja razpoloženja, kjer se pojavljajo različna odstopanja v ravni serotonina, noradrenalina in dopamina. Za zdravljenje se med drugim uporabljajo triciklični antidepresivi ter inhibitorji ponovnega privzema serotonina ali noradrenalina. Sezonsko razpoloženjsko motnjo se lahko zdravi z agomelatinom, ki deluje na melatoninske in obenem tudi na serotoninske receptorje. Tako hkrati izboljša cirkadiani ritem in razpoloženje.
Pri manjših depresivnih motnjah obstajajo tudi druge nefarmakološke alternative. Dr. Pregelj pove:
Zanemariti ne gre niti pozitivnega vpliva telesne vadbe na počutje.
Še ena resna motnja se lahko pojavi zaradi porušenega cirkadianega ritma. Nespečnost je med drugim lahko posledica fizioloških stanj, kot sta bolečina in kašelj, ali uporabe določenih zdravil, kot so zdravila za zniževanje pritiska, holesterola, zdravila proti alergiji ter antidepresivi. Motnje spanca so posledica zmanjšane REM ali ne-REM faze spanja zaradi porušenega ravnovesja med prenašalci v možganih.
V grobem lahko rečemo, da acetilholin spodbuja REM fazo, v kateri najbolj živo sanjamo, medtem ko noradrenalin in serotonin zavirata REM-nevrone. Težave se dolgoročno pokažejo v motnjah spomina in razpoloženja. Nespečnost se v Sloveniji zdravi predvsem z benzodiazepini. Gre za skupino pomirjeval oziroma uspaval, ki ojačajo zaviralni učinek prenašalca GABA na centralni živčni sistem.
Znane so nenavadne zgodbe o blodnjah in halucinacijah kolesarjev, ki na več tednov trajajočih dirkah poskušajo čim manj časa zapraviti za spanje in čim prej priti na cilj. V tem pogledu se marsikateri študent, zlasti med izpitnim obdobjem, lahko poistoveti z ekstremnimi športniki. Toda akutna in kronična spalna deprivacija, kakor strokovno poimenujemo pomanjkanje spanja, imata povsem različne učinke na organizem. Princip nam razloži dr. Pregelj:
V tokratni oddaji smo vam dali dober izgovor, da se izognete jutranjim obveznostim, če ste večerni tip človeka. Navsezadnje gre za zdravje. Opisali smo tudi zimsko depresijo, čez dva tedna pa bomo spoznavali še druge zimske pojave.
Ob ustvarjanju oddaje so bili spalno deprivirani Maja, Andraž in Andreja.
Urednikovala je Teja.
Dodaj komentar
Komentiraj