Ο ρυθμός της ζωής: Κατανοώντας το βιολογικό μας ρολόι
Έγινε ενημέρωση: 5 Απρ 2021
της Μαρίας Ασπιώτη
Πάει ο παλιός ο χρόνος και είναι καιρός να ξεκινήσουμε τον προγραμματισμό των δραστηριοτήτων μας για το 2021. Ώρα, λοιπόν να ξαναβρούμε τους ρυθμούς μας! Ας μιλήσουμε, όμως για το τι εννοούμε με αυτήν τη φράση.
Ποιοι ακριβώς είναι αυτοί οι ρυθμοί που καθορίζουν τις ημερήσιες ανάγκες μας και επηρεάζουν την οργάνωση του χρόνου μας;
Ο ρυθμός της ζωής μας
Το βιολογικό μας ρολόι, ή αλλιώς ο «κιρκάδιος ρυθμός» αποτελεί την αρχαιότερη μορφή ρολογιού, πολύ πριν την ανακάλυψη όλων των τεχνητών μετρητών χρόνου που μας βοηθούν σήμερα να οργανώνουμε τη μέρα μας. Ο κιρκάδιος ρυθμός συναντάται παντού στη φύση και η ύπαρξη του δεν έχει περιγραφεί μόνο στους ανθρώπους αλλά και στα φυτά, τα ζώα, τους μύκητες, τα βακτήρια, ακόμη και στα φύκια. Ο όρος κιρκάδιος ρυθμός προέρχεται από τη λατινική έκφραση “circa diem” και σημαίνει «μέσα στην ημέρα».
Ο Γάλλος αστρονόμος Jean Jacques d’Ortous de Mairan ήταν εκείνος που περιέγραψε πρώτος την ύπαρξη του κιρκάδιου ρυθμού μετά από σειρά πειραμάτων, όταν παρατήρησε πως τα φύλλα της μιμόζας άνοιγαν προς τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας και έκλειναν κατά τη διάρκεια της νύχτας. Ο όρος κιρκάδιος δόθηκε περίπου 230 χρόνια μετά τις πρώτες παρατηρήσεις του Jean Jacques d’Ortous de Mairan.
Τι ακριβώς, όμως, είναι ο κιρκάδιος ρυθμός;
Ο κιρκάδιος ρυθμός καθορίζει τη βιολογική ενδογενή μεταβολή του χρόνου μέσα στην ημέρα και, ουσιαστικά, μας βοηθάει να μπορούμε να προσδιορίσουμε φυσικά το χρόνο. Σίγουρα δεν είναι τυχαίο ότι μέσα στο 24ωρο έχουμε συγκεκριμένες συνήθειες, όπως το να ξυπνάμε το πρωί ή το να νυστάζουμε και να κοιμόμαστε τη νύχτα. Για την ακρίβεια, ο κιρκάδιος ρυθμός ακολουθεί το μοτίβο εναλλαγής του φωτός μέσα στο 24ωρο για να προσδιορίσει το χρόνο, ορίζοντας συνεπώς τις συνήθειες μας μέσα στην ημέρα. Για παράδειγμα, το πρόγραμμα ύπνου μας, οι ώρες που αισθανόμαστε περισσότερο σε εγρήγορση, οι εναλλαγές στη διάθεση μας, στη μυϊκή μας δύναμη, στη θερμοκρασία του σώματός μας, αλλά και πολλά άλλα εξαρτώνται από τον κιρκάδιο ρυθμό.
Science Fact
Ο κιρκάδιος ρυθμός διαφέρει σημαντικά μεταξύ διαφορετικών ηλικιών και εξελίσσεται καθώς μεγαλώνουμε. Για παράδειγμα, σε ένα 24ωρο, τα βρέφη ακολουθούν έναν ρυθμό 3-4 ωρών μεταξύ ύπνου και αφύπνισης, σε αντίθεση με τους μέσους ενήλικες που ακολουθούν έναν ρυθμό περίπου 16 ωρών μεταξύ ύπνου και αφύπνισης.
Πού βρίσκεται;
Αν αναρωτιέστε που βρίσκεται το βιολογικό μας ρολόι, η απάντηση είναι: στο μυαλό μας! Παρ’ όλο που κάθε κύτταρο του οργανισμού μας έχει το δικό του ρολόι, ο συντονισμός και ο συγχρονισμός αυτών γίνεται από ένα κυρίαρχο ρολόι το οποίο βρίσκεται σε μια περιοχή του εγκεφάλου, γνωστή ως υποθάλαμος. Εκεί βρίσκεται μια ομάδα 20.000 νευρικών κυττάρων η οποία αποκαλείται υπερχιασματικός πυρήνας και αποτελεί τον μαέστρο των ρολογιών! Η περιοχή του υπερχιασματικού πυρήνα βρίσκεται πάνω από την περιοχή όπου διασταυρώνονται τα οπτικά νεύρα των ματιών μας. Τα τελευταία, ανιχνεύοντας το φως μέσω των ματιών μας, δίνουν σήματα στον υπερχιασματικό πυρήνα ώστε να ρυθμίζει το κιρκάδιο ρολόι. Ακριβώς όπως μια ορχήστρα, το κεντρικό ρολόι του εγκεφάλου όπως κι ένας μαέστρος δίνει το σήμα στα επιμέρους ρολόγια των κυττάρων να ακολουθήσουν τον ίδιο ρυθμό.
Πώς λειτουργεί;
Ο κιρκάδιος ρυθμός αποτελεί έναν αυτορυθμιζόμενο μηχανισμό, ο οποίος προσαρμόζεται σε εκάστοτε περιβαλλοντικές αλλαγές. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το γνωστό “jet lag” έπειτα από ένα υπερατλαντικό ταξίδι, όπου οι μεταβολές φωτός, αλλά και χρόνου λόγω της διαφορετικής ζώνης ώρας, προκαλούν την απορρύθμιση του βιολογικού μας ρολογιού. Παρ’ όλα αυτά με το πέρασμα μερικών ημερών, το βιολογικό μας ρολόι αναπροσαρμόζεται.
Η πρώτη παρατήρηση ως προς τον τρόπο λειτουργίας του κιρκάδιου ρυθμού έγινε τη δεκαετία του 1970, όταν οι επιστήμονες Seymour Benzer and Ronald Konopka ανακάλυψαν ότι ο τροποποιημένος κιρκάδιος ρυθμός ενός είδους μύγας (Drosophila melanogaster) οφειλόταν σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Η συγκεκριμένη ανακάλυψη αποτέλεσε την πρώτη απόδειξη ότι ο κιρκάδιος ρυθμός ελέγχεται από τα γονίδια μας. Αργότερα, αποδείχτηκε ότι το γονίδιο του κιρκάδιου ρυθμού είναι υπεύθυνο για την παραγωγή της πρωτεΐνης PER, της οποίας η σύνθεση και αποσύνθεση ακολουθεί την 24ωρη διακύμανση του κιρκάδιου ρυθμού. Οι επιστήμονες πίσω από αυτήν την ανακάλυψη, Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash και Michael W. Young, τιμήθηκαν το 2017 με το βραβείο Νόμπελ.
Κλείνοντας...
Η σημασία του κιρκάδιου ρυθμού για την επιβίωση μας είναι εξαιρετικά σημαντική, μέσω του ελέγχου μιας σειράς λειτουργιών που επαναλαμβάνονται ανά 24ωρο. Η κατανόηση του βιολογικού μας ρολογιού μέσω μακροχρόνιων επιστημονικών ερευνών μας έχει βοηθήσει να εκτιμήσουμε καλύτερα τις συνέπειες που έχει η διαταραχή του βιολογικού μας ρολογιού στην υγεία μας συνολικά. Σε επόμενο άρθρο θα αναφερθούμε στις συνήθειες που μπορεί να διαταράξουν τον κιρκάδιο ρυθμό μας και τον αντίκτυπό τους στην ψυχοσωματική μας κατάσταση.
Τι να θυμάσαι:
Κάθε ζωντανός οργανισμός διαθέτει κιρκάδιο ρυθμό που επιτρέπει την επιβίωση του μέσω του προσδιορισμού στις εναλλαγές φωτός και σκοταδιού, θερμοκρασίας και άλλων παραγόντων.
Ο κιρκάδιος ρυθμός είναι ευμετάβλητος και αυτορυθμιζόμενος ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η συχνή μεταβολή και δυσλειτουργία του κιρκάδιου ρυθμού μπορεί να οδηγήσει σε ψυχοσωματικές διαταραχές, όπως κόπωση.
Ο κιρκάδιος ρυθμός ρυθμίζεται σε μια περιοχή του εγκεφάλου που αποκαλείται υπερχιασματικός πυρήνας και ο οποίος συνεργάζεται με τα οπτικά νεύρα των ματιών για την ανίχνευση των εναλλαγών φωτός.
Ο κιρκάδιος ρυθμός καθίσταται δυνατός μέσω της σύμπραξης διαφορετικών γονιδίων και πρωτεϊνών που λειτουργούν αναδραστικά.
Για περισσότερες πληροφορίες, τσέκαρε εδώ:
Konopka, R. J., and Benzer, S. 1971. Clock Mutants of Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 68:2112–6. doi: 10.1073/pnas.68.9.2112
Berson, D. M. 2003. Strange vision: ganglion cells as circadian photoreceptors. Trends Neurosci. 26:314–20.
Nobel Prize. The 2017 Nobel Prize in Physiology and Medicine-Press Release.
Foster R.G and Kreitzman L. 2013. The rhythms of life: what your body clock means to you!. Exp Physiol 99.4 pp 599–606.
Εικόνες από biorender.com
Λίγα λόγια για την Μαρία Ασπιώτη...
"Γεια σας! Ονομάζομαι Μαρία Ασπιώτη και κατάγομαι από την Κέρκυρα. Η επιστήμη της Βιολογίας αποτελεί εδώ και χρόνια μια από τις μεγαλύτερες μου αγάπες και την τελευταία πενταετία την υπηρετώ και επαγγελματικά. Είμαι απόφοιτη του τμήματος Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης καθώς και κάτοχος μεταπτυχιακού τίτλου από το τμήμα Αναγεννητικής Ιατρικής του Πανεπιστημίου του Bath. Έχω εργαστεί εθελοντικά σε ερευνητικά προγράμματα ως φοιτήτρια αλλά και ως μέρος των πτυχιακών και μεταπτυχιακών σπουδών μου. Τα τελευταία τρία χρόνια μένω στο Ηνωμένο Βασίλειο και εργάζομαι επαγγελματικά ως ειδικός επιστήμονας στο τμήμα έρευνας και ανάπτυξης της εταιρείας Smith+Nephew που δραστηριοποιείται στους τομείς υγείας. Παράλληλα, εργάζομαι εθελοντικά ως μέντορας παιδιών 7-13 ετών με κλίση στις επιστήμες ζωής και μη προνομιούχων, νέων μεταναστών του Ηνωμένου Βασιλείου που ενδιαφέρονται να ακολουθήσουν τις βιολογικές επιστήμες για τις σπουδές τους. Στόχος μου είναι να συνεχίσω να δραστηριοποιούμαι και να εξελίσσομαι στον τομέα της έρευνας και ανάπτυξης φαρμακευτικών και ιατρικών τεχνολογιών.
Αγαπώ ιδιαίτερα τα ταξίδια, τη φωτογραφία και τη μαγειρική!"