Циркаден ритъм — какво е биологичният часовник при хората и животните

Циркадният ритъм е ритъм, който се повтаря на всеки 24 часа. Растенията и животните имат вградени цикли, които им позволяват да цъфтят в точното време, да спят в точното време и т.н. Думата "циркаден" идва от латинското circa - "около", и diem или dies - "ден", което означава "около един ден". Изследването на биологичните ритми за отчитане на времето, като например дневните, приливно-отливните, седмичните, сезонните и годишните ритми, се нарича хронобиология.

Циркадните ритми са "вградени" така, че без времеви сигнали от околната среда, те поддържат време с честота около 24-часови периоди. Когато са държани в пълна тъмнина, растенията и животните продължават да се държат според вградения период, който е около 24 часа. Ритмите се влияят и пренастройват и от времеви сигнали, като например дневната светлина и продължителността на деня и нощта. Важно е ритмите да се настройват редовно към естествения цикъл светлина/тъмнина. Възрастните хора от всички възрасти имат циркаден ритъм, който е средно 24 часа и 11 минути.

Циркадните ритми, наричани още "биологичен часовник" или "часовник на тялото", при хората и другите животни регулират много телесни функции, включително храненето, съня, телесната температура и производството на хормони.

Основният телесен часовник при хората и другите бозайници се намира в супрахиазматичното ядро (или ядра) (SCN) - двойка групи клетки в хипоталамуса в мозъка. Унищожаването на SCN води до пълна липса на редовен ритъм на сън/бодърстване. SCN получава информация за светлината чрез очите и насочва епифизата да освобождава хормона мелатонин през нощта.

Някои хора имат нарушения нациркадния ритъм насъня, които ги карат да заспиват твърде рано (синдром на разширената фаза на съня, ASPS), твърде късно (синдром на забавената фаза на съня, DSPS) или на няколко пъти през деня и нощта (нередовно сънно-бодърстване). Най-тежкото нарушение на циркадния ритъм на съня при хора, които могат да виждат, е Не 24-часовото разстройство на съня и бодърстването (Non-24-hour sleep-wake disorder, Non-24); техният "денонощен" ритъм продължава 25 часа или повече, така че те спят и се събуждат с един или повече часа по-късно всеки ден. Незрящите хора, които не виждат никаква светлина, също могат да имат Non-24, но то не е толкова сериозно и обикновено може да се лекува.

Как работи циркадният часовник (по-подробно)

На молекулярно ниво циркадният часовник се развива чрез взаимодействие на генни и протеинови цикли. При бозайниците ключови генни продукти са фактори като CLOCK, BMAL1, PER и CRY, които участват в обратна връзка—активират и след това потискат собствената си експресия в ~24-часов цикъл. Освен централния часовник в SCN, почти всяка тъкан в тялото има "перферийни" часовници (черен дроб, сърце, бял дроб и т.н.), които координират локални функции като метаболизма и възстановяването.

Основни стимули, които настрояват ритъма (zeitgebers)

• Светлината — най-силен синхронизатор: чрез специализирани ретинални клетки (ipRGC) информацията за светлина стига до SCN и коригира вътрешния часовник.
• Хранително време — особено важно за чернодробния и метаболитния ритъм.
• Физическа активност и социални сигнали — редовни упражнения и работен/учебен график помагат на синхронизацията.
• Температура и други средни фактори — имат по-слаб, но допълващ ефект.

Защо циркадният ритъм е важен за здравето

Доброто синхронизиране на циркадния ритъм с външните цикли подпомага качеството на съня, когнитивните функции, настроението и метаболитното здраве. Дисонансът между вътрешния часовник и външния график (например при смяна на часови пояси, нощна смяна или нерегулярни навици) е свързан с:

• засилена умора и нарушения на концентрацията (джетлаг, социален джетлаг);
• повишен риск от метаболитни проблеми като наднормено тегло и диабет тип 2;
• повишен риск от сърдечно-съдови заболявания;
• влошено настроение и повишен риск от депресия и тревожност.

Нарушения на циркадния ритъм и лечение

Нарушенията могат да са генетично предразположение (напр. DSPS/ASPS), резултат от нездравословен начин на живот, или последица от загуба на светлинни сигнали (незрящи хора). Подходите за лечение включват:

• светлотерапия (ярка сутрешна светлина при забавени фази или вечерна при разширени фази);
• администрация на мелатонин или мелатонин агонисти (по схема и под лекарски контрол);
• поведенчески методи и терапевтични програми за нормализиране на съня и графика (например когнитивно-поведенческа терапия за безсъние, хигиена на съня);
• корекция на времето за хранене и упражнения с цел пренастройване на периферните часовници.

За хора с Non-24, особено незрящи, има лекарствени опции (напр. препарати, които модулират мелатониновите рецептори). Винаги е добре да се консултирате със специалист по съня или ендокринолог при по-сериозни или устойчиви оплаквания.

Практически съвети за поддържане на здрав циркаден ритъм

• Излагайте се на дневна светлина сутрин — 20–30 минути на открито помагат за синхронизация.
• Поддържайте редовен график на лягане и събуждане, дори през уикендите.
• Ограничавайте използването на екрани с ярка синя светлина 1–2 часа преди сън; ползвайте тъмна стая за нощен сън.
• Планирайте вечерното хранене и усилените тренировки така, че да не нарушават съня (обичайно — не твърде късно вечер).
• При пътуване през часови пояси използвайте стратегии за бърза адаптация: настройване на часовете за сън/храна според целевото време, експозиция на светлина в подходящи моменти и при нужда краткотрайна употреба на мелатонин след консултация с лекар.

Циркадният ритъм е фундаментален механизъм, който подпомага приспособяването към 24-часовия цикъл на Земята. Разбирането му и грижата за редовен режим на живот имат директно отражение върху физическото и психическото здраве.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява циркадният ритъм?

В: Откъде идва думата "циркаден"?

Въпрос: Кои са някои биологични ритми за спазване на времето?

В: Как работят часовниците на животните?

Въпрос: Кой получи Нобелова награда за физиология или медицина през 2017 г. за откритията си върху молекулярните механизми, контролиращи циркадния ритъм?

Въпрос: Какво регулират циркадните ритми при животните?

В: Как океанските животни координират външното оплождане на яйцата?

Търсене по буква