Czym jest zegar biologiczny?

Zegar biologiczny to nic innego jak zespół genów, które kontrolują procesy biochemiczne we wszystkich komórkach organizmu. Dzięki cykliczności zachodzących w nim zmian organizm adaptuje się do zewnętrznych warunków środowiska. U człowieka, ale także innych ssaków, wewnętrzny zegar biologiczny znajduje się w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza. To właśnie do tego obszaru mózgu docierają informacje o natężeniu światła odbierane przez oczy. Naturalnie rytmem dobowym steruje słońce. Jego światło rano i w południe jest niebieskawe i mobilizuje organizm do aktywności. Z kolei im bliżej wieczora, tym światło rzucane przez słońce robi się bardziej pomarańczowe, a taka jego barwa sprzyja produkcji melatoniny. Co ciekawe jednak, na mapie naszego ciała odnaleźć można jeszcze inne, poza „mózgowym”, zegary biologiczne. Naukowcy odkryli, że w chronometry zaopatrzone są też wątroba, trzustka czy serce. To między innymi dlatego obfity posiłek spożyty późną porą skutkuje niestrawnością – nasz układ pokarmowy wycisza się wtedy i nastawia na odpoczynek, a nie na ciężką pracę!

Rano serce pracuje szybciej, pompuje więcej krwi, stąd więcej w nas chęci do działania. Sprzyja temu nie tylko adrenalina, której podwyższony poziom ułatwia nam wstanie z łóżka, ale również estrogeny. Do takich wniosków doszli uczeni z Kanady. Do badań zaangażowano myszy obu płci z mutacją w obrębie genów odpowiedzialnych za regulację rytmu dobowego. Wraz z upływem czasu u samców rosło ryzyko chorób serca. Samice były mniej podatne na schorzenia układu wieńcowego dzięki ochronnemu działaniu estrogenów.

Co odkryli tegoroczni laureaci?

Wstępem do wybitnych osiągnięć tegorocznych laureatów były badania Seymoura Benzera i Ronalda Konopki z lat 70. XX w. Jako pierwsi doszli do tego, że istnieje gen (wtedy jeszcze nie wiedziano jaki, ani gdzie się znajduje), którego mutacja zaburza rytm dobowy muszki owocówki. Nazwali go genem period. Został on wyizolowany dopiero w połowie lat 80. przez Halla, Robasha i Younga. Naukowcy spostrzegli następnie, że białko PER, produkowane przez gen period, w nocy gromadzi się wewnątrz komórek, natomiast w dzień ulega degradacji. Po kolejnych eksperymentach stwierdzono, że poziom białka PER regulowany jest na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Kiedy w jądrze komórkowym jest bardzo dużo białka PER, wysyła ono sygnał blokujący gen period. W latach 90. Michael Young odkrył kolejny gen zaangażowany w regulację naturalnego chronometru, TIM, produkujący białko o tej samej nazwie. Ułatwia ono przedostanie się białka PER do jądra komórkowego i zahamowanie genu period. Ostatnim elementem układanki jest białko DBT, również odkryte przez Younga, które opóźnia gromadzenie się białka PER i tym samym sprawia, że nasz cykl dobowy trwa mniej więcej 24 godziny.

Jak przestawić naturalny zegar?

Zegar każdego z nas różni się. Stereotypowo ludzie dzielą się na skowronki, osoby wstające wcześnie rano, i sowy, które najlepiej funkcjonują wieczorami. Chronobiolog Michael Breus zaproponował wyróżnienie czterech podstawowych chronotypów: delfina (o niskim zapotrzebowaniu na sen i tendencji do bezsenności), lwa (średnie zapotrzebowanie na sen, wczesne pobudki), niedźwiedzia (wysokie zapotrzebowanie na sen) i wilka (średnie zapotrzebowanie na sen, wstaje najpóźniej). Niezależnie od tych drobnych przesunięć, rytm dobowy każdego z nas powinien być stały. Naukowcy udowodnili, że osoby pracujące w trybie zmianowym oraz załogi samolotów często zmieniające strefy czasowe są bardziej narażeni na depresję i choroby nowotworowe. Znając podstawy funkcjonowania zegara biologicznego, można sobie jednak pomóc. Lecąc na inny kontynent w kierunku zachodnim, na miejscu powinniśmy pójść spać później. I przeciwnie – kiedy wybieramy się na wschód, powinniśmy się zmusić do wcześniejszego zaśnięcia. Choć nie jest to łatwe, wdrażanie takich zmian kilka dni przed podróżą oraz wspomaganie organizmu melatoniną powinno ułatwić sprawę. Dla całego społeczeństwa trudne są dwa momenty w roku: zmiana czasu z letniego na zimowy i odwrotnie. Choć w tym pierwszym wypadku mało kto narzeka, bo czeka nas godzina spania więcej, to wiosenna zmiana, gdy śpimy o godzinę krócej, może być groźna. Według statystyk niewyspani kierowcy powodują wtedy znacznie więcej wypadków!

Znaczenie rytmu dobowego w postępowaniu terapeutycznym

Wiedza na temat mechanizmu działania naturalnego chronometru powinna zmienić wiele procedur medycznych i terapeutycznych. Chemioterapia jest najbardziej skuteczna, kiedy podaje się ją w godzinach wieczornych. Również leki znieczulające najsilniej działają po południu. Ponieważ wtedy można zastosować mniejsze ich dawki, wszelkie planowe operacje powinny być wykonywane wieczorem. Coraz więcej mówi się też o zapewnieniu prawidłowego oświetlenia w szpitalach. Kiedyś standardem były jaskrawe jarzeniówki, święcące się przez całą dobę. Dziś ten trend na szczęście się odwraca i w wielu placówkach medycznych funkcjonują systemy zmieniające natężenie światła w zależności od pory dnia: rano jest bardziej niebieskie, wieczorem pomarańczowe, a nocą po prostu gaśnie.