NESPRÁVNE NAčasovaný
Noste štyri dni špeciálne okuliare? Obliekate si ho ráno a vyzlečiete sa pred večerným spánkom? Žiadny problém, ak sa použije na výskum, povedalo desať zdravých testovaných osôb a dostali jednu z vizuálnych pomôcok od Dietera Kunza. Lekár spánku z berlínskej nemocnice Sankt Hedwig zabudoval do rámu okuliarov snímače jasu. „To nám umožňuje určiť svetelné podmienky tam, kde sú pre nás ľudí obzvlášť dôležité: na oko.“
Výsledok je alarmujúci: „Počas celého obdobia nemali testované osoby po dlhú dobu dostatočný jas v očiach,“ hovorí Kunz. Priemerný jas - štatisticky určený ako stredná hodnota - bol menej ako 50 luxov za každú hodinu. Z biologického hľadiska je to takmer trvalá tma, hovorí Kunz. "Spočiatku sme si mysleli, že výsledkami sú chyby merania." Bolo dobre známe, že veľa ľudí trávi deň v zle osvetlených miestnostiach. Ale že tak zriedka a nakrátko prechádzajú na denné svetlo - a dokonca aj vtedy, keď tak urobia, sa len ťažko pozerajú na jasnú oblohu, to bolo nové. A má to fatálne následky: náš zmysel pre čas sa stratil. Vnútorné rytmy, ktoré poháňajú naše bunky a orgány, sa splošťujú. Pracujú čoraz viac proti sebe a čoraz horšie sa synchronizujú s denným a nočným rytmom prírody.
Už to nie sú len chronobiológovia, teda výskumníci vnútorných hodín, ktorí spájajú nárast chorôb spôsobených životným štýlom, ako je obezita, cukrovka dospelých, infarkt, metabolický syndróm alebo dokonca depresia, so životom bez rytmu. Psychiatri a internisti sa tiež odvolávajú na veľké množstvo štúdií, ktoré tvrdia to isté: Ak nesprávne fungujú vnútorné hodiny, metabolizmus v tele a mozgu sa rýchlo stáva nevyváženým a zvyšuje sa riziko mnohých chorôb.
Dirigent v mozgu
Chronobiológovia v súčasnosti vyvíjajú koncepty riešenia nočnej práce a práce na zmeny a poskytujú tipy proti arytmiám a nespavosti. A skúmajú obrovský vplyv príjmu svetla a potravy cez deň a tmy a pôstu v noci. Britský neurobiológ Russell Foster objavil v roku 1999 špeciálne svetelné receptory v sietnici cicavcov. Nazval ich melanopsínové bunky, pretože obsahujú vizuálny pigment s rovnakým názvom. Tieto bunky merajú jas svetla dopadajúceho do oka a riadia napríklad pupilárny reflex. Predovšetkým však pomáhajú centrálnemu vodičovi vnútorných hodín prispôsobiť vlastný rytmus vonkajšiemu času. Vodič sedí v diencefalone: suprachiasmatické jadro, alebo skrátene SCN, pozostáva z párovej zbierky asi 20 000 rytmicky aktívnych a elektricky spojených nervových buniek. Ak melanopsínové bunky sietnice odosielajú jasné údaje do SCN - svetlé dni, tmavé noci - SCN dokáže dosiahnuť svoj vlastný rytmus presne na 24 hodín.
SCN potom prenáša tento cyklus na organizmus: Koncom noci spúšťa uvoľňovanie hormónu CRH a tým zvyšuje hladinu stresového hormónu. Večer prikáže epifýze uvoľniť nočný hormón melatonín. A prostredníctvom svojej kontroly nad teplotou tela, ktorá je v noci o približne jeden stupeň nižšia ako v popoludňajších hodinách, dodáva orgánom nepriamy trvalý časový signál.
MOLEKULOVÝ POHYB
Svetlo sa považuje za centrálny časovač pre ľudí. Slabé prehánky ráno - napríklad pohodová chôdza do práce bez slnečných okuliarov - sa počítajú dvakrát, hovorí Dieter Kunz: „Ranné svetlo vás akútne prebudí a zosilnia sa výkyvy vnútorných hodín.“ Jeho kolega Christian Cajochen z bazilejskej fakultnej nemocnice bol dokonca schopný preukázať že môžete cielene naraziť na biologické kyvadlo terapeuticky: „Pacientom s depresiou veľmi pomáha, ak ich ráno pošlete na sedem hodín von.“ A tí, ktorí von nechodia, si môžu napríklad na stôl položiť svetelnú lampu.
Koľko vnútorných hodín však majú ľudia? Ako fungujú? „Každá z našich buniek má svoje vlastné vnútorné hodiny,“ odpovedá Paolo Sassone-Corsi z Kalifornskej univerzity v Irvine v USA. V tele tikajú miliardy hodín. Zodpovedných za to je okolo dvanásť takzvaných hodinových génov, ktoré v interakcii s najmenej 20 modulátormi tvoria vysoko komplexný molekulárny strojček.
Hodinové gény obsahujú kód pre proteíny, ktoré spúšťajú alebo zastavujú čítanie iných génov. Genetici nazývajú tieto látky „transkripčné faktory“. V interakcii s inými hodinovými proteínmi a po biochemickom časovom oneskorení oslabujú svoju vlastnú produkciu. Ak sú všetky manipulované premenné správne, existujú stabilné rytmické výkyvy: Koncentrácie zúčastnených látok stúpajú a klesajú v konštantnom cykle. Výška výkyvov kyvadla (amplitúda), ich frekvencia (frekvencia) a ich časový vzájomný vzťah (fáza) sú regulované početnými modulátormi, z ktorých niektoré sú zase závislé od externých signálov.
Hodinové gény pevne držia bunky. "Až 15 percent všetkých génov v bunke sa počas dňa pohybuje hore a dole vo svojej aktivite," hovorí Sassone-Corsi. Ktoré to sú, závisí od tkaniva. Nakoniec asi 90 percent všetkých ľudských génov niekde v tele podlieha diktátu vnútorných hodín. „V skutočnosti je takmer všetko rytmické,“ hovorí Achim Kramer, expert na gény hodiniek v Charité v Berlíne. Takmer všetka genetická aktivita pulzuje hore a dole. Ale zatiaľ čo sa predtým myslelo na to, že molekulárne kyvadlá budú priamo riadiť bunkové funkcie, v súčasnosti do hry vstupuje „epigenetika“ - „druhý kód“ v našom tele, ktorý dokáže zapínať a vypínať gény (Bild der Wissenschaft 3/2011, „Die Vzkriesenie monsieura Lamarcka ").
Epigenetické modifikácie môžu zmraziť celé vzorce génovej aktivity. Ale tieto vzorce sa zjavne menia takmer vo všetkých bunkách každých 24 hodín. Zodpovedá za to centrálny epigenetický prepínací systém, histónový kód. Osem histónových proteínov vytvára guľôčky, okolo ktorých sa vlákno DNA omotáva viac-menej pevne. Ak je táto väzba silná, susedné gény sa nemôžu aktivovať, ak sú voľné, dajú sa prečítať. Bunka pomocou enzýmov mení biochémiu jednotlivých histónov a riadi tak ich gény. A práve tieto enzýmy sú zjavne tiež partnermi hodinkových proteínov.
Konverzia v bunkovom jadre
Praktické všetky formy života - cicavce, hmyz, rastliny a huby - majú vnútorné hodiny niečo spoločné s modulátormi histónu. Hodinové proteíny sa pripájajú napríklad k látkam, ktoré pridávajú metylové skupiny do proteínových guľôčok alebo odstraňujú acetylové skupiny z histónov. Vďaka tomu sa zmes DNA a proteínov v bunkovom jadre, takzvaný chromatín, permanentne mení a s ňou sa každý deň mení vzor aktivity génov.
Pretože epigenetické enzýmy pracujú špecificky, sú zapojené iba tie gény, ktoré bunka skutočne potrebuje. Napríklad pečeň produkuje tráviace enzýmy iba vtedy, keď môže rátať s príjmom potravy. Endokrinológ Dan Feng z Filadelfie v USA zistil, že histónový modulátor HDAC3 spolu s hodinovým proteínom „Rev-erb alfa“ vypínajú 14 000 génov v pečeňových bunkách myší počas dňa, keď zvieratá takmer spia. V noci, počas fázy aktivity zvierat a stravovania, chýba hodinový proteín a je možné aktivovať všetkých okrem 100 génov. Ak Feng narušil systém, metabolizmus myší sa vymkol spod kontroly. Máte tukovú pečeň. Už dlho je známe, že myši, ktoré majú dovolené jesť iba proti svojmu vnútornému rytmu, trpia napriek normálnemu príjmu kalórií nadváhou a majú zvýšené riziko cukrovky. Ak použijete tento scenár na ľudí, pochopíte, prečo pracovníci na zmeny tak často trpia metabolickými poruchami a kardiovaskulárnymi chorobami. A chápete, aké dôležité je jesť v pravý čas.
Pre takzvané periférne vnútorné hodiny, ktoré sa nenachádzajú v mozgu, ale v orgánoch ako črevo, pankreas a svaly, hrá svetlo a SCN iba podradnú úlohu, hovorí Achim Kramer. Ale: „Ak mám jedlo v pravý čas, môžem cielene zvýšiť amplitúdu hodín.“ Tento efekt je možné využiť napríklad na pracovných cestách: „Ak letím do San Francisca iba štyri dni, potom tam obedujem v noci, aby sa mi v prvom rade nezmenili periférne vnútorné hodiny. ““
AKO PEČÍ PEČEŇ
Molekulárny biológ Michael Hottiger z univerzity v Zürichu skúma vplyv potravy na vnútorné hodiny pečene: „Existuje pravdepodobne niekoľko priamych spojení medzi metabolizmom a vnútornými hodinami v periférnych orgánoch.“ Regulujte vzorce aktivity v pečeni. Pretože veľa aktívnych enzýmov „závisí svojím účinkom priamo od metabolických produktov“. Ale tieto metabolické produkty, ako sú NAD + a acetyl-CoA, nepodliehajú iba diktátu vnútorných hodín. Ich koncentrácia tiež veľmi kolíše, keď jeme, čo zase mení molekulárny strojček. "Napríklad jedlo v nesprávnom čase môže jasne nastaviť vnútorné hodiny," hovorí Hottiger.
Rannej prechádzke na svetlo, ktorú odporúčal Dieter Kunz, by teda podľa Hottigera mali predchádzať raňajky bohaté na energiu a po nej by mal nasledovať výdatný obed. To ideálne podporuje prirodzený rytmus. Ak naopak zjete tanier s cestovinami neskoro večer, rytmus sa posunie. „Pečeň má potom pocit, že je za bieleho dňa.“
Lepší spôsob zaobchádzania s najdôležitejšími časovačmi svetla a jedla je preto účinným prostriedkom proti bežným chorobám. Chronobiologicky orientovaná zmena životného štýlu môže navyše ľuďom pomôcť zlepšiť výkonnosť (viac v článku „Získanie času“ na str. 41). Ale základný výskum tiež poskytuje nové východiská pre drogy, hovorí Achim Kramer: „Látky, ktoré sa viažu napríklad na Rev-erb alfa, by mohli jedného dňa stabilizovať narušený vnútorný strojový lístok pracovníkov na zmeny alebo pomôcť proti oneskoreniu.“
zvyčajne iba v špičkovej forme večer
Ak sú pre vás tieto požiadavky utopické, musíte začať najskôr, napríklad výberom zdroja svetla. Podiel modrého svetla v rozsahu vlnových dĺžok okolo 480 nanometrov sa javí ako obzvlášť dôležitý pre vnútorné hodiny, pretože melanopsínové bunky naň primárne reagujú. „Ráno je dobré studené biele svetlo s vysokým podielom modrého svetla. Večer by mala byť teplá biela, napríklad zo sviečky alebo žiarovky, “navrhuje ideálny svetelný profil Dieter Kunz. Ak je naopak večer svetlo príliš chladné, spôsobuje to už po desiatich minútach pokles nočného hormónu melatonínu a mení sa neskorší spánkový režim.
Christian Cajochen zistil, že aj svetlo z LED obrazoviek s vysokým podielom modrého svetla ovplyvňuje vnútorné hodiny. „Ak pracujete večer päť hodín pred počítačom, potláčate svoju produkciu melatonínu,“ hovorí bazilejský výskumník, „čo oddialuje únavu až o hodinu.“ Pracovníci v noci mohli tento efekt cielene využiť. Na druhej strane, ak chcete rýchlo zaspať, mali by ste stlmiť modrú zložku na monitore alebo jednoducho vynechať počítač. A určite by si mal zuby čistiť v tme. Dieter Kunz bol ohromený, keď vyhodnotil štúdiu tých, ktorí nosia okuliare: Najjasnejším momentom celého dňa bol zvyčajne večerný pohľad do obzvlášť jasne osvetleného kúpeľňového zrkadla. ■
PETER SPORK nielenže píše často a s radosťou o chronobiológii, ale aj prednáša na dobre navštevované prednášky na tému vnútorné hodiny.
Peter Spork
KOMPAKTNÉ
· Asi tucet génov a 20 modulátorových látok udržuje bilión hodín v našom tele.
· Ovládate včasné uvoľňovanie tráviacich enzýmov, rastových hormónov a ďalších látok počas dňa.
· Naše vnútorné hodiny môžu byť ľahko narušené nedostatkom svetla, prácou na zmeny a strnulým pracovným časom.
· Môžu to mať za následok srdcovo-cievne ochorenia, obezitu a cukrovku.
Vnútorné hodiny v ľudskom tele
Nielen bdenie, spánok a chuť do jedla sú riadené vnútornými hodinami. Tráviace orgány ako pečeň a pankreas, ako aj svaly a tukové tkanivo vykonávajú v noci iné úlohy ako cez deň. Biochemické procesy, ktoré sa otáčajú alebo spomaľujú (modré a červené šípky), sa z veľkej časti používajú na reguláciu metabolizmu cukrov a tukov v tele. Pankreas reguluje sekréciu inzulínu, keď ste hore, a počas spánku sa v pečeni produkuje cukor (glukóza). Všeobecné procesy rastu sú ale riadené aj počas spánku - napríklad uvoľňovaním rastových hormónov v skorých ranných hodinách. Nedostatok spánku a mastné jedlo večer sú nebezpečné: spôsobujú synchronizáciu denných hodín a môžu podporovať inzulínovú rezistenciu, čo je typické pre diabetikov.