Hoe endogene biologische ritmes werken

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Het artikel is gewijd aan het werk van circadiane ritmen - endogene biologische ritmen met een periode van ongeveer 24 uur, kenmerkend voor de meeste organismen, inclusief de mens. Dit is een overzicht van het laatste wetenschappelijke onderzoek, geen verzameling handige tips, hoewel het artikel wel spreekt over een mogelijke verandering van levensstijl. Deze beoordeling is niet uitputtend; we zullen deze blijven bijwerken als er nieuwe onderzoeken verschijnen.

Het belangrijkste:

→ Consistente en gezonde circadiane ritmes kunnen helpen de algehele gezondheid te verbeteren en chronische ziekten effectief te voorkomen.

→ Vergeet niet te slapen: dieet, lichaamsbeweging en andere factoren beïnvloeden hoe circadiane ritmes werken.

→ Bestudeer de eigenaardigheden van het werk van circadiane ritmes, bepaal uw "chronotype" en pas de opgedane kennis toe op de methodologische aanbevelingen die in wetenschappelijk onderzoek zijn aangegeven.

Neem contact op met uw zorgverlener voordat u een van de adviezen in dit artikel in uw dagelijkse routine opneemt.

Voordat u het artikel leest: een korte woordenlijst

1. Circadiaan: een natuurlijk terugkerende cyclus met een periode van ongeveer 24 uur, ongeacht de lengte van de daglichturen; van het Latijnse circa ("o") en diem ("dag").
2. Ritmesensor: een omgevingssignaal, zoals een verandering in licht of temperatuur; van de Duitse zeit ("tijd") en geber ("gever").
3. Endogeen: een pathologisch proces in het lichaam veroorzaakt door interne factoren, en niet veroorzaakt door externe invloeden (root cause).
4. Circadiane ritmeaanpassing: treedt op wanneer ritmische, fysiologische of gedragstaken overeenkomen met veranderingen in de omgeving; interactie van circadiane ritmes met de omgeving.
5. Dagelijks: elke dag; van het Latijnse sterft (dag) en en diurnus (dagelijks).
6. Master Clock: een paar celpopulaties gevonden in de hypothalamus, ook bekend als de suprachiasmatische kern (SCN); Deze cellen bevatten genen die de circadiane ritmen regelen.
7. Mutant gen: permanente verandering in de DNA-sequentie; gebruikt door chronobiologen om het mechanisme van klokgenen te herkennen door een gemuteerd gen te identificeren bij dieren met aritmisch circadiaans syndroom.

Stel je een plant voor die 's nachts probeert te fotosynthetiseren: een kort drama in het donker. "Planten hebben te maken met leven en dood", zegt Sally Yu, assistent-professor biochemie en celbiologie aan de Universiteit van Texas in het Houston Health Sciences Center (UTHealth), grimmig. "Als ze hun circadiaanse ritmes niet volgen, zullen ze sterven." Maar voor een persoon zal de voorspelling niet zo somber zijn. "Zelfs als je het klokgen verwijdert (een belangrijk gen dat het werk van circadiane ritmes reguleert), ga je niet meteen dood", zegt Yu. "Maar je zult lijden." Waarschijnlijk problemen? Aanhoudende psychische problemen en onder meer een verhoogd risico op chronische ziekten. Het leven is moeilijk als alles niet synchroon loopt.

Yu's collega, Jake Chen, universitair docent bij dezelfde afdeling, zegt anders: “We zeggen vaak dat alles op schema moet. Maar dit is overdreven. Maar de uitdrukking "alles heeft zijn tijd" is dat niet. En dit is direct gerelateerd aan het menselijk lichaam. In elke cel, weefsel of orgaan vinden fysiologische processen op een bepaald moment plaats. De biologische klok is een soort timer - een mechanisme waarmee we ervoor kunnen zorgen dat alles goed werkt. Dit is een fundamentele functie.”

Chen en Yu bestuderen circadiane ritmes - de biologische ritmes van het lichaam met een periode van ongeveer 24 uur, die elke dag worden gevolgd door alle levende wezens op onze planeet. Circadiane ritmes of circadiane ritmes zijn direct gerelateerd aan de miljoenen jaren van ontwikkeling van het leven op onze planeet. Het is een product van de interactie van de interne biologische klok van het lichaam en de omgeving - niet alleen zonlicht, maar vele andere factoren bepalen het gedrag, reguleren de hormoonspiegels, slaap, lichaamstemperatuur en metabolisme.

De zogenaamde "hoofdklok" of suprachiasmatische kern (SCN), de hoofdklok die het circadiaanse ritme regelt, is een paar celpopulaties gevuld met genen (waaronder Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 en Cry2), gelegen in de hypothalamus. Op moleculair niveau worden klokgensporen gevonden in de nieren, lever, pancreas en andere organen. SCN fungeert als CEO en instrueert het lichaam om zich te houden aan het schema en de omgevingssignalen te verwerken. Howard Hughes Medical Institute.)

Zoals we later zullen zien, verbetert aandacht voor circadiaanse ritmes het dagelijkse (fysiologische en psychologische) functioneren van het lichaam en uiteindelijk de gezondheidstoestand, zowel op de lange als op de korte termijn. Door voor circadiaanse ritmes te zorgen, blijven ze aan het werk terwijl ze wat Sally Yu een 'betrouwbaar horloge' noemt, behouden.

"Ik kan niet met zekerheid zeggen hoe belangrijk circadiane ritmes zijn bij het voorkomen van chronische ziekten, welke impact het heeft op de gezondheid op de lange termijn, of het gunstig is en uiteindelijk de levensverwachting beïnvloedt."

Informatie over deskundigen:

Wetenschapper: Zheng "Jake" Chen

Opleiding: PhD, Columbia University, New York

Functie: assistent-professor in de afdeling biochemie en celbiologie van het University of Texas Health Sciences Center in Houston

Laatst gepubliceerd artikel: Het kleine molecuul Nobiletin richt zich op de moleculaire oscillator om het circadiaanse ritme te verbeteren en te beschermen tegen het metabool syndroom.

Onderzoeksgebied: Probes met kleine moleculen voor chronobiologie en geneeskunde.

Wetenschapper: Seung Hee "Sally" Yoo

Opleiding: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Functie: universitair hoofddocent, afdeling biochemie en celbiologie, University of Texas Health Sciences Center in Houston

Laatst gepubliceerd artikel: Period2 3'-UTR en microRNA-24 reguleren circadiane ritmes door het onderdrukken van PERIOD2-eiwitaccumulatie. Ook ontwikkeling en therapeutisch potentieel van klein-moleculaire modulatoren van circadiane systemen.

Onderzoeksgebied: Fundamentele cellulaire mechanismen in circadiaanse ritmes en het ontcijferen van fysiologische en pathologische rollen van de klok.

GESCHIEDENIS: BELANGRIJKSTE FASEN VAN DE BIOLOGISCHE ONTWIKKELING VAN CIRCADISCH RITME

Het eerste dat u moet weten over de studie van circadiane ritmes (chronobiologen doen dit) is dat, met zeldzame uitzonderingen, alle organismen hun circadiane ritmes volgen. Van narcissen tot mussen, van zebra's tot mensen, vrijwel alle levende organismen op de planeet volgen de zonnecyclus. In 1729 registreerde de Franse wetenschapper Jean-Jacques de Meran de eerste waarneming van endogene of ingebedde dagelijkse bladbewegingen van de Mimosa pudica-plant. Zelfs in volledige duisternis bleef de plant zijn dagelijkse ritme volgen. De wetenschapper concludeerde dat de plant niet alleen afhankelijk is van externe signalen of een ritmesensor, maar ook van zijn eigen interne biologische klok.

De chronobiologie bloeide tweehonderd jaar later, in het midden van de 20e eeuw. Beïnvloed door de bijdrage van een aantal wetenschappers, in het bijzonder Colin Pittendry, 'de vader van de biologische klok'. Pittendry bestudeerde fruitvliegen of Drosophila en wierp licht op hoe circadiaanse ritmes interageren of synchroniseren met de cyclus van dag en nacht. Jurgen Aschoff, een vriend van Pittendry, deed ook onderzoek naar interactie met de cyclus van dag en nacht, maar wetenschappers kwamen tot verschillende conclusies over hoe de interactie plaatsvindt (parametrisch en niet-parametrisch, je kunt er hier en hier meer over lezen). John Woodland Hastings en zijn collega's deden fundamentele ontdekkingen over de rol van licht in circadiaanse ritmes door bioluminescente dinoflagellaten (algen, een soort plankton) te bestuderen. Botanicus Erwin Bunnig droeg ook bij aan fundamenteel onderzoek naar interactiemodellering, waarbij hij de relatie tussen organismen en afsnijcycli beschreef.

De volgende fase van ontdekkingen in de chronobiologie verbond de specifieke moleculaire en genetische mechanismen van het werk van circadiane ritmes. Dit volgt uit het werk van Ron Konopka en Seymour Benzer, die in het begin van de jaren zeventig specifieke genen probeerden te identificeren die de circadiane ritmes van fruitvliegen controleren. Konopka en Benzer worden gecrediteerd voor de ontdekking van een gemuteerd gen, dat ze een periode noemden die de circadiane klok van fruitvliegen verstoort. Dit is hoe de genetische determinant van gedragsritmes voor het eerst werd ontdekt. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash en Michael W. Young hebben het werk van Konopka en Benzer met succes aangevuld door het werk van het periode-gen op moleculair niveau te laten zien. Hall, Rosbash en Young ontvingen in 2017 de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde. Ze isoleerden het periode-gen en lieten vervolgens zien hoe het dagelijkse kloksysteem op moleculair niveau werkt.

Terwijl ze in 1994 onderzoek deden naar fruitvliegen en muizen, ontdekten Joseph Takahashi en zijn team klokgenen bij zoogdieren en noemden ze klokken, en beschreef ze als "een evolutionair geconserveerd kenmerk van het circadiane klokmechanisme." De ontdekking van het klokgen, samen met het werk van Hall, Rosbash, Young en wetenschapper Michael Greenberg, was een keerpunt in de chronobiologie. Binnen een paar jaar werden genen ontdekt die zorgen voor het werk van circadiane ritmes in lagere organismen.

De wetenschap vordert gestaag en veel onderzoeken bij fruitvliegen en muizen hebben de verbazingwekkende persistentie van klokgenen binnen soorten aangetoond, wat betekent dat er vergelijkbare genen zijn die de circadiane ritmen regelen in complexere organismen, waaronder mensen.

"Zonsopgang en zonsondergang zijn nog steeds de belangrijkste factoren die het circadiaanse ritme beïnvloeden, maar andere factoren worden voortdurend gecontroleerd in wetenschappelijk onderzoek."

LAATSTE ONDERZOEK: HET BEPALEN VAN DE ROL VAN CIRCADIUM RITME'S BIJ DE MENSELIJKE GEZONDHEID EN ZIEKTEN

Het is belangrijk op te merken dat de biologie van circadiane ritmes ongelooflijk complex is - er zijn veel wetenschappelijke tijdschriften gewijd aan dit onderzoeksgebied. Als gevolg hiervan is ons begrip van de rol van de biologische klok in de menselijke gezondheid het resultaat van zowel epidemiologische studies als dierstudies. Studies in lagere organismen helpen om het werk van moleculaire en genetische mechanismen in actie aan het licht te brengen, waarna kan worden bekeken hoe bijvoorbeeld slaapstoornissen leiden tot een verhoogd risico op diabetes type 2, obesitas en een aantal hart- en vaatziekten.

Inderdaad, een van de meest veelbelovende onderzoeksgebieden is slaap. Wetenschappers associëren tegenwoordig gebrek aan slaap en de daaropvolgende verstoring van circadiane ritmes met de ontwikkeling van zwaarlijvigheid en depressie, evenals met de meeste chronische ziekten. Onderzoek heeft aangetoond dat slaapgebrek kan leiden tot onverwachte bijwerkingen, zoals het niet kunnen herkennen van gezichten.

Begrijpen hoe circadiane ritmes werken, is ook veel verder gegaan dan interactie met de cyclus van dag en nacht. "Er zijn sociale signalen, voedselaanwijzingen en bewegingssignalen - ze zijn zeer divers", zegt Y. Zonsopgang en zonsondergang hebben nog steeds een grote invloed op circadiane ritmes, maar andere factoren worden onderzocht. Een groot aantal onderzoeken heeft aangetoond dat voeding een belangrijk extern signaal is dat in wisselwerking staat met de interne klok, inclusief het werk van Dr. Satchidananda Panda om de timing van de voeding te beperken (hoe eettijd de gezondheid beïnvloedt).

In het algemeen is het nu duidelijk dat circadiane ritmes een systemische rol spelen om het werk van alle fysiologische aspecten van het menselijk lichaam te organiseren, inclusief het werk van vitale organen, metabolisme, immuniteit, denkprocessen, enz. Dr. Yu's werk breidt het gebied uit of research - ze werkt samen met een specialistisch onderzoek naar chronische pijn om pijnritmes bij patiënten te bestuderen. Er wordt ook gewerkt aan het bestuderen van de rol van de cut-off-cyclus bij verstoringen in het werk van circadiane ritmes (het effect van veranderende tijdzones op de groei van kankercellen). Onderzoek als dit geeft ons belangrijke nieuwe inzichten die kunnen worden gebruikt om veranderingen in levensstijl aan te brengen - weten hoe laat je moet eten en naar bed gaan in het algemeen is belangrijk voor de gezondheid; en bij ziekte kan de opgedane kennis worden toegepast bij het zoeken naar medicijnen die het werk van circadiane ritmes reguleren. Wetenschappers hebben nog veel onderzoek te doen op bijna alle gebieden die met gezondheid en ziekte te maken hebben.

BASISGEDACHTE: WAAROM IS HET BELANGRIJK OM TE WETEN OVER CIRCADE RITMES?

Bewustwording van hoe circadiane ritmes werken, kan zowel gezondheidseffecten op korte als op lange termijn hebben. "Veranderingen in levensstijl zijn het beste cadeau dat je jezelf kunt geven", zegt Chen. "Als je je levensstijl beheerst, kunnen technologie en medicijnen je hele leven secundaire factoren worden." Op korte termijn tonen dier- en mensstudies aan dat levensstijlen die gezonde circadiane ritmes ondersteunen alertheid, motorische coördinatie, cardiovasculaire gezondheid, immuunfunctie, darmgezondheid, denken en slapen kunnen ondersteunen. Er zijn aanwijzingen voor een langdurige vermindering van het risico op chronische ziekten.

"De effecten van veranderingen in levensstijl zijn misschien enkele dagen niet duidelijk, maar na verloop van tijd zullen de voordelen enorm zijn."

Dus wat voor soort levensstijl moet je leiden om te synchroniseren met je circadiane ritmes? Het eerste dat u moet doen, is aandacht besteden aan uw bioritme. Circadiane ritmes, hoewel op dezelfde basis gebouwd, variëren van persoon tot persoon vanwege leeftijds-, genetische en omgevingsverschillen. Leeuweriken houden meer van de ochtend. Uilen geven de voorkeur aan de nacht. Om de kennis van de nieuwste wetenschappelijke onderzoeken met succes toe te passen, moet je letten op de natuurlijke neigingen van je lichaam (“chronotype”). Vergeet ook niet dat er geen one-size-fits-all-aanpak is.

De tweede is om je elke dag, zeven dagen per week aan een consistent routineschema te houden. Dr. Yu heeft het over "jetlag" (sociale jetlag) - wanneer mensen hun schema doorbreken met atypische gewoonten, zoals later eten en naar bed gaan, later wakker worden en op verschillende dagen van de week op verschillende tijdstippen sporten. Al deze acties kunnen leiden tot dezelfde negatieve gevolgen als het veranderen van tijdzones. Hoe consequenter u het regime volgt, hoe beter uw lichaam u hierbij zal helpen.

Ten derde - het toepassen van de kennis die is opgedaan met wetenschappelijk onderzoek - de gegevens over voeding, slaap en beweging worden hieronder beschreven. Veel van de veranderingen in levensstijl die uit onderzoek zijn gebleken, hebben betrekking op veranderingen in eetgewoonten - bijvoorbeeld het eten van een slecht idee voor het slapengaan. Het is beladen met negatieve gevolgen voor de gezondheid. Eet kleine maaltijden vroeg en laat op de dag, wat gemakkelijk genoeg is om te proberen. Hetzelfde geldt voor slaap - u moet het regime volgen en minimaal 7-8 uur slapen. In het slechtste geval zult u zich uitgerust voelen en in het beste geval zult u uw vooruitzichten op een gezond leven verbeteren.

Het belangrijkste: slapen, eten en sporten zijn de basis van een gezonde levensstijl.

DROOM

Het belangrijkste dat u kunt doen, is een consistent slaap- en waakschema aanhouden en voldoende slaap krijgen - 7-9 uur slaap wordt als normaal beschouwd voor een volwassene. Onderzoeksresultaten over slaaptekort en slaapstoornissen geven aan dat slaaptekort en slaapstoornissen een negatief effect hebben op de stemming, concentratie en geassocieerd zijn met chronische ziekten. Bovendien speculeren sommige wetenschappers dat circadiane mismatch veroorzaakt door sociale jetlag wijdverspreid kan zijn in de westerse samenleving en kan bijdragen aan gezondheidsproblemen.

Dus hoe laat moet je naar bed? Doorgaans begint het lichaam om 21.00 uur met de productie van melatonine. Dit is een signaal - je moet alles afmaken en gaan rusten. De afscheiding van melatonine eindigt rond 7.30 uur 's ochtends, en overdag is melatonine praktisch niet in het lichaam aanwezig. Het aanpassen van persoonlijke voorkeuren op basis van uw natuurlijke neigingen is de sleutel tot het voorkomen van slaapstoornissen (zoals wakker worden tijdens de slaap) en het behouden van een optimale gezondheid.

En tot slot licht. De cyclus van dag en nacht is niet de enige factor die het menselijk lichaam beïnvloedt, aangezien we voortdurend worden geconfronteerd met kunstlicht, en toch speelt het een primaire rol. Door vroeg op de dag voldoende natuurlijk licht te krijgen en 's avonds onnatuurlijk licht (zoals blauw licht van een smartphonescherm) te vermijden, blijft je circadiaanse ritme gezond.

Belangrijkste punten: zorg voor voldoende slaap en zorg ervoor dat uw slaap- en waaktijd zeven dagen per week hetzelfde blijft. Als u slaapgebrek heeft, begin dan onmiddellijk met het herstellen van uw regime, anders riskeert u uw gezondheid op de lange termijn in gevaar te brengen.

VOEDING

Over het algemeen blijkt uit onderzoek dat het eten van calorierijk voedsel het beste is in de ochtend. Probeer uw avondmaaltijd ruim voor het slapengaan te nuttigen en minder calorieën te bevatten. Als je alles rond 18.00 uur of 19.00 uur voor elkaar kunt krijgen en je lichaam 12-14 uur rust kunt geven, zul je gezondheidsvoordelen op korte en lange termijn zien.

Voor een deel is het een feit dat de interne klok van uw lever 's nachts niet werkt. De lever stopt met het produceren van enzymen om calorieën om te zetten in energie; in plaats daarvan produceert het enzymen om energie op te slaan. Als je veel eet voor het slapengaan, moet je lever overwerken en bespaar je uiteindelijk meer energie dan je verbruikt.

Een andere belangrijke beslissing die u kunt nemen (naast gezond eten) is de timing van uw dagelijkse maaltijd. Hoewel de gegevens nog steeds beperkt zijn, suggereren dierstudies en het werk van Dr. Panda dat "tijdgebonden eten" een gemakkelijke en potentieel gunstige verandering van levensstijl is. De optimale oplossing hangt af van uw doel. Maar als het doel is om je algehele gezondheid te verbeteren, dan is het beter om om 8-9 uur te beginnen. Maar in termen van naleving op lange termijn kan het raadzaam zijn om te beginnen met 10-12 uur.

Kernpunt: eet meer gedurende de dag, niet voor het slapengaan. Om uw gezondheid te verbeteren, begint u met eten na 10-12 uur.

SPORT

Hoewel sommige onderzoeken aantonen dat anaërobe prestaties in de middag pieken, is er geen consensus onder experts over het verband tussen circadiane ritmes en inspanning - met uitzondering van de aanwezigheid van een moleculaire klok in skeletspieren.

En, net als de effecten van verlichting en maaltijden, speelt de timing van lichaamsbeweging ook een belangrijke rol bij het in stand houden van gezonde circadiane ritmes.

Het belangrijkste is: oefen regelmatig en laat de anaërobe activiteit voor de middag achter.

GEVOLGTREKKING

Onderzoek naar de werking van circadiane ritmes is vrij eenvoudig."Je interne klok is ontworpen om overdag energie te verbranden en 's nachts energie te herstellen", zegt Y. Hoe beter de timing, hoe minder slijtage van de circadiane klok. Hoewel de interne klok stabiel is, kan een consequente verstoring van het regime leiden tot gezondheidsproblemen op de lange termijn.

"Als we jong zijn, kan het lichaam veel aan", zegt Yu. "Maar dat betekent niet dat alles in orde is. Het is als brandstofverbruik: je besteedt te veel energie aan aritmische activiteiten, wat in de toekomst zal leiden tot problemen met het functioneren van circadiane ritmes.”

U zult uw leven niet met vijf jaar verkorten door laat te eten, maar er zijn speciale uren in uw lichaam om uw gezondheid te beschermen en verstoring van uw fysiologie tot een minimum te beperken. Wees aardig en attent voor jezelf en je zult het resultaat zien.