Jednodnevni biološki ritam
Cirkadijski ritmovi ili jednodnevni ritmovi – poznati i kao niktihemeralni ritmovi – uključuju sve hronobiološke procese koji se mijenjaju u periodu od oko 24 sata.
Opća definicija
urediCirkadijski ritam je biološki ritam za razdoblje od otprilike 24 sata. Dnevno/noćni ritam je onaj koji pokriva najveći dio našeg svakodnevnog života. Prisutan je kod većine ili svih životinjama, uključujući i beskičmenjaka . Najvidljiviji su kod biljaka po poziciju lišća i latica, koji se, prema dobu dana, ispravljaju ili otvaraju više ili manje.
Ovakvi ritmovi također se mogu javiti I u jednoćelijskih organizama kao što su gljivice i cijanobakterije.[1]
Izraz "cirkadijski", izumio je Franz Halberg, od latinske riječi circa (= oko) + ‘’diem’’ = dnevnica", obdanica) i doslovno znači ciklus koji traje "jedan dan".
Inače, formalna nauka o biološkim ritmovima naziva se hronobiologija.
U užem smislu, cirkadijski ritmovi su endogene prirode. Oni su posljedica djelovanja bioloških satova, koji djeluju iz i na jednodnevne. Ovi se "uključuju" čak i u odsustvu vanjskog stimulansa, u savršeno konstantnim uvjetima svjetla i temperature, tokom nekoliko nedelja ili čak mjeseci.[2][3][4][5][6][7] [8]
Kada se opisuje biološki ritam koji se ispoljava samo kada je tijelo naizmenično izloženo ritmu dan - noć, smatra se da je to cirkadijski ritam.
Kriteriji
urediDa bi se nazvao cirkadijskim, biološki ritam mora da ispuni ova tri opća kriterija:
- Ritam ima slobodne endogene cikluse koji traju oko 24 sata. Ritam i dalje postoji u stalnom uvjetima (konstantna tama) sa periodom od oko 24 sata. Period ritam u konstantnim uvjetima naziva se slobodno krećući period i označava se grčkim slovom τ (tau). Obrazloženje za ovaj kriterij je razlikovanje cirkadijskih ritmova od jednostavnih odgovora na dnevne vanjske uticaje. Za ritam se ne može reći da je endogeni, osim ako je testiran, a i dalje postoji u uvjetima bez vanjskog periodičnog ulaza. U dnevnih životinja (aktivnih tokom dana), generalno, τ je nešto veći od 24 sata, dok je, u noćnih (aktivnih noću), τ generalno kraći od 24 sata.
- Ritmovi se ne mogu uvježbati. Ritam se može resetirati izlaganjem na spoljne stimulanse (kao što su svjetlost i toplota), proces koji se zove uvlačenje. Spoljni stimulans koji se koristi za ulazak u tok ritma se zove zeitgeber ili "davatelj vremena". Putovanja kroz vremenske zone ilustrira sposobnost ljudskog biološkog sata da se prilagodi lokalnom vremenu; osoba će obično doživjeti jet lag prije uvlačenja njenog cirkadijskskog sata koji bi je sinhronizirao sa lokalnom vremenom.
- Ritmovi ispoljavaju temperaturnu kompenzaciju. Drugim riječima, oni održavaju cirkadijske periodičnosti preko niza fizioloških temperatura. Mnogi organizmi žive u širokom rasponu temperatura, a razlike u toplinskoj energiji će uticati na kinetiku svih molekulskih procesa u ćelijama. Kako bi se pratilo vrijeme, cirkadijski sat organizam mora održavati otprilike 24-satnu periodičnost, uprkos mijenjanju kinetike, svojstvenosti poznate kao kompenzacija temperature. Mjera ovog kompenzacijskog efekta je pokazatelj Q10 . Ako koeficijent Q10 ostaje približno 1 kao temperatura raste, za ritam se smatra da je temperaturno nadoknadoknađen.[9]
Dnevno-noćni ritmovi kod ljudi
urediCirkadijski ritam, odnosno naizmenične periode od 24 sata, imaju mnogi biološki, fiziološki i etološki mehanizmi ljudskih bića. Među njima, mogu se uočiti:
- Ritam spavanja /budnosti;
- Promjene u stepenu budnosti;
- Tjelesna temperatura;
- Protok krvi;
- Uriniranje;
- Razina proizvodnje hormona, uključujući i proizvodnju hormona rasta (GH);
- Rast kose;
- Ćelijski metabolizam;
- Razina kortizola;
- Razina kalija.
Ova ritmičnost je podstaknuta i iz okruženja i od mehanizma mozga. Ustvari, cirkadijski ritmovi se odnose na rotacije u kretanju Zemlje i varijacije svjetlosti koje se dešavaju naizmenično u ritmu dan / noć. Ako se ljudi tokom 10 sati izlože svjetlu, a 10 sati mraku, njihov ciklus ima tendenciju da se prilagodi na period od 20 sati umjesto prirodna 24 sat. Natural. Dakle, znakovi iz okoline koji se nazivaju "zeitgebers" (prema njemačkom: vrijemensko davanje), u ostavljaju mogućnost organizmu da se prilagodi cirkadijskom ritmu.[10][11] [12]
Međutim, ako su ljudi izolirani, bilo od varijacije svjetlosti (eksperimentalna metoda slobodnih radnih ritmova), da se ukloni poštovanje naizmjeničnosti dani/ noći, skoro stalno se odvijaju isti cirkadijski životni ritmovi. Pokazalo se da se takvi periodi slobodno održavaju gotovo 25 sati, prosječno za većinu ljudskih bića. Osim toga, cirkadijski ritam nije prisutan na rođenju; novorođenčad spava i danju i noću. Oko osme sedmice, većina njih počne da uspostavlja rani cirkadijski ritam, što podržava ideju da u tijelu postoji unutrašnji biološki sat.
Stoga, da podrže obje vrste činjenica, naučnici pretpostavljaju da sat održava ritmičnost naših funkcija, podešavanjem svojih mjerila na informacije koje daje okruženje.
Teorije ciklusa budnost-spavanje
urediDvije teorije pokušavaju odgovoriti na pitanje zašto spavamo noću. Prvi je teorija oporavka, tj. da san nastoji obnoviti unutrašnju fiziološku ravnotežu (homeostazu) , koja je uznemirena dnevnim aktivnostima . Drugi kaže da je ljudska vrsta programirana unutarnjim satnim mehanizmom na spavanje, ali da san ustvari nije potreba i da ako budnost trje duže –trajanje sna postepeno teži ka skraćenju. To podržava ideju da ćemo biti programirani na ritam budnost/san u ciklusu od 24 sata, bez obzira na uključeno vrijeme sanwsna.
Promjene unutrašnje tjelesne temperature usko su povezane sa ciklusom spavanje / budnost. Tjelesnu temperature zaista opada u fazi sna i oštro povećava tokom dana. Ova sinhronizacija pokazuje da u tijelu može biti više cirkadijskih satova i da je nekoliko mehanizama osnova održavanja njihove dosljednosti.
Fiziologija
urediOperacija unutrašnjeg sata pripisuje se doprinosu suprahijazmatskog jezgra. U njemu se moždane strukture nalazi se u hipotalamusu, koji je kontrolni centar cirkadijskog tempa. Transplantacija suprahijazmatskog jezgra je potvrdila ovu funkciju, pokazujući da je transplantacija suprahijazmatskog jezgra kod hrčka sa abnormalnim cirkadijskim ritmom od 20 sati na hrčka sa normalan ritmom od 25 sati, izazvala 20-satni ciklus u transplantatu hrčka.
Buijs i Kalsbeeken su u 2001. godini dokazali više električnih aktivnosti koje prate cirkadijsku ritmičnost i metaboličke i biohemijske aktivnosti. Oni su također dokazali osjetljivost na promjene u osvjetljenju.
Ustvari, od očiju, svjetlosne informacije se prikupljaju u fotoreceptorima mrežnjače (u štapićima I čunjićima). To su ganglijske ćelije koje reagiraju na usporene promjene u razinama ambijentnog svetla. Fotopigment koji je nađeni u ovim fotoreceptorima je specifični melanopsin. Električna poruka (akcijski potencijal) se prenosi duž retino-hipotalamusnog trakta (talamusa). Ove staze prate vidni živac, a zatim izlaze iz njegove hijazme do suprahijazmatskog jezgra.
GABA (γ-aminobuterna kiselina) je glavni neurotransmiter neurona suprahijazmatskog jezgra, ali jezgro luči neuromodulator i vazopresin. Aksoni ovih jezgara inerviraju mnoga područjima u blizini hipotalamusa, kao što su srednji mozak i međumozak.
Za održavanje ritmičnosti nije potreban akcijski potencijal. Ustvari, ako se taj potencijal i blokira, ritmičnost i dalje postoji. Njene metaboličke i hemijske osnove postoje u biološkom satnom mehanizmu.
Transkripcija nekih gena može također imati cirkadijski i ritam.[13][14].
Također i mikro RNK može imati ulogu u ovoj ritmičnosti. Utvrđeno je da molekulski ciklus upravlja ispoljavanjem ovih gena, zato što su I sami geni biološki satovi. Ovi geni proizvode protein svakih 24 sata putem mehanizma negativne povratne sprege. Oni, osim proteina potrebnih za njihovo ispoljavanje, proizvode i proteine, koji su uključeni u inhibiciju tog izraza koji održavaju 24-satni ciklus.
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ http://www.sciencesetavenir.fr/actualite/nature-environnement/20101229.OBS5434/le-jet-lag-des-champignons.html.
- ^ Pritchard T. E., Alloway D. (1999): Medical neuroscience. Hayes Barton Press, ISBN 978-1-59377-200-0.
- ^ http://books.google.com/books/about/Medical_neuroscience.html?id=m7Y80PcFHtsC[mrtav link] <ref=refPritchard.
- ^ Butler A. B., Hodos W. (2005): Comparative vertebrate neuroanatomy: evolution and adaptation. Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-471-21005-4: http://books.google.com/?id=3nO6ggvV1PUC&dq=%22Comparative+vertebrate+neuroanatomy:+evolution+and+adaptation%22.
- ^ Hadžiselimović R., Maslić E. (1999): Osnovi etologije – Biologija ponašanja životinja i ljudi. Sarajevo Publishing, Sarajevo, ISBN 9958-21-091-6.
- ^ Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.
- ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
- ^ Warrell D. A., Cox T. M., Firth J. D. (2010): The Oxford Textbook of Medicine Arhivirano 21. 3. 2012. na Wayback Machine (5th ed.). Oxford University Press
- ^ Johnson, C. (2004). Chronobiology: Biological T+timekeeping. Sunderland, Massachusetts, USA: Sinauer Associates, Inc. str. 67–105.
- ^ Greenstein B., Greenstein A. (2002): Color atlas of neuroscience – Neuroanatomy and neurophysiology. Thieme, Stuttgart – New York, ISBN 9783131081711.
- ^ Naidich T. P., Duvernoy H. M., Dalman B. N., Sorensen A. G., Kollias S. S., Haacke E. M. (2009): Duvernoy's atlas of the human brain stem and cerebellum. Springer, WienNewYork, ISBN 978-3-211-73970-9.
- ^ England M. A., Wakely J. (2005): Color atlas of the brain and spinal cord, 2nd Ed. Mosby, ISBN 13:978-0323036672; ISBN 10:032-3036678.
- ^ Hughes M. E., DiTacchio L., Hayes K. R. et al. [http://www.plosgenetics.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pgen.1000442: Harmonics of Circadian Gene Transcription in Mammals. PLoS Genet,2009
- ^ Mehta N., Cheng H. Y. M.: Micro-managing the circadian clock: The role of microRNAs in biological timekeeping}} » J Mol Biol. 2012. DOI|10.1016/j.jmb.2012.10.022.
Vanjski linkovi
uredi
