Jinsi midundo asilia ya kibaolojia inavyofanya kazi

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Nakala hiyo imejitolea kwa kazi ya midundo ya circadian - mitindo ya kibaolojia ya asili na muda wa masaa 24, tabia ya viumbe vingi, pamoja na wanadamu. Huu ni muhtasari wa utafiti wa hivi punde wa kisayansi, si mkusanyiko wa vidokezo muhimu, ingawa makala yanazungumzia uwezekano wa mabadiliko ya mtindo wa maisha. Uhakiki huu haujakamilika; tutaendelea kuusasisha kadri tafiti mpya za utafiti zinavyoibuka.

Jambo kuu:

→ Midundo thabiti na yenye afya ya circadian inaweza kusaidia kuboresha afya kwa ujumla pamoja na uzuiaji bora wa magonjwa sugu.

→ Kumbuka kulala: lishe, mazoezi, na mambo mengine huathiri jinsi midundo ya circadian inavyofanya kazi.

→ Soma upekee wa kazi ya midundo ya circadian, tambua "chronotype" yako, kisha utumie ujuzi uliopatikana kwa mapendekezo ya mbinu iliyoonyeshwa katika utafiti wa kisayansi.

Kabla ya kujumuisha ushauri wowote katika makala haya katika utaratibu wako wa kila siku, wasiliana na mtaalamu wako wa afya.

Kabla ya kusoma makala: faharasa fupi

1. Circadian: mzunguko wa kawaida unaorudiwa na muda wa takriban masaa 24, bila kujali urefu wa masaa ya mchana; kutoka kwa Kilatini circa ("o") na diem ("siku").
2. Sensor ya midundo: ishara ya mazingira, kama vile mabadiliko ya mwanga au joto; kutoka kwa zeit ya Ujerumani ("wakati") na geber ("mtoa").
3. Endogenous: mchakato wa pathological katika mwili unaosababishwa na mambo ya ndani, na sio kusababishwa na mvuto wa nje (sababu ya mizizi).
4. Marekebisho ya rhythm ya circadian: hutokea wakati kazi za rhythmic, fiziolojia, au tabia zinapatana na mabadiliko katika mazingira; mwingiliano wa midundo ya circadian na mazingira.
5. Kila siku: kila siku; kutoka Kilatini hufa (siku) na na diurnus (kila siku).
6. Saa Kuu: Jozi ya idadi ya seli zinazopatikana kwenye hypothalamus, pia inajulikana kama kiini cha suprachiasmatic (SCN); Seli hizi zina jeni zinazodhibiti midundo ya circadian.
7. Jeni inayobadilika: mabadiliko ya kudumu katika mlolongo wa DNA; inayotumiwa na wataalam wa kronobiolojia kutambua utaratibu wa jeni za saa kwa kutambua jeni inayobadilika katika wanyama walio na ugonjwa wa circadian usio wa kawaida.

Hebu fikiria mmea unajaribu kutengeneza usanisinuru usiku: tamthilia fupi gizani. "Mimea inahusika na maisha na kifo," anasema Sally Yu, profesa msaidizi wa biokemia na biolojia ya seli katika Chuo Kikuu cha Texas katika Kituo cha Sayansi ya Afya cha Houston (UTHealth), kwa huzuni. "Ikiwa hawatafuata midundo ya circadian, watakufa." Lakini kwa mtu, utabiri hautakuwa mbaya sana. “Hata ukiondoa jeni la saa (jini muhimu inayodhibiti utendaji wa midundo ya circadian), hutakufa mara moja,” asema Yu. “Lakini utateseka.” Labda matatizo? Matatizo ya kudumu ya kisaikolojia na, kati ya mambo mengine, hatari ya kuongezeka kwa magonjwa ya muda mrefu. Maisha ni magumu wakati kila kitu hakiko sawa.

Mwenzake Yu, Jake Chen, profesa msaidizi katika idara hiyohiyo, anasema tofauti: “Mara nyingi tunasema kwamba kila kitu kinahitaji kufanywa kwa ratiba. Lakini hii ni kutia chumvi. Lakini maneno "kila kitu kina wakati wake" sio. Na hii inahusiana moja kwa moja na mwili wa mwanadamu. Katika kila seli moja, tishu au chombo, michakato ya kisaikolojia hutokea kwa wakati maalum. Saa ya kibaolojia ni aina ya kipima saa - utaratibu ambao tunaweza kuhakikisha kuwa kila kitu kinafanya kazi vizuri. Hii ni kazi ya msingi."

Chen na Yu husoma midundo ya circadian - midundo ya kibaolojia ya mwili kwa muda wa masaa 24, ambayo hufuatwa kila siku na viumbe vyote vilivyo kwenye sayari yetu. Midundo ya circadian au midundo ya circadian inahusiana moja kwa moja na mamilioni ya miaka ya maendeleo ya maisha kwenye sayari yetu. Ni bidhaa ya mwingiliano wa saa ya kibaiolojia ya ndani ya mwili na mazingira - sio jua tu, lakini mambo mengine mengi huamua tabia, kudhibiti viwango vya homoni, usingizi, joto la mwili na kimetaboliki.

Kinachojulikana kama "saa kuu" au kiini cha suprachiasmatic (SCN), saa kuu inayodhibiti midundo ya circadian, ni jozi ya seli zilizojaa jeni (pamoja na Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1, na Cry2.), iliyoko kwenye hypothalamus. Katika kiwango cha molekuli, athari za jeni za saa hupatikana katika figo, ini, kongosho na viungo vingine. SCN hufanya kazi kama Mkurugenzi Mtendaji akiuagiza mwili kuzingatia na kuchakata mawimbi ya mazingira. Taasisi ya Tiba ya Howard Hughes.)

Kama tutakavyoona baadaye, kuzingatia midundo ya circadian inaboresha utendaji wa kila siku (wa kisaikolojia na kisaikolojia) wa mwili na, mwishowe, huathiri hali ya afya, kwa muda mrefu na kwa muda mfupi. Kutunza midundo ya circadian huwafanya wafanye kazi huku wakidumisha kile ambacho Sally Yu anakiita "saa inayoweza kutegemewa."

"Siwezi kusema kwa uhakika jinsi midundo ya circadian ilivyo muhimu katika kuzuia ugonjwa sugu, ni athari gani kwa afya kwa muda mrefu, ikiwa ni ya manufaa na hatimaye huathiri umri wa kuishi."

Habari kuhusu wataalam:

Mwanasayansi: Zheng "Jake" Chen

Elimu: PhD, Chuo Kikuu cha Columbia, New York

Nafasi: Profesa Msaidizi katika Idara ya Baiolojia na Biolojia ya Seli katika Kituo cha Sayansi ya Afya cha Chuo Kikuu cha Texas huko Houston.

Nakala iliyochapishwa mara ya mwisho: Molekuli ndogo ya Nobiletin inalenga oscillator ya molekuli ili kuimarisha midundo ya circadian na kulinda dhidi ya ugonjwa wa kimetaboliki.

Eneo la utafiti: Uchunguzi wa molekuli ndogo kwa kronobiolojia na dawa.

Mwanasayansi: Seung Hee "Sally" Yoo

Elimu: PhD, Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Korea

Nafasi: Profesa Mshiriki, Idara ya Baiolojia na Biolojia ya Kiini, Kituo cha Sayansi ya Afya cha Chuo Kikuu cha Texas huko Houston.

Makala iliyochapishwa mwisho: Kipindi cha 2 3'-UTR na microRNA-24 hudhibiti midundo ya circadian kwa kukandamiza mkusanyiko wa protini wa PERIOD2. Pia Uwezo wa Kukuza na Kitiba wa Vidhibiti-Molekuli Ndogo za Mifumo ya Circadian.

Eneo la utafiti: Taratibu za kimsingi za seli katika midundo ya circadian na kubainisha majukumu ya kisaikolojia na kiafya ya saa.

HISTORIA: HATUA KUU ZA MAENDELEO YA KIBAIOLOJIA YA RIWAYA ZA MZUNGUKO

Jambo la kwanza kujua juu ya uchunguzi wa midundo ya circadian (wataalam wa chronobiolojia hufanya hivi) ni kwamba, isipokuwa nadra, viumbe vyote hufuata midundo yao ya circadian. Kutoka kwa daffodili hadi shomoro, kutoka kwa pundamilia hadi kwa wanadamu, karibu viumbe vyote vilivyo hai kwenye sayari hufuata mzunguko wa jua. Mnamo 1729, mwanasayansi wa Ufaransa Jean-Jacques de Meran alirekodi uchunguzi wa kwanza wa miondoko ya majani ya kila siku ya mmea wa Mimosa pudica. Hata katika giza kamili, mmea uliendelea kufuata mdundo wake wa kila siku. Mwanasayansi alihitimisha kuwa mmea hutegemea tu ishara za nje au sensor ya rhythm, lakini pia kwa saa yake ya ndani ya kibaolojia.

Chronobiology ilikua miaka mia mbili baadaye, katikati ya karne ya 20. Walioathirika na mchango wa idadi ya wanasayansi, hasa Colin Pittendry, "baba wa saa ya kibiolojia." Pittendry alisoma inzi wa matunda au Drosophila na kuangazia jinsi midundo ya circadian inavyoingiliana au kusawazisha mzunguko wa mchana na usiku. Jurgen Aschoff, rafiki wa Pittendry, pia alisoma mwingiliano na mzunguko wa mchana na usiku, lakini wanasayansi walifikia hitimisho tofauti kuhusu jinsi mwingiliano hutokea (parametric na nonparametric, unaweza kusoma zaidi kuhusu hilo hapa na hapa). John Woodland Hastings na wenzake walipata uvumbuzi wa kimsingi kuhusu dhima ya mwanga katika midundo ya circadian kwa kusoma dinoflagellate za bioluminescent (mwani, aina ya plankton). Mtaalamu wa mimea Erwin Bunnig pia alichangia katika utafiti wa kimsingi juu ya uundaji wa mwingiliano, akielezea uhusiano kati ya viumbe na mizunguko ya kukata.

Hatua iliyofuata ya uvumbuzi katika kronobiolojia iliunganisha mifumo maalum ya molekuli na maumbile ya kazi ya midundo ya circadian. Hii inafuatia kutoka kwa kazi ya Ron Konopka na Seymour Benzer, ambao katika miaka ya mapema ya 1970 walitafuta kutambua jeni maalum ambazo hudhibiti midundo ya circadian ya nzi wa matunda. Konopka na Benzer wana sifa ya ugunduzi wa jeni iliyobadilika, ambayo walichokiita kipindi ambacho huharibu saa ya mzunguko wa nzi wa matunda. Hivi ndivyo kibainishi cha kijeni cha midundo ya tabia kilivyogunduliwa kwanza. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash, na Michael W. Young wamekamilisha kwa ufanisi kazi ya Konopka na Benzer kwa kuonyesha kazi ya jeni ya kipindi katika kiwango cha molekuli. Hall, Rosbash na Young walipokea Tuzo la Nobel katika Fiziolojia au Tiba mnamo 2017. Walitenga jeni la kipindi na kisha wakaonyesha jinsi mfumo wa saa wa kila siku unavyofanya kazi katika kiwango cha molekuli.

Walipokuwa wakifanya utafiti kuhusu nzi wa matunda na panya mwaka wa 1994, Joseph Takahashi na timu yake waligundua jeni za saa katika mamalia na kuziita saa, na kuzielezea kama "kipengele kilichohifadhiwa kwa mageuzi cha utaratibu wa saa ya circadian." Ugunduzi wa jeni la saa, pamoja na kazi ya Hall, Rosbash, Young, na mwanasayansi Michael Greenberg, ilikuwa wakati wa maji katika chronobiology. Ndani ya miaka michache, jeni ziligunduliwa ambazo zinahakikisha kazi ya midundo ya circadian katika viumbe vya chini.

Sayansi inasonga mbele kwa kasi, na tafiti nyingi katika inzi na panya zimeonyesha kuendelea kwa kushangaza kwa jeni za saa ndani ya spishi, ambayo ina maana kwamba kuna jeni zinazofanana zinazodhibiti midundo ya circadian katika viumbe tata zaidi, ikiwa ni pamoja na binadamu.

"Macheo na machweo bado ni sababu kuu zinazoathiri midundo ya circadian, lakini mambo mengine yanafuatiliwa mara kwa mara katika utafiti wa kisayansi."

UTAFITI WA HIVI KARIBUNI: KUTAMBUA NAFASI YA RIWAYA ZA CIRCADIUM KATIKA AFYA NA MAGONJWA YA BINADAMU

Ni muhimu kutambua kwamba biolojia ya midundo ya circadian ni ngumu sana - kuna majarida mengi ya kisayansi yaliyotolewa kwa eneo hili la utafiti. Kwa hiyo, uelewa wetu wa dhima ya saa ya kibayolojia katika afya ya binadamu ni matokeo ya masomo ya epidemiological pamoja na masomo ya wanyama. Uchunguzi katika viumbe vya chini husaidia kufichua kazi ya mifumo ya Masi na maumbile katika hatua, baada ya hapo inaweza kuonekana jinsi, kwa mfano, usumbufu wa usingizi husababisha hatari kubwa ya ugonjwa wa kisukari cha aina ya 2, fetma, na idadi ya magonjwa ya moyo na mishipa.

Hakika, mojawapo ya maeneo yenye kuahidi zaidi ya utafiti ni usingizi. Wanasayansi leo wanahusisha ukosefu wa usingizi na usumbufu unaofuata wa rhythms circadian na maendeleo ya fetma na unyogovu, pamoja na magonjwa mengi ya muda mrefu. Utafiti umeonyesha kuwa ukosefu wa usingizi unaweza kusababisha athari zisizotarajiwa, kama vile kutoweza kutambua nyuso.

Kuelewa jinsi midundo ya circadian inavyofanya kazi pia imeenda mbali zaidi ya kuingiliana na mzunguko wa mchana na usiku. "Kuna ishara za kijamii, ishara za chakula na dalili za mazoezi - ni tofauti sana," anasema Y. Sunrise na machweo bado yana ushawishi mkubwa kwenye midundo ya circadian, lakini mambo mengine yanachunguzwa. Idadi kubwa ya kazi imeonyesha kuwa chakula ni ishara muhimu ya nje inayoingiliana na saa ya ndani, ikiwa ni pamoja na kazi ya Dk. Satchidananda Panda ili kupunguza muda wa chakula (jinsi wakati wa kula huathiri afya).

Kwa ujumla, sasa ni wazi kwamba midundo ya circadian ina jukumu la utaratibu wa kuandaa kazi ya vipengele vyote vya kisaikolojia ya mwili wa binadamu, ikiwa ni pamoja na kazi ya viungo muhimu, kimetaboliki, kinga, michakato ya mawazo, nk kazi ya Dk Yu inapanua eneo hilo. ya utafiti - anashirikiana na mtaalamu wa uchunguzi wa maumivu sugu kusoma mitindo ya maumivu kwa wagonjwa. Pia, kazi inaendelea kusoma jukumu la mzunguko wa kukatwa katika usumbufu katika kazi ya midundo ya circadian (athari za kubadilisha maeneo ya wakati kwenye ukuaji wa seli za saratani). Utafiti kama huu hutupatia maarifa mapya muhimu ambayo yanaweza kutumika kufanya mabadiliko ya mtindo wa maisha - kujua ni wakati gani wa kula na kwenda kulala kwa ujumla ni muhimu kwa afya; na kwa ugonjwa, ujuzi unaopatikana unaweza kutumika kwa utafutaji wa madawa ya kulevya ambayo hudhibiti kazi ya midundo ya circadian. Wanasayansi bado wana utafiti mwingi wa kufanya katika karibu maeneo yote yanayohusiana na afya na magonjwa.

WAZO LA MSINGI: KWA NINI NI MUHIMU KUJUA KUHUSU MIUNDO YA MZUNGUKO?

Ufahamu wa jinsi midundo ya circadian inavyofanya kazi inaweza kuwa na athari za kiafya za muda mfupi na mrefu. "Mabadiliko ya mtindo wa maisha ni zawadi bora unayoweza kujitolea," Chen anasema. "Ikiwa unasimamia maisha yako, teknolojia na dawa zinaweza kuwa sababu za pili katika maisha yako." Kwa muda mfupi, tafiti za wanyama na wanadamu zinaonyesha kuwa mitindo ya maisha inayounga mkono midundo yenye afya ya circadian inaweza kusaidia umakini, uratibu wa gari, afya ya moyo na mishipa, utendaji wa kinga, afya ya matumbo, mawazo na usingizi. Kuna ushahidi wa kuunga mkono kupunguzwa kwa muda mrefu kwa hatari ya ugonjwa sugu.

"Madhara ya mabadiliko ya mtindo wa maisha yanaweza yasiwe dhahiri kwa siku kadhaa, lakini baada ya muda, faida zitakuwa kubwa."

Kwa hivyo ni aina gani ya maisha unayohitaji kuongoza ili kusawazisha na midundo yako ya circadian? Jambo la kwanza kufanya ni kuzingatia biorhythms yako. Midundo ya circadian, ingawa imejengwa kwa msingi sawa, hutofautiana kati ya mtu na mtu kutokana na umri, maumbile, na tofauti za kimazingira. Larks kama asubuhi bora. Bundi wanapendelea usiku. Unahitaji kuzingatia mielekeo ya asili ya mwili wako ("chronotype") ili kutumia kwa ufanisi ujuzi wa utafiti wa hivi karibuni wa kisayansi. Pia, usisahau kwamba hakuna mbinu ya ukubwa mmoja.

Ya pili ni kushikamana na ratiba thabiti, ya kawaida kila siku, siku saba kwa wiki. Dk. Yu anazungumza kuhusu "jet lag" (jet lag) - wakati watu wanavunja ratiba yao kwa tabia zisizo za kawaida, kama vile kula na kwenda kulala baadaye, kuamka baadaye, na kufanya mazoezi kwa siku tofauti za juma kwa nyakati tofauti. Vitendo hivi vyote vinaweza kusababisha matokeo mabaya sawa na kubadilisha maeneo ya saa. Unapofuata regimen mara kwa mara, mwili wako utakusaidia kwa hili.

Tatu - kutumia maarifa yaliyopatikana kutokana na utafiti wa kisayansi - data juu ya lishe, usingizi na mazoezi ni ya kina hapa chini. Mabadiliko mengi ya mtindo wa maisha ambayo utafiti umeonyesha yanahusisha mabadiliko katika tabia ya kula - kwa mfano, kula wazo mbaya kabla ya kulala. Inakabiliwa na matokeo mabaya ya afya. Kula chakula kidogo mapema na marehemu katika siku, ambayo ni rahisi kutosha kujaribu. Vile vile hutumika kwa usingizi - lazima ufuate utawala na kulala angalau masaa 7-8. Mbaya zaidi, utahisi kupumzika, na bora zaidi, utaboresha matarajio yako ya maisha yenye afya.

Jambo kuu: usingizi, chakula na michezo ni msingi wa maisha ya afya.

NDOTO

Jambo muhimu zaidi unaweza kufanya ni kudumisha usingizi thabiti na ratiba ya kuamka na kupata usingizi wa kutosha - masaa 7-9 ya usingizi inachukuliwa kuwa ya kawaida kwa mtu mzima. Matokeo ya utafiti juu ya kunyimwa usingizi na usumbufu wa usingizi yanaonyesha kuwa kunyimwa usingizi na usumbufu wa usingizi huathiri vibaya hisia, mkusanyiko, na huhusishwa na ugonjwa wa kudumu. Zaidi ya hayo, baadhi ya wanasayansi wanakisia kwamba kutolingana kwa mzunguko unaosababishwa na jetlag ya kijamii kunaweza kuenea katika jamii ya Magharibi na kuchangia matatizo ya afya.

Kwa hivyo unapaswa kwenda kulala saa ngapi? Kwa kawaida, mwili huanza kutoa melatonin saa 9:00 jioni. Hii ni ishara - unahitaji kumaliza kila kitu na kwenda kupumzika. Utoaji wa melatonin huisha karibu 7:30 asubuhi, na wakati wa mchana, melatonin haipo katika mwili. Kurekebisha mapendeleo ya kibinafsi kulingana na mielekeo yako ya asili ni muhimu ili kuzuia usumbufu wa kulala (kama vile kuamka wakati wa kulala) na kudumisha afya bora.

Na hatimaye, mwanga. Mzunguko wa mchana na usiku sio sababu pekee inayoathiri mwili wa mwanadamu, kwani tunakabiliwa na taa za bandia kila wakati, na bado ina jukumu la msingi. Kupata mwanga wa asili wa kutosha mapema mchana na kuepuka mwanga usio wa kawaida (kama vile mwanga wa bluu kutoka skrini ya simu mahiri) jioni husaidia kudumisha midundo yako ya mzunguko mzuri.

Mambo muhimu: Pata usingizi wa kutosha na hakikisha muda wako wa kulala na wa kuamka unabaki sawa siku saba kwa wiki. Ikiwa umelala usingizi, mara moja uanze kurejesha regimen yako, vinginevyo una hatari ya kuhatarisha afya yako kwa muda mrefu.

LISHE

Kwa ujumla, utafiti unaonyesha kuwa kula vyakula vyenye kalori nyingi ni bora asubuhi. Jaribu kuwa na mlo wako wa jioni kabla ya kulala na kupunguza kalori nyingi. Ikiwa unaweza kufanya kila kitu karibu 6:00 jioni au 7:00 jioni na kuupa mwili wako masaa 12-14 kupumzika, utaona faida za afya za muda mfupi na mrefu.

Kwa sehemu, ukweli ni kwamba saa ya ndani ya ini haifanyi kazi usiku. Ini huacha kuzalisha vimeng'enya ili kubadilisha kalori kuwa nishati; badala yake, huzalisha vimeng'enya vya kuhifadhi nishati. Ikiwa unakula sana kabla ya kulala, ini yako inalazimika kufanya kazi kwa muda wa ziada na unaishia kuhifadhi nishati zaidi kuliko unavyotumia.

Uamuzi mwingine muhimu unaoweza kufanya (mbali na kula kiafya) ni kupanga muda wa mlo wako wa kila siku. Ingawa data bado ni ndogo, tafiti za wanyama na kazi ya Dk. Panda zinaonyesha kuwa "kula kwa muda mfupi" ni mabadiliko rahisi na yanayoweza kunufaisha maisha. Suluhisho bora inategemea lengo lako. Lakini ikiwa lengo ni kuboresha afya yako kwa ujumla, basi ni bora kuanza saa 8-9. Lakini, kwa kuzingatia kufuata kwa muda mrefu, inaweza kushauriwa kuanza saa 10-12.

Jambo kuu: Kula zaidi wakati wa mchana, sio kabla ya kulala. Ili kuboresha afya yako, anza kula saa 10-12.

MICHEZO

Ingawa tafiti zingine zinaonyesha kuwa utendaji wa anaerobic hufikia kilele alasiri, hakuna makubaliano kati ya wataalam juu ya uhusiano kati ya midundo ya circadian na mazoezi - isipokuwa uwepo wa saa ya molekuli kwenye misuli ya mifupa.

Na, kama vile athari za mwanga na nyakati za chakula, muda wa mazoezi pia una jukumu muhimu katika kudumisha midundo yenye afya ya circadian.

Jambo kuu: fanya mazoezi mara kwa mara, na uache shughuli za anaerobic kwa mchana.

HITIMISHO

Utafiti kuhusu jinsi midundo ya circadian inavyofanya kazi ni moja kwa moja."Saa yako ya ndani imeundwa ili kuchoma nishati wakati wa mchana na kurejesha nishati wakati wa usiku," anasema Y. Kadiri muda unavyoweka vizuri, ndivyo inavyopungua na kuchakaa kwa saa ya mzunguko. Ingawa saa ya ndani ni thabiti, ukiukaji thabiti wa utaratibu unaweza kusababisha matatizo ya muda mrefu ya afya.

"Tunapokuwa wachanga, mwili unaweza kushughulikia mambo mengi," anasema Yu. "Lakini hiyo haimaanishi kuwa kila kitu kiko sawa. Ni kama matumizi ya mafuta: unatumia nishati nyingi kwenye shughuli za arrhythmic, ambayo itasababisha shida na utendakazi wa midundo ya circadian katika siku zijazo.

Hutafupisha maisha yako kwa miaka mitano kwa kuchelewa kula, lakini kuna masaa maalum katika mwili wako kulinda afya yako na kupunguza usumbufu wa fiziolojia yako. Kuwa mkarimu na kujijali mwenyewe na utaona matokeo yake.