Com funcionen els ritmes biològics endògens

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

L'article està dedicat al treball dels ritmes circadians: ritmes biològics endògens amb un període d'unes 24 hores, característics de la majoria d'organismes, inclosos els humans. Aquesta és una visió general de les darreres investigacions científiques, no una col·lecció de consells útils, tot i que l'article parla d'un possible canvi d'estil de vida. Aquesta revisió no és exhaustiva; la continuarem actualitzant a mesura que apareguin nous estudis de recerca.

El principal:

→ Els ritmes circadians coherents i saludables poden ajudar a millorar la salut general així com a prevenir eficaçment les malalties cròniques.

→ Recordeu dormir: la dieta, l'exercici i altres factors afecten el funcionament dels ritmes circadians.

→ Estudia les peculiaritats del treball dels ritmes circadians, determina el teu “cronotip”, després aplica els coneixements adquirits a les recomanacions metodològiques indicades en la investigació científica.

Abans d'incorporar qualsevol dels consells d'aquest article a la vostra rutina diària, consulteu amb el vostre professional sanitari.

Abans de llegir l'article: un breu glossari

1. Circadià: un cicle naturalment recurrent amb un període d'unes 24 hores, independentment de la durada de les hores de llum; del llatí circa ("o") i diem ("dia").
2. Sensor de ritme: un senyal ambiental, com ara un canvi de llum o de temperatura; de l'alemany zeit ("temps") i geber ("donador").
3. Endogen: procés patològic a l'organisme provocat per factors interns, i no provocat per influències externes (causa arrel).
4. Ajustament del ritme circadià: es produeix quan les tasques rítmiques, fisiològiques o de comportament coincideixen amb els canvis de l'entorn; interacció dels ritmes circadians amb l'entorn.
5. Diari: cada dia; del llatí dies (dia) i i diurnus (diari).
6. Rellotge mestre: un parell de poblacions cel·lulars que es troben a l'hipotàlem, també conegut com a nucli supraquiasmàtic (SCN); Aquestes cèl·lules contenen gens que controlen els ritmes circadians.
7. Gen mutant: canvi permanent en la seqüència d'ADN; utilitzat pels cronobiòlegs per reconèixer el mecanisme dels gens del rellotge mitjançant la identificació d'un gen mutant en animals amb síndrome circadià arítmic.

Imagineu una planta que intenta fer la fotosíntesi a la nit: un breu drama a la foscor. "Les plantes tracten amb la vida i la mort", diu Sally Yu, professora adjunta de bioquímica i biologia cel·lular a la Universitat de Texas al Centre de Ciències de la Salut de Houston (UTHealth). "Si no segueixen els ritmes circadians, moriran". Però per a una persona, el pronòstic no serà tan desolador. "Fins i tot si elimineu el gen del rellotge (un gen important que regula el treball dels ritmes circadians), no morireu de seguida", diu Yu. "Però patireu". Problemes probables? Problemes psicològics persistents i, entre altres coses, augment del risc de malalties cròniques. La vida és dura quan tot no està sincronitzat.

El col·lega de Yu, Jake Chen, professor ajudant del mateix departament, diu de manera diferent: "Sovint diem que tot s'ha de fer a temps. Però això és una exageració. Però la frase "tot té el seu temps" no ho és. I això està directament relacionat amb el cos humà. En cada cèl·lula, teixit o òrgan, els processos fisiològics es produeixen en un moment determinat. El rellotge biològic és una mena de temporitzador, un mecanisme pel qual ens podem assegurar que tot funciona correctament. Aquesta és una funció fonamental".

Chen i Yu estudien els ritmes circadians: els ritmes biològics del cos amb un període d'unes 24 hores, que són seguits cada dia per tots els éssers vius del nostre planeta. Els ritmes circadians o ritmes circadians estan directament relacionats amb els milions d'anys de desenvolupament de la vida al nostre planeta. És un producte de la interacció del rellotge biològic intern del cos i el medi ambient: no només la llum solar, sinó molts altres factors que determinen el comportament, regulen els nivells hormonals, el son, la temperatura corporal i el metabolisme.

L'anomenat "rellotge mestre" o nucli supraquiasmàtic (SCN), el rellotge mestre que controla els ritmes circadians, és un parell de poblacions cel·lulars plenes de gens (incloent-hi Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 i Cry2).), situat a l'hipotàlem. A nivell molecular, es troben traces del gen del rellotge als ronyons, el fetge, el pàncrees i altres òrgans. SCN actua com a director general instruint al cos que s'adhereixi a la programació i processament dels senyals ambientals. Howard Hughes Medical Institute.)

Com veurem més endavant, parar atenció als ritmes circadians millora el funcionament diari (fisiològic i psicològic) de l'organisme i, en definitiva, afecta l'estat de salut, tant a llarg termini com a curt termini. Tenir cura dels ritmes circadians fa que funcionin mentre mantenen el que Sally Yu anomena un "rellotge fiable".

"No puc dir amb certesa la importància dels ritmes circadians per prevenir les malalties cròniques, quin impacte té en la salut a llarg termini, si és beneficiós i, en última instància, afecta l'esperança de vida".

Informació sobre experts:

Científic: Zheng "Jake" Chen

Formació: Doctorat, Universitat de Columbia, Nova York

Càrrec: Professor adjunt al Departament de Bioquímica i Biologia Cel·lular del Centre de Ciències de la Salut de la Universitat de Texas a Houston

Últim article publicat: La petita molècula Nobiletin s'adreça a l'oscil·lador molecular per millorar els ritmes circadians i protegir contra la síndrome metabòlica.

Àmbit de recerca: Sondes de molècules petites per a cronobiologia i medicina.

Científic: Seung Hee "Sally" Yoo

Educació: Doctorat, Institut de Ciència i Tecnologia de Corea

Càrrec: Professor associat, Departament de Bioquímica i Biologia Cel·lular, Centre de Ciències de la Salut de la Universitat de Texas a Houston

Últim article publicat: Period2 3'-UTR i microRNA-24 regulen els ritmes circadians reprimint l'acumulació de proteïnes PERIOD2 També desenvolupament i potencial terapèutic de moduladors de molècules petites de sistemes circadians.

Àmbit de recerca: Mecanismes cel·lulars fonamentals en els ritmes circadians i desxifrar els papers fisiològics i patològics del rellotge.

HISTÒRIA: PRINCIPALS ETAPES DEL DESENVOLUPAMENT BIOLÒGIC DELS RITMES CIRCÀDICS

El primer que cal saber sobre l'estudi dels ritmes circadians (els cronobiòlegs ho fan) és que, amb rares excepcions, tots els organismes segueixen els seus ritmes circadians. Des dels narcisos als pardals, des de les zebres als humans, pràcticament tots els organismes vius del planeta segueixen el cicle solar. El 1729, el científic francès Jean-Jacques de Meran va registrar la primera observació de moviments diürns endògens o incrustats de la planta Mimosa pudica. Fins i tot en plena foscor, la planta va continuar seguint el seu ritme diari. El científic va concloure que la planta no només es basa en senyals externs o en un sensor de ritme, sinó també en el seu propi rellotge biològic intern.

La cronobiologia va florir dos-cents anys després, a mitjans del segle XX. Afectat per la contribució de diversos científics, en particular Colin Pittendry, "el pare del rellotge biològic". Pittendry va estudiar mosques de la fruita o Drosophila i va donar llum sobre com els ritmes circadians interactuen o es sincronitzen amb el cicle del dia i de la nit. Jurgen Aschoff, amic de Pittendry, també va estudiar la interacció amb el cicle del dia i la nit, però els científics van arribar a diferents conclusions sobre com es produeix la interacció (paramètrica i no paramètrica, podeu llegir-ne més informació aquí i aquí). John Woodland Hastings i els seus col·legues van fer descobriments fonamentals sobre el paper de la llum en els ritmes circadians estudiant dinoflagel·lats bioluminescents (algues, una espècie de plàncton). El botànic Erwin Bunnig també va contribuir a la investigació bàsica sobre modelització d'interaccions, descrivint la relació entre organismes i cicles de tall.

La següent etapa de descobriments en cronobiologia va connectar els mecanismes moleculars i genètics específics del treball dels ritmes circadians. Això es desprèn del treball de Ron Konopka i Seymour Benzer, que a principis dels anys setanta van intentar identificar gens específics que controlessin els ritmes circadians de les mosques de la fruita. A Konopka i Benzer se'ls atribueix el descobriment d'un gen mutat, que van anomenar un període que altera el rellotge circadià de les mosques de la fruita. Així és com es va descobrir per primera vegada el determinant genètic dels ritmes de comportament. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young han complementat amb èxit el treball de Konopka i Benzer mostrant el treball del gen del període a nivell molecular. Hall, Rosbash i Young van rebre el Premi Nobel de Fisiologia o Medicina el 2017. Van aïllar el gen del període i després van mostrar com funciona el sistema de rellotge diari a nivell molecular.

Mentre feien investigacions sobre mosques de la fruita i ratolins el 1994, Joseph Takahashi i el seu equip van descobrir gens de rellotge en mamífers i els van anomenar rellotges, descrivint-los com "una característica conservada evolutivament del mecanisme del rellotge circadià". El descobriment del gen del rellotge, juntament amb el treball de Hall, Rosbash, Young i el científic Michael Greenberg, va ser un moment clau en la cronobiologia. En pocs anys, es van descobrir gens que asseguren el treball dels ritmes circadians en organismes inferiors.

La ciència avança de manera constant i molts estudis en mosques de la fruita i ratolins han demostrat la sorprenent persistència dels gens del rellotge dins de les espècies, la qual cosa significa que hi ha gens similars que controlen els ritmes circadians en organismes més complexos, inclosos els humans.

"La sortida i la posta del sol segueixen sent els principals factors que afecten els ritmes circadians, però altres factors es controlen contínuament en la investigació científica".

ÚLTIMES RECERQUES: DETERMINAR EL PAPER DELS RITMES CIRCADIS EN LA SALUT HUMANA I EN LES MALALTIES

És important tenir en compte que la biologia dels ritmes circadians és increïblement complexa: hi ha moltes revistes científiques dedicades a aquesta àrea d'investigació. Com a resultat, la nostra comprensió del paper del rellotge biològic en la salut humana és el resultat d'estudis epidemiològics així com d'estudis en animals. Els estudis en organismes inferiors ajuden a revelar el treball dels mecanismes moleculars i genètics en acció, després del qual es pot veure com, per exemple, les alteracions del son condueixen a un augment del risc de diabetis tipus 2, obesitat i una sèrie de malalties cardiovasculars.

De fet, una de les àrees de recerca més prometedores és el son. Els científics d'avui associen la manca de son i la consegüent interrupció dels ritmes circadians amb el desenvolupament de l'obesitat i la depressió, així com la majoria de malalties cròniques. La investigació ha demostrat que la manca de son pot provocar efectes secundaris inesperats, com ara la incapacitat per reconèixer cares.

Comprendre com funcionen els ritmes circadians també ha anat molt més enllà de la interacció amb el cicle del dia i la nit. "Hi ha indicis socials, indicis de menjar i d'exercici: són molt diversos", diu Y. La sortida i la posta de sol encara tenen una gran influència en els ritmes circadians, però s'estan investigant altres factors. Un gran conjunt de treballs ha demostrat que la dieta és un senyal extern clau que interacciona amb el rellotge intern, inclòs el treball del Dr. Satchidananda Panda per limitar el temps de la dieta (com afecta el temps de menjar a la salut).

En general, ara està clar que els ritmes circadians tenen un paper sistèmic per organitzar el treball de tots els aspectes fisiològics del cos humà, inclòs el treball dels òrgans vitals, el metabolisme, la immunitat, els processos de pensament, etc. El treball del Dr. Yu amplia l'àrea. d'investigació: col·labora amb un estudi especialitzat en dolor crònic per estudiar els ritmes del dolor en pacients. També s'està treballant per estudiar el paper del cicle de tall en les pertorbacions en el treball dels ritmes circadians (l'efecte del canvi de zones horàries en el creixement de les cèl·lules canceroses). Investigacions com aquesta ens ofereixen noves idees importants que es poden utilitzar per fer canvis en l'estil de vida: saber a quina hora menjar i anar al llit en general és important per a la salut; i amb la malaltia, els coneixements adquirits es poden aplicar a la recerca de fàrmacs que regulen el treball dels ritmes circadians. Els científics encara tenen molta investigació per fer en gairebé totes les àrees relacionades amb la salut i la malaltia.

PENSAMENT BÀSIC: PER QUÈ ÉS IMPORTANT SABER ELS RITMES DE CIRCADES?

La consciència de com funcionen els ritmes circadians pot tenir efectes sobre la salut tant a curt termini com a llarg termini. "Els canvis d'estil de vida són el millor regal que et pots fer", diu Chen. "Si gestiones el teu estil de vida, la tecnologia i la medicina es poden convertir en factors secundaris al llarg de la teva vida". A curt termini, estudis en animals i humans mostren que els estils de vida que donen suport a ritmes circadians saludables poden donar suport a l'alerta, la coordinació motora, la salut cardiovascular, la funció immune, la salut intestinal, el pensament i el son. Hi ha proves que recolzen una reducció a llarg termini del risc de patir malalties cròniques.

"És possible que els efectes dels canvis d'estil de vida no siguin evidents durant diversos dies, però amb el temps, els beneficis seran enormes".

Aleshores, quin tipus d'estil de vida heu de portar per sincronitzar-vos amb els vostres ritmes circadians? El primer que has de fer és parar atenció als teus bioritmes. Els ritmes circadians, tot i que es construeixen sobre la mateixa base, varien de persona a persona a causa de l'edat, les diferències genètiques i ambientals. A les aloses els agrada més el matí. Els mussols prefereixen la nit. Heu de parar atenció a les tendències naturals del vostre cos ("cronotip") per aplicar amb èxit els coneixements de les darreres investigacions científiques. A més, no oblideu que no hi ha un enfocament únic.

El segon és respectar un horari coherent i rutinari cada dia, set dies a la setmana. El Dr. Yu parla del "jet lag" (desfasament horari social): quan la gent trenca el seu horari amb hàbits atípics, com ara menjar i anar al llit més tard, despertar-se més tard i fer exercici en diferents dies de la setmana a diferents hores. Totes aquestes accions poden tenir les mateixes conseqüències negatives que canviar de fus horari. Com més i més constantment segueixis el règim, millor t'ajudarà el teu cos amb això.

En tercer lloc, aplicant els coneixements adquirits a partir de la investigació científica, les dades sobre nutrició, son i exercici es detallen a continuació. Molts dels canvis d'estil de vida que la investigació ha demostrat impliquen canvis en els hàbits alimentaris, per exemple, menjar una mala idea abans d'anar a dormir. Està ple de conseqüències negatives per a la salut. Menja àpats petits d'hora i tard al dia, cosa que és prou fàcil de provar. El mateix s'aplica al son: heu de seguir el règim i dormir almenys 7-8 hores. En el pitjor, et sentiràs descansat i, en el millor dels casos, milloraràs les teves perspectives d'una vida saludable.

El més important: dormir, menjar i esports són la base d'un estil de vida saludable.

SOMNI

El més important que podeu fer és mantenir un horari coherent de son i vigília i dormir prou: 7-9 hores de son es considera normal per a un adult. Els resultats de la investigació sobre la privació del son i els trastorns del son indiquen que la privació del son i els trastorns del son afecten negativament l'estat d'ànim, la concentració i s'associen amb malalties cròniques. A més, alguns científics especulen que el desajust circadià causat pel jetlag social pot estar generalitzat a la societat occidental i contribuir a problemes de salut.

Aleshores, a quina hora has d'anar al llit? Normalment, el cos comença a produir melatonina a les 21:00. Aquest és un senyal: cal acabar-ho tot i anar a descansar. La secreció de melatonina s'acaba al voltant de les 7:30 del matí, i durant el dia la melatonina pràcticament no està present al cos. Ajustar les preferències personals en funció de les vostres tendències naturals és clau per evitar alteracions del son (com ara despertar-se durant el son) i mantenir una salut òptima.

I finalment, llum. El cicle del dia i de la nit no és l'únic factor que afecta el cos humà, ja que estem constantment davant d'una il·luminació artificial i, tanmateix, hi juga un paper primordial. Obtenir prou llum natural a primera hora del dia i evitar la il·luminació no natural (com la llum blava de la pantalla d'un telèfon intel·ligent) a la nit ajuda a mantenir els vostres ritmes circadians sans.

Punts clau: dormiu prou i assegureu-vos que l'hora de dormir i despertar-se sigui la mateixa els set dies de la setmana. Si no tens son, comença immediatament a restaurar el teu règim, en cas contrari corres el risc de posar en perill la teva salut a llarg termini.

NUTRICIÓ

En termes generals, les investigacions mostren que menjar aliments rics en calories és millor al matí. Intenta menjar el sopar molt abans d'anar a dormir i amb menys calories. Si pots fer-ho tot al voltant de les 18:00 o les 19:00 i donar-li al teu cos entre 12 i 14 hores per descansar, veuràs beneficis per a la salut a curt i llarg termini.

En part, el fet és que el rellotge intern del fetge no funciona a la nit. El fetge deixa de produir enzims per convertir les calories en energia; en canvi, produeix enzims per emmagatzemar energia. Si menges molt abans d'anar a dormir, el teu fetge es veu obligat a fer hores extraordinàries i acabes conservant més energia de la que gastes.

Una altra decisió important que podeu prendre (a més de menjar sa) és programar el vostre àpat diari. Tot i que les dades encara són limitades, els estudis en animals i el treball del Dr. Panda suggereixen que "menjar per temps limitat" és un canvi d'estil de vida fàcil i potencialment beneficiós. La solució òptima depèn del vostre objectiu. Però si l'objectiu és millorar la vostra salut general, és millor començar a les 8-9 hores. Però, pel que fa al compliment a llarg termini, pot ser aconsellable començar a les 10-12 hores.

Punt clau: Menja més durant el dia, no abans d'anar a dormir. Per millorar la teva salut, comença a menjar a les 10-12 hores.

ESPORT

Tot i que alguns estudis mostren que el rendiment anaeròbic arriba a un màxim a la tarda, no hi ha consens entre els experts sobre la relació entre els ritmes circadians i l'exercici, amb l'excepció de la presència d'un rellotge molecular al múscul esquelètic.

I, igual que els efectes de la il·luminació i l'hora dels àpats, el temps d'exercici també té un paper important en el manteniment de ritmes circadians saludables.

El més important: fer exercici regularment i deixar l'activitat anaeròbica per a la tarda.

CONCLUSIÓ

La investigació sobre com funcionen els ritmes circadians és bastant senzilla."El vostre rellotge intern està dissenyat per cremar energia durant el dia i restaurar l'energia durant la nit", diu Y. Com millor sigui el temps, menys desgast del rellotge circadià. Tot i que el rellotge intern és estable, una interrupció constant del règim pot provocar problemes de salut a llarg termini.

"Quan som joves, el cos pot suportar moltes coses", diu Yu. "Però això no vol dir que tot estigui bé. És com el consum de combustible: gastes massa energia en activitats arítmiques, la qual cosa comportarà problemes amb el funcionament dels ritmes circadians en el futur".

No escurçaràs la teva vida en cinc anys menjant tard, però hi ha hores dedicades al teu cos per protegir la teva salut i minimitzar la interrupció de la teva fisiologia. Sigues amable i respectuós amb tu mateix i veuràs el resultat.