A cirkadián ritmus összehozza az összes gyűrűs biológiai folyamatok tartó mintegy 24 órán át.
A cirkadián ritmus egy körülbelül 24 órán át tartó biológiai ritmus , amelynek minden 24 órás periódusban legalább egy ciklusa van. A Franz Halberg által kitalált "cirkadián" kifejezés latinul kb . "Körül" származik, és meghal , "nap", és szó szerint azt a ciklust jelenti, amely "körülbelül egy napig" tart.
Az alvás-ébrenlét ritmusa döntő tényező az állatok többségének mindennapi életében , a gerinctelenektől az emberig . A növényeknél a leglátványosabb cirkadián ritmus a levelek és szirmok helyzetét érinti , amelyek a napszaktól függően többé-kevésbé kiegyenesednek vagy kinyílnak. A cirkadián ritmusok egysejtű organizmusokban is megfigyelhetők , például penészekben és cianobaktériumokban .
Szigorúan véve a cirkadián ritmusok endogének . Biológiai órák állítják elő , szintén cirkadiánnak minősítve. Ezek bármilyen külső inger nélkül is működnek , tökéletesen állandó fény- és hőmérsékleti körülmények között, hetekig vagy akár hónapokig. Ezt a folyamatos ciklust szabad futásnak nevezzük . Állandó körülmények között ezek az endogén ritmusok lehetővé teszik a 24 órás periodicitás fenntartását, de az ingerek által okozott exogén ritmusok biológiai óránktól függetlenül fejlődnek, és nem felelnek meg a 24 órás periódusnak.
Annak a biológiai ritmusnak a leírására, amely csak akkor nyilvánul meg, amikor a szervezet ki van téve a nappali - éjszakai váltakozásnak , inkább nycthemeral ritmusról beszélünk .
A biológiai ritmusok hivatalos tanulmányozását kronobiológiának hívják .
A cirkadián ciklus időszaka 3 részre bontható:
A cirkadián ritmus, vagyis a 24 órás periódusok váltakozása az emberi lény számos biológiai, fiziológiai és viselkedési mechanizmusán játszik szerepet.
Ezek között megtalálhatjuk:
Ez a ritmus mind a környezetből, mind az agyi mechanizmusokból származik. Valójában a cirkadián ritmusok kapcsolódnak a föld forgási mozgásaihoz és a fényváltozásokhoz, amelyek a nappali / éjszakai váltakozás eredményeként jönnek létre. Ha 10 órán át kitesszük az embereket a fénynek, és további 10 órát a sötétségnek, akkor a ciklusuk általában 20 órás időtartamra igazodik a természetes 24 óra helyett. Ezért vannak olyan jelek a környezetből, amelyeket " zeitgebernek " neveznek (németül: mi adja az időt), és amelyeket a test vesz a cirkadián ritmushoz való alkalmazkodáshoz. Ha azonban elkülönítjük az embereket bármilyen fényváltozattól (ez a szabadon áramló ritmusok kísérleti módszere), akkor megfigyelhetjük, hogy a nappali / éjszakai váltakozás eltávolításával nagyjából megegyezik a cirkadián ritmus. Lavie 2001-ben kimutatta, hogy a legtöbb embernél a szabad periódusok átlagosan 25 órán át tartottak. Ráadásul a cirkadián ritmus születésétől fogva nincs jelen, az újszülöttek napközben annyit alszanak, mint éjszaka. Nyolc hét körül a legtöbben megkezdik a cirkadián ritmus kialakulását, amely általában azt támasztja alá, hogy a testben van egy belső biológiai óra. Tehát, hogy támogassa a két fajta tények, a tudósok feltételezik, a gondolat, hogy egy belső óra lenne fenntartani egy ritmusa a funkciók beállításával a referenciaértékek / Zeitgeber s által biztosított környezetben.
Két elmélet válaszol arra a kérdésre, hogy miért alszunk éjszaka. Az első a gyógyulás elmélete, amely szerint az alvás célja az ébrenléti tevékenység által megzavart belső fiziológiai egyensúly ( homeosztázis ) helyreállítása . A második megmagyarázza, hogy az emberi faj belső óraműszerrel van beprogramozva éjszakai alvásra, de az alvás nem szükséges. Wever valójában már 1979-ben megmutatta, hogy ha valaki tovább ébren marad, az alvás időtartama általában rövidebb. Ami alátámasztaná azt az elképzelést, hogy 24 órás alvás-ébrenlét ciklusokra lenne programozva, függetlenül attól, hogy mennyi alvás van benne. A belső testhőmérséklet változása szorosan összefügg az alvás / ébrenlét ciklusával. Testhőmérsékletünk az alvási szakaszban csökken, ébrenlét közben pedig meredeken emelkedik. Fényjelzők hiányában (a szabad ritmus protokolljában) meg kell jegyezni, hogy a testhőmérséklet már nem felel meg az alvásnak vagy az ébrenlétnek. Ez a szinkronizálás megmutatja, hogy egynél több cirkadián óra van a testben, és hogy több mechanizmus felelős a rendszerességünk fenntartásáért.
A belső óra működését a szuprachiasmatikus magok , a hipotalamuszban elhelyezkedő agyi struktúrák hozzájárulásának tulajdonítják, amelyekről azt mondják, hogy a cirkadián ritmus vezérlő központjai. Ralph és munkatársai 1990-ben végzett kísérlete igazolni tudta ezt a funkciót, megmutatva, hogy a normál, 20 órás cirkadián ritmusú hörcsögök szuprachiasmatikus magjainak átültetése olyan hörcsögökre, amelyek normál ritmusa 25 óra volt, 20 órás ciklusokat okozott átültetett hörcsögökben .
Buijs és Kalsbeeken 2001-ben azt is megmutatták, hogy elektromos aktivitásuk a cirkadián ritmust, valamint metabolikus és biokémiai aktivitásukat követi. A fény váltakozására is érzékenyek. Valójában a szemekből a fényinformációt speciális fotoreceptorok (a retina receptorsejtjei ) gyűjtik össze (eltérnek a kúpoktól és rudaktól, vagy akár a látástól). Ezek ganglion sejtek, amelyek reagálnak a környezeti fényszint lassú változásaira. A felfedezett fotopigment, amely megfelel ezeknek a specifikus fotoreceptoroknak, a melanopszin . Ezek olyan idegsejtek, amelyek a fényüzenetet elektromos üzenetekké ( cselekvési potenciál ) alakítják át, és amelyek a retino-hipotalamusz útvonalak ( thalamus ) mentén terjednek . Ezek az utak követik a látóideget , majd kilépnek az optikai chiasmákból, hogy elérjék a suprachiasmatikus magokat. A GABA egy neurotranszmitter fő neuronjai suprachiasmaticus magok, de ők is titkos neuromodulátora : a vazopresszin . Az axonok ilyen magok beidegző számos régióban: régiókban közel a hypothalamus , a régiók, a középagy és diencephalonban . Az akciópotenciál nem szükséges a ritmusosság fenntartásához. Valóban, ha blokkoljuk az akciópotenciálokat, a ritmus megmarad. Ezért a metabolikus és kémiai funkcióikban kell keresni a biológiai óra mechanizmusát. Valóban, a transzkripció bizonyos gének lehetnek a cirkadián ritmust. A mikroRNS-ek szerepet játszhatnak ebben a ritmusban.
Megállapították, hogy molekuláris ciklus szabályozza ezeknek a géneknek az expresszióját , amelyeket ezért óragéneknek nevezünk. Ezek a gének negatív visszacsatolási mechanizmus révén 24 óránként termelnek fehérjéket . Az expressziójukhoz szükséges fehérjék mellett olyan fehérjéket termelnek, amelyek részt vesznek saját expressziójuk gátlásában, és amelyek 24 órás ciklust tartanak fenn.
A cirkadián ritmust a következők zavarhatják meg:
A biológiai órák szerepet játszanak az éberségben, a testhőmérsékletben, a hormonális szabályozásban, de az immunrendszerben is . Ezen ritmusok megzavarása túlsúlyt és bélgyulladást okozhat. A mechanizmus magában foglalja a veleszületett 3-as típusú limfoid sejteket ( ILC3 ). Ezek a sejtek, amelyek a lipidek felszívódását szabályozzák a fertőzések elleni küzdelem során, egérmodell szerint érzékenyek a sejt órájuk vagy a cirkadián ritmus zavaraira. Így "az alváshiány és / vagy a megváltozott alvási szokások következményekkel járhatnak (…) az egészségre nézve, és számos olyan betegséghez vezethetnek, amelyek gyakran immunkomponenssel rendelkeznek" .
2017-ben Jeffrey C. Hall , Michael W. Young és Michael Rosbash fiziológia vagy orvostudományi Nobel-díjat kapott „a cirkadián ritmust szabályozó molekuláris mechanizmusok felfedezéséért”.