TEMPORIZAT INCORECT

Purtați ochelari speciali timp de patru zile? Îl îmbraci dimineața și îl scoți înainte să te culci seara? Nici o problemă, dacă este utilizată pentru cercetare, au spus zece persoane sănătoase care au făcut teste și au primit unul dintre ajutoarele vizuale de la Dieter Kunz. Medicul de somn de la Spitalul Sankt Hedwig din Berlin construise senzori de luminozitate în rama ochelarilor. "Acest lucru ne permite să stabilim condițiile de iluminare în care acestea sunt deosebit de importante pentru noi, oamenii: la ochi".

Rezultatul este șocant: „În întreaga perioadă, subiecții testului nu au avut niciodată suficientă luminozitate la ochi”, spune Kunz. Luminozitatea medie - determinată statistic ca valoare mediană - a fost mai mică de 50 lux în orice oră. Din punct de vedere biologic, acesta este întuneric aproape permanent, spune Kunz. „Am considerat inițial rezultatele ca fiind erori de măsurare.” Se știa bine că mulți oameni petrec ziua în camere slab iluminate. Dar faptul că intră atât de rar și de scurt în lumina zilei - și chiar și atunci, când o fac, nu se uită cu greu la cerul strălucitor, asta era nou. Și are o consecință fatală: simțul nostru asupra timpului este pierdut. Ritmurile interne care ne conduc celulele și organele se aplatizează. Lucrează din ce în ce mai mult unul împotriva celuilalt și se sincronizează cu ritmul naturii zi-noapte din ce în ce mai rău.

Nu mai sunt doar cronobiologi, adică cercetătorii ceasurilor interne, care asociază creșterea bolilor stilului de viață, cum ar fi obezitatea, diabetul la adulți, atacurile de cord, sindromul metabolic sau chiar depresia, cu o viață fără ritm. Psihiatrii și interniștii se referă, de asemenea, la un număr mare de studii care spun toți același lucru: dacă ceasurile interne bifează incorect, metabolismul din corp și creier devine rapid dezechilibrat, iar riscul multor boli crește.

CONDUCTORUL ÎN CREIER

Cronobiologii dezvoltă acum concepte pentru a se ocupa de munca de noapte și munca în schimburi și de a oferi sfaturi împotriva aritmiilor și insomniei. Și cercetează influența enormă a luminii și a consumului de alimente în timpul zilei și a întunericului și a postului noaptea. Neurobiologul britanic Russell Foster a descoperit în 1999 receptori speciali ai luminii în retina mamiferelor. Le-a numit celule melanopsine, deoarece conțin un pigment vizual cu același nume. Aceste celule măsoară strălucirea luminii care cade în ochi și controlează reflexul pupilar, de exemplu. Mai presus de toate, însă, ei ajută conducătorul central al ceasurilor interne să își adapteze propriul ritm la timpul extern. Conductorul stă în diencefal: nucleul suprachiasmatic, sau SCN pe scurt, constă dintr-o colecție pereche de aproximativ 20.000 de celule nervoase active ritmic și cuplate electric. Dacă celulele melanopsinei retinei trimit date clare către SCN - zile luminoase, nopți întunecate - SCN reușește să-și urmeze propriul ritm la exact 24 de ore.

SCN transmite apoi acest ciclu corpului: spre sfârșitul nopții, declanșează eliberarea hormonului CRH și, astfel, crește nivelul hormonului de stres. Seara el comandă glandei pineale să elibereze hormonul nocturn melatonina. Și prin controlul temperaturii corpului central, care este cu aproximativ un grad mai scăzută noaptea târziu decât după-amiaza, acesta furnizează organelor un semnal de timp permanent indirect.

MIȘCAREA MOLECULARĂ

Lumina este considerată a fi temporizatorul central pentru oameni. Dusurile ușoare dimineața - de exemplu, mersul pe îndelete la muncă fără ochelari de soare - contează de două ori, spune Dieter Kunz: „Lumina dimineții te trezește acut și intensifică leagănele ceasurilor interne.” Colegul său Christian Cajochen de la Spitalul Universitar din Basel a putut chiar să demonstreze că poți folosi terapeutic umflătura țintită a pendulului biologic: „Ajută foarte mult pacienții deprimați dacă îi trimiteți afară timp de șapte ore dimineața.” Și dacă nu puteți ieși afară, puteți pune o lampă de terapie cu lumină pe birou, de exemplu.

Dar câte ceasuri interne au oamenii? Cum funcționează? „Fiecare dintre celulele noastre este propriul ceas intern”, răspunde Paolo Sassone-Corsi de la Universitatea din California din Irvine, SUA. Miliardele de ceasuri bifează în corp. Responsabili pentru acest lucru sunt în jur de douăsprezece așa-numitele gene de ceas, care, în interacțiune cu cel puțin 20 de modulatori, formează un mecanism de ceas molecular extrem de complex.

Genele de ceas conțin codul proteinelor care declanșează sau nu mai citesc alte gene. Geneticienii numesc astfel de substanțe „factori de transcripție”. În interacțiune cu alte proteine de ceas și după o întârziere biochimică, acestea își slăbesc propria producție. Dacă toate variabilele manipulate sunt corecte, există fluctuații ritmice stabile: concentrațiile substanțelor implicate cresc și scad într-un ciclu constant. Înălțimea oscilațiilor pendulului (amplitudinea), frecvența lor (frecvența) și relația lor temporală între ele (fază) sunt reglementate de numeroșii modulatori, dintre care unii sunt la rândul lor dependenți de semnale externe.

Genele ceasului au o aderență fermă asupra celulelor. „Până la 15 la sută din toate genele dintr-o celulă leagănă în sus și în jos în activitatea lor pe parcursul zilei”, spune Sassone-Corsi. Care sunt acestea depinde de țesut. În cele din urmă, aproximativ 90 la sută din toate genele umane, undeva în corp, se supun dictatului unui ceas intern. „De fapt, aproape totul este ritmic”, spune Achim Kramer, expert în gene de ceas la Charité din Berlin. Aproape toată activitatea genetică pulsează în sus și în jos. Dar, deși anterior se credea că pendulele moleculare ar controla direct funcțiile celulelor, „epigenetica” intră în joc - „al doilea cod” din corpul nostru care poate activa și dezactiva gene (Bild der Wissenschaft 3/2011, „Die Învierea domnului Lamarck ").

Modificările epigenetice pot îngheța întreaga schemă de activitate a genei. Dar aceste modele aparent se schimbă în aproape toate celulele la fiecare 24 de ore. Un sistem central de comutare epigenetică, codul histonei, este responsabil. Opt proteine histonice formează globule în jurul cărora firul ADN se înfășoară mai mult sau mai puțin strâns. Dacă această legătură este puternică, genele vecine nu pot fi activate; dacă este slăbită, ele pot fi citite. Cu ajutorul enzimelor, celula schimbă biochimia histonelor individuale și astfel le controlează genele. Și tocmai aceste enzime sunt, în mod evident, parteneri ai proteinelor de ceas.

CONVERSIA ÎN NUCLEUL CELULAR

În practic toate formele de viață - mamifere, insecte, plante și ciuperci - ceasurile interne fac ceva în comun cu modulatorii histonici. Proteinele de ceas se atașează, de exemplu, la substanțe care adaugă grupări metil globulelor proteice sau îndepărtează grupările acetil din histone. Ca rezultat, amestecul ADN-proteină din nucleul celulei, așa-numita cromatină, este transformat permanent și odată cu acesta modelul activității genice se schimbă în fiecare zi.

Deoarece enzimele epigenetice funcționează specific, sunt implicate doar acele gene de care are nevoie de fapt o celulă. De exemplu, ficatul produce enzime digestive numai atunci când poate conta pe aportul de alimente. Endocrinologul Dan Feng din Philadelphia, SUA a descoperit că modulatorul histonic HDAC3 împreună cu proteina de ceas „Rev-erb alpha” oprește 14.000 de gene în celulele hepatice ale șoarecilor în timpul zilei când animalele sunt aproape adormite. Noaptea, în timpul activității și fazei de mâncare a animalelor, proteina de ceas lipsește și toate, cu excepția a 100 de gene, pot fi activate. Dacă Feng a perturbat sistemul, metabolismul șoarecilor a scăpat de sub control. Ai ficat gras. Se știe de mult că șoarecii cărora li se permite să mănânce numai în ritmul lor intern devin supraponderali în ciuda aportului normal de calorii și au un risc crescut de diabet. Aplicând acest scenariu oamenilor, se înțelege de ce lucrătorii în schimburi suferă atât de des de tulburări metabolice și boli cardiovasculare. Și înțelegi cât de important este să mănânci la momentul potrivit.

Pentru așa-numitele ceasuri interne periferice, care nu sunt localizate în creier, ci în organe precum intestinul, pancreasul și mușchii, lumina și SCN joacă doar un rol subordonat, spune Achim Kramer. Dar: „Cu mâncarea la momentul potrivit, pot crește amplitudinea ceasurilor într-un mod țintit.” Acest efect poate fi folosit, de exemplu, în călătoriile de afaceri: „Dacă zbor doar la San Francisco timp de patru zile, atunci iau prânzul acolo noaptea, astfel încât ceasurile mele interne periferice să nu se schimbe în primul rând. "

CUM FICĂ FICATUL

Biologul molecular Michael Hottiger de la Universitatea din Zurich cercetează influența alimentelor asupra ceasului intern al ficatului: „Există probabil mai multe conexiuni directe între metabolism și ceasurile interne din organele periferice”. Reglați tiparele de activitate în ficat. Deoarece o mulțime de enzime active „depind direct de produsele metabolice în efectul lor”. Dar aceste produse metabolice, cum ar fi NAD + și Acetyl-CoA, nu sunt supuse doar dictatelor unui ceas intern. Concentrația lor fluctuează foarte mult atunci când mâncăm, ceea ce schimbă la rândul său mecanismul de ceas molecular. „De exemplu, o masă la un moment nepotrivit poate seta clar ceasurile interne”, spune Hottiger.

Plimbarea de dimineață către lumină, așa cum recomandă Dieter Kunz, ar trebui, prin urmare, potrivit lui Hottiger, să fie precedată de un mic dejun bogat în energie și urmat de un prânz generos. Aceasta susține în mod ideal ritmul natural. Dacă, pe de altă parte, mâncați o farfurie de paste noaptea târziu, ritmul se schimbă. "Ficatul are atunci senzația că este lumina zilei."

O modalitate mai bună de a face față cronometrelor cruciale lumină și alimente este, prin urmare, un remediu eficient împotriva bolilor comune. În plus, o schimbare de viață orientată cronobiologic poate ajuta oamenii să își îmbunătățească performanța (mai multe despre acest lucru în articolul „Câștigarea timpului” de la p. 41). Dar cercetarea de bază oferă, de asemenea, noi puncte de plecare pentru droguri, spune Achim Kramer: „Substanțele care se leagă de Rev-erb alfa, de exemplu, ar putea stabiliza într-o zi mecanismul de ceas intern perturbat al lucrătorilor în schimburi sau ar putea ajuta la jet lag.

de obicei numai în formă maximă seara

Dacă astfel de cerințe vă par utopice, trebuie să începeți mai mici, de exemplu, cu alegerea sursei de lumină. Proporția de lumină albastră în intervalul de lungimi de undă de aproximativ 480 nanometri pare a fi deosebit de importantă pentru mecanismul de ceas intern, deoarece celulele melanopsinei răspund în primul rând la aceasta. „Dimineața, lumina albă rece cu o proporție mare de lumină albastră este bună. Seara ar trebui să fie alb cald, de exemplu de la o lumânare sau bec, ”spune Dieter Kunz, proiectând un profil de iluminare ideal. Dacă, pe de altă parte, lumina este prea rece seara, provoacă deja o scădere a hormonului nocturn melatonină după zece minute și schimbă modelul de somn ulterior.

Christian Cajochen a descoperit că chiar și lumina de pe ecranele cu LED-uri cu o proporție mare de lumină albastră afectează ceasurile interne. „Dacă lucrați cinci ore în fața computerului seara, vă suprimați producția de melatonină”, spune cercetătorul de la Basel, „că amână oboseala cu până la o oră”. Lucrătorii nocturni ar putea folosi în mod specific acest efect. Pe de altă parte, dacă doriți să adormiți rapid, ar trebui să estompați componenta albastră de pe monitor sau pur și simplu să lăsați computerul. Și cu siguranță ar trebui să se spele pe dinți în întuneric. Dieter Kunz a fost uimit când a evaluat studiul celor care poartă ochelari: Cel mai luminos moment al întregii zile a fost, de obicei, privirea de seară în oglinda de baie deosebit de luminată. ■

PETER SPORK nu numai că scrie deseori și cu plăcere despre cronobiologie, dar susține prelegeri bine participate pe tema ceasurilor interne.

de Peter Spork

COMPACT

· Aproximativ o duzină de gene și 20 de substanțe modulatoare mențin trilionul de ceasuri care merg în corpul nostru.

· Controlați eliberarea în timp util a enzimelor digestive, a hormonilor de creștere și a altor substanțe în timpul zilei.

· Ceasurile noastre interne sunt ușor deranjate de lipsa de lumină, munca în schimburi și orele de lucru rigide.

· Pot rezulta boli cardiovasculare, obezitate și diabet.

Ceasurile interne din corpul uman

Nu numai trezirea, somnul și apetitul sunt controlate de ceasuri interne. Organele digestive, cum ar fi ficatul și pancreasul, precum și mușchii și țesutul adipos îndeplinesc sarcini diferite pe timp de noapte decât în timpul zilei. Procesele biochimice care sunt blocate sau încetinite (săgețile albastre și roșii) sunt utilizate în mare măsură pentru a regla metabolismul zahărului și al grăsimilor din corpul nostru. Pancreasul reglează secreția de insulină în timp ce sunteți treaz și zahărul din sânge (glucoza) este produs în ficat în timp ce dormiți. Dar procesele generale de creștere sunt controlate și în timpul somnului - de exemplu prin eliberarea hormonilor de creștere în primele ore ale dimineții. Lipsa somnului și a alimentelor grase seara sunt periculoase: scot sincronizarea ceasului și pot promova rezistența la insulină, ceea ce este tipic pentru diabetici.