Sự sống đã phát triển để phát triển mạnh trong các đặc điểm môi trường cụ thể của Trái đất, trong đó chu kỳ của ánh sáng mặt trời và ban đêm đặc biệt phổ biến. Vì vậy, một cách tự nhiên, tất cả các sinh vật sống đều bị ảnh hưởng nặng nề bởi chu kỳ này. Con người cũng không ngoại lệ.
Bạn đang xem: Chronobiology là gì?
Ví dụ rõ ràng nhất về ảnh hưởng của chu kỳ sáng tối đối với cuộc sống của chúng ta là giấc ngủ. Nhưng có nhiều hành vi và chức năng sinh học khác tuân theo một nhịp điệu tương tự, chẳng hạn như lượng thức ăn, quá trình trao đổi chất và huyết áp chẳng hạn.
Trên thực tế, hầu hết, nếu không muốn nói là tất cả, các chức năng của cơ thể đều có nhịp điệu ngày và đêm ở một mức độ nào đó. Những chu kỳ 24 giờ này trong sinh học và hành vi được gọi là nhịp sinh học (từ tiếng Latinh có nghĩa là chu kỳ = về, và chết chết = ngày).
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống sinh lý tạo ra và đồng bộ hóa nhịp sinh học với chu kỳ sáng tối của môi trường: hệ thống tính giờ sinh học.
Hệ thống thời gian Circadian là gì?
Nội dung chính Show 1 Hệ thống thời gian sinh học là gì? Đồng hồ sinh học hoạt động như thế nào? 2.1 Tín hiệu đen tối Melatonin 2.2 Tín hiệu đánh thức Cortisol 3 Sự gián đoạn của hệ thống thời gian tuần hoàn ảnh hưởng đến sức khỏe 3.1 Suy nghĩ cuối cùng
Hệ thống thời gian sinh học Là cơ thể của chúng ta, cơ chế chấm công bên trong của chúng ta. Nó có nghĩa là cái mà chúng ta thường gọi là đồng hồ sinh học: đồng hồ kiểm soát nhịp điệu của các quá trình sinh học phụ thuộc vào thời gian. Khoa học nghiên cứu các quá trình này được gọi là niên đại học.
Giống như chúng ta có các hành vi ban ngày (thức dậy, hoạt động, ăn uống) và ban đêm (ngủ, nghỉ ngơi, nhịn ăn), các tế bào và hệ thống trong cơ thể chúng ta cũng có một ngày sinh học. của người Viking và một đêm sinh học.
Hệ thống thời gian sinh học là một máy tạo nhịp sinh học điều chỉnh nhịp điệu Nội tiết và trao đổi chất để thiết lập một mô hình hoạt động nhất quán của tế bào. Đồng hồ sinh học điều phối các lộ trình và chức năng phụ thuộc lẫn nhau, tách biệt theo thời gian và các chức năng không tương thích, đồng thời đồng bộ hóa sinh học và hành vi của chúng ta với môi trường.
Trong ngày sinh học, để thúc đẩy sự tỉnh táo và hỗ trợ hoạt động thể chất và ăn uống, hệ thống thời gian sinh học chuyển quá trình trao đổi chất sang trạng thái sản xuất năng lượng và dự trữ năng lượng. Nó làm như vậy bằng cách ưu tiên các tín hiệu nội tiết tố (ví dụ: tăng tín hiệu insulin, giảm leptin) và các quá trình trao đổi chất thúc đẩy việc sử dụng các chất dinh dưỡng (glucose, axit béo) để tạo ra năng lượng tế bào (ở dạng ATP) và bổ sung năng lượng dự trữ. (glycogen, triglycerid).
Ngược lại, trong đêm sinh học, hệ thống thời gian sinh học thúc đẩy giấc ngủ và chuyển quá trình trao đổi chất sang trạng thái huy động năng lượng dự trữ bằng cách ưu tiên các tín hiệu nội tiết tố (ví dụ: giảm tín hiệu insulin, tăng leptin) và chuyển hóa glucose dẫn đến phá vỡ năng lượng dự trữ và duy trì nồng độ glucose trong máu.
Tín hiệu thời gian của hệ thống định thời gian sinh học cho phép tất cả các tế bào và tất cả các hệ thống (thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, v.v.) dự đoán những thay đổi theo chu kỳ trong môi trường, dự đoán các mô hình môi trường, hành vi hoặc sinh học sắp xảy ra và sự thích nghi với chúng.
Vì vậy, chẳng hạn, khi mặt trời lặn, các mô của chúng ta biết rằng chúng ta sẽ sớm đi ngủ và nhịn ăn, vì vậy cần phải lấy năng lượng từ kho dự trữ; Tương tự như vậy, khi mặt trời mọc, các mô của chúng ta biết rằng chúng ta sẽ sớm thức dậy và ăn, vì vậy một số năng lượng có thể được dự trữ để giúp chúng ta qua đêm.
Đồng hồ sinh học hoạt động như thế nào?
Mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta đều có một số loại đồng hồ tự động làm tăng gấp đôi thời gian của chúng. Trong hầu hết các tế bào, nó là một tập hợp các gen được gọi là gen đồng hồ. Các gen đồng hồ kiểm soát hoạt động nhịp nhàng của các gen khác theo thời gian đối với các chức năng mô cụ thể và gây ra những biến động hàng ngày trong quá trình chuyển hóa và chức năng của tế bào.
Nhưng những chiếc đồng hồ dành riêng cho mô này cần phải hoạt động mạch lạc để duy trì sự cân bằng trong cơ thể chúng ta. Sự liên kết này được tạo ra bởi một chiếc đồng hồ chính trong não của chúng ta, nó tổ chức tất cả các quá trình sinh học. Đồng hồ trung tâm này nằm trong một vùng của vùng dưới đồi được gọi là hạt nhân siêu âm (SCN).
Các gen đồng hồ trong SCN thiết lập chu kỳ tự nhiên của đồng hồ sinh học của chúng ta. Mặc dù nó nổi bật với thời lượng môi trường gần 24 giờ (trung bình khoảng 24,2 giờ), nhưng nó vẫn đủ khác biệt để cho phép đồng bộ hóa với môi trường. Do đó, nó cần được thiết lập lại mỗi ngày. Điều này có thể thực hiện được nhờ ánh sáng, “người cho thời gian”, điều chỉnh đồng hồ chính của chúng ta với môi trường.
SCN nhận đầu vào từ các tế bào thần kinh của võng mạc có chứa một loại protein nhạy cảm với ánh sáng gọi là melanopsin. Những tế bào thần kinh này, được gọi là tế bào hạch võng mạc cơ quan cảm quang (ipRGC), phát hiện mức độ ánh sáng xung quanh và đặt lại đồng hồ SCN để đồng bộ hóa nó với chu kỳ sáng tối.
SCN sau đó có thể đặt tất cả các đồng hồ di động vào chu kỳ ánh sáng. Một trong những cơ chế chính của quá trình đồng bộ hóa toàn bộ cơ thể là thông qua tín hiệu nội tiết tố phụ thuộc vào thời gian trong ngày. Các hormone có thể mang thông điệp đường dài qua máu và do đó là một hệ thống liên lạc quan trọng trong sinh học. Có hai loại hormone đóng vai trò chính trong việc truyền tín hiệu này: melatonin và cortisol.
Melatonin tín hiệu tối
Hormone melatonin là một phân tử tín hiệu quan trọng của hệ thống thời gian sinh học. Melatonin được sản xuất bởi tuyến tùng theo nhịp sinh học: Nó tăng ngay sau khi mặt trời lặn (bắt đầu melatonin trong ánh sáng tối), đạt cực đại vào nửa đêm, (từ 2 đến 4 giờ sáng) và giảm sau đó, giảm xuống mức rất thấp mức trong giờ ban ngày.
Xem thêm: Chi phí chuyển mạch là gì? Có những loại chi phí chuyển đổi nào?
Quá trình sản xuất melatonin của tuyến tùng được kích hoạt bởi SCN, thông qua một đường truyền tín hiệu thần kinh chỉ hoạt động vào ban đêm. Vào ban ngày, ánh sáng đi vào từ võng mạc ức chế tín hiệu SCN đến tuyến tùng và ngừng tổng hợp melatonin. Thông qua cơ chế này, quá trình sản xuất melatonin bị ức chế bởi ánh sáng và được tăng cường bởi bóng tối.
Melatonin từ cây thông được giải phóng vào máu và đến tất cả các mô trong cơ thể chúng ta, nơi nó điều chỉnh hoạt động của các gen đồng hồ và hoạt động như tín hiệu thời gian của bóng tối. Thông qua hoạt động của nó trong não và các mô ngoại vi, melatonin thúc đẩy giấc ngủ và chuyển các quá trình sinh lý của chúng ta thành đêm sinh học trước thời kỳ nhịn ăn.
Một trong những mục tiêu của melatonin là chính SCN, nơi nó hoạt động như một tín hiệu phản hồi điều chỉnh nhịp điệu của đồng hồ trung tâm và giữ cho toàn bộ hệ thống hoạt động đồng bộ.
Do đó, melatonin là một phân tử chronobiotic – một phân tử có khả năng điều chỉnh (dự đoán hoặc trì hoãn) pha của đồng hồ sinh học. Hiệu ứng thời gian melatonin rất quan trọng đối với nhịp điệu đầy đủ hàng ngày của các quá trình sinh lý và hành vi rất cần thiết cho sự thích nghi với môi trường của chúng ta.
Tín hiệu Cortisol đánh thức
Hormone cortisol chủ yếu được biết đến với tác dụng như một loại hormone gây căng thẳng, nhưng nó cũng là một phân tử tín hiệu quan trọng trong hệ thống thời gian sinh học. Cortisol được sản xuất bởi ty thể trong tuyến thượng thận với nhịp sinh học được kiểm soát bởi SCN.
Trong vòng một giờ đầu tiên sau khi thức dậy, việc sản xuất cortisol - phản ứng đánh thức cortisol (CAR) tăng mạnh. Sau khi đạt đỉnh vào sáng nay, việc sản xuất cortisol giảm dần trong ngày. Cortisol được sản xuất rất thấp trong nửa đầu của giấc ngủ và sau đó tăng dần trong nửa sau của giấc ngủ.
Nồng độ cortisol tăng đột biến vào buổi sáng cho phép cơ thể: 1) dự đoán rằng chúng ta sẽ sớm thức dậy sau khi nhịn ăn qua đêm; và 2) chuẩn bị cho hoạt động thể chất và cho ăn. Các tế bào phản ứng bằng cách dễ dàng xử lý các chất dinh dưỡng, đáp ứng nhu cầu năng lượng và bổ sung năng lượng dự trữ.
Lượng cortisol tiết ra cao nhất vào buổi sáng có thể được coi là một loại phản ứng căng thẳng đánh thức cú nhảy bắt đầu ngày mới của chúng ta. Lượng cortisol tăng đột biến làm tăng sự phấn khích, khởi động ngày sinh học hàng ngày của chúng ta và kích hoạt các hành vi ban ngày của chúng ta.
Sự gián đoạn của hệ thống thời gian theo chu kỳ ảnh hưởng đến sức khỏe
Nhịp điệu tuần hoàn được điều chỉnh rất tinh tế bởi mức độ và loại ánh sáng. Ví dụ, quá trình sản xuất melatonin bị ức chế rõ rệt nhất bởi ánh sáng xanh, trong đó ánh sáng ban mai được làm giàu. Và theo đó, phản ứng đánh thức cortisol bị ảnh hưởng bởi thời gian thức dậy và lớn hơn khi tiếp xúc với ánh sáng xanh, đặc biệt là vào buổi sáng.
Cơ thể chúng ta được tối ưu hóa để tuân theo mô hình 24 giờ của môi trường, nhưng công nghệ và lối sống hiện đại đã phá vỡ mô hình này. Ánh sáng xanh cũng là một loại ánh sáng được phát ra với số lượng lớn bởi các nguồn ánh sáng nhân tạo, bao gồm cả màn hình và bóng đèn tiết kiệm năng lượng. Việc tiếp xúc với những nguồn sáng này vào ban đêm, ngay cả ở cường độ ánh sáng tương đối thấp, chẳng hạn như đèn trong phòng bình thường, có thể nhanh chóng ngăn chặn quá trình sản xuất melatonin.
Những thay đổi do con người tạo ra trong hệ thống thời gian sinh học không phải là không có hậu quả. Mặc dù SCN có thể thiết lập lại khá nhanh để đáp ứng với sự gián đoạn hàng ngày, nhưng các cơ quan ngoại vi lại chậm hơn, điều này có thể dẫn đến môi trường không đồng bộ nếu những thay đổi trong chu kỳ sáng tối lặp lại.
Sự gián đoạn sinh học có thể có tác động tiêu cực đến tất cả các loại quá trình sinh học: Nó có thể góp phần gây rối loạn giấc ngủ, rối loạn chức năng trao đổi chất và tim mạch, rối loạn tâm trạng và các vấn đề khác. Những gián đoạn khác ảnh hưởng đến hạnh phúc.
Những người làm việc theo ca là một ví dụ thường được sử dụng về mức độ nghiêm trọng của sai lệch sinh học: Họ thể hiện nhịp melatonin và cortisol bất thường, đồng thời họ có nguy cơ mắc bệnh tim cao hơn. rối loạn mạch máu, ung thư và tiêu hóa, trong số các bệnh khác.
suy nghĩ cuối cùng
Khi hiểu biết về thời gian tăng lên, nhận thức về tầm quan trọng của nhịp sinh học đối với sức khỏe. Nguyên nhân chính của sự gián đoạn sinh học là những thay đổi trong chu kỳ chính của chúng ta: bóng tối, giấc ngủ và chu kỳ cho ăn.
Do đó, trong chừng mực cuộc sống của bạn cho phép, hãy cố gắng tạo những thói quen đơn giản có thể hỗ trợ nhịp sinh học của bạn: tối ưu hóa giấc ngủ của bạn, tránh xa màn hình trước khi đi ngủ hoặc đeo kính. Chặn ánh sáng xanh vào ban đêm khi xem TV hoặc sử dụng máy tính, ăn uống đều đặn và sớm hơn trong ngày, ra ngoài vào buổi sáng và đón một chút ánh sáng mặt trời.
Sara Adaes, Tiến sĩ, là một nhà thần kinh học và nhà hóa sinh đang làm việc với tư cách là nhà khoa học nghiên cứu tại Tập thể Khoa học Thần kinh. Sara tốt nghiệp ngành Hóa sinh tại Khoa Khoa học của Đại học Porto, Bồ Đào Nha. Kinh nghiệm nghiên cứu đầu tiên của cô là trong lĩnh vực thần kinh học. Sau đó, cô nghiên cứu về sinh học thần kinh của cơn đau tại Khoa Y của Đại học Porto, nơi cô lấy bằng Tiến sĩ về khoa học thần kinh. Trong khi đó, cô bắt đầu quan tâm đến truyền thông khoa học và làm cho kiến thức khoa học có thể tiếp cận được với xã hội giáo dân. Sara muốn sử dụng kiến thức và kỹ năng khoa học của mình để góp phần nâng cao hiểu biết của công chúng về khoa học.
