Το βιολογικό ρολόι είναι ένας αρχέγονος, πολύπλοκος μηχανισμός που έχει διατηρηθεί εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης. Καθορίστηκε επακριβώς από επιστήμονες των πανεπιστημίων του Κέιμπριτζ και του Εδιμβούργου ο αρχαίος μηχανισμός που ελέγχει το «βιολογικό ρολόι» (κιρκαδικός ρυθμός) όλων των μορφών ζωής που έχουν αναπτυχθεί στον πλανήτη.
Σύμφωνα με δύο δημοσιεύσεις στην επιθεώρηση «Nature», ο 24ωρος κιρκαδικός ρυθμός, η διατάραξη του οποίου είναι γνωστό ότι συνδέεται με μεταβολικές διαταραχές, ψυχικές διαταραχές και με την εμφάνιση καρκίνου, είναι ο ίδιος για όλες τις μορφές ζωής που είναι γνωστές και δεν σχετίζεται -όπως πιστευόταν μέχρι πρότινος- με το DNA και τις δραστηριότητες μεταγραφής και αντιγραφής γενετικού υλικού που λαμβάνουν χώρα στα κύτταρα. Τα ερευνητικά αποτελέσματα τονίζουν οι ειδικοί είναι πιθανό να αλλάξουν τελείως τον τρόπο που αντιμετωπίζονται ασθένειες, όπως ο καρκίνος και ο διαβήτης και να ωφελήσουν εκατομμύρια εργαζόμενους που δουλεύουν με βάρδιες που παραβιάζουν τον 24ωρο κιρκαδικό ρυθμό.
Συγκεκριμένα, η πρώτη έρευνα του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο κιρκαδικός ρυθμός υπάρχει ακόμα και στα ερυθρά αιμοσφαίρια τα οποία δεν έχουν DNA (περιέχουν μόνο αιμοσφαιρίνη) και άρα δεν σχετίζεται με την ύπαρξη γενετικού υλικού, ούτε με τις γενετικές διεργασίες. Σύμφωνα με τον επικεφαλής της έρευνας, Ακιλες Ρέντι: «Ξέρουμε ότι οι διαταραχές στα ”ρολόγια” συνδέονται με μεταβολικές διαταραχές και ψυχικές νόσους, ακόμα και με τον καρκίνο. Η έρευνα αυτή και οι μελλοντικές έρευνες ελπίζουμε ότι θα διαλευκάνουν αυτήν τη σύνδεση».
Από τη δεύτερη έρευνα του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, προέκυψε ότι το βιολογικό ρολόι είναι ένας αρχέγονος, πολύπλοκος μηχανισμός που έχει διατηρηθεί εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης. Οπως τόνισε ο υπεύθυνος για την έρευνα, Αντριου Μίλερ, «απαιτούνται περαιτέρω έρευνες για να κατανοήσουμε πώς και γιατί αναπτύχθηκε αυτός ο μηχανισμός».
ΧΡ. ΣΤΑΣΙΝΟΠΟΥΛΟΣ
Οι κιρκαδιανοί και οι ενιαύσιοι ρυθμοί συμβάλλουν σημαντικά στην προσαρμογή των εμβίων στους βασικότερους κύκλους του πλανητικού μας περιβάλλοντος, τους οποίους επιβάλλουν οι μεταβολές της θέσης της γης. Αυτές οι μεταβολές, που συνοδεύονται και από αντίστοιχες αλλαγές διαφόρων κοσμικών φαινομένων, αποτελούν τα εξωτερικά ερεθίσματα που ονομάζονται χρονοδότες (Zeitgebers) γιατί συγχρονίζουν ή επί το λαϊκότερο «κουρδίζουν» έναν οργανισμό σε ένα συγκεκριμένο ρυθμό. Έτσι, όλα τα ζώα και τα φυτά ακολουθούν κατά παρόμοιο τρόπο αυτούς τους ρυθμούς.
Οι κυριότεροι βιολογικοί ρυθμοί φαίνεται ότι είναι γενετικά καθορισμένοι και κατά τη βιολογική εξέλιξη «εσωτερικεύτηκαν» μέσα σε κάθε κύτταρο και αποτελούν πλέον την έκφραση της ρυθμικότητας που αναπτύχθηκε στα έμβια πριν από περίπου 180 εκατομμύρια έτη στο πλαίσιο της προσαρμογής τους στην περιστροφική (περί τον άξονά της) και περιφορική (γύρω από τον ήλιο) κίνηση της γης.
Έτσι, μέσα από διάφορα βιολογικά συστήματα και ειδικούς υποδοχείς οι οργανισμοί έγιναν ευαίσθητοι δέκτες διαφόρων περιοδικών κοσμικών συμβάντων, όπως των μεταβολών του φωτός, των μεταβολών της κοσμικής ακτινοβολίας, της βαρομετρικής πίεσης, των μαγνητικών πεδίων και άλλων.
Η έκκριση της μελατονίνης αρχίζει δύο λεπτά μετά τη δύση του ηλίου και αναστέλλεται ένα λεπτό μετά την ανατολή του.
Με αυτή την ευφυή διαδικασία ο οργανισμός αποκωδικοποιεί το ηλεκτρομαγνητικό σήμα (π.χ. φως) μετατρέποντάς το σε νευρομεταβιβαστικό ερέθισμα, το οποίο μέσα από μία βιοχημική αντίδραση συνθέτει μία ουσία (τη μελατονίνη).
Η μελατονίνη μεταφέρεται στην κυκλοφορία του αίματος και με την ποσότητα και την διάρκεια της έκκρισής της διαβιβάζει το ανάλογο μήνυμα στα διάφορα όργανα του σώματος. Δηλαδή η μελατονίνη είναι κάτι σαν ένας βιολογικός «μετασχηματιστής» ή «διακόπτης».
Υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ του ΡΑΙ-1 και της αλδοστερόνης, ο κιρκαδιανός ρυθμός της αλδοστερόνης επιδρά στον κιρκαδιανό ρυθμό του ΡΑΙ-1 και τα καρδιαγγειακά συμβάματα παρατηρούνται ώρες που υπάρχει διέγερση του άξονα ρενίνης-αγγειοτασίνης-αλδοστερόνης και αύξηση του ΡΑΙ-1 άρα και της θρομβογόνου δραστηριότητας του αίματος.
Οι πιο σημαντικοί είναι ο βασικός ημερήσιος ρυθμός, γνωστός και σαν κιρκαδιανός {από τις λατινικές λέξεις circa (κύκλος) diem = περίπου μία ημέρα}, ο ενιαύσιος ή ετήσιος ρυθμός (circannual = περίπου ένα έτος) και ο σεληνιακός ή καταμήνιος (lunar).
Η οποιαδήποτε διαταραχή στη σχέση του κιρκαδιανού ρυθμού και του ρυθμού διακύμανσης της δραστηριότητας στον άνθρωπο σημαίνει «εσωτερική κακοφωνία» και επηρεάζει μεγάλο τμήμα της ψυχικής διάθεσης, των νοητικών λειτουργιών, της εν γένει ανθρώπινης συμπεριφοράς και των σωματικών λειτουργιών.
Πρόκειται για ένα μάλλον σπάνιο σύνδρομο, στο οποίο παρατηρείται δυσλειτουργία του κιρκαδιανού συστήματος και αδυναμία του κιρκαδιανού βηματοδότη να συντονιστεί στη φάση του φυσιολογικού ρυθμού ημέρας – νύκτας.
Παράλληλα πήρε πολύ χρόνο προκειμένου να ανιχνεύσουν διαφορές στο γονίδιο – «ρολόι», που ρυθμίζει τους κιρκαδιανούς ρυθμούς, δηλαδή το καθημερινό πρόγραμμα ύπνου και ξύπνιου.
Αν καταστραφεί το τμήμα του εγκεφάλου που ρυθμίζει την έκκρισή της, τότε ο κιρκαδιανός ρυθμός εξαφανίζεται εντελώς.
Βρίσκεται στον υποθάλαμο και ονομάζεται υπερχιασματικός πυρήνας, ή βιολογικό ρολόι και προγραμματίζει το σώμα να ακολουθεί έναν ρυθμό 24 ωρών (κιρκαδιανός ρυθμός).
Ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν και του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes με επικεφαλής τον Δρ Φρεντ Τουρεκ διαπίστωσε ότι στα ποντίκια, το γονίδιο «Clock» (δηλαδή ρολόι στα ελληνικά) είναι βασικός ρυθμιστής του κιρκαδιανού ρυθμού, ο οποίους στους ανθρώπους επαναλαμβάνεται κάθε 24 ώρες.
Το βιολογικό ρολόι Βρίσκεται στον υποθάλαμο και ονομάζεται υπερχιασματικός πυρήνας, ή βιολογικό ρολόι και προγραμματίζει το σώμα να ακολουθεί έναν ρυθμό 24 ωρών (κιρκαδιανός ρυθμός).
Αυτοί περιλαμβάνουν (α) την καταστολή της έκκρισης μελατονίνης από την επίφυση, που μπορεί να συμβάλλει στην ογκογένεση, και (β) την άμεση καταστολή της λειτουργίας των γονιδίων του κιρκαδιανού ρυθμού, που οδηγεί σε αλλαγές στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου.
Οι πρωινοί τύποι είναι πιο άκαμπτοι στους κιρκαδιανούς ρυθμούς τους, ενώ οι νυχτερινοί τύποι μπορούν να προσαρμοστούν σε νέα προγράμματα ευκολότερα.
Οι κιρκαδιανοί ρυθμοί είναι το αποτέλεσμα που χαρακτηρίζει το βιολογικό ρολόι και χρονομετρά τα γεγονότα που συμβαίνουν μία φορά την ημέρα.
Το πιο ευδιάκριτο αποτέλεσμα του κιρκαδιανού ρυθμού είναι ο κύκλος του ύπνου και της εγρήγορσης, αλλά το βιολογικό ρολόι επίσης ελέγχει τη λειτουργία της πέψης, τη θερμοκρασία του σώματος, την πίεση του αίματος και την παραγωγή ορμονών.
Φυσιολογικά, η αρτηριακή πίεση διακυμαίνεται με ένα επαναλήψιμο ημερήσιο πρότυπο (κιρκαδιανός ρυθμός), με υψηλότερες τιμές όταν το άτομο είναι σε εγρήγορση, χαμηλότερες τιμές κατά τη διάρκεια της ανάπαυσης και του ύπνου και αυξημένες τιμές κατά τις πρώτες πρωινές ώρες πριν την αφύπνιση.
Οι πτήσεις από Ανατολάς προς Δυσμάς απαιτούν κάτι λιγότερο από μια πλήρη αλλαγή της φάσης (8-10 ώρες) του κιρκαδιανού ρυθμού.
Φαίνεται ότι η προσαρμογή σε πτήσεις από Ανατολάς προς Δυσμάς που σχετίζονται με καθυστέρηση της κιρκαδιανής φάσης του ρυθμού είναι γρηγορότερη από ό,τι σε πτήσεις από Δυσμάς προς Ανατολάς που σχετίζονται με προχώρημα της κιρκαδιανής φάσης.
Η πιο σοβαρή κατάσταση που σχετίζεται με την διατάραξη του κιρκαδιανού ρυθμού είναι αυτή που συμβαίνει σε εργασίες με εναλλασσόμενες βάρδιες, γνωστή και σαν shift work, κατά την οποία η 8ωρη ημερήσια εργασία εναλλάσσεται με νυκτερινό 8ωρο.
Ειδικοί δήλωσαν ότι ο κιρκαδιανός ρυθμός του οργανισμού θα μπορούσε να εξηγήσει τις διαφορές, αλλά θεωρούν ότι χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να επιβεβαιωθούν τα ευρήματα.
Το 2007, η Ένωση για την Έρευνα του Καρκίνου (Ιnternational Agency for Research on Cancer, IARC) κατέληξε στο συμπέρασμα ότι «η εκ περιτροπής εργασία που περιλαμβάνει διαταραχή του κιρκαδιανού ρυθμού πιθανόν είναι καρκινογόνος στους ανθρώπους» και κατέταξε τη νυκτερινή εργασία από δυνατό (possible) σε πιθανό (probable) καρκινογόνο (ομάδα 2Α).
Εκτός από τα υποκειμενικά συμπτώματα φαίνεται ότι στις μη κοινωνικές βάρδιες (εκτός κιρκαδιανού ωραρίου) συμβαίνουν και περισσότερες καταστροφές στους χώρους εργασίας, που οφείλονται προφανώς στην κιρκαδιανή αποσύνδεση των γνωστικών λειτουργιών και του ύπνου.
Από απόψεως κιρκαδιανής και από έρευνες που έχουν γίνει, εάν η εναλλαγή της βάρδιας διατηρεί ένα ρυθμό πάνω από μήνα, προκαλεί λιγότερες δυσκολίες στο άτομο.
Οι συγγραφείς αποδίδουν τον ισχυρότερο κιρκαδιανό ρυθμό στην αυξημένη αρνητική ανάδραση και στην αυξημένη ευαισθησία στους υποδοχείς GR τύπου ΙΙ.
Επεξηγούνται οι μηχανισμοί που έχουν προταθεί για να εξηγηθεί σε κυτταρικό επίπεδο ο ρόλος της απορρύθμισης των κιρκαδιανών ρυθμών, που προκαλείται από την εκ περιτροπής εργασία, στην καρκινογένεση.
Η κάθαρση ενός φαρμάκου είναι μία σχετικά χρήσιμη παράμετρος στον κλινικό ιατρό διότι αν θέλει να επιτύχει μία συγκεκριμένη συγκέντρωση σταθεράς κατάστασης ενός φαρμάκου στο πλάσμα τότε ο ρυθμός κάθαρσης του φαρμάκου θα καθορίσει τον ρυθμό με τον οποίο πρέπει να χορηγηθεί το φάρμακο. Όταν η συγκέντρωση είναι υψηλή, ο ρυθμός αποβολής (ποσότητα φαρμάκου σε μονάδα χρόνου) είναι γρήγορος, ενώ αντίθετα όταν η συγκέντρωση στο αίμα είναι χαμηλή, τότε ο ρυθμός αποβολής είναι αργός.
Οι αρχαίοι Έλληνες συμβόλιζαν την έννοια του ρυθμού σε έναν χρόνο που τον φαντάζονταν κυκλικό και τον απεικόνιζαν στη μυθολογική θεότητα Κρόνο ή Χρόνο, ο οποίος γεννούσε και καταβρόχθιζε αενάως τα παιδιά του. Σε άλλες θρησκείες, π.χ. στην ιουδαϊκή και χριστιανική, η αντίληψη του χρόνου εμφανίζεται σαν γραμμική και προϋποθέτει αρχή και τέλος.
Ο βιολογικός χρόνος που καθορίζεται από τους ενδογενείς ρυθμούς επηρεάζει πολλές σημαντικές λειτουργίες του οργανισμού τόσο σωματικές όσο και νοητικές, μεταξύ των οποίων συμπεριλαμβάνονται η μάθηση, η μνήμη, η προσοχή και η συγκέντρωση, η εξάρτηση – απεξάρτηση από ένα ερέθισμα κ.ά.Ο ποιητικός λόγος γεννήθηκε από τον ρυθμό και ο ρυθμός φώλιασε μέσα στη γλώσσα και η γλώσσα έγινε φορέας ύψιστης συγκινησιακής φόρτισης.
Το κιρκαδιανό ρολόι ελέγχει διάφορες εκφάνσεις του μεταβολισμού, της φυσιολογίας και της συμπεριφοράς τόσο στους ανθρώπους όσο και στους υπόλοιπους ζωικούς οργανισμούς.
Το ΣΝΣ (night eating syndrome) συχνά συνοδεύεται ή συγχέεται με τη διατροφική διαταραχή σχετιζόμενη με τον ύπνο (ΔΔΥ, sleep-related eating disorder), η οποία είναι κατά κύριο λόγο μια διαταραχή του ύπνου και όχι τόσο διατροφική διαταραχή. Το ΣΝΣ θεωρείται διαταραχή του κιρκαδιανού ρυθμού κατανομής φαγητού/ γευμάτων, με φυσιολογική όμως κιρκαδιανή έναρξη ύπνου. Σε πειράματα παρατηρήθηκε, πως η πρόσληψη τροφής της ομάδας ελέγχου επιβραδύνθηκε στη συνέχεια, ενώ των ατόμων με σύνδρομο συνεχίστηκε με ταχείς ρυθμούς μέχρι μετά τα μεσάνυχτα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, από τις 22:00 μέχρι τις 06:00, τα άτομα με Σ.Ν.Σ. κατανάλωσαν το 56% της θερμιδικής τους πρόσληψης, σε σύγκριση με το 15% της ομάδας ελέγχου.
Με την σύνδεση της αλδοστερόνης με τον υποδοχέα της στον πυρήνα του κυττάρου, επέρχεται γενετική τροποποίηση και σύνθεση μιας σειράς ρυθμιστικών πρωτεϊνών και μεταγραφικών παραγόντων.
Ορατές και αόρατες διακυμάνσεις διαφόρων φαινομένων συμβάλλουν στην αντίληψη της ρυθμικότητας και μέσα από αυτήν στην αντίληψη της έννοιας του χρόνου.
Αυτές οι μεταβολές, που συνοδεύονται και από αντίστοιχες αλλαγές διαφόρων κοσμικών φαινομένων, αποτελούν τα εξωτερικά ερεθίσματα που ονομάζονται χρονοδότες (Zeitgebers) γιατί συγχρονίζουν ή επί το λαϊκότερο «κουρδίζουν» έναν οργανισμό σε ένα συγκεκριμένο ρυθμό.
