Článek
S překvapením zjistil, že mimóza čili citlivka stydlivá (Mimosa pudica), známá svou „obrannou“ reakcí na dotyk, večer skládá a ráno rozkládá své lístky i v naprosté tmě. De Mairan usoudil, že mimóza „cítí denní světlo, i když ho nevidí“. To byl začátek mladého vědního oboru chronobiologie.
Ve 40. letech minulého století prokázal Franz Halberg, že biologické rytmy, respektive jejich narušení, mohou být původcem mnoha chorob. Jako první použil termín cirkadiánní rytmus. V 80. a 90. letech minulého století Američané Jeffrey Hall, Michael Rosbash a Michael Young izolovali v genomu mušek octomilek gen, který cirkadiánní rytmy řídí – během noci syntetizuje v buňkách protein, který se pak během dne odbourává.
Letos za objev obdrželi Nobelovu cenu za lékařství a fyziologii. „Vysvětlili, jak rostliny, živočichové i lidé adaptují svůj biologický rytmus, aby byl v rovnováze s otáčením Země,“ zdůvodnil její udělení Nobelův výbor.
Nic světoborného?
„Nebude to nic světoborného,“ domníval se po publikování svých prvních poznatků profesor Rosbash z Brandeis University v massachusettském Walthamu.
„Teď je ale jasné, že to má prsty ve všech základních procesech při ovlivňování obrovské části genomu,“ připustil v minulých dnech po oznámení, že práce jeho a kolegů vynesla nejprestižnější vědeckou cenu.
Podle trojice vědců se stejný gen periody, označovaný CLOCK, vyskytuje u všech savců. Centrem jeho aktivity je suprachiasmatické jádro (SCN) v hypotalamu. Tvoří ho jen asi 20 tisíc neuronů, interagujících se sítnicí v očích a se šišinkou, endokrinní žlázou v mezimozku, produkující spánkový hormon melatonin.
Hodiny v každé buňce
Oblast SCN je možná těmi hlavními hodinami, ale gen ovlivňující biorytmus se vyskytuje prakticky v každé buňce. V posledních letech bylo experimentálně prokázáno, že aktivita jaterních, plicních či ledvinových tkání stejně jako krve či téměř poloviny genů v genomu stoupá a klesá v pravidelných 24hodinových cyklech.
„V podstatě všechno v našem těle, od sekrece hormonů přes přípravu trávicích enzymů po kolísání krevního tlaku, je řízeno soustavou vnitřních hodin podle rozvrhu, v které fázi dne je příslušná aktivita nezbytná,“ vysvětlil chronobiolog Clifford Saper z Harvard Medical School. „Často si myslíme, že pro nás zákony biologie neplatí, že se můžeme svobodně rozhodovat, kdy budeme jíst, pít, spát, pracovat nebo odpočívat. To je veliký omyl se závažnými důsledky.“
„Je to skutečný celospolečenský zdravotní problém, dlouho přehlížený,“ vyjádřil svůj názor na organizování života bez ohledu na přirozené střídání dne a noci Rosbash. „Celá naše západní společnost trpí nedostatkem spánku.“
Věda dosud nerozluštila, proč jsou někteří lidé sovy a jiní skřivani.
Snad nejznámějším projevem cirkadiánního rytmu je tzv. jet lag, důsledky časového posunu při dálkových letech. Cestování v jednom či dvou časových pásmech, tedy na jih nebo na západ, znamená minimální změnu, skutečný jet lag se výrazněji projeví při cestách dál, ať je to jakýmkoliv směrem.
Zvláštní je na tom skutečnost, že mnozí lidé hůře snášejí prodloužení dne, tedy posun západním směrem.
Riziko směnného provozu
Podle výzkumů se hlavní biologické hodiny našeho organismu přizpůsobí změně světelného režimu snadněji než ty, které řídí dílčí činnosti organismu. „Jet lag je tolik nepříjemný zejména proto, že cestovatel je nejen posunut v čase, ale celá cirkadiánní soustava je rozbita, její jednotlivé složky na sebe nenavazují,“ vysvětlil Russell Foster z univerzity v Oxfordu. Podílel se spolu se Saperem na výzkumech zdravotních dopadů zásahů do cirkadiánního rytmu.
„Lidé pracující na směnných provozech musí neustále čelit desynchronizaci biologických pochodů,“ dodal. Tito lidé čelí statisticky vyššímu riziku srdečních onemocnění, demence, cukrovky, a dokonce některých typů rakoviny.
S důsledky nedostatečného či nepravidelného spánku se pojí i výskyt obezity. Při experimentech se zvířaty Saper zjistil, že nedostatek spánku při zachování cirkadiánního rytmu se změnou jejich tělesné hmotnosti neprojeví. Když ale zvířata převedl na dvacetihodinový den a stejně dlouhou noc, přijímala potravu impulzivně a vyvinula se u nich glukózová rezistence.
„Domnívám se, že i pro lidi je dlouhé ponocování, tučné pamlsky a zírání do modře zářící obrazovky nejlepší cesta k obezitě a diabetu,“ varoval Saper.
Infarkt přichází dopoledne
Míra rizika akutních onemocnění, jejichž vznik potencuje narušení cirkadiánního rytmu, závisí podle všeho také na předpověditelném časovém úseku. K téměř polovině (49 %) srdečních a mozkových příhod dochází dopoledne mezi šestou hodinou ranní a polednem. Odborníci to přisuzují cirkadiánnímu vzestupu krevního tlaku v časných ranních hodinách, k němuž dochází bez ohledu na to, zda ležíte nehybně v posteli, nebo jste již aktivní.
Cholesterol je produkován v játrech naopak v noci; nevhodná doba aplikace léku tedy může mít nečekané následky. Foster zjistil překvapující změny v toxicitě některých látek v souvislosti s cirkadiánním rytmem. „Jedovatost, obecněji účinek, se v závislosti na denní době mění v rozsahu 20 až 80 procent,“ uvedl.
Z podobných souvislostí se pak odvíjí doporučení, kdy brát které léky – ty na tlak brzy ráno, na úpravu hladiny cholesterolu před spaním.
Alespoň dílčí světlo do komplikovaného systému synchronizace hlavních a specializovaných biologických hodin vnesl výzkum britské univerzity v Surrey, publikovaný letos v létě v magazínu Current Biology. Podle Jonathana Johnstona a jeho týmu může posun doby jídla znamenat rozladění celého systému.
Studie vycházela z experimentu s deseti dobrovolníky. Vědci se pokoušeli měřit posuny v jejich cirkadiánních schématech ve dvou režimech. Prvních šest dní přijímali dobrovolníci jídlo – snídani, oběd a večeři – v pravidelných pětihodinových odstupech. Následovalo 37hodinové přerušení, kdy byli v uzavřeném zšeřelém prostoru drženi beze spánku a s malými dávkami jídla v hodinových intervalech. Dalších šest dní měli opět normální 24hodinový režim, ale jídla dostávali s pětihodinovým zpožděním, a poté opět 37 hodin bdění.
„Předpokládali jsme změny v biologických markerech, ale naměřené hodnoty nás překvapily,“ poznamenal Johnston. Zatímco míra únavy a ospalosti byla vysoká, hladiny melatoninu a kortizolu zůstávaly v obou režimech stejné. Nezměnily se ani hladiny inzulínu a triglyceridů, přestože křivka glukózy v krvi se měnila podle času podávání jídel, čemuž odpovídal i posun v aktivitě cirkadiánního genu PER2.
Časový posun v podávání jídla způsobí, že jednotlivé součásti našich biologických hodin nepracují synchronizovaně, a proto se naše tělo necítí dobře.
Víkend v přírodě všechno spraví
Přes omezenou validitu studie na malém vzorku lidí Johnston soudí, že toto zjištění může alespoň částečně pomoci lidem pracujícím na směny nebo cestovatelům, které trápí jet lag. Ke zmírnění následků rozladění biologických hodin v nás by podle něj mělo stačit posunutí snídaně.
S velkým ohlasem se setkala studie Kennetha Wrighta z univerzity státu Colorado v Boulderu z února ve stejném časopise. Nabídl recept na opravu „chyby“ biologických hodin, k níž vede moderní způsob života s večerními aktivitami.
Monitoroval týdenní hladiny spánkového hormonu melatoninu u devíti osob. Během pracovních dní, kdy pokusné osoby chodily spát dlouho po setmění, se melatonin začal vyplavovat teprve za téměř dvě hodiny po ulehnutí, stačily ale pouhé dva dny strávené v přírodě k tomu, aby se tento klíčový rytmus upravil. Po víkendu, kdy dobrovolníci přizpůsobili dobu bdění a spánku dennímu světlu, se jejich cirkadiánní rytmy srovnaly.