Come funzionano i ritmi biologici endogeni

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

L'articolo è dedicato al lavoro dei ritmi circadiani - ritmi biologici endogeni con un periodo di circa 24 ore, caratteristici della maggior parte degli organismi, inclusi gli umani. Questa è una panoramica delle ultime ricerche scientifiche, non una raccolta di suggerimenti utili, anche se l'articolo parla di un potenziale cambiamento dello stile di vita. Questa recensione non è esaustiva; continueremo ad aggiornarla man mano che emergeranno nuovi studi di ricerca.

La stessa cosa:

→ Ritmi circadiani coerenti e sani possono aiutare a migliorare la salute generale e un'efficace prevenzione delle malattie croniche.

→ Ricordati di dormire: dieta, esercizio fisico e altri fattori influenzano il funzionamento dei ritmi circadiani.

→ Studia le peculiarità del lavoro dei ritmi circadiani, determina il tuo "cronotipo", quindi applica le conoscenze acquisite alle raccomandazioni metodologiche indicate nella ricerca scientifica.

Prima di incorporare qualsiasi consiglio in questo articolo nella tua routine quotidiana, consulta il tuo medico.

Prima di leggere l'articolo: un breve glossario

1. Circadiano: ciclo che si ripete naturalmente con un periodo di circa 24 ore, indipendentemente dalla durata delle ore diurne; dal latino circa ("o") e diem ("giorno").
2. Sensore di ritmo: un segnale ambientale, come un cambiamento di luce o temperatura; dal tedesco zeit ("tempo") e geber ("donatore").
3. Endogeno: un processo patologico nel corpo causato da fattori interni e non causato da influenze esterne (causa principale).
4. Regolazione del ritmo circadiano: si verifica quando i compiti ritmici, fisiologici o comportamentali corrispondono ai cambiamenti nell'ambiente; interazione dei ritmi circadiani con l'ambiente.
5. Giornaliero: tutti i giorni; dal latino dies (giorno) e e diurnus (quotidiano).
6. Master Clock: una coppia di popolazioni cellulari trovate nell'ipotalamo, noto anche come nucleo soprachiasmatico (SCN); Queste cellule contengono geni che controllano i ritmi circadiani.
7. Gene mutante: cambiamento permanente nella sequenza del DNA; utilizzato dai cronobiologi per riconoscere il meccanismo dei geni orologio identificando un gene mutante negli animali con sindrome circadiana aritmica.

Immagina una pianta che cerca di fotosintetizzare di notte: un breve dramma al buio. "Le piante si occupano della vita e della morte", afferma cupamente Sally Yu, assistente professore di biochimica e biologia cellulare presso l'Università del Texas presso lo Houston Health Sciences Center (UTHealth). "Se non seguono i ritmi circadiani, moriranno". Ma per una persona, le previsioni non saranno così fosche. "Anche se rimuovi il gene dell'orologio (un gene importante che regola il lavoro dei ritmi circadiani), non morirai subito", dice Yu. "Ma soffrirai". Probabili problemi? Problemi psicologici persistenti e, tra le altre cose, un aumento del rischio di malattie croniche. La vita è dura quando tutto non è sincronizzato.

Il collega di Yu, Jake Chen, un assistente professore nello stesso dipartimento, dice in modo diverso: “Spesso diciamo che tutto deve essere fatto nei tempi previsti. Ma questa è un'esagerazione. Ma la frase "ogni cosa ha il suo tempo" non lo è. E questo è direttamente correlato al corpo umano. In ogni singola cellula, tessuto o organo, i processi fisiologici si verificano in un momento specifico. L'orologio biologico è una specie di timer, un meccanismo mediante il quale possiamo assicurarci che tutto funzioni correttamente. Questa è una funzione fondamentale».

Chen e Yu studiano i ritmi circadiani - i ritmi biologici del corpo con un periodo di circa 24 ore, che sono seguiti ogni giorno da tutti gli esseri viventi sul nostro pianeta. I ritmi circadiani o ritmi circadiani sono direttamente correlati ai milioni di anni di sviluppo della vita sul nostro pianeta. È un prodotto dell'interazione dell'orologio biologico interno del corpo e dell'ambiente - non solo la luce solare, ma molti altri fattori determinano il comportamento, regolano i livelli ormonali, il sonno, la temperatura corporea e il metabolismo.

Il cosiddetto "orologio principale" o nucleo soprachiasmatico (SCN), l'orologio principale che controlla i ritmi circadiani, è una coppia di popolazioni cellulari piene di geni (tra cui Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 e Cry2), situato nell'ipotalamo. A livello molecolare, le tracce del gene dell'orologio si trovano nei reni, nel fegato, nel pancreas e in altri organi. SCN agisce come CEO istruendo il corpo a rispettare la pianificazione e l'elaborazione dei segnali ambientali. Howard Hughes Medical Institute.)

Come vedremo in seguito, prestare attenzione ai ritmi circadiani migliora il funzionamento quotidiano (fisiologico e psicologico) dell'organismo e, in definitiva, influisce sullo stato di salute, sia a lungo termine che a breve termine. Prendersi cura dei ritmi circadiani li fa funzionare mantenendo quello che Sally Yu chiama un "orologio affidabile".

"Non posso dire con certezza quanto siano importanti i ritmi circadiani nella prevenzione delle malattie croniche, quale impatto ha sulla salute a lungo termine, se è benefico e in definitiva influisce sull'aspettativa di vita".

Informazioni sugli esperti:

Scienziato: Zheng "Jake" Chen

Formazione: PhD, Columbia University, New York

Posizione: Assistant Professor presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Cellulare presso il Centro di Scienze della Salute dell'Università del Texas a Houston

Ultimo articolo pubblicato: La piccola molecola Nobiletin prende di mira l'oscillatore molecolare per migliorare i ritmi circadiani e proteggere dalla sindrome metabolica.

Area di ricerca: Sonde a piccole molecole per la cronobiologia e la medicina.

Scienziato: Seung Hee "Sally" Yoo

Formazione: PhD, Korea Institute of Science and Technology

Posizione: Professore Associato, Dipartimento di Biochimica e Biologia Cellulare, Centro di Scienze della Salute dell'Università del Texas a Houston

Ultimo articolo pubblicato: Period2 3'-UTR e microRNA-24 regolano i ritmi circadiani reprimendo l'accumulo di proteine PERIOD2 Anche sviluppo e potenziale terapeutico di modulatori di piccole molecole dei sistemi circadiani.

Area di ricerca: Meccanismi cellulari fondamentali nei ritmi circadiani e decifrazione dei ruoli fisiologici e patologici dell'orologio.

STORIA: PRINCIPALI FASI DELLO SVILUPPO BIOLOGICO DEI RITMI CIRCADICI

La prima cosa da sapere sullo studio dei ritmi circadiani (i cronobiologi lo fanno) è che, con rare eccezioni, tutti gli organismi seguono i loro ritmi circadiani. Dai narcisi ai passeri, dalle zebre agli umani, praticamente tutti gli organismi viventi del pianeta seguono il ciclo solare. Nel 1729, lo scienziato francese Jean-Jacques de Meran registrò la prima osservazione di movimenti fogliari diurni endogeni o incorporati della pianta di Mimosa pudica. Anche nella completa oscurità, la pianta ha continuato a seguire il suo ritmo quotidiano. Lo scienziato ha concluso che la pianta si basa non solo su segnali esterni o su un sensore del ritmo, ma anche sul proprio orologio biologico interno.

La cronobiologia fiorì duecento anni dopo, a metà del XX secolo. Colpito dal contributo di alcuni scienziati, in particolare Colin Pittendry, "il padre dell'orologio biologico". Pittendry ha studiato i moscerini della frutta o la Drosophila e ha fatto luce su come i ritmi circadiani interagiscono o si sincronizzano con il ciclo del giorno e della notte. Anche Jurgen Aschoff, un amico di Pittendry, ha studiato l'interazione con il ciclo del giorno e della notte, ma gli scienziati sono giunti a conclusioni diverse su come avviene l'interazione (parametrica e non parametrica, puoi leggere di più qui e qui). John Woodland Hastings e i suoi colleghi hanno fatto scoperte fondamentali sul ruolo della luce nei ritmi circadiani studiando dinoflagellati bioluminescenti (alghe, una specie di plancton). Anche il botanico Erwin Bunnig ha contribuito alla ricerca di base sui modelli di interazione, descrivendo la relazione tra organismi e cicli di interruzione.

La fase successiva delle scoperte in cronobiologia ha collegato i meccanismi molecolari e genetici specifici del lavoro dei ritmi circadiani. Ciò deriva dal lavoro di Ron Konopka e Seymour Benzer, che nei primi anni '70 hanno cercato di identificare geni specifici che controllano i ritmi circadiani dei moscerini della frutta. Konopka e Benzer sono accreditati con la scoperta di un gene mutato, che hanno chiamato un periodo che interrompe l'orologio circadiano dei moscerini della frutta. È così che è stato scoperto per la prima volta il determinante genetico dei ritmi comportamentali. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young hanno completato con successo il lavoro di Konopka e Benzer mostrando il lavoro del gene del periodo a livello molecolare. Hall, Rosbash e Young hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 2017. Hanno isolato il gene del periodo e poi hanno mostrato come funziona il sistema dell'orologio quotidiano a livello molecolare.

Mentre conducevano ricerche su moscerini e topi nel 1994, Joseph Takahashi e il suo team hanno scoperto i geni dell'orologio nei mammiferi e li hanno chiamati orologi, descrivendoli come "una caratteristica conservata dal punto di vista evolutivo del meccanismo dell'orologio circadiano". La scoperta del gene dell'orologio, insieme al lavoro di Hall, Rosbash, Young e dello scienziato Michael Greenberg, è stato uno spartiacque nella cronobiologia. Nel giro di pochi anni sono stati scoperti geni che assicurano il lavoro dei ritmi circadiani negli organismi inferiori.

La scienza sta avanzando costantemente e molti studi sui moscerini della frutta e sui topi hanno dimostrato la straordinaria persistenza dei geni dell'orologio all'interno delle specie, il che significa che esistono geni simili che controllano i ritmi circadiani in organismi più complessi, compreso l'uomo.

"L'alba e il tramonto sono ancora i principali fattori che influenzano i ritmi circadiani, ma altri fattori sono continuamente monitorati nella ricerca scientifica".

ULTIME RICERCA: DETERMINAZIONE DEL RUOLO DEI RITMI DI CIRCADIUM NELLA SALUTE E NELLE MALATTIE UMANA

È importante notare che la biologia dei ritmi circadiani è incredibilmente complessa: ci sono molte riviste scientifiche dedicate a quest'area di ricerca. Di conseguenza, la nostra comprensione del ruolo dell'orologio biologico nella salute umana è il risultato di studi epidemiologici e di studi sugli animali. Gli studi sugli organismi inferiori aiutano a rivelare il lavoro dei meccanismi molecolari e genetici in azione, dopo di che si può vedere come, ad esempio, i disturbi del sonno portano ad un aumento del rischio di diabete di tipo 2, obesità e una serie di malattie cardiovascolari.

In effetti, una delle aree di ricerca più promettenti è il sonno. Gli scienziati oggi associano la mancanza di sonno e la successiva interruzione dei ritmi circadiani allo sviluppo dell'obesità e della depressione, nonché alla maggior parte delle malattie croniche. La ricerca ha dimostrato che la mancanza di sonno può portare a effetti collaterali imprevisti, come l'incapacità di riconoscere i volti.

Comprendere come funzionano i ritmi circadiani è andato ben oltre l'interazione con il ciclo del giorno e della notte. "Ci sono segnali sociali, segnali alimentari e segnali di esercizio: sono molto diversi", afferma Y. L'alba e il tramonto hanno ancora una grande influenza sui ritmi circadiani, ma si stanno studiando altri fattori. Un ampio corpus di lavori ha dimostrato che la dieta è un segnale esterno chiave che interagisce con l'orologio interno, incluso il lavoro del Dr. Satchidananda Panda per limitare i tempi della dieta (come il tempo di mangiare influisce sulla salute).

In generale, è ormai chiaro che i ritmi circadiani svolgono un ruolo sistemico nell'organizzare il lavoro di tutti gli aspetti fisiologici del corpo umano, compreso il lavoro degli organi vitali, del metabolismo, dell'immunità, dei processi mentali, ecc. Il lavoro del Dr. Yu amplia l'area di ricerca - collabora con uno studio specialistico sul dolore cronico per studiare i ritmi del dolore nei pazienti. Inoltre, sono in corso lavori per studiare il ruolo del ciclo di interruzione nei disturbi nel lavoro dei ritmi circadiani (l'effetto del cambiamento dei fusi orari sulla crescita delle cellule tumorali). Ricerche come questa ci forniscono nuove importanti informazioni che possono essere utilizzate per apportare cambiamenti nello stile di vita: sapere a che ora mangiare e andare a letto in generale è importante per la salute; e con la malattia, le conoscenze acquisite possono essere applicate alla ricerca di farmaci che regolino il lavoro dei ritmi circadiani. Gli scienziati hanno ancora molte ricerche da fare in quasi tutte le aree legate alla salute e alle malattie.

PENSIERO DI BASE: PERCHÉ È IMPORTANTE CONOSCERE I RITMI DEL CIRCADE?

La consapevolezza di come funzionano i ritmi circadiani può avere effetti sulla salute sia a breve che a lungo termine. "I cambiamenti nello stile di vita sono il miglior regalo che puoi fare a te stesso", afferma Chen. "Se gestisci il tuo stile di vita, la tecnologia e la medicina possono diventare fattori secondari per tutta la vita". A breve termine, studi su animali e umani mostrano che stili di vita che supportano ritmi circadiani sani possono supportare la vigilanza, la coordinazione motoria, la salute cardiovascolare, la funzione immunitaria, la salute dell'intestino, il pensiero e il sonno. Esistono prove a sostegno di una riduzione a lungo termine del rischio di malattie croniche.

"Gli effetti dei cambiamenti nello stile di vita potrebbero non essere evidenti per diversi giorni, ma nel tempo i benefici saranno enormi".

Quindi che tipo di stile di vita devi condurre per sincronizzarti con i tuoi ritmi circadiani? La prima cosa da fare è prestare attenzione ai tuoi bioritmi. I ritmi circadiani, sebbene costruiti sulla stessa base, variano da persona a persona a causa dell'età, delle differenze genetiche e ambientali. Alle allodole piace di più la mattina. I gufi preferiscono la notte. È necessario prestare attenzione alle tendenze naturali del proprio corpo ("cronotipo") per applicare con successo le conoscenze delle ultime ricerche scientifiche. Inoltre, non dimenticare che non esiste un approccio unico per tutti.

Il secondo è attenersi a un programma coerente e di routine ogni giorno, sette giorni alla settimana. Il Dr. Yu parla di "jet lag" (jet lag sociale) - quando le persone rompono il loro programma con abitudini atipiche, come mangiare e andare a letto più tardi, svegliarsi più tardi e fare esercizio in diversi giorni della settimana in momenti diversi. Tutte queste azioni possono portare alle stesse conseguenze negative del cambio di fuso orario. Più e più coerentemente segui il regime, meglio il tuo corpo ti aiuterà in questo.

Terzo - applicando le conoscenze acquisite dalla ricerca scientifica - i dati su alimentazione, sonno ed esercizio fisico sono dettagliati di seguito. Molti dei cambiamenti nello stile di vita che la ricerca ha dimostrato implicano cambiamenti nelle abitudini alimentari, ad esempio mangiare una cattiva idea prima di andare a letto. È irto di conseguenze negative per la salute. Mangia piccoli pasti all'inizio e alla fine della giornata, che è abbastanza facile da provare. Lo stesso vale per il sonno: devi seguire il regime e dormire almeno 7-8 ore. Nel peggiore dei casi, ti sentirai riposato e, nel migliore dei casi, migliorerai le tue prospettive di una vita sana.

La cosa principale: il sonno, il cibo e lo sport sono alla base di uno stile di vita sano.

SOGNO

La cosa più importante che puoi fare è mantenere un programma di sonno e veglia coerente e dormire a sufficienza: 7-9 ore di sonno sono considerate normali per un adulto. I risultati della ricerca sulla privazione del sonno e sui disturbi del sonno indicano che la privazione del sonno e i disturbi del sonno influenzano negativamente l'umore, la concentrazione e sono associati a malattie croniche. Inoltre, alcuni scienziati ipotizzano che il disallineamento circadiano causato dal jetlag sociale possa essere diffuso nella società occidentale e contribuire a problemi di salute.

Allora a che ora dovresti andare a letto? In genere, il corpo inizia a produrre melatonina alle 21:00. Questo è un segnale: devi finire tutto e andare a riposare. La secrezione di melatonina termina intorno alle 7:30 del mattino e durante il giorno la melatonina praticamente non è presente nell'organismo. Adeguare le preferenze personali in base alle proprie tendenze naturali è fondamentale per evitare disturbi del sonno (come svegliarsi durante il sonno) e mantenere una salute ottimale.

E infine, luce. Il ciclo del giorno e della notte non è l'unico fattore che influenza il corpo umano, in quanto siamo costantemente confrontati con l'illuminazione artificiale, eppure svolge un ruolo primario. Ottenere abbastanza luce naturale all'inizio della giornata ed evitare l'illuminazione innaturale (come la luce blu dello schermo di uno smartphone) la sera aiuta a mantenere sani i ritmi circadiani.

Punti chiave: dormire a sufficienza e assicurarsi che il sonno e la veglia rimangano gli stessi sette giorni alla settimana. Se sei privato del sonno, inizia subito a ripristinare il tuo regime, altrimenti rischi di compromettere la tua salute a lungo termine.

NUTRIZIONE

In generale, la ricerca mostra che mangiare cibi ipercalorici è meglio al mattino. Cerca di consumare la cena molto prima di andare a letto e di consumare meno calorie. Se riesci a fare tutto intorno alle 18:00 o alle 19:00 e dai al tuo corpo 12-14 ore di riposo, vedrai benefici per la salute a breve e lungo termine.

In parte, il fatto è che l'orologio interno del tuo fegato non funziona di notte. Il fegato smette di produrre enzimi per convertire le calorie in energia; invece, produce enzimi per immagazzinare energia. Se mangi molto prima di andare a letto, il tuo fegato è costretto a fare gli straordinari e finisci per risparmiare più energia di quanta ne consumi.

Un'altra decisione importante che puoi prendere (oltre a mangiare sano) è pianificare il tuo pasto quotidiano. Sebbene i dati siano ancora limitati, gli studi sugli animali e il lavoro del Dr. Panda suggeriscono che il "mangiare a tempo limitato" è un cambiamento dello stile di vita facile e potenzialmente vantaggioso. La soluzione ottimale dipende dal tuo obiettivo. Ma se l'obiettivo è migliorare la tua salute generale, allora è meglio iniziare a 8-9 ore. Ma, in termini di conformità a lungo termine, potrebbe essere consigliabile iniziare a 10-12 ore.

Punto chiave: mangiare di più durante il giorno, non prima di andare a letto. Per migliorare la tua salute, inizia a mangiare a 10-12 ore.

SPORT

Mentre alcuni studi mostrano che le prestazioni anaerobiche raggiungono il picco nel pomeriggio, non c'è consenso tra gli esperti sul legame tra ritmi circadiani ed esercizio fisico, ad eccezione della presenza di un orologio molecolare nel muscolo scheletrico.

E, proprio come gli effetti dell'illuminazione e degli orari dei pasti, anche il tempo degli esercizi svolge un ruolo importante nel mantenimento di ritmi circadiani sani.

La cosa principale: allenarsi regolarmente e lasciare l'attività anaerobica per il pomeriggio.

CONCLUSIONE

La ricerca su come funzionano i ritmi circadiani è abbastanza semplice."Il tuo orologio interno è progettato per bruciare energia durante il giorno e ripristinare energia durante la notte", afferma Y. Migliore è il tempismo, minore è l'usura dell'orologio circadiano. Sebbene l'orologio interno sia stabile, un'interruzione consistente del regime può portare a problemi di salute a lungo termine.

"Quando siamo giovani, il corpo può sopportare molte cose", dice Yu. "Ma questo non significa che tutto vada bene. È come il consumo di carburante: spendi troppa energia in attività aritmiche, il che porterà a problemi con il funzionamento dei ritmi circadiani in futuro.”

Non accorcerai la tua vita di cinque anni mangiando tardi, ma ci sono ore dedicate nel tuo corpo per proteggere la tua salute e ridurre al minimo l'interruzione della tua fisiologia. Sii gentile e premuroso con te stesso e vedrai il risultato.