Rytm dobowy człowieka a EBM

Najlepiej by było, żebyś jadł posiłek między 7 a 9 rano. Ale pamiętaj, że najlepszy czas wypróżnienia to pomiędzy 5 a 7 rano! No i obowiązkowo zjedz obiad między 13 a 15. Wówczas jelito cienkie najlepiej poradzi sobie ze strawieniem, przyswojeniem i wchłonięciem składników pokarmowych do krwi. A jeśli boli Cię głowa po nocnym podżeraniu, to sama jesteś sobie winna/winien… Nie bez kozery zaczynam nieco enigmatycznie, nieco prowokacyjnie, nieco prześmiewczo. Tylko proszę się teraz nie obrażać! A przynajmniej jeszcze nie teraz. Tym krótkim i co przyznaję, kompletnie wyrwanym z kontekstu wstępem chciałbym serdecznie zaprosić do świata samych groźnie brzmiących nazw. Witam w neurologii, neurobiologii i genetyce. Witam w świecie chronobiologii, która podpowie nam co nieco, czym jest rytm dobowy!

Gdzie Wschód spotyka się z Zachodem i gdzie w tym sławny rytm dobowy

Treść powyższego nagłówka powinno w zasadzie rozpoczynać słowo „Czy” zamiast słowa „Gdzie”. By osiągnąć kompromis tak w tytule, jak i w tekście zajmiemy się i jednym i drugim. Bo żeby się gdzieś spotkać najpierw trzeba w ogóle chcieć się spotkać.

Do zapoznania się z całą treścią poniższego tekstu nie musisz być doktorem biologii ani adiunktem w katedrze fizjologii i neurobiologii molekularnej. Powiem więcej – nic nie musisz! Wystarczy odrobina chęci, a przebrniemy przez całość płynnie i bez niepotrzebnych potknięć.

Zaraz, zaraz, to gdzie ten wschód i zachód?

Wszystko prawdopodobnie zaczyna się na Dalekim Wschodzie w naukach Tradycyjnej Medycyny Chińskiej (TMC). To właśnie „tamtejszy” System Narządów, aspekty yin i yang oraz zawiadujące energią meridiany są źródłem zadziwiającej dla człowieka Zachodu filozofii. Filozofii zadziwiającej w świetle zdobyczy współczesnej medycyny, ale równocześnie filozofii zupełnie najprostszej i najbardziej chyba oczywistej. Chcąc ująć na łamach tego artykułu temat bardzo ogólnie, mowa po prostu o zjawisku cykliczności. Porach roku. Dniu i nocy. O przypływie i odpływie. O porze aktywności i porze odpoczynku.

A skoro wszystko odbywa się w jakimś cyklu, to być może nasze narządy wewnętrzne również? Bo niby dlaczego miałyby być wyjęte spod praw, którym najprawdopodobniej podlega świat całej przyrody ożywionej – przynajmniej tak wynika z obserwacji.

Spójrz czasem na zegar

Tak właśnie w trzech zdaniach rysuje się idea, która doprowadziła do powstania okrytego sławą zegara aktywności narządów wg Tradycyjnej Medycyny Chińskiej. Jego podstawowe założenia są jasne. Główne narządy naszego ciała związane z przeróżnymi funkcjami fizjologicznymi mają w ciągu doby okresy swojej największej aktywności, a co za tym idzie również największego „uśpienia”. Ideę podążania za rytmem naszych narządów wewnętrznych Czytelnik już poznał, nieco satyrycznie przedstawioną w pierwszych słowach tego tekstu.

Prędzej czy później, w tej czy innej formie ten zegar dobowy musiał dotrzeć na Zachód. A gdy dotarł, to sprowokował. Sprowokował interpretacje, nadinterpretacje, złe interpretacje lub po prostu inne interpretacje. Po to, by wreszcie wzięła się za niego nauka.

Jak zegar spotkał EBM i co z tego spotkania wynikło?

Prędzej czy później musiało zdarzyć się tak, że świat medycyny opartej na dowodach (ang. Evidence Based Medicine – EBM) postanowił podnieść wzrok znad kart, wypuścić papierosowy dym z płuc i powiedzieć „Sprawdzam”.

Zaczynamy w latach 70 XX wieku [2,3,4]. Poznaj jądra nadskrzyżowaniowe (ang. suprachiasmaticnucleus–SCN), parzystą i bardzo niewielką strukturę położoną w przedniej części podwzgórza ssaków. Szereg badań, których same nazwy są zbyt skomplikowane na potrzeby niniejszego artykułu, doprowadził do ustalenia, że SCN jako całość oraz wszystkie ich komórki z osobna cechują się pewną ewidentnie cykliczną i samowystarczalną aktywnością. Jej częstotliwość jest bardzo duża w ciągu dnia i znacznie spada podczas nocy. Co ważne, jeśli nie najważniejsze!

Badania wykonywane in vitro wykazały, że komórki te nie tracą swych funkcji i aktywności nawet po ich sekcyjnym odizolowaniu od innych części mózgowia [5]. Fakt ten pozwolił na określenie z dużą dozą prawdopodobieństwa, że to właśnie komórki jąder nadskrzyżowaniowych pełnią funkcję kontrolującą zegar dobowy ssaków i to właśnie one rozdają karty w tej grze. A stawka w niej nie byle jaka, bo zwycięzca zgarnia kontrolę czasową nad całym organizmem!

Rytm dobowy – Okay, but…HOW?

Pozostało jeszcze odpowiedzieć na pytanie: jakim sposobem tak niepozorna struktura podwzgórza sprawuje taką olbrzymią władzę? Z wewnątrzkomórkowego punktu widzenia wpływają na to tzw. geny zegarowe. Specyficzne sekwencje genowe
i wynikające z nich procesy transkrypcji oraz translacji działają w określonym rytmie cirkadialnym, trwającym właśnie ok. 24 godzin. System ten nosi nazwę endogennego. Prawdopodobnie to w nim kryje się część sekretów dotyczących mechanizmów kontroli ludzkiego snu i dróg stymulacji całego ośrodkowego układu nerwowego do podejmowania konkretnej aktywności i działania [6-8].

Skoro jądra nadskrzyżowaniowe tworzą układ endogenny i nadrzędny to powinien on jakąś drogą docierać do swoich, w gruncie rzeczy efektorów, czyli pozostałych narządów, prawda?

Otóż – tak! Istnieją trzy szlaki eferentne:

Połączenia jąder z drogami obu gałęzi autonomicznego układu nerwowego
Oś łącząca jądra nadskrzyżowaniowe z jądrami przykorowymi podwzgórza – to ta droga pozwala na dobową kontrolę wydzielania hormonów za pośrednictwem przedniego i tylnego płata przysadki
Oś łącząca się z jądrami wzgórza [9,10]

Dawcy czasu

Samodzielna i zupełnie niezależna praca jąder nadskrzyżowaniowych z całą genetyczną i molekularną magią, która się wśród nich toczy, wcale nie byłaby idealnym rozwiązaniem. Różnorodne ssaki (w tym człowiek) jak ziemia długa i szeroka funkcjonują w bardzo zróżnicowanych środowiskach, które wymagają od nich konkretnych doń adaptacji. Wiemy, że nasz układ nerwowy ustala poziom swojej homeostazy (lub, jak kto woli, homeodynamiki) dzięki reakcjom nie tylko na bodźce wewnętrzne, interoceptywne, ale również poprzez odbiór i analizę sygnałów płynących ze środowiska zewnętrznego, czyli eksteroceptywnych. Zmierzam oczywiście do tego, że zasada ta tyczy się również naszego biologicznego zegara.

Szlakami aferentnymi docierają do jąder nadskrzyżowaniowych okresowe sygnały wejściowe, inaczej zwane poetycko dawcami czasu. Zaliczamy do nich światło oraz szereg tzw. bodźców nieświetlnych. Co ciekawe, ta druga grupa składa się z bodźców o bardzo szerokim spektrum oddziaływania na fizjologię naszego organizmu w ogóle. Mowa o temperaturze i wilgotności powietrza, poziomie aktywności fizycznej w ciągu doby, sposobu i rytmu dobowego odżywiania, odczuwany zapach oraz, nawet, charakterystyka wzajemnych relacji społecznych.

Rytm dobowy a światło

Wróćmy jednak jeszcze na chwilę do arcyciekawego tematu światła! Organizm, czy tego chcemy czy nie, poddaje analizie bodźce świetlne odbierane w ciągu całej doby. W związku z tym nasz świetlny rytm dobowy w procesie ewolucji nie uległ niemal żadnym zmianom. Dzień za dniem w sposób zupełnie naturalny reagujemy na długość dnia i nocy związane z ruchem obrotowym oraz obiegowym Ziemi (pamiętacie cykliczność tak bardzo istotną dla Medycyny Wschodu?). Oczywiście tak działoby się w środowisku naturalnym. Środowisko sztuczne, czyli, bez cienia wątpliwości, cywilizacja (z aglomeracją miejską na czele) skutecznie, dzień za dniem niweczy ustalany przez miliony lat plan ssaczego organizmu.

Ekrany komórek, monitorów, telewizory, światła samochodu, światła ramp, światła wielkiego miasta ( ) – aż chce się powiedzieć, że grzechem było wynalezienie elektryczności! Taki ponadprogramowy wpływ czynników świetlnych zewnętrznych prowadzi do przesunięcia się okresu świetlnego (fotoperiodu) determinuje przesunięcie się tej całej, misternie budowanej równowagi. Oczywiście przypominam, że w międzyczasie wciąż aktualny jest wpływ pozostałych bodźców nieświetlnych.

Wniosek taki, że ciężko utrzymać równowagę na tej chwiejnej do bólu linie, gdy zewsząd wieje wiatr. Patrząc na pęd życia wydawać by się mogło, że czasem na tej linie stoimy wręcz na jednej nodze, jeśli nie na palcach.

Gdzie zachód powraca na wschód

Drodzy Państwo – przełom! A tak naprawdę wiele przełomów, bo każde kolejne badanie pozwalające zagłębić się w świat chronobiologii i tego, jak względem rytmu dobowego funkcjonuje nasz organizm było przełomem. Całkiem niedawno, bo w 2018 wydarzył się kolejny. Skutkiem wielu, wielu, wielu analiz i badań genetycznych powstała potężna praca, która powoli, powoli pozwala kształtować coś na kształt Europejskiego Zegara Biologicznego [11]. Okazuje się, że myśl Chińczyków licząca sobie kilka tysięcy lat i stosowana przez nich z powodzeniem, w XXI wieku staje się akceptowalna również dla świata Medycyny Zachodniej. I rzeczywiście, dobowy rytm pracy narządów staje się naukowym faktem. Czy jest on idealnie zbieżny z tym proponowanym przez TMCh? Trudno jednoznacznie powiedzieć, gdyż EBMowskie zegary oparte na analizie genowej są na razie niezwykle skomplikowane i nie podają wszystkiego wprost. Niewykluczone jednak, że w niedalekim czasie powstanie praca naukowa nakładająca wiedzę Wschodu na wiedzę Zachodu.

Jedno jest jednak pewne i niechaj to pozostanie konkluzją. Rytm dobowy naprawdę istnieje, a intensywność pracy naszych narządów naprawdę od niego zależy. Pytanie, co z tym cyklem dobowym zrobimy. Będziemy się w niego wsłuchiwać, czy być może bez przerwy zakłócać i utrudniać mu „życie”? Jakie mogą być tego konsekwencje zdrowotne? W kontekście nieustannego trudu trwania procesu homeodynamiki – niewątpliwie bardzo rozległe. Ale to już temat na inną opowieść.

Źródła

Kuman M. Acupuncture meridians and their internal dependence reflected in the ancient laws for practical use. Int J Complement Alt Med. 2018;11(3):173-17 8.
Moore RY, Eichler VB. Loss of a circadian adrenalcorticosteronerhythm following suprachiasmatic lesions in the rat. Brain Res 1972;42(1):201–6.
Stephan FK, Zucker I. Circadian rhythms in drinking behavior and locomotor activity of rat sare eliminated by hypothalamic lesions. Proc NatlAcadSci U S A 1972;69(6):1583–6.
Weaver DR. The suprachiasmaticnucleus: a 25- year retrospective. J Biol Rhythms 1998;13(2): 100–12
Moore RY, Speh JC, Leak RK (2002) Suprachiasmatic nucleus organization. Cell Tissue Research, Vol. 309: 89-98.
Rosenwasser AM. Circadian clock genes: noncircadian roles in sleep, addiction, and psychiatric disorders? Neurosci Biobehav Rev 2010;34:1249–55.
Moore RY. Entrainment pathways and the functional organization of the circadian system. Prog Brain Res 1996;111:103–19.
Moore RY, Silver R. Suprachiasmatic nucleus organization. ChronobiolInt 1998;15:475–87.
Andrys-Wawrzyniak I, Jabłecka A. Chronobiologia, chronofarmakologia i ich miejsce w medycynie (Część I); Farm Współ 2008;1:94-108.
Andrys-Wawrzyniak I, Jabłecka A, Wichrowska A. Chronoterapia leków przeciwbólowych. Farm Współ 2010;3:30-4.
L. S. Mure et al., Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues Science (2018)