Yaşam, güneş ışığı ve gece döngüsünün dünyanın özel çevresel özelliklerinde gelişti. Doğal olarak, tüm canlı organizmalar bu döngüden ağır bir şekilde etkilenir ve İnsan bir istisna değildir.
Karanlık-ışık döngüsünün hayatımızdaki etkisinin en bariz örneği uykudur. Ancak gıda alımı, metabolizma ve kan basıncı gibi benzer bir ritmi takip eden başka birçok davranış ve biyolojik işlev vardır.
Hepsi olmasa da çoğu bedensel fonksiyonun gündüz-gece ritmikliği vardır. Biyoloji ve davranıştaki bu 24 saatlik döngülere sirkadiyen ritimler denir.
Bu makalede, sirkadiyen ritimleri çevresel ışık-karanlık döngümüzle üreten ve senkronize eden fizyolojik sistemi öğreneceğiz: sirkadiyen zamanlama sistemi.
Sirkadiyen zamanlama sistemi vücudumuzun içsel zaman tutma mekanizmasıdır. Genellikle biyolojik saat dediğimiz şeydir: zamana bağlı biyolojik süreçlerin ritimlerini kontrol eden saat. Bu süreçleri inceleyen bilime kronobiyoloji denir.
Tıpkı günlük (uyanıklık, aktivite, beslenme) ve gece (uyku, dinlenme, oruç tutma) davranışlarımız olduğu gibi, vücudumuzdaki hücrelerin ve sistemlerin de "biyolojik bir günü" ve "biyolojik bir gecesi" vardır.
Sirkadiyen zamanlama sistemi, tutarlı bir hücresel aktivite paterni oluşturmak için endokrin ve metabolik ritimleri düzenleyen biyolojik kalp pilidir. Biyolojik saat, birbirine bağlı yolları ve işlevleri koordine eder, zaman içinde uyumsuz yolları ve işlevleri ayırır ve biyolojimizi ve davranışlarımızı çevre ile senkronize eder.
Biyolojik gün boyunca, uyanıklığı sağlamak ve fiziksel aktiviteyi ve beslenmeyi desteklemek için sirkadiyen zamanlama sistemi metabolizmayı enerji üretim ve enerji depolama durumuna kaydırır. Bunu, hücre enerjisi üretmek ve enerji rezervlerini (glisejen, trigliseritler) yenilemek için besin maddelerinin (glikoz, yağ asitleri) kullanımını teşvik eden hormonal sinyalleri (örneğin, artan insülin sinyali, azaltılmış leptin) ve metabolik yolları tercih ederek yapar.
Tersine, biyolojik gece boyunca, sirkadiyen zamanlama sistemi uykuyu teşvik eder ve hormonal sinyalleri (örneğin, azaltılmış insülin sinyali, artan leptin) ve depolanan enerji rezervlerini parçalayan ve kan şekeri seviyelerini koruyan metabolik yolları tercih ederek metabolizmayı depolanan enerjinin mobilizasyon durumuna kaydırır.
Sirkadiyen zamanlama sistemi tarafından günün zamanı sinyali, tüm hücrelerin ve tüm sistemlerin (sinir, kardiyovasküler, sindirim vb.) çevredeki döngüsel değişiklikleri tahmin etmesine, yakın çevresel, davranışsal veya biyolojik kalıpları tahmin etmesine ve bunlara önleyici olarak uyum sağlamasına olanak tanır.
Örneğin, güneş battığında, dokularımız yakında uyuyacağımızı ve aç olacağımızı bilir, bu nedenle enerjinin depodan çekilmesi gerekir. Aynı şekilde, güneş doğduğunda, dokularımız yakında uyanık olacağımızı ve besleneceğimizi bilir, böylece bizi geceyi geçirmek için bir miktar enerji depolanabilir bir konuma getirir.
Vücudumuzdaki her hücrenin, faaliyetlerini zamanlayan bir tür özerk saati vardır. Çoğu hücrede, saat genleri adı verilen bir dizi gendir. Saat genleri, diğer genlerin zamana özgü işlevlere ritmik aktivitesini kontrol eder ve hücre metabolizmasında ve işlevinde günlük salınımlar üretir.
Ancak bu dokuya özgü saatlerin vücudumuzdaki dengeyi korumak için tutarlı bir şekilde çalışması gerekir. Bu tutarlılık, beynimizdeki tüm sirkadiyen süreçleri organize eden bir ana saat tarafından yaratılır. Bu merkezi saat, hipotalamusun thesuprachiasmatic nucleus (SCN) adı verilen bir bölgesinde yer almaktadır.
SCN'deki saat genleri biyolojik saatimizin doğal dönemini belirler. 24 saatlik çevresel döneme çarpıcı bir şekilde yakın olmasına rağmen (ortalama olarak yaklaşık 24,2 saat), yine de çevreden senkronizasyonun kaldırılmasına izin verecek kadar farklıdır. Bu nedenle her gün sıfırlanması gerekiyor. Bu, ana saatimizi çevreye sürükleyen "zaman veren" ışıkla yapılır.
SCN, melanopsin adı verilen ışığa duyarlı bir protein içeren retina nöronlarından girdi alır. Özünde ışığa duyarlı retinal gangliyon hücreleri (ipRGC'ler) olarak adlandırılan bu nöronlar, çevresel ışık seviyelerini algılar ve SCN saatini ışık-karanlık döngüsüyle senkronize etmek için sıfırlar.
SCN daha sonra tüm hücresel saatleri ışık döngüsüne sürükleyebilir. Tüm vücut saat senkronizasyonunun ana mekanizmalarından biri, günün zamanına bağlı hormonal sinyalizasyondur. Hormonlar kan yoluyla uzun mesafeli mesajlar taşıyabilir ve bu nedenle sirkadiyen biyolojide önemli bir iletişim sistemidir. Bu sinyallemede kilit rolü olan iki hormon vardır: melatonin ve kortizol.
Melatonin hormonu sirkadiyen zamanlama sisteminin önemli bir sinyal molekülüdür. Melatonin, epifiz bezi tarafından sirkadiyen bir ritimde üretilir: Gün batımından kısa bir süre sonra yükselir (loş ışık melatonin başlangıcı), gecenin ortasında zirve yapar (sabah 2 ile 4 arasında) ve daha sonra kademeli olarak azalır, gündüz saatlerinde çok düşük seviyelere düşer.
Epifiz bezi tarafından melatonin üretimi, sadece geceleri aktif olan bir nöronal sinyal yolu aracılığıyla SCN tarafından aktive edilir. Gündüzleri, retinadan gelen ışık girişi epifiz bezine SCN sinyalini engeller ve melatonin sentezini durdurur. Bu mekanizma sayesinde melatonin üretimi ışık tarafından engellenir ve karanlık tarafından geliştirilir.
Epifiz melatonin kan akışına salınır ve vücudumuzdaki tüm dokulara ulaşır, burada saat genlerinin aktivitesini modüle eder ve karanlığa işaret eden bir zaman verici görevi görür. Melatonin, beyindeki ve periferik dokulardaki etkisiyle uykuyu teşvik eder ve oruç dönemi beklentisiyle fizyolojik süreçlerimizi biyolojik geceye kaydırır.
Melatoninin hedeflerinden biri, merkezi saatin ritmini ayarlayan ve tüm sistemi senkronize tutan bir geri bildirim sinyali görevi gördüğü SCN'nin kendisidir.
Bu nedenle, melatonin bir kronobiyotik moleküldür, biyolojik saatin fazını ayarlama (tahmin etme veya geciktirme) kapasitesine sahip bir moleküldür. Melatonin'in kronobiyotik etkileri, çevresel adaptasyonumuz için gerekli olan fizyolojik ve davranışsal süreçlerin günlük yeterli ritmikliği için hayati öneme sahiptir.
Kortizol hormonu daha çok bir stres hormonu etkisiyle bilinir, ancak aynı zamanda sirkadiyen zamanlama sisteminde önemli bir sinyal molekülüdür. Kortizol, adrenal bezde SCN tarafından kontrol edilen sirkadiyen bir ritimle bymitokondritarafından üretilir.
Uyandıktan sonraki ilk saat içinde, kortizol üretiminde keskin bir artış olur kortizol uyanma tepkisi (CAR). Bu sabahki zirvenin ardından kortizol üretimi gün boyunca sürekli olarak azalmaktadır. Kortizol üretimi uykunun ilk yarısında çok düşüktür ve daha sonra ikinci yarıda istikrarlı bir şekilde yükselir.
Şafak sökerken kortizol seviyelerindeki artış vücudun şunları yapmasına izin verir:
1) Bir gecede oruç tuttuktan sonra yakında uyanacağımızı tahmin eder
2) Fiziksel aktivite ve beslenmeye hazırlanır.
Hücreler besinleri işlemeye, enerji taleplerine yanıt vermeye ve enerji rezervlerini yenilemeye hazırlanarak yanıt verir.
Kortizol sekresyonundaki sabah zirvesi, günümüze hızla başlayan uyanmaya yönelik bir tür stres tepkisi olarak kabul edilebilir. Kortizoldeki ani artış uyarılmayı artırır, biyolojik günümüzü başlatır ve günlük davranışlarımızı harekete geçirir.
Sirkadiyen ritmiklik, ışığın seviyeleri ve türü tarafından çok zarif bir şekilde düzenlenir. Örneğin, melatonin üretimi, sabah ışığının zenginleştirildiği parlak mavi ışık tarafından en belirgin şekilde engellenir. Ve buna göre, kortizol uyanma tepkisi uyanma zamanından etkilenir ve özellikle sabahları mavi ışığa maruz kaldığında daha büyüktür.
Vücudumuz çevresel 24 saatlik modeli takip etmek için optimize edilmiştir, ancak teknoloji ve modern yaşam tarzları bu modeli bozdu. Parlak mavi ışık aynı zamanda ekranlar ve enerji tasarruflu ampuller de dahil olmak üzere yapay ışık kaynakları tarafından yüksek miktarlarda yayılan bir ışık türüdür. Normal oda ışığı gibi nispeten düşük ışık yoğunluklarında bile bu ışık kaynaklarına gece maruziyeti melatonin üretimini hızla engelleyebilir.
Sirkadiyen zamanlama sistemindeki bu yapay değişiklikler sonuçsuz değildir. SCN, sirkadiyen bozulmaya yanıt olarak oldukça hızlı bir şekilde sıfırlanabilse de periferik organlar daha yavaştır, bu da ışık-karanlık döngüsündeki kaymalar tekrarlanırsa yapay çevre ile senkronizasyonuna yol açabilir.
Sirkadiyen bozulmasının her türlü biyolojik süreç üzerinde olumsuz bir etkisi olabilir: Uyku bozukluklarına, metabolik ve kardiyovasküler işlev bozukluklarına, duygudurum bozukluklarına ve refahı etkileyen diğer bozulmalara katkıda bulunabilir.
Vardiya çalışanları, sirkadiyen yanlış hizalamanın ne kadar ciddi olabileceğinin yaygın olarak bilinen örneğidir: Melatonin ve kortizol ritimlerinin yanlış hizalandığını gösterirler ve diğer hastalıkların yanı sıra kardiyometabolik hastalıklar, kanser ve gastrointestinal bozukluklar geliştirme riskleri artar.
Kronobiyoloji anlayışı büyüdükçe, sirkadiyen ritimlerin sağlık için ne kadar önemli olduğunun farkındalığı da artar. Sirkadiyen bozulmanın ana nedenleri ana döngülerimizdeki değişikliklerdir: ışık-karanlık, uyku-uyanıklık ve beslenme-açlık döngüleri.
Bu nedenle, hayatınız izin verdiği kadar, sirkadiyen ritimlerinizi destekleyebilecek basit alışkanlıklar oluşturmaya çalışın: uykunuzu optimize edin, uykudan önce ekranlardan uzak durun veya geceleri, TV izlerken veya bilgisayar kullanırken mavi ışığı engelleyen gözlük kullanın, normal zamanlarda ve günün erken saatlerinde yemek yiyin ve sabah dışarı çıkın ve biraz güneş ışığı alın.
