Każdy ma w sobie "machinę czasu"

- Życie współczesnego człowieka znacznie różni się od życia naszych przodków i od warunków naturalnych, w jakich żyją zwierzęta. Jak więc funkcjonuje zegar biologiczny u współczesnego człowieka, czy uniezależniliśmy się od chodu wewnętrznego zegara? Najnowsze badania wykazują, że zaburzenia związane z funkcjonowanie zegara biologicznego mogą być związane występowaniem w coraz większym zakresie w współczesnym społeczeństwie chorób psychicznych, depresji - mówi dr hab. Elżbieta Pyza z Zakładu Cytologii i Histologii Instytutu Zoologii UJ.

Zmiany, jakie wynikają z ruchu Ziemi wokół własnej osi oraz obiegu Ziemi wokół Słońca, na wszystkie żyjące organizmy. Zmiany te wyznaczają m.in. naturalny okres spoczynku i aktywności, a także wpływają na większość procesów życiowych.

- Badania rytmu snu i czuwania wykazały, że utrzymuje się on nawet, gdy nie znamy godziny doby i nie mamy kontaktu z czynnikami wskazującymi porę dnia, a więc w tzw. stałych warunkach środowiska. Fakt ten doprowadził chronobiologów do odkrycia wewnętrznego zegar, zwanego zegarem biologicznym - dodaje dr hab. Elżbieta Pyza. Ten wewnątrzustrojowy mechanizm, zwany zegarem biologicznym, steruje tzw. rytmami wewnątrzpochodnymi (endogennymi), które do zachowania swej rytmiki nie wymagają właściwego synchronizatora (patrz: dalej). Rytmy biologiczne mogą być również sterowanie przez czynniki zewnętrzne, takie jak warunki oświetlenia, temperatura, wilgotność. Wówczas rytmy takie nazywa się zewnątrzpochodnymi (egzogennymi), a kontrolujące je czynniki - synchronizatorami lub wyznacznikami rytmów.

Zdaniem naukowców, nasz wewnętrzny zegar nie jest jednak bardzo precyzyjny i generuje rytmy o okresie nieco dłuższym lub nieco krótszym niż 24 godz., czyli tzw. rytmy okołodobowe, które są zgodne z obrotem Ziemi wokół własnej osi. Rytmowi dobowemu odpowiada sekwencja stanów czuwania i snu, temperatura ciała, podziały komórkowe, pobieranie pokarmu, wydzielanie hormonów, stężenie glukozy oraz innych substancji we krwi, a także wydajność umysłowa.

Istnieją także rytmy krótsze od 20 godzin, tzw. infradialne, które dotyczą takich funkcji fizjologicznych jak tętno, ciśnienie krwi, ruchy przewodu pokarmowego, oddychanie oraz drobne oscylacje stężenia niektórych hormonów we krwi (np. kortyzolu, insuliny). Z kolei z rytmów dłuższych od okołodobowych ważne znaczenie mają księżycowe (lunarne) rytmy miesięczne, którym podlegają czynności rozrodcze niektórych zwierząt i cykle miesiączkowe u kobiet.

U ssaków rytmiką dobową czynności fizjologicznych steruje jądro nadskrzyżowaniowe (nucleus suprachiasmaticus) podwzgórza, które znajduje się w bliskim sąsiedztwie skrzyżowania nerwów wzrokowych (stąd też pochodzi jego nazwa). Impulsy nerwowe z tego miejsca są przekazywane do tych ośrodków podwzgórza, które regulują procesy fizjologiczne o cyklicznym przebiegu, takie jak: wydzielanie hormonów z wyraźnie zaznaczoną rytmiką dobową (hormony gonadotropowe, hormon wzrostu, prolaktyna), utrzymanie temperatury ciała, pobieranie pokarmu, wydalanie kału, moczu. Poza tym w jądrze nadskrzyżowaniowym bierze początek długa droga do ośrodków współczulnych w odcinku piersiowym rdzenia kręgowego. Z ośrodków tych wychodzą dalsze włókna do szyszynki, gruczołu wydzielania wewnętrznego wydzielającego hormon melatoninę.

M. R. Ralph wraz z współpracownikami Uniwersytetu Wirginii w USA, wykazali, że dobowa rytmika aktywności ruchowej, zarówno sterowana światłem, jak też endogenna, po uszkodzeniu jądra nadskrzyowaniowego nie działa prawidłowo. Badaczom udało się ją jednak przywrócić u chomika, do mózgu którego wszczepili fragment płodowej tkanki mózgowej zawierającej jądro nadskrzyżowaniowe.

Szyszynka to gruczoł wydzielania wewnętrznego, w którym produkowany jest niezwykle ważny hormon - melatonina. U ssaków szyszynka nie odbiera bezpośrednio bodźców świetlnych, jednakże jej czynność jest regulowana przez warunki oświetlenia. Dzieje się to za pośrednictwem jądra nadskrzyżowaniowego, aby jednak informacja z tego jądra dotarła do szyszynki, musi przebyć długą drogę przez rdzeń kręgowy. Pierwszy etap jej podróży prowadzi do ośrodków współczulnych w górnych segmentach odcinka piersiowego rdzenia. W ośrodkach tych biorą początek włókna przedzwojowe podążające do zwoju szyjnego górnego. Kolejnym etapem są włókna zazwojowe, które po wyjściu z tego zwoju wchodzą do czaszki i docierają do szyszynki. Proces uwalniania hormonu melatoniny z komórek szyszynki (tzw. pinealocytów) zachodzi, gdy na zewnątrz panuje ciemność. W ciemności stężenie melatoniny we krwi bywa 10 razy większe niż podczas pełnego oświetlenia.

Brak melatoniny wywołuje zaburzenia snu, tzw. płytki sen, trudności w zasypianiu, depresję, lęki, zaburzenia pamięci. Zaburzenia snu wyraźnie zwiększają się z wiekiem, dlatego też w terapii zaburzeń snu stosuje się N-acetylo-5-hydroksytryptamina, czyli syntetyczną melatoninę. Wielu oznacza ją jako "cudowny lek XXI wieku". Przypisuje się mu wręcz niezwykłe właściwości - nie tylko jeśli chodzi o jakość snu, ale też życia seksualnego, wzmacniania układu immunologicznego, zapobiegania rakowi piersi, a nawet spowalniania procesu starzenia.

Oprócz stanów czuwania i snu rytmice podlegają także nasze czynności fizjologiczne i psychologiczne. Na przykład temperatura ciała jest najniższa w godzinach porannych, w ciągu dnia stopniowo wzrasta, osiągając szczyt wieczorem, po czym obniża się nocą. Z kolei stężenie kortyzolu (hormonu kory nadnerczy) we krwi jest największe tuż po obudzeniu się wczesnym rankiem, następnie zmniejsza się, osiągając najniższy poziom wieczorem. Do czynności psychicznych, które podlegają rytmice dobowej, należy przede wszystkim poziom czujności, nastrój, wydolność umysłowa.

Najniższy poziom czujności ma miejsce rano, po obudzeniu się, potem wzrasta, osiąga szczyt między godziną 12-14, a następnie znów obniża się ku wieczorowi. Najgorsze samopoczucie mamy rano, później poprawia się około południa, gdy zwiększa się poziom czujności i motywacji.

Każdy organ wewnętrzny ma zatem swój własny zegar, w oparciu o który staje się aktywny o innej porze dnia czy nocy. Oto krótki przegląd tego, co odkryli naukowcy. Wątroba aktywuje się w pomiędzy godziną 1:00 a 3:00, płuca pomiędzy 3:00 i 5:00, jelito grube od 5:00 do 7:00, żołądek od 7:00 do 9:00, trzustka i śledziona pomiędzy 9:00 i 11:00, serce od 1:00 do 13:00, jelito cienkie pomiędzy 13:00 a 15:00, kolejne godziny są istotne dla pęcherza moczowego (15:00-17:00), osłony serca i krwi (godz. 19:00-21:00) i woreczka żółciowego (23:00-1:00, dlatego też chorzy odczuwają o tej godzinie największy ból).

Chronofarmakologia to farmakoterapia oparta na rytmice dobowej czynności organizmu. Bada, kiedy lek będzie mieć najwięcej receptorów, które go "przechwycą", a zatem kiedy będzie najskuteczniejszy. Receptory również mają swoje rytmy dniowe. Lekarze przy planowaniu terapii powinni zatem uwzględniać rytm rozkładu medykamentu, tak aby pozostał on w skutecznej postaci.