Bagaimana ritme biologis endogen bekerja

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Artikel ini dikhususkan untuk pekerjaan ritme sirkadian - ritme biologis endogen dengan periode sekitar 24 jam, karakteristik sebagian besar organisme, termasuk manusia. Ini adalah ikhtisar dari penelitian ilmiah terbaru, bukan kumpulan tips bermanfaat, meskipun artikel tersebut berbicara tentang potensi perubahan gaya hidup. Ulasan ini tidak lengkap; kami akan terus memperbaruinya saat studi penelitian baru muncul.

Hal utama:

→ Ritme sirkadian yang konsisten dan sehat dapat membantu meningkatkan kesehatan secara keseluruhan serta pencegahan penyakit kronis yang efektif.

→ Ingatlah untuk tidur: diet, olahraga, dan faktor lain memengaruhi cara kerja ritme sirkadian.

→ Pelajari kekhasan kerja ritme sirkadian, tentukan "kronotipe" Anda, lalu terapkan pengetahuan yang diperoleh pada rekomendasi metodologis yang ditunjukkan dalam penelitian ilmiah.

Sebelum memasukkan salah satu saran dalam artikel ini ke dalam rutinitas harian Anda, tanyakan kepada profesional kesehatan Anda.

Sebelum membaca artikel: glosarium singkat

1. Sirkadian: siklus berulang secara alami dengan periode sekitar 24 jam, terlepas dari panjang siang hari; dari bahasa Latin circa ("o") dan diem ("hari").
2. Sensor ritme: sinyal lingkungan, seperti perubahan cahaya atau suhu; dari bahasa Jerman zeit ("waktu") dan geber ("pemberi").
3. Endogen: suatu proses patologis dalam tubuh yang disebabkan oleh faktor internal, dan bukan disebabkan oleh pengaruh eksternal (akar penyebab).
4. Penyesuaian ritme sirkadian: terjadi ketika tugas-tugas berirama, fisiologis, atau perilaku sesuai dengan perubahan lingkungan; interaksi ritme sirkadian dengan lingkungan.
5. Harian: setiap hari; dari bahasa latin dies (hari) dan dan diurnus (harian).
6. Master Clock: Sepasang populasi sel yang ditemukan di hipotalamus, juga dikenal sebagai nukleus suprachiasmatic (SCN); Sel-sel ini mengandung gen yang mengontrol ritme sirkadian.
7. Gen mutan: perubahan permanen pada urutan DNA; digunakan oleh ahli kronobiologi untuk mengenali mekanisme gen jam dengan mengidentifikasi gen mutan pada hewan dengan sindrom sirkadian aritmia.

Bayangkan sebuah tanaman mencoba berfotosintesis di malam hari: sebuah drama pendek dalam kegelapan. “Tanaman berurusan dengan hidup dan mati,” kata Sally Yu, asisten profesor biokimia dan biologi sel di University of Texas di Houston Health Sciences Center (UTHealth), dengan muram. "Jika mereka tidak mengikuti ritme sirkadian, mereka akan mati." Tetapi bagi seseorang, ramalannya tidak akan begitu suram. "Bahkan jika Anda menghapus gen jam (gen penting yang mengatur kerja ritme sirkadian), Anda tidak akan langsung mati," kata Yu. "Tapi Anda akan menderita." Kemungkinan masalah? Masalah psikologis yang persisten dan, antara lain, peningkatan risiko penyakit kronis. Hidup itu sulit ketika semuanya tidak sinkron.

Rekan Yu, Jake Chen, asisten profesor di departemen yang sama, mengatakan secara berbeda: “Kami sering mengatakan bahwa segala sesuatu harus dilakukan sesuai jadwal. Tapi ini berlebihan. Tapi ungkapan "semuanya ada waktunya" tidak. Dan ini berhubungan langsung dengan tubuh manusia. Dalam setiap sel, jaringan atau organ, proses fisiologis terjadi pada waktu tertentu. Jam biologis adalah sejenis pengatur waktu - sebuah mekanisme yang dengannya kita dapat memastikan bahwa semuanya bekerja dengan baik. Ini adalah fungsi mendasar.”

Chen dan Yu mempelajari ritme sirkadian - ritme biologis tubuh dengan jangka waktu sekitar 24 jam, yang setiap hari diikuti oleh semua makhluk hidup di planet kita. Ritme sirkadian atau ritme sirkadian berhubungan langsung dengan jutaan tahun perkembangan kehidupan di planet kita. Ini adalah produk dari interaksi jam biologis internal tubuh dan lingkungan - tidak hanya sinar matahari, tetapi banyak faktor lain yang menentukan perilaku, mengatur kadar hormon, tidur, suhu tubuh, dan metabolisme.

Yang disebut "master clock" atau suprachiasmatic nucleus (SCN), jam master yang mengontrol ritme sirkadian, adalah sepasang populasi sel yang diisi dengan gen (termasuk Jam, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1, dan Cry2), terletak di hipotalamus. Pada tingkat molekuler, jejak gen jam ditemukan di ginjal, hati, pankreas, dan organ lainnya. SCN bertindak sebagai CEO yang menginstruksikan tubuh untuk mematuhi jadwal dan memproses sinyal lingkungan. Howard Hughes Medical Institute.)

Seperti yang akan kita lihat nanti, memperhatikan ritme sirkadian meningkatkan fungsi harian (fisiologis dan psikologis) tubuh dan, pada akhirnya, memengaruhi kondisi kesehatan, baik dalam jangka panjang maupun jangka pendek. Menjaga ritme sirkadian membuat mereka tetap bekerja sambil mempertahankan apa yang disebut Sally Yu sebagai "jam tangan yang andal".

“Saya tidak bisa mengatakan dengan pasti betapa pentingnya ritme sirkadian dalam mencegah penyakit kronis, apa dampaknya terhadap kesehatan dalam jangka panjang, apakah itu bermanfaat dan pada akhirnya mempengaruhi harapan hidup.”

Informasi tentang para ahli:

Ilmuwan: Zheng "Jake" Chen

Pendidikan: PhD, Universitas Columbia, New York

Posisi: Asisten Profesor di Departemen Biokimia dan Biologi Sel di Pusat Ilmu Kesehatan Universitas Texas di Houston

Artikel terakhir yang diterbitkan: Nobiletin molekul kecil menargetkan osilator molekuler untuk meningkatkan ritme sirkadian dan melindungi dari sindrom metabolik.

Area penelitian: Penyelidikan molekul kecil untuk kronobiologi dan kedokteran.

Ilmuwan: Seung Hee "Sally" Yoo

Pendidikan: PhD, Institut Sains dan Teknologi Korea

Posisi: Associate Professor, Departemen Biokimia dan Biologi Sel, Pusat Ilmu Kesehatan Universitas Texas di Houston

Artikel terakhir yang diterbitkan: Period2 3'-UTR dan microRNA-24 mengatur ritme sirkadian dengan menekan akumulasi protein PERIOD2. Juga Pengembangan dan Potensi Terapi Modulator Molekul Kecil Sistem Sirkadian.

Area penelitian: Mekanisme seluler mendasar dalam ritme sirkadian dan menguraikan peran fisiologis dan patologis jam.

SEJARAH: TAHAP UTAMA PERKEMBANGAN BIOLOGIS Irama Sirkadik

Hal pertama yang perlu diketahui tentang studi ritme sirkadian (ahli kronobiologi melakukan ini) adalah bahwa, dengan pengecualian yang jarang terjadi, semua organisme mengikuti ritme sirkadiannya. Dari bunga bakung hingga burung pipit, dari zebra hingga manusia, hampir semua organisme hidup di planet ini mengikuti siklus matahari. Pada tahun 1729, ilmuwan Prancis Jean-Jacques de Meran mencatat pengamatan pertama pergerakan daun diurnal endogen atau tertanam dari tanaman Mimosa pudica. Bahkan dalam kegelapan total, tanaman itu terus mengikuti ritme hariannya. Ilmuwan menyimpulkan bahwa tanaman tidak hanya bergantung pada sinyal eksternal atau sensor ritme, tetapi juga pada jam biologis internalnya sendiri.

Kronobiologi berkembang dua ratus tahun kemudian, di pertengahan abad ke-20. Dipengaruhi oleh kontribusi sejumlah ilmuwan, khususnya Colin Pittendry, "bapak jam biologis". Pittendry mempelajari lalat buah atau Drosophila dan menjelaskan bagaimana ritme sirkadian berinteraksi atau sinkron dengan siklus siang dan malam. Jurgen Aschoff, teman Pittendry, juga mempelajari interaksi dengan siklus siang dan malam, tetapi para ilmuwan sampai pada kesimpulan yang berbeda tentang bagaimana interaksi itu terjadi (parametrik dan nonparametrik, Anda dapat membaca lebih lanjut di sini dan di sini). John Woodland Hastings dan rekan-rekannya membuat penemuan mendasar tentang peran cahaya dalam ritme sirkadian dengan mempelajari dinoflagellata bioluminescent (ganggang, spesies plankton). Ahli botani Erwin Bunnig juga berkontribusi pada penelitian dasar tentang pemodelan interaksi, yang menggambarkan hubungan antara organisme dan siklus pemutusan.

Tahap penemuan selanjutnya dalam kronobiologi menghubungkan mekanisme molekuler dan genetik spesifik dari kerja ritme sirkadian. Ini mengikuti dari karya Ron Konopka dan Seymour Benzer, yang pada awal 1970-an berusaha mengidentifikasi gen spesifik yang mengontrol ritme sirkadian lalat buah. Konopka dan Benzer dikreditkan dengan penemuan gen bermutasi, yang mereka sebut periode yang mengganggu jam sirkadian lalat buah. Ini adalah bagaimana penentu genetik ritme perilaku pertama kali ditemukan. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash, dan Michael W. Young telah berhasil melengkapi karya Konopka dan Benzer dengan menunjukkan kerja gen periode pada tingkat molekuler. Hall, Rosbash dan Young menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 2017. Mereka mengisolasi gen periode dan kemudian menunjukkan bagaimana sistem jam harian bekerja pada tingkat molekuler.

Saat melakukan penelitian pada lalat buah dan tikus pada tahun 1994, Joseph Takahashi dan timnya menemukan gen jam pada mamalia dan menyebutnya jam, menggambarkannya sebagai "fitur mekanisme jam sirkadian yang dilestarikan secara evolusi." Penemuan gen jam, bersama dengan karya Hall, Rosbash, Young, dan ilmuwan Michael Greenberg, merupakan momen penting dalam kronobiologi. Dalam beberapa tahun, gen ditemukan yang memastikan kerja ritme sirkadian pada organisme yang lebih rendah.

Ilmu pengetahuan terus berkembang, dan banyak penelitian pada lalat buah dan tikus telah menunjukkan kegigihan yang luar biasa dari gen jam dalam spesies, yang berarti bahwa ada gen serupa yang mengontrol ritme sirkadian pada organisme yang lebih kompleks, termasuk manusia.

"Matahari terbit dan terbenam masih menjadi faktor utama yang mempengaruhi ritme sirkadian, tetapi faktor lain terus dipantau dalam penelitian ilmiah."

PENELITIAN TERBARU: PENENTUAN PERAN Irama CIRCADIUM DALAM KESEHATAN DAN PENYAKIT MANUSIA

Penting untuk dicatat bahwa biologi ritme sirkadian sangat kompleks - ada banyak jurnal ilmiah yang didedikasikan untuk bidang penelitian ini. Akibatnya, pemahaman kita tentang peran jam biologis dalam kesehatan manusia adalah hasil dari studi epidemiologi serta studi hewan. Studi pada organisme yang lebih rendah membantu mengungkap kerja mekanisme molekuler dan genetik dalam tindakan, setelah itu dapat dilihat bagaimana, misalnya, gangguan tidur menyebabkan peningkatan risiko diabetes tipe 2, obesitas, dan sejumlah penyakit kardiovaskular.

Memang, salah satu bidang penelitian yang paling menjanjikan adalah tidur. Para ilmuwan saat ini mengaitkan kurang tidur dan gangguan ritme sirkadian berikutnya dengan perkembangan obesitas dan depresi, serta sebagian besar penyakit kronis. Penelitian telah menunjukkan bahwa kurang tidur dapat menyebabkan efek samping yang tidak terduga, seperti ketidakmampuan untuk mengenali wajah.

Memahami bagaimana ritme sirkadian bekerja juga jauh melampaui interaksi dengan siklus siang dan malam. "Ada isyarat sosial, isyarat makanan dan isyarat olahraga - mereka sangat beragam," kata Y. Matahari terbit dan terbenam masih memiliki pengaruh besar pada ritme sirkadian, tetapi faktor lain sedang diselidiki. Sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa diet adalah sinyal eksternal utama yang berinteraksi dengan jam internal, termasuk pekerjaan Dr. Satchidananda Panda untuk membatasi waktu diet (bagaimana waktu makan memengaruhi kesehatan).

Secara umum, sekarang jelas bahwa ritme sirkadian memainkan peran sistemik untuk mengatur kerja semua aspek fisiologis tubuh manusia, termasuk kerja organ vital, metabolisme, kekebalan, proses berpikir, dll. Karya Dr. Yu memperluas area tersebut. penelitian - dia bekerja sama dengan spesialis studi nyeri kronis untuk mempelajari ritme nyeri pada pasien. Juga, pekerjaan sedang dilakukan untuk mempelajari peran siklus pemutusan dalam gangguan dalam pekerjaan ritme sirkadian (efek perubahan zona waktu pada pertumbuhan sel kanker). Penelitian seperti ini memberi kita wawasan baru yang penting yang dapat digunakan untuk membuat perubahan gaya hidup - mengetahui jam makan dan tidur secara umum penting untuk kesehatan; dan dengan penyakit, pengetahuan yang diperoleh dapat diterapkan untuk mencari obat yang mengatur kerja ritme sirkadian. Para ilmuwan masih memiliki banyak penelitian yang harus dilakukan di hampir semua bidang yang berkaitan dengan kesehatan dan penyakit.

PIKIRAN DASAR: MENGAPA PENTING UNTUK DIKETAHUI TENTANG Irama Sirkade?

Kesadaran tentang bagaimana ritme sirkadian bekerja dapat memiliki efek kesehatan jangka pendek dan jangka panjang. “Perubahan gaya hidup adalah hadiah terbaik yang bisa Anda berikan pada diri sendiri,” kata Chen. “Jika Anda mengatur gaya hidup Anda, teknologi dan obat-obatan dapat menjadi faktor sekunder sepanjang hidup Anda.” Dalam jangka pendek, penelitian pada hewan dan manusia menunjukkan bahwa gaya hidup yang mendukung ritme sirkadian yang sehat dapat mendukung kewaspadaan, koordinasi motorik, kesehatan jantung, fungsi kekebalan, kesehatan usus, pikiran dan tidur. Ada bukti yang mendukung pengurangan jangka panjang dalam risiko penyakit kronis.

"Efek dari perubahan gaya hidup mungkin tidak terlihat selama beberapa hari, tetapi seiring waktu, manfaatnya akan sangat besar."

Jadi, gaya hidup seperti apa yang perlu Anda pimpin agar selaras dengan ritme sirkadian Anda? Hal pertama yang harus dilakukan adalah memperhatikan bioritme Anda. Ritme sirkadian, meskipun dibangun atas dasar yang sama, bervariasi dari orang ke orang karena perbedaan usia, genetik, dan lingkungan. Larks lebih menyukai pagi hari. Burung hantu lebih suka malam. Anda perlu memperhatikan kecenderungan alami tubuh Anda (“chronotype”) agar berhasil menerapkan pengetahuan penelitian ilmiah terbaru. Juga, jangan lupa bahwa tidak ada pendekatan satu ukuran untuk semua.

Yang kedua adalah berpegang pada jadwal rutin yang konsisten setiap hari, tujuh hari seminggu. Dr. Yu berbicara tentang "jet lag" (jet lag sosial) - ketika orang melanggar jadwal mereka dengan kebiasaan yang tidak biasa, seperti makan dan tidur lebih larut, bangun lebih lambat, dan berolahraga pada hari yang berbeda dalam seminggu pada waktu yang berbeda. Semua tindakan ini dapat menyebabkan konsekuensi negatif yang sama seperti mengubah zona waktu. Semakin konsisten Anda mengikuti rejimen, semakin baik tubuh Anda akan membantu Anda dalam hal ini.

Ketiga - menerapkan pengetahuan yang diperoleh dari penelitian ilmiah - data nutrisi, tidur dan olahraga dirinci di bawah ini. Banyak perubahan gaya hidup yang ditunjukkan oleh penelitian melibatkan perubahan kebiasaan makan - misalnya, makan dengan ide yang buruk sebelum tidur. Itu penuh dengan konsekuensi kesehatan yang negatif. Makanlah dalam porsi kecil di pagi dan sore hari, yang cukup mudah untuk dicoba. Hal yang sama berlaku untuk tidur - Anda harus mengikuti aturan dan tidur setidaknya 7-8 jam. Paling buruk, Anda akan merasa beristirahat, dan yang terbaik, Anda akan meningkatkan prospek Anda untuk hidup sehat.

Hal utama: tidur, makanan, dan olahraga adalah dasar dari gaya hidup sehat.

MIMPI

Hal terpenting yang dapat Anda lakukan adalah menjaga jadwal tidur dan bangun yang konsisten dan tidur yang cukup - 7-9 jam tidur dianggap normal untuk orang dewasa. Temuan penelitian tentang kurang tidur dan gangguan tidur menunjukkan bahwa kurang tidur dan gangguan tidur secara negatif mempengaruhi suasana hati, konsentrasi, dan berhubungan dengan penyakit kronis. Terlebih lagi, beberapa ilmuwan berspekulasi bahwa ketidakcocokan sirkadian yang disebabkan oleh jetlag sosial dapat tersebar luas di masyarakat Barat dan berkontribusi pada masalah kesehatan.

Jadi jam berapa Anda harus tidur? Biasanya, tubuh mulai memproduksi melatonin pada pukul 9.00 malam. Ini adalah sinyal - Anda harus menyelesaikan semuanya dan beristirahat. Sekresi melatonin berakhir sekitar pukul 7:30 pagi, dan pada siang hari, melatonin praktis tidak ada dalam tubuh. Menyesuaikan preferensi pribadi berdasarkan kecenderungan alami Anda adalah kunci untuk menghindari gangguan tidur (seperti bangun saat tidur) dan menjaga kesehatan yang optimal.

Dan akhirnya, ringan. Siklus siang dan malam bukan satu-satunya faktor yang mempengaruhi tubuh manusia, karena kita terus-menerus dihadapkan dengan pencahayaan buatan, namun memainkan peran utama. Mendapatkan cukup cahaya alami di pagi hari dan menghindari pencahayaan yang tidak alami (seperti cahaya biru dari layar smartphone) di malam hari membantu menjaga ritme sirkadian Anda tetap sehat.

Poin-poin utama: Tidur yang cukup dan pastikan waktu tidur dan bangun Anda tetap sama tujuh hari seminggu. Jika Anda kurang tidur, segera mulai memulihkan rejimen Anda, jika tidak, Anda berisiko membahayakan kesehatan Anda dalam jangka panjang.

NUTRISI

Secara umum, penelitian menunjukkan bahwa makan makanan berkalori tinggi adalah yang terbaik di pagi hari. Cobalah makan malam sebelum tidur dan kurangi kalori. Jika Anda dapat menyelesaikan semuanya sekitar pukul 18:00 atau 19:00 dan memberikan tubuh Anda 12-14 jam untuk istirahat, Anda akan melihat manfaat kesehatan jangka pendek dan jangka panjang.

Sebagian, faktanya adalah jam internal hati Anda tidak bekerja di malam hari. Hati berhenti memproduksi enzim untuk mengubah kalori menjadi energi; sebaliknya, ia menghasilkan enzim untuk menyimpan energi. Jika Anda makan banyak sebelum tidur, hati Anda dipaksa bekerja lembur dan Anda akhirnya menghemat lebih banyak energi daripada yang Anda keluarkan.

Keputusan penting lainnya yang dapat Anda buat (selain makan sehat) adalah mengatur waktu makan harian Anda. Sementara data masih terbatas, penelitian pada hewan dan penelitian Dr. Panda menunjukkan bahwa "makan terbatas waktu" adalah perubahan gaya hidup yang mudah dan berpotensi menguntungkan. Solusi optimal tergantung pada tujuan Anda. Tetapi jika tujuannya adalah untuk meningkatkan kesehatan Anda secara keseluruhan, maka lebih baik memulainya pada 8-9 jam. Namun, dalam hal kepatuhan jangka panjang, mungkin disarankan untuk memulai pada 10-12 jam.

Poin kunci: Makan lebih banyak di siang hari, bukan sebelum tidur. Untuk meningkatkan kesehatan Anda, mulailah makan pada 10-12 jam.

OLAHRAGA

Sementara beberapa penelitian menunjukkan bahwa kinerja anaerobik mencapai puncaknya di sore hari, tidak ada konsensus di antara para ahli tentang hubungan antara ritme sirkadian dan olahraga - dengan pengecualian adanya jam molekuler di otot rangka.

Dan, seperti efek pencahayaan dan waktu makan, waktu olahraga juga memainkan peran penting dalam menjaga ritme sirkadian yang sehat.

Hal utama: berolahraga secara teratur, dan tinggalkan aktivitas anaerobik untuk sore hari.

KESIMPULAN

Penelitian tentang bagaimana ritme sirkadian bekerja cukup mudah.“Jam internal Anda dirancang untuk membakar energi di siang hari dan memulihkan energi di malam hari,” kata Y. Semakin baik waktunya, semakin sedikit keausan pada jam sirkadian. Meskipun jam internal stabil, gangguan yang konsisten terhadap rejimen dapat menyebabkan masalah kesehatan jangka panjang.

“Saat kita masih muda, tubuh bisa menangani banyak hal,” kata Yu. “Tapi bukan berarti semuanya baik-baik saja. Ini seperti konsumsi bahan bakar: Anda menghabiskan terlalu banyak energi untuk aktivitas aritmia, yang akan menyebabkan masalah dengan fungsi ritme sirkadian di masa depan.”

Anda tidak akan mempersingkat hidup Anda hingga lima tahun dengan makan terlambat, tetapi ada jam khusus di tubuh Anda untuk melindungi kesehatan Anda dan meminimalkan gangguan pada fisiologi Anda. Bersikap baik dan perhatian pada diri sendiri dan Anda akan melihat hasilnya.