Hogyan ketyeg a biológiai óránk?

A cirkadián ritmus, vagyis a biológiai óra egy egysége egy olyan, nagyjából 24 órás ciklusnak, ami a pár napnál hosszabb életű élőlények biokémiai, fiziológiai folyamataiban vagy viselkedésében lép fel. A cirkadián kifejezés szó szerinti jelentése „körülbelül egy nap(os)”, ám a biológiai ritmusnak nem csak körülbelüli napi egysége van, váltakozása lehet például árapályhoz köthető, heti, évszakos, éves is, melynek vizsgálatával a kronobiológia foglalkozik.

A biológiai óra hallatán sokan egy karlegyintéssel reagálnak, mivel azt gondolják, hogy ez valami humbug, pedig szó sincs ilyenről. Annyira tudományosan megalapozott jelenség, hogy 2017-ben orvosi-élettani Nobel-díjat kapott Jeffrey C. Hall, Michael Rosbach és Michael W. Young a cirkadián ritmust szabályzó molekuláris mechanizmusok feltárásáért, de kezdjük inkább az elejétől.

Évezredek óta köztudott, hogy a napszaki és évszaki változások hatással vannak az élőlények életfolyamataira. A cirkadián ritmus első ismert leírása Thaszoszi Androszthenész nevű hajóskapitánytól származik, aki Nagy Sándor flottájában szolgált az i. e. 4. században. Több kontinensen is megfigyelte, hogy a tamarindusz fa leveleinek helyzete a napszakok során jellegzetesen változik.

Mimózák vagyunk?

Leveleivel vagy virágaival a nap járását követő növényfajok mozgását tanulmányozta Jean-Jacques d’Ortous de Mairan francia geofizikus 1792-ben, és érdekes megfigyelést tett: a szemérmes mimóza (Mimosa pudica) sötétben, dobozba zárva is követte a napszakokat. Nappal a növény levelei ugyanúgy szét vannak nyílva, mintha fényárba úszna, ellenben éjszaka szokás szerint összezárultak.

A kísérlet azt bizonyította, hogy a mimóza, mely lehetett volna bármilyen megfigyelhető élő organizmus, nem a nap ritmusához, hanem a saját belső órájához igazodik, mint valami ritmusgenerátor, és fény érzékelése nélkül is képes követni az idő múlását. Tehát nemcsak a cirkadián határozza meg az adott élőlény ritmusát, hanem van egy veleszületett ritmusa is, amit leginkább a szívritmushoz hasonlónak lehet elképzelni.

Hat hétre elvonultak

A következő nagyobb felfedezés, ami nem a cirkadián ritmus, hanem a belső cirkadián ritmusunk létezését bizonyítja, a Chicagói Egyetem professzora, Nathaniel Kleitman és kutatási asszisztense, Bruce Richardson nevével fémjelezhető. A kutató és asszisztense hat hétre elvonultak a Kentucky államban található Mamut-barlangba, mely bolygónk egyik legmélyebb és fénytől elzárt ürege.

Csak élelmet, vizet, két kórházi ágyat és tömérdek mérőműszert vittek magukkal. A kísérlettel arra keresték a választ, hogy ha megszűnik a kapcsolatuk a ciklikus fényviszonyokkal, tehát a nappalok és éjszakák váltakozásaival, akkor miként alakul az alvás- és az ébrenlét biológiai ciklusa. Végül harminckét napot töltöttek teljes sötétségben, de két kutatási eredménnyel gazdagabban hagyhatták el az üreget.

Cirka 24 órás ritmusban

A kutatás egyik eredménye az volt, hogy kék fény (gyakorlatilag minden fényforrás ebből tartalmazza a legtöbbet) hiányában is maradt a ritmikus váltakozás, tehát megerősítést nyert az az elmélet, hogy napfény hiányában is rendelkeznek az élőlények egy belső cirkadián ritmussal, mivel nem vált véletlenszerűvé az éber és az alvó állapotuk. Nagyjából tizenöt órán át voltak ébren, melyeket körülbelül kilencórás alvási ciklusok váltottak.

A másik meglepő felfedezés az volt, hogy valóban „cirka” a jelenség megfelelő jelzője, tehát csak nagyjából huszonnégy óra a napi biológiai ritmus, mivel nem olyan pontos, mint a svájci óra. A huszonéves asszisztens napi ciklusai huszonhat-huszonnyolc órásak voltak, míg az idősebb, negyvenes kutatóé valamivel közelebb volt a huszonnégy órás ciklushoz. Ennek a felfedezésnek a lényegi konklúziója az lett, hogy egy átlagos felnőtt ember belső cirkadián ritmusának a hosszúsága nagyjából huszonnégy óra és tizenöt perc. Valójában ez a kutatási eredmény alapozta meg a „cirka”, tehát megközelítőleg, körülbelül jelzőt, amit Franz Hallberg amerikai biológus, a kronobiológia egyik megalapítója vezetett be az irodalomba.

A ritmus jelentős mértékben függ a Zeitgeberektől ((időadó), ami tulajdonképpen külső, szinkronizáló stimulust jelent. A legfontosabb külső Zeitgeber a fény, de legalább annyira fontos szerepe van a melatonin hormonnak is, ami viszont a belső óránkat működteti. A melatonin az alvási ciklust irányító hormon, melynek képzését a hipotalamusz vezérli a fény–sötétség változásairól kapott információ alapján, majd a tobozmirigy választja ki. A vérrel jut el a test különböző részeibe. Sötétben keletkezik, ezért a „sötétség hormonjá”-nak is nevezik.

Mi zavarhatja meg a biológiai óra működését?

Rengeteg tényező befolyásolhatja a biológiai óránkat, ilyen például a fény hiánya, a kialvatlanság, a különböző rendszertelenségek az életünkben, melyek hosszabb ideig fennállnak. Napjainkban az egyik legnagyobb egészségügyi kockázatot előidéző állapot az éjszakai, de sokkal inkább a váltott műszakrend.

Az érintetteknél negyvenkét százalékkal valószínűbb a kettes típusú cukorbetegség kialakulása egy nemrég megjelent kutatás szerint. A reggelenként jelentkező inzulinrezisztencia és a délelőtt fellépő fokozott inzulinérzékenység is valószínűleg a CLOCK gének befolyása alatt áll, de az bizonyítást nyert, hogy a szénhidrát-anyagcsere és a cirkadián rendszer között molekuláris összefüggés van.  Kalsbek munkatársaival együtt, a világon elsőként kimutatta, hogy a 2-es típusú diabétesz kialakulásában jelentős szerepet játszanak a CLOCK gének.

Nem igazán jó az éjszakai műszak

Továbbá a váltott műszakrend szerinti rendelkezésre állás rontja az agyi kapacitást: a kísérleti alanyok rosszabbul teljesítettek a memóriateszteken. Bizonyított tény, hogy a rendszertelen ciklusosság kedvez a memóriazavaroknak, a demenciának, az érzelmi, illetve emocionális instabilitásnak.

Ezeket legtöbbször az okozza, hogy változik az alvási periódus ideje. A szív- és érrendszeri megbetegedések esélyét is növeli, ha valaki több mint öt éve dolgozik váltott műszakban. A hízás is írható a kialvatlanság számlájára, mivel a kevés alvás következtében egy olyan hormon termelődik a szervezetünkben, amely jóllakottság esetén is éhségérzetet vált ki.

Az alváshiány is egy járvány

Ha hosszabb távon kevesebbet alszunk 6-7 óránál, az már igencsak gyengíti az immunrendszert, és több mint duplájára emeli a rákos megbetegedések kialakulásának kockázatát. A WHO 2007-ben felvette a váltott műszakot a rákkeltő tényezők listájára, az alváshiányt pedig járványnak nyilvánította a fejlettebb országokban.

Forrás: Matthew Walker PhD: Miért alszunk? – Az alvás és az álmok hatalma, Akkord Kiadó, 2009