Cirkadiani ritem

Gregor Vidmar, 28. 11. 2010

Nekateri fiziološki, vedenjski in biokemični procesi v telesu potekajo v približno 24 urnih ciklih, zato jih imenujemo cirkadiani cikli oz. ritmi (lat. circa – okoli, dies – dan). Mednje spadajo npr. menjava spanja in budnosti, stanja zavesti, nihanje telesne temperature, nivoja raznih hormonov, krvnega tlaka, srčne frekvence, pojavljanje lakote itd. Znanih je več kot 100 bioloških procesov, ki se odvijajo v cirkadianem ritmu. V medicini so cirkadiani ritmi pomembni tudi zaradi časa pojavljanja nekaterih bolezni, njihove diagnoze in zdravljenja.

Biološki ritmi – cirkadiani ritmi

Biološki  ritmi so pomembna pridobitev v evoluciji, saj se organizmi z njihovo pomočjo lažje prilagajajo na periodično spreminjajoče se razmere v okolju. Biološke ritme delimo v dve skupini: zunanje in notranje. Zunanji ritmi nastanejo kot neposredna posledica delovanja okolice (npr. svetloba, temperatura), notranji ritmi pa sledijo notranji biološki uri. Notranji biološki ritmi se vzdržujejo tudi kadar odstranimo vse dražljaje iz okolice. Biološki ritmi se znotraj celotnega organizma in znotraj posameznih celic ponavljajo s frekvencami od nekaj let do nekaj milisekund. Ritmom, ki se ponavljajo na 24 ur, pravimo cirkadiani ritmi. Najbolj znana cirkadiana ritma pri človeku sta ritem spanja in budnosti ter ritem telesne temperature. Vzporedno s tema dvema potekajo še številni drugi ritmi. Na ritem budnosti in spanja je vezan npr. ritem hranjenja s periodičnim javljanjem lako­te in z njim povezani prebavni ritmi črevesja, pa tudi ritem lokomotorne dejavnosti, ki je povezan z lego ali držo telesa.

Lastnosti cirkadianih ritmov

Cirkadiani ritem je lasten telesu in je prirojen, torej genetsko določen. Ima stalno periodo, ki je običajno nekoliko daljša od 24 ur. Takt daje notranja ura s spodbujevalcem / ritmovnikom v suprahiazmatskem jedru medmožganov, katerega dejavnost spodbuja osvetljenost mrežnice, zavira pa melatonin iz epifize.

Melatonin je hormon, derivat serotonina, ki ga izloča žleza epifiza v odsotnosti svetlobe in neposredno zavira dejavnost suprahiazmatičnega jedra. Melatonin ima močno hipotermično dejavnost, spodbuja imunski sistem, je močan antioksidant in povzroča utrujenost.

Pri ljudeh se večina fizioloških funkcij spreminja sinhrono s ciklusom budnosti in spanja, torej s periodo 24 ur. Periodičnost se ohrani tudi pri tistih, ki živijo v izoliranih prostorih ali jamah, to je v okolju brez časovnih označevalcev, pa tudi pri slepih. Vendar pa se frekvenca njihovega cirkadianega ritma v prostem teku nekoliko razlikuje od 24 ur (navadno je bližja 25 uram). V teh pogojih ritma telesne temperature ter budnosti in spanja sledita eden drugemu (stanje notranje sinhronizacije).

Poleg ritmovnika v suprahiazmatskem jedru v medmožganih obstajajo pri sesalcih tudi periferni oscilatorji v drugih organih (srce, jetra, ledvica, črevesje, želodec, mišice). Izjema so le moda, kjer ima vsaka posamezna celica znotraj mod avtonomno cirkadiano uro. Ritmovnik v suprahiazmatskem jedru uravnava periferne oscilatorje preko humoralnih in živčnih poti.

Cirkadiani ritem in telesna temperatura

Telesna temperatura niha periodično do 0,3 °C okoli povpreč­ne vrednosti (rektalna temperatura npr. okoli 37 °C, temperatura skorje pa okoli 30,5 °C). Telesna temperatura je najnižja zgodaj zjutraj, približno 1 do 2 uri preden se človek zbudi, nato pa narašča in zvečer doseže najvišjo vrednost. Organizem je običajno pripravljen za spanje takrat, ko začne telesna temperatura padati, in pripravljen zbuditi se, ko začne telesna temperatura rasti. Poznavanje temperaturnega ritma in pričako­vanih vrednosti v različnih delih dneva je pomemb­no tudi pri bolniku za vrednotenje izmerjene temperature kot splošnega diagnostičnega znaka.

Nihanje telesne temperature pretežno sledi ritmu biološke ure, katere naravni ritem je sicer blizu 25 ur, vendar pa jo vsakdanja sinhronizacija z ritmom dneva in noči vzdržuje na periodi 24 ur.

Na nihanje temperature vpliva tudi ritem človekove dejavnosti, pretežno zaradi faze spanja. Ta vpliv je večinoma posledica večjega izločanja melatonina in tireotropnega hormona (TSH) ponoči. Melatonin sicer znižuje temperaturo, TSH pa temu učinku posredno nas­protuje. Dodatno se telesna temperatura ponoči zniža tudi zaradi bistveno znižane telesne dejavnosti in slabše termoregulacija v REM fazi spanja.

Telesna temperatura je nekoliko odvisna tudi od mikroklimatskih razmer v okolju, pri ženskah pa se spreminja tudi z menstrualnim ciklusom in je tako po ovulaciji v drugi polovici cikla v povprečju do pol stopinje višja kot pred ovulacijo.

Cirkadiani ritem in hemodinamika

Ena od posledic cirkadianega spreminja­nja dejavnosti simpatičnega živčevja je tudi cirkadiano nihanje hemodinam­skih spremenljivk, arterijskega tlaka, srčne frekvence in srčne­ga minutnega volumna, ki imajo vsi največje vrednosti, ko je člo­vek buden in dejaven, in najnižje med spanjem. Če so dnevne vrednosti sistoličnega in diastoličnega tlaka v mirovanju okoli 120-130/80 mm Hg, lahko ustrezne nočne vrednosti padejo na 90/50 mm Hg ali celo nekoliko nižje. Arterijski tlak narašča zjutraj prvih 4 do 6 ur potem, ko se zbudimo, dokler ne doseže dnevnih vrednosti, padati pa začne pozno popoldne in doseže najnižje vrednosti okoli 3. ure zjutraj.

Podobno kot tlak niha tudi srčna frekvenca, ki se lahko spremeni od najnižjih vrednosti ponoči do najvišjih dnevnih v mirovanju tudi za 50%, npr. od 60 na 90/min. Pri tem je treba upoštevati, da se zaradi baroceptivnega refleksa arterijski tlak in srčna frekvenca spreminjata v nasprotni smeri prvi glede na drugega, cirkadiana ritmika pa spreminja oba v isto smer.

Cirkadiano ritmiko so ugotovili tudi pri odzivu krvnih obtočil na spremembo lege telesa, ki so jo vrednotili s testom ortostatske tolerance. Tako so največjo ortostatsko toleranco ugotovili zjutraj med 3. in 11. uro, najnižjo pa popoldne med 15. in 19. uro.

Amplitude cirkadianega ritma krvnega tlaka in srčne frekvence s starostjo padeta, hipertoniki imajo zlasti višje nočne vrednosti, pri starejših se pogosteje pojavi popoldanski padec tlaka in srčne frekvence, pri čemer popoldanski vrh krvnega tlaka zaostaja za približno 1,5 ure za vrhom srčne frekvence.

Cirkadiani ritem in hormoni

Cirkadiani ritem kažejo tudi mnogi drugi hormoni, npr. melato­nin, prolaktin, TSH, rastni hormon, kortizol. Zlasti izločanje melatonina je vezano na menjavo dneva in noči ter je neodvisno od cikla budnosti in spanja. Rastni hormon, prolaktin in TSH se izdatneje izločajo ponoči, rastni hormon pretežno v fazi globokega spanja.

Melatoninski ritem se po odtegnitvi spanja ohrani nekaj dni, medtem ko se ritmi kortizola, prolaktina in TSH porušijo.

S starostjo se amplitude nihanj hormonov, zlasti melatonina, zmanjšujejo, kar je podlaga ne samo za eno od teorij staranja, ampak tudi za razlago, da starejši ljudje slabše prenašajo premike delovnega časa.

Motnje cirkadianih ritmov

Nekateri zunanji signali, kot je svetloba, nihanje temperature ali socialna dejavnost, lahko zmotijo notranjo uro in premaknejo njeno fazo. Najpomembnejši je stalni vpliv menjave dneva in noči, ki utirja (sinhronizira) notranji ritem na 24 ur. Včasih pa že ena sama zunanja motnja trajno premakne fazo nihanja, kar se kaže v premaknjenem ritmu notranje ure glede na lokalne spremembe dneva in noči. Med najpogostejše motnje cirkadianega ritma spadajo:

  1. sindrom hitre menjave časovnih pasov oz. jet lag; Jet lag se pojavi zaradi hitrega potovanja preko časovnih pasov z letalom in lahko vključuje naslednje simptome: motnje spanja, utrujenost, glavobol, razdražljivost, zmanjšano delovno sposobnost in sposobnost koncentracije, zmanjšan apetit in prebavne težave. Simptomi večinoma trajajo tri do pet dni, vzroka za nastanek sta dva: moteno spanje in počitek med samim poletom ter moten cirkadiani ritem zaradi spremembe časovnega pasu. Več o tem v enem o prihodnjih člankov.
  2. motnje spanja zaradi dela v izmenah;
  3. sindrom zakasnjene faze spanja; Ljudje s tem sindromom zaspijo zelo pozno in zaradi tega tudi zelo pozno vstanejo oz. imajo težave s pravočasnim zbujanjem za odhod na delo, v šolo itd.
  4. sindrom prezgodnje faze spanja; Ljudje s tem sindromom postanejo zaspani oz. zaspijo zelo zgodaj in se tudi zelo zgodaj zbudijo.
  5. sindrom podaljšanega ritma spanja in budnosti; Ljudje s sindromom podaljšanega ritma spanja in budnosti imajo sicer normalen vzorec spanja, vendar pa je njihov dan dolg 25 ur (25 urni ritem), zaradi česar prihaja do različnih motenj spanja. Drugače povedano: vzorec spanja teh ljudi bi bil normalen, če bi imel dan 25 ur.

Možnost premika faze notranje ure z zunanjimi dejavniki pa je mogoče uporabiti tudi za sinhronizacijo notranjega ritma z zunanjim ciklusom svetlobe in teme. Ta učinek se s pridom uporablja pri fototerapiji, pri kateri z uporabo umetne svetlobe v določenem delu dneva, navadno pozno zvečer ali zgodaj zjutraj, utirimo notranji ritem na zunanji.

Cirkadiani ritmi in medicina

V medicini so cirkadiani ritmi pomembni tudi zaradi časovno določenega pojavljanja bolezni ter v zvezi s tem diagnostike zdravljenja.

Srčna in možganska kap

Srčno ali možgansko kap, ki se pogosteje pojavljata zjutraj, lahko npr. sprožijo fiziološki procesi s cirkadianim nihanjem, npr. jutranje naraščanje krvnega tlaka in srčne frekvence, žilnega tonusa, agregabilnosti trombocitov in povečanega izločanja kateholaminov, kar je mogoče uporabiti tudi v diagnostične ali terapevtske namene.

Metabolni sindrom

Metabolni sindrom označuje skupino presnovnih motenj (inzulinska odpornost, povišan krvni tlak, zmanjšana količina dobrega holesterola, diabetes tipa 2, nepravilnosti strjevanja krvi, visoke ravni maščob in glukoze v krvi itd.), do katerih lahko pride zaradi slabe prehrane, premalo telesne aktivnosti, stresa, raznih razvad, pomanjkanja spanja ipd. Naštete motnje lahko privedejo do desinhronizacije centralne in perifernih cirkadianih ur, kar vodi v znatne dodatne spremembe homeostaze številnih presnovnih poti kot tudi kardiovaskularnih funkcij.

Astma

Tudi bronhialni tonus se spreminja ciklično. Najvišji je okrog dveh ponoči, ko imajo nekateri astmatiki največje težave.

Rak

Raziskave kažejo, da motnje cirkadianega ritma lahko vplivajo tudi na pojavnost rakavih obolenj. Tako je npr. pojavnost raka na dojkah pri delavkah, ki opravljajo nočno delo, višja. To naj bi bilo povezano z zmanjšano oziroma prekinjeno sintezo melatonina (zaradi izpostavljenosti delavk svetlobi) in s tem višjim oksidativnim stresom in povečano sintezo estrogenov, ki delujejo prokancerogeno.

Duodenalni ulkus

Pri duodenalnem ulkusu se krvavitve prek celega dneva kažejo z bifaznim potekom: hematemeza je najpogostejša zjutraj ob 7. uri in zvečer ob 19. uri, melena pa se neodvisno pojavlja pol ure kasneje.

Članek je dopolnjen povzetek seminarske naloge Cirkadiani ritem (glej spodaj). Avtorske pravice pripadajo avtorjem seminarske naloge in Cenim.se.

Literatura

  1. Mateja KK, Tadeja K, Matjaž K. Cirkadiani ritem, seminarska naloga. Medicinska fakulteta univerze v Ljubljani, katedra za javno zdravje.
  2. Španinger K, Košir R, Fink M, Debeljak N, Rozman D. Cirkadiani ritem pri ljudeh. Zdrav Vestn, 2009; 78: 651 – 657.
  3. Starc V. Cirkadiani ritmi in pripravljenost za delo I. Zdrav Vestn, 1997; 66: 645 – 8.
  4. Koritnik B.  Nevarnosti, povezane s potovanjem (jet lag, kinetoze, venske tromboze). Med razgl,  1999; 38: SUPPL 8: 63 – 72.
  5. NIGMS (http://www.nigms.nih.gov)