Цирка́дні (циркадіа́нні) ри́тми (від лат. circa — близько, кругом і лат. dies — день) — циклічні коливання інтенсивності різних біологічних процесів, пов'язаних зі зміною дня і ночі. Незважаючи на зв'язок із зовнішніми стимулами, циркадні ритми мають ендогенне походження, представляючи, таким чином, «внутрішній годинник» організму. Циркадні ритми присутні у таких організмів як мікроорганізми, зокрема, ціанобактерії, водорості, гриби, рослини, тварини.
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2ZFdzdmRHaDFiV0l2WVM5aFppOURhWEpqWVdScFl5MXlhSGwwYlM1cWNHY3ZORFV3Y0hndFEybHlZMkZrYVdNdGNtaDVkRzB1YW5Cbi5qcGc=.jpg)
Циркадні ритми виникають внаслідок коливань експресії генів, викликаних білками-репресорами, які безпосередньо пригнічують транскрипцію власних генів.
Циркадні годинники є ендогенними осциляторами, які контролюють 24-годинні фізіологічні та поведінкові процеси. Центральний циркадний годинник контролює безліч аспектів фізіології ссавців, включаючи регуляцію сну, метаболізму та імунної системи. Дослідження скеровані на вивчення ролі циркадного годинника в контролі серцево-судинної та нервової систем, мікробіоти кишківника, онкопатологій та старіння. Такий циркадний контроль цих систем частково спирається на регуляцію транскрипції, з нещодавніми доказами загальногеномної регуляції годинника через циркадіанну організацію хромосом.
Особливості циркадних ритмів
- Ритм зберігається при постійних умовах і має період близький до 24 годин.
- Ритм може бути синхронізований під дією зовнішнього освітлення (фотоперіоду).
- Ритм не залежить від температури, поки вона змінюється в діапазоні, придатному для життєдіяльності.
Світловий день, або фотоперіод — це тривалість щоденного освітлення організму в зв'язку із ростом та розвитком. Реакція організму на світловий день називається фотоперіодизмом.
Історія відкриття
Вперше про зміну положення листя протягом дня у тамаринда (Tamarindus indicus) згадує Андростен, описуючи походи Олександра Македонського.
У новий час 1729 року французький астроном повідомив про щоденні рухи листків у мімози сором'язливої (Mimosa pudica). Ці рухи повторювалися з певною періодичністю навіть якщо рослини поміщалися в темряву, де відсутні такі зовнішні стимули як світло, що дозволило припустити ендогенне походження біологічних ритмів, до яких були приурочені рухи листя рослини. Де Мейрон припустив, що ці ритми можуть мати щось спільне з чергуванням сну і неспання у людини.
Декандоль 1832 року визначив, що період, з яким рослини мімози здійснюють ці листові рухи, дещо коротший ніж тривалість доби і становить приблизно 22-23 години.
1880 року Чарльз Дарвін і його син Френсіс зробили припущення про спадкову природу циркадних ритмів. Це припущення було підтверджено дослідами, під час яких схрещувалися рослини різних сортів квасолі, періоди циркадних ритмів яких відрізнялися. У гібридів період відрізнявся від періоду обох батьків. Ендогенна природа циркадних ритмів була остаточно підтверджена 1984 року під час дослідів з грибами виду (Neurospora crassa), проведеними в космосі. Ці досліди показали незалежність цілодобового ритму від геофізичних сигналів, пов'язаних з обертанням Землі навколо своєї осі.
Циркадні ритми ціанобактерій
Найпростіші циркадні ритми виявлено в ціанобактерій. Ціанобактерії (синьо-зелені водорості) — монофілетична група (вони мають одного спільного предка) фотоавтотрофних бактерій (живляться за рахунок фотосинтезу, енергії сонця). Це одна з найдавніших і найрізноманітніших груп у світі прокаріотів. Різні представники групи дуже відрізняються один від одного як морфологічно, так і генетично, їх можна виявити майже в будь-якому середовищі, доступному для світла. Життєві цикли мають різну тривалість у різних представників: від декількох годин до декількох тисяч років між поділами (у деяких видів, що проживають на оліготрофних, бідних середовищах).
Вперше наявність циркадні ритмів у ціанобактерій було продемонстровано при вивченні процесів киснево-чутливої фіксації азоту та фотосинтезу з виділенням кисню. У цих процесах була показана добова ритмічність. Про це зокрема свідчили дані електронної мікроскопії, за допомогою якої вивчали кількість і розмір тих чи інших запасаючих гранул в клітинах. Пізніше було виявлено, що й інші процеси в клітинах (наприклад, поглинання амінокислот) відбуваються в рамках циркадного ритму, задовольняючи трьом основним положенням циркадних ритмів.
Крім того, виявилося, що ритмічно змінюється вся експресія генів у клітинах ціанобактерій. Були проведені досліди, в яких гени біолюмінесцентних (тих, що світяться) білків вбудовувалися в геном ціанобактерій під випадкові бактеріальні промотори. У всіх отриманих штамів спостерігалася подібна картина циркадних змін інтенсивності люмінесценції.
Важливість синхронізації внутрішнього ритму з екзогенним фактором освітленості для ціанобактерій було показано в ряді дослідів. Наприклад, було показано, що бактерії з порушеною синхронізацією циркадних ритмів повільніше ростуть в умовах зміни дня і ночі, тим самим, програючи бактеріям із добре налаштованим внутрішнім годинником. Крім того, ціанобактерії розмножуються тільки в «нічний» період, який визначається їх внутрішнім годинником, що зокрема захищає ДНК, яка реплікується, від ушкоджень ультрафіолетовими променями сонця.
Циркадні ритми рослин
Циркадні ритми рослин пов'язані зі зміною дня та ночі й важливі для адаптації рослин до добових коливань таких параметрів як температура, освітлення, вологість. Рослини існують у постійно мінливому світі, тому циркадні ритми важливі для того, щоб рослина могла дати належну відповідь на . Зміна положення листя протягом доби — лише один з багатьох ритмічних процесів у рослин. Протягом доби коливаються такі параметри як активність ферментів, інтенсивність газообміну й фотосинтетична активність.
У здатності рослин розпізнавати чергування дня та ночі вирішальну роль відіграє фітохромна система. Прикладом роботи такої системи є ритм цвітіння у рослини Pharbitis nil. Цвітіння в цієї рослини залежить від довжини світлового дня: якщо день коротший певного інтервалу, то рослина цвіте, якщо довший — вегетує.
Протягом доби умови освітлення змінюються через те, що сонце перебуває під різними кутами до горизонту, і, відповідно, змінюється спектральний склад світла, що сприймається різними , які збуджуються світлом із різною довжиною хвилі. Так, увечері в спектрі більше довгохвильових червоних променів, які активізують лише фітохром А, даючи рослині сигнал про наближення ночі. Отримавши цей сигнал, рослина вживає відповідних заходів. Важливість для температурної адаптації було з'ясовано під час дослідів із трансгенними осиками Populus tremula, у яких продукція фітохрому А була підвищеною. Рослинам постійно «здавалося», що вони отримують світло високої інтенсивності, і, таким чином, вони не могли адаптуватися до добових коливань температури й страждали від нічних заморозків.
При дослідженні добових ритмів у арабідопсиса було також показано фотоперіодічность роботи трьох генів CO, FKF1 і G1. Ген constans бере участь у визначенні часу цвітіння. Синтез продукту гена CO запускається комплексом з білків FKF1 і G1. У цьому комплексі продукт гена FKF1 відіграє роль фоторецептора. Синтез білка CO запускається через 4 години після початку освітлення й зупиняється в темряві. За ніч синтезований білок руйнується. Таким чином, необхідна для цвітіння рослини концентрація білка досягається тільки в умовах довгого літнього дня.
Циркадні ритми у тварин
Практично всі тварини пристосовують свої фізіологічні й поведінкові процеси до добових коливань абіотичних параметрів. Прикладом циркадного ритму у тварин є цикл сон-неспання. У людини і в інших тварин існують внутрішні годинники, які йдуть навіть за відсутності зовнішніх стимулів, що можуть дати інформацію про час доби. Дослідження молекулярно-біологічної природи цих годинників розпочалося близько 30 років тому. Конопка і Бензер, що працювали в Каліфорнійському технологічному інституті виявили три мутантні лінії дрозофіл, циркадні ритми яких відрізнялися від циркадних ритмів мушок дикого типу. Подальший аналіз показав, що у мутантів мутації зачіпали аллелі одного локусу, який був названий дослідниками per (від period). За відсутності нормальних сигналів навколишнього середовища період цілодобової активності у мушок дикого типу становив 24 години, у мутантів per-s — 19 годин, у мутантів per-l — 29 годин, у мутантів per-0 взагалі не спостерігалося ніякого ритму. Згодом було виявлено, що продукти генів per є в багатьох клітинах дрозофіл, які беруть участь в становленні циркадного ритму комахи. Більш того, у мушок дикого типу спостерігаються циркадні коливання у кількості per мРНК і білка Per, в той час як у мушок per0, у яких немає циркадного ритму, такої циклічності експресії не спостерігається.
Люди
Дивіться також: Сон § Циркадний годинник і Крива фазового відгуку § Світло
Ранні дослідження циркадних ритмів показали, що більшість людей віддають перевагу добі ближче до 25 годин, коли вони ізольовані від зовнішніх подразників, таких як денне світло та відлік часу. Однак це дослідження було помилковим, оскільки воно не змогло захистити учасників від штучного світла. Хоча піддослідні були захищені від сигналів часу (наприклад, годинника) і денного світла, дослідники не знали про ефект затримки фази внутрішнього електричного освітлення. [ сумнівно – обговорити ] Піддослідним дозволялося вмикати світло, коли вони не спали, і вимикати його, коли вони хотіли спати. Електричне світло у вечірній час затримало їхню добову фазу. Більш суворе дослідження, проведене в 1999 році Гарвардським університетом, оцінило природний людський ритм ближче до 24 годин 11 хвилин: набагато ближче до сонячної доби. У відповідності з цим дослідженням було останнє дослідження 2010 року, яке виявило також статеві відмінності, причому циркадний період для жінок був трохи коротшим (24,09 години), ніж для чоловіків (24,19 години). У цьому дослідженні жінки, як правило, прокидалися раніше, ніж чоловіки, і виявляли більшу перевагу ранковим заняттям, ніж чоловіки, хоча біологічні механізми, що лежать в основі цих відмінностей, невідомі.
Біологічні маркери та ефекти
Класичними фазовими маркерами для вимірювання часу циркадного ритму ссавців є:
- секреція мелатоніну шишкоподібною залозою,
- мінімальна температура внутрішнього тіла і
- рівень кортизолу в плазмі.
Для дослідження температури суб’єкти повинні залишатися неспаними, але спокійними та напівлежачими в темряві, поки їм безперервно вимірюють ректальну температуру. Хоча серед нормальних хронотипів велика різниця, середня температура дорослої людини досягає свого мінімуму приблизно о 5:00 ранку, приблизно за дві години до звичайного часу пробудження. Baehr та ін. виявили, що у молодих людей добовий мінімум температури тіла припадає приблизно на 04:00 (4 ранку) для ранкових типів, але приблизно о 06:00 (6 ранку) для вечірніх типів. Цей мінімум припадав приблизно на середину восьмигодинного періоду сну для ранкових типів, але ближче до пробудження у вечірніх типів.
Мелатонін відсутній в організмі або його рівень невизначено низький протягом дня. Його початок при тьмяному світлі, тьмяний початок мелатоніну (DLMO), приблизно о 21:00 (9 вечора) можна виміряти в крові або слині. Його основний метаболіт також можна визначити в ранковій сечі. І DLMO, і середина (у часі) присутності гормону в крові або слині використовувалися як циркадні маркери. Однак нові дослідження показують, що компенсація мелатоніну може бути більш надійним маркером. Benloucif та ін. виявили, що маркери фази мелатоніну були більш стабільними та сильніше корелювали з часом сну, ніж мінімальна температура серця. Вони виявили, що як зміщення сну, так і зміщення мелатоніну сильніше корелюють з маркерами фази, ніж початок сну. Крім того, фаза зниження рівня мелатоніну є більш надійною та стабільною, ніж припинення синтезу мелатоніну.
Інші фізіологічні зміни, які відбуваються відповідно до циркадного ритму, включають частоту серцевих скорочень і багато клітинних процесів, «включаючи окислювальний стрес, клітинний метаболізм, імунні та запальні реакції, епігенетичну модифікацію, шляхи відповіді на гіпоксію / гіпероксію, ендоплазматичний ретикулярний стрес, аутофагію та регуляцію середовища стовбурових клітин». Під час дослідження молодих чоловіків було виявлено, що частота серцевих скорочень досягає найнижчої середньої частоти під час сну, а найвищої середньої частоти незабаром після пробудження.
На відміну від попередніх досліджень, було виявлено, що температура тіла не впливає на виконання психологічних тестів. Ймовірно, це пов’язано з еволюційним тиском на підвищення когнітивних функцій порівняно з іншими сферами функцій, дослідженими в попередніх дослідженнях.
Поза «головним годинником»
Більш-менш незалежні циркадні ритми зустрічаються в багатьох органах і клітинах тіла за межами супрахіазматичних ядер (SCN), «головного годинника». Дійсно, нейробіолог Джозеф Такахаші та його колеги заявили в статті 2013 року, що «майже кожна клітина в організмі містить циркадний годинник». Наприклад, ці годинники, які називаються периферичними осциляторами, були виявлені в надниркових залозах, стравоході, легенях, печінці, підшлунковій залозі, селезінці, тимусі та шкірі. Є також деякі докази того, що нюхова цибулина і простата може відчувати коливання, принаймні, коли культивується.
Хоча осцилятори в шкірі реагують на світло, системний вплив не доведено. Крім того, було показано, що багато осциляторів, таких як клітини печінки, наприклад, реагують на вхідні сигнали, відмінні від світла, такі як годування.
Світло і біологічний годинник
Додаткова інформація: вплив світла на циркадний ритм
Світло скидає біологічний годинник відповідно до кривої фазового відгуку (PRC). Залежно від часу світло може випереджати або сповільнювати циркадний ритм. Як PRC, так і необхідна освітленість варіюються від виду до виду, і для переналаштування годинника нічним гризунам потрібні нижчі рівні освітленості, ніж у людей.
Примусові довші або коротші цикли
Різноманітні дослідження на людях використовували примусові цикли сну/неспання, які сильно відрізнялися від 24-годинних, наприклад, проведені Натаніелем Клейтманом у 1938 році (28 годин) і Дерк-Яном Дейком і Чарльзом Чейслером у 1990-х роках (20 годин). Оскільки люди з нормальним (типовим) циркадним годинником не можуть прислухатися до таких ненормальних ритмів день/ніч, це називають протоколом примусової десинхронізації. Згідно з таким протоколом, епізоди сну та неспання відокремлюються від ендогенного циркадного періоду організму, що дозволяє дослідникам оцінити вплив циркадної фази (тобто відносного часу циркадного циклу) на аспекти сну та неспання, включаючи затримку сну та інші функції ― як фізіологічні, поведінкові, так і когнітивні.
Дослідження також показують, що [en] унікальний тим, що завдяки його локомоторній та павутинній активності він має винятково короткий період циркадного годинника, близько 19 годин. Коли павуків C. turbinata помістили в камери з періодами 19, 24 або 29 годин, рівномірно розділених світлом і темрявою, жоден з павуків не продемонстрував зниження довголіття у своєму власному циркадному годиннику. Ці висновки свідчать про те, що C. turbinata не має таких же витрат, пов’язаних із надзвичайною десинхронізацією, як інші види тварин.
Здоров'я людини
Основа циркадної медицини
Головною перевагою досліджень циркадної біології є переклад базових механізмів біологічного годинника в клінічні інструменти, і це особливо актуально для лікування серцево-судинних захворювань. Це призвело до розвитку абсолютно нової галузі медицини, яка називається циркадною медициною. Піонерські дослідження показують, що Циркадна медицина може привести до довшого та здоровішого життя. Наприклад: 1) «Циркадне освітлення» або зменшення несприятливого освітлення вночі в лікарнях може покращити результати пацієнтів після інфаркту міокарда (серцевого нападу). 2) «Циркадна хронотерапія» або час прийому ліків може зменшити несприятливе ремоделювання серця у пацієнтів із захворюваннями серця. Час медичного лікування відповідно до біологічного годинника, хронотерапія , також може принести користь пацієнтам з гіпертензією (високим кров’яним тиском), значно підвищивши ефективність і зменшивши токсичність ліків або побічні реакції. 3) Експериментально на моделях гризунів було показано, що «циркадна фармакологія» або препарати, спрямовані на циркадний годинниковий механізм, значно зменшують шкоду від серцевих нападів і запобігають серцевій недостатності. Важливо те, що для раціонального перекладу найперспективніших терапій Циркадної медицини в клінічну практику вкрай важливо, щоб ми зрозуміли, як це допомагає лікувати хвороби обох біологічних статей.
Причини порушення циркадних ритмів
Внутрішнє освітлення
Вимоги до освітлення для циркадної регуляції не просто такі ж, як для зору; планування внутрішнього освітлення в офісах і установах починає це враховувати. Дослідження впливу світла на тваринах у лабораторних умовах донедавна враховували інтенсивність світла ( опромінення ), але не колір, який, як було показано, «діє як важливий регулятор біологічного часу в більш природних умовах».
Синє світлодіодне освітлення пригнічує вироблення мелатоніну в п’ять разів більше, ніж оранжево-жовте світло натрію високого тиску (HPS) ; металогалогенна лампа , яка є білим світлом, пригнічує мелатонін зі швидкістю більш ніж у три рази більшою, ніж HPS. Симптоми депресії, спричинені довготривалим нічним освітленням, можна скасувати, повернувшись до нормального циклу.
Пілоти авіакомпаній і бортпровідники
Через характер роботи пілотів авіакомпаній, які часто перетинають кілька часових поясів і областей сонячного світла і темряви за один день і проводять багато годин без сну як вдень, так і вночі, вони часто не можуть підтримувати режим сну, який відповідає природному циркадному календарю людини. ритмічність; така ситуація може легко призвести до втоми . NTSB вважає це причиною багатьох нещасних випадків і провело кілька досліджень , щоб знайти методи боротьби з втомою пілотів.
Вплив наркотиків
Дослідження, проведені як на тваринах, так і на людях, показують великі двонаправлені зв’язки між циркадною системою та зловживаючими наркотиками. Вказується, що ці зловживаючі препарати впливають на центральний циркадний кардіостимулятор. Особи з розладом вживання психоактивних речовин демонструють порушення ритму. Ці порушення ритму можуть збільшити ризик зловживання психоактивними речовинами та рецидиву. Цілком можливо, що генетичні та/або екологічні порушення нормального циклу сну та неспання можуть збільшити сприйнятливість до залежності.
Важко визначити, чи є порушення циркадного ритму причиною збільшення поширеності зловживання психоактивними речовинами, чи винні інші фактори навколишнього середовища, такі як стрес. Зміни в циркадному ритмі та сні відбуваються, коли людина починає зловживати наркотиками та алкоголем. Коли людина вирішує припинити вживання наркотиків і алкоголю, циркадний ритм продовжує порушуватися.
Стабілізація сну та циркадного ритму може допомогти зменшити вразливість до залежності та зменшити ймовірність рецидиву.
Циркадні ритми та гени годинника, що експресуються в областях мозку за межами супрахіазматичного ядра,можуть суттєво впливати на ефекти, спричинені такими наркотиками, як кокаїн . Крім того , генетичні маніпуляції з генами годинника глибоко впливають на дію кокаїну.
Наслідки порушення циркадних ритмів
Порушення
Додаткова інформація: Порушення циркадного ритму сну
Збій ритму зазвичай має негативний ефект. Багато мандрівників стикалися зі станом, відомим як зміна часових поясів , із супутніми симптомами втоми , дезорієнтації та безсоння .
Ряд інших розладів, таких як біполярний розлад і деякі розлади сну , такі як розлад затримки фази сну (DSPD), пов’язані з нерегулярним або патологічним функціонуванням циркадних ритмів.
Вважається, що порушення ритму в довгостроковій перспективі має значні несприятливі наслідки для здоров’я периферичних органів за межами мозку, зокрема у розвитку або загостренні серцево-судинних захворювань.
Дослідження показали, що підтримання нормального сну та циркадних ритмів є важливим для багатьох аспектів мозку та здоров’я. Численні дослідження також показали, що силовий сон , короткий період сну протягом дня, може зменшити стрес і підвищити продуктивність без будь-якого вимірного впливу на нормальні циркадні ритми. Циркадні ритми також відіграють важливу роль у ретикулярній системі активації , яка має вирішальне значення для підтримки стану свідомості. Зміна [ потрібне уточнення ] циклу сон-неспання може бути ознакою або ускладненням уремії , азотемії абогостре ураження нирок . Дослідження також допомогли з'ясувати, як світло безпосередньо впливає на здоров'я людини через вплив на циркадіанну біологію.
Зв'язок із серцево-судинними захворюваннями
Одне з перших досліджень, щоб визначити, як порушення циркадних ритмів викликає серцево-судинні захворювання, було проведено на хом’яках тау, які мають генетичний дефект у механізмі циркадного годинника. При підтримці 24-годинного циклу світло-темрява, який «не синхронізувався» з їхнім нормальним 22-циркадним механізмом, у них розвинулася глибока серцево-судинна та ниркова хвороба; однак, коли тварин Тау протягом усього життя вирощували за 22-годинним щоденним циклом світло-темрява, у них була здорова серцево-судинна система. Несприятливі наслідки циркадного зміщення на фізіологію людини вивчали в лабораторії за допомогою протоколу зміщення та шляхом вивчення змінних працівників. Порушення циркадного діаграми пов’язане з багатьма факторами ризику серцево-судинних захворювань. Повідомлялося про високі рівні біомаркера атеросклерозу, резистину, у позмінних працівників, що вказує на зв’язок між циркадним зміщенням і накопиченням бляшок в артеріях. Крім того, спостерігали підвищені рівні триацилгліцеридів (молекул, які використовуються для накопичення надлишку жирних кислот), які сприяли зміцненню артерій, що пов’язано з серцево-судинними захворюваннями, включаючи серцевий напад, інсульт і хвороби серця. Позмінна робота та зміщення циркадних діаграм, що виникає в результаті, також пов’язані з гіпертонією.
Ожиріння та діабет
Ожиріння та діабет пов’язані зі способом життя та генетичними факторами. Серед цих факторів, порушення циркадного годинникового механізму та/або невідповідність системи циркадного часу із зовнішнім середовищем (наприклад, цикл світло-темрява) може відігравати роль у розвитку метаболічних розладів.
Позмінна робота або хронічна часовий пояс мають серйозні наслідки для циркадних і метаболічних процесів в організмі. Тварини, яких змушують їсти під час відпочинку, демонструють збільшення маси тіла та зміну експресії годинника та метаболічних генів. У людей позмінна робота, яка сприяє нерегулярному прийому їжі, пов’язана зі зміною чутливості до інсуліну, діабетом і збільшенням маси тіла.
Рак
Порушення циркадного діаграми також пов’язане з підвищеним ризиком раку. У мишей було виявлено, що порушення основних генів годинника, генів Period (Per2, Per1), викликане циркадним зміщенням, прискорює ріст ракових клітин у мишей. Однак зв'язок між цими генами та раком залежить від типу шляхів і залучених генів. Існують вагомі докази того, що позмінна робота і, отже, циркадні дисбаланси співвідносяться з раком грудей і передміхурової залози у людей.
Когнітивні ефекти
Зниження когнітивних функцій було пов’язане з порушенням циркадного ритму. Постійно позмінні працівники демонструють підвищену кількість операційних помилок, погіршення зорово-моторної роботи та ефективності обробки, що може призвести як до зниження продуктивності, так і до потенційних проблем з безпекою. Підвищений ризик деменції пов’язаний із хронічними працівниками нічної зміни порівняно з працівниками денної зміни, особливо для осіб старше 50 років.
Суспільство і культура
У 2017 році Джеффрі К. Холл , Майкл У. Янг і Майкл Росбаш отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини «за відкриття молекулярних механізмів, що контролюють циркадний ритм».
Циркадні ритми були взяті як приклад передачі наукових знань у публічну сферу.
Циркадні ритми і цикл сон — неспання у людини
Періоди сну і неспання у людини змінюються з циркадною періодичністю. При дослідженні зв'язку періодичності сну і неспання із зовнішніми стимулами вивчалася зміна тривалості періоду даних коливань у людини. За відсутності таких стимулів як світло, що дозволяє людині судити про час доби, піддослідні все одно лягали спати й прокидалися в звичний час; таким чином, період ритму сон — неспання не змінювався і протягом деякого часу залишався рівним 24 годинам, щоправда, через деякий час він збільшився до 36 годин. Коли піддослідні поверталися в нормальні умови, то 24-годинний цикл відновлювався. Таким чином, у людини й у багатьох інших тварин є внутрішні годинники, які йдуть навіть за відсутності зовнішніх сигналів.
Одним із найпоширеніших зовнішніх сигналів є світло. У людини рецептори, що розташовані в сітківці, реагують на світло й посилають сигнал у . Подальше поширення сигналу призводить до вироблення гормонів, що регулюють циркадну активність організму. Однак, такі органи як серце, печінка, нирки мають свої «внутрішній годинник» і можуть вибиватися з ритму, що встановлюється супрахіазматичним ядром. Сигнал, що надходить у шишкоподібну залозу, викликає синтез і виділення в кров нейрогормона, що викликає сон — мелатоніну (N-ацетил-5-метоксітриптамін). У літніх людей виділяється менше мелатоніну, що, імовірно, пояснює, чому старі люди частіше страждають від безсоння. Більша частина дослідників вважає, що супрахіазматичне ядро відповідає за циркадні ритми і за коливання параметрів, пов'язаних із циклом сон — неспання, таких як температура тіла, тиск і продукція сечі.
Захворювання, пов'язані з порушенням циркадного ритму
У дорослих під час сну зменшується продукція сечі у зв'язку зі збільшенням вмісту антидіуретичного гормону в крові. У деяких дітей і дорослих, у яких циклічність коливань вмісту вазопресину порушено, зменшення продукції сечі в нічний час не відбувається, що призводить до неконтрольованого сечовипускання. Таке захворювання як смертельне спадкове безсоння закінчується летальним результатом і пов'язане з вродженими дефектами нейронів супрахіазматичного ядра[]. Цікавим є те, що подібні симптоми виникають при хворобі Кройцфельда-Якоба, коли вражаються клітини того ж супрахіазматичного ядра[].
Міжнародна класифікація розладів сну
Див. також
Примітки
- Для чого потрібні циркадні ритми, або як змінити хід «біологічного годинника» (Нобелівська премія з фізіології і медицини 2017 р.) / С. І. Романюк, С. В. Комісаренко // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 12. — doi: https://doi.org/10.15407/visn2017.12.050. - С. 50-62
- Johnson, Carl Hirschie; Rust, Michael Joseph, ред. (2021). Circadian rhythms in bacteria and microbiomes. Cham: Springer. ISBN .
- Дослід показав зв'язок циркадного ритму і клітинного ділення [ 2010-10-23 у Wayback Machine.]. — 23 березня 2010
- Brody, Stuart (2019-08). Circadian Rhythms in Fungi: Structure/Function/Evolution of Some Clock Components. Journal of Biological Rhythms (англ.). Т. 34, № 4. с. 364—379. doi:10.1177/0748730419852832. ISSN 0748-7304. Процитовано 18 липня 2023.
- Mancuso, Stefano; Shabala, Sergey; Mancuso, Stefano (2015). Rhythms in Plants: Dynamic Responses in a Dynamic Environment (вид. 2nd ed. 2015). Cham: Springer International Publishing Springer e-books Imprint: Springer. ISBN .
- Collection: Circadian Rhythms. academic.oup.com. Oxford University Press. Процитовано 18 липня 2023.
- Lin, Changfan; Feng, Shi; DeOliveira, Cristina C.; Crane, Brian R. (4 травня 2023). Cryptochrome–Timeless structure reveals circadian clock timing mechanisms. Nature (англ.). Т. 617, № 7959. с. 194—199. doi:10.1038/s41586-023-06009-4. ISSN 0028-0836. Процитовано 18 липня 2023.
- Megumi Hatori, Satchidananda Panda, Tsuyoshi Hirota (2023). Circadian Clocks. Neuromethods. Springer US. с. 429. ISBN .
- Auger, R. Robert, ред. (2020). Circadian rhythm sleep-wake disorders: an evidence-based guide for clinicians and investigators. Cham, Switzerland: Springer. ISBN .
- Meyer, Nicholas; Harvey, Allison G; Lockley, Steven W; Dijk, Derk-Jan (2022-09). Circadian rhythms and disorders of the timing of sleep. The Lancet. Т. 400, № 10357. с. 1061—1078. doi:10.1016/s0140-6736(22)00877-7. ISSN 0140-6736. Процитовано 18 липня 2023.
- Marco Brancaccio, Olivia Engmann (2021). Circadian Clock in Brain Health and Disease. Springer International Publishing. с. 188. ISBN .
- Lodovichi, Claudia; Ratto, Gian Michele (30 березня 2023). Control of circadian rhythm on cortical excitability and synaptic plasticity. Frontiers in Neural Circuits. Т. 17. doi:10.3389/fncir.2023.1099598. ISSN 1662-5110. PMC 10098176. PMID 37063387. Процитовано 18 липня 2023.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом () Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Schmid, Dominik W.; Capilla‐Lasheras, Pablo; Dominoni, Davide M.; Müller‐Klein, Nadine; Sommer, Simone; Risely, Alice (2023-03). Circadian rhythms of hosts and their gut microbiomes: Implications for animal physiology and ecology. Functional Ecology (англ.). Т. 37, № 3. с. 476—487. doi:10.1111/1365-2435.14255. ISSN 0269-8463. Процитовано 18 липня 2023.
- Rijo-Ferreira, Filipa; Takahashi, Joseph S. (2019-12). Genomics of circadian rhythms in health and disease. Genome Medicine (англ.). Т. 11, № 1. doi:10.1186/s13073-019-0704-0. ISSN 1756-994X. PMC 6916512. PMID 31847894. Процитовано 18 липня 2023.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом () Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Williams, S. B. A circadian timing mechanism in the cyanobacteria // Adv. Microb. Physiol. — 2007. — 52. — P. 229–296
- Rachelle M. Smith and Stanly B. Williams Circadian rhythms in gene transcription imparted by chromosome compaction in the cyanobacterium Synechococcus elongatus // PNAS. — 2006. — 103. — P. 8564-8568
Ця стаття містить , але походження окремих тверджень через брак . (жовтень 2017) |
Література
- Purves D. et al (2004). ‘’Neuroscience’’. Sinauer Associates, Inc. Publishers Sunderland, Massachusetts U.S.A
- Алехина Н. Д. и др (2005) ‘’Физиология растений’’. М.: Издательский центр «Академия»
- McClung C. (2006). ‘’Plant Circadian rhythms’’
Додаткова література
Книги
- Megumi Hatori, Satchidananda Panda, Tsuyoshi Hirota (2023). Circadian Clocks. Neuromethods. Springer US. с. 429. ISBN .
- Marco Brancaccio, Olivia Engmann (2021). Circadian Clock in Brain Health and Disease. Springer International Publishing. с. 188. ISBN .
- Xinfei Guo, Mircea R. Stan (2020). Circadian Rhythms for Future Resilient Electronic Systems: Accelerated Active Self-Healing for Integrated Circuits. Springer International Publishing. с. 208. ISBN .
- Auger R. Robert, ред. (2020). Circadian rhythm sleep-wake disorders: an evidence-based guide for clinicians and investigators. Cham, Switzerland: Springer. ISBN .
- Baojian Wu, Danyi Lu, Dong Dong (2020). Circadian Pharmacokinetics. Singapore: Springer. с. 253. ISBN .
- Mauricio Díaz-Muñoz, Mária Luisa Fanjul-Moles, Raúl Aguilar-Roblero (2014). Mechanisms of Circadian Systems in Animals and Their Clinical Relevance. Cham: International Publishing. ISBN .
Журнали
- Journal of Circadian Rhythms
- Neurobiology of Sleep and Circadian Rhythms
Статті
- Lin Changfan; Feng Shi; DeOliveira Cristina C.; Crane Brian R. (4 травня 2023). Cryptochrome–Timeless structure reveals circadian clock timing mechanisms. Nature (англ.) 617 (7959). с. 194–199. doi:10.1038/s41586-023-06009-4.
- Rijo-Ferreira F., Takahashi J.S. (2019). Genomics of circadian rhythms in health and disease. Genome Medicine 11, 82. doi:10.1186/s13073-019-0704-0.
Посилання
- Хронобіологія: циркадні ритми (рос.)
- Порушення сну і циркадних ритмів (рос.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cirka dni cirkadia nni ri tmi vid lat circa blizko krugom i lat dies den ciklichni kolivannya intensivnosti riznih biologichnih procesiv pov yazanih zi zminoyu dnya i nochi Nezvazhayuchi na zv yazok iz zovnishnimi stimulami cirkadni ritmi mayut endogenne pohodzhennya predstavlyayuchi takim chinom vnutrishnij godinnik organizmu Cirkadni ritmi prisutni u takih organizmiv yak mikroorganizmi zokrema cianobakteriyi vodorosti gribi roslini tvarini Deyaki cirkadni ritmi lyudini Cirkadni ritmi vinikayut vnaslidok kolivan ekspresiyi geniv viklikanih bilkami represorami yaki bezposeredno prignichuyut transkripciyu vlasnih geniv Cirkadni godinniki ye endogennimi oscilyatorami yaki kontrolyuyut 24 godinni fiziologichni ta povedinkovi procesi Centralnij cirkadnij godinnik kontrolyuye bezlich aspektiv fiziologiyi ssavciv vklyuchayuchi regulyaciyu snu metabolizmu ta imunnoyi sistemi Doslidzhennya skerovani na vivchennya roli cirkadnogo godinnika v kontroli sercevo sudinnoyi ta nervovoyi sistem mikrobioti kishkivnika onkopatologij ta starinnya Takij cirkadnij kontrol cih sistem chastkovo spirayetsya na regulyaciyu transkripciyi z neshodavnimi dokazami zagalnogenomnoyi regulyaciyi godinnika cherez cirkadiannu organizaciyu hromosom Osoblivosti cirkadnih ritmivRitm zberigayetsya pri postijnih umovah i maye period blizkij do 24 godin Ritm mozhe buti sinhronizovanij pid diyeyu zovnishnogo osvitlennya fotoperiodu Ritm ne zalezhit vid temperaturi poki vona zminyuyetsya v diapazoni pridatnomu dlya zhittyediyalnosti Svitlovij den abo fotoperiod ce trivalist shodennogo osvitlennya organizmu v zv yazku iz rostom ta rozvitkom Reakciya organizmu na svitlovij den nazivayetsya fotoperiodizmom Istoriya vidkrittyaVpershe pro zminu polozhennya listya protyagom dnya u tamarinda Tamarindus indicus zgaduye Androsten opisuyuchi pohodi Oleksandra Makedonskogo U novij chas 1729 roku francuzkij astronom povidomiv pro shodenni ruhi listkiv u mimozi sorom yazlivoyi Mimosa pudica Ci ruhi povtoryuvalisya z pevnoyu periodichnistyu navit yaksho roslini pomishalisya v temryavu de vidsutni taki zovnishni stimuli yak svitlo sho dozvolilo pripustiti endogenne pohodzhennya biologichnih ritmiv do yakih buli priurocheni ruhi listya roslini De Mejron pripustiv sho ci ritmi mozhut mati shos spilne z cherguvannyam snu i nespannya u lyudini Dekandol 1832 roku viznachiv sho period z yakim roslini mimozi zdijsnyuyut ci listovi ruhi desho korotshij nizh trivalist dobi i stanovit priblizno 22 23 godini 1880 roku Charlz Darvin i jogo sin Frensis zrobili pripushennya pro spadkovu prirodu cirkadnih ritmiv Ce pripushennya bulo pidtverdzheno doslidami pid chas yakih shreshuvalisya roslini riznih sortiv kvasoli periodi cirkadnih ritmiv yakih vidriznyalisya U gibridiv period vidriznyavsya vid periodu oboh batkiv Endogenna priroda cirkadnih ritmiv bula ostatochno pidtverdzhena 1984 roku pid chas doslidiv z gribami vidu Neurospora crassa provedenimi v kosmosi Ci doslidi pokazali nezalezhnist cilodobovogo ritmu vid geofizichnih signaliv pov yazanih z obertannyam Zemli navkolo svoyeyi osi Cirkadni ritmi cianobakterijNajprostishi cirkadni ritmi viyavleno v cianobakterij Cianobakteriyi sino zeleni vodorosti monofiletichna grupa voni mayut odnogo spilnogo predka fotoavtotrofnih bakterij zhivlyatsya za rahunok fotosintezu energiyi soncya Ce odna z najdavnishih i najriznomanitnishih grup u sviti prokariotiv Rizni predstavniki grupi duzhe vidriznyayutsya odin vid odnogo yak morfologichno tak i genetichno yih mozhna viyaviti majzhe v bud yakomu seredovishi dostupnomu dlya svitla Zhittyevi cikli mayut riznu trivalist u riznih predstavnikiv vid dekilkoh godin do dekilkoh tisyach rokiv mizh podilami u deyakih vidiv sho prozhivayut na oligotrofnih bidnih seredovishah Vpershe nayavnist cirkadni ritmiv u cianobakterij bulo prodemonstrovano pri vivchenni procesiv kisnevo chutlivoyi fiksaciyi azotu ta fotosintezu z vidilennyam kisnyu U cih procesah bula pokazana dobova ritmichnist Pro ce zokrema svidchili dani elektronnoyi mikroskopiyi za dopomogoyu yakoyi vivchali kilkist i rozmir tih chi inshih zapasayuchih granul v klitinah Piznishe bulo viyavleno sho j inshi procesi v klitinah napriklad poglinannya aminokislot vidbuvayutsya v ramkah cirkadnogo ritmu zadovolnyayuchi trom osnovnim polozhennyam cirkadnih ritmiv Krim togo viyavilosya sho ritmichno zminyuyetsya vsya ekspresiya geniv u klitinah cianobakterij Buli provedeni doslidi v yakih geni biolyuminescentnih tih sho svityatsya bilkiv vbudovuvalisya v genom cianobakterij pid vipadkovi bakterialni promotori U vsih otrimanih shtamiv sposterigalasya podibna kartina cirkadnih zmin intensivnosti lyuminescenciyi Vazhlivist sinhronizaciyi vnutrishnogo ritmu z ekzogennim faktorom osvitlenosti dlya cianobakterij bulo pokazano v ryadi doslidiv Napriklad bulo pokazano sho bakteriyi z porushenoyu sinhronizaciyeyu cirkadnih ritmiv povilnishe rostut v umovah zmini dnya i nochi tim samim prograyuchi bakteriyam iz dobre nalashtovanim vnutrishnim godinnikom Krim togo cianobakteriyi rozmnozhuyutsya tilki v nichnij period yakij viznachayetsya yih vnutrishnim godinnikom sho zokrema zahishaye DNK yaka replikuyetsya vid ushkodzhen ultrafioletovimi promenyami soncya Cirkadni ritmi roslinCirkadni ritmi roslin pov yazani zi zminoyu dnya ta nochi j vazhlivi dlya adaptaciyi roslin do dobovih kolivan takih parametriv yak temperatura osvitlennya vologist Roslini isnuyut u postijno minlivomu sviti tomu cirkadni ritmi vazhlivi dlya togo shob roslina mogla dati nalezhnu vidpovid na Zmina polozhennya listya protyagom dobi lishe odin z bagatoh ritmichnih procesiv u roslin Protyagom dobi kolivayutsya taki parametri yak aktivnist fermentiv intensivnist gazoobminu j fotosintetichna aktivnist U zdatnosti roslin rozpiznavati cherguvannya dnya ta nochi virishalnu rol vidigraye fitohromna sistema Prikladom roboti takoyi sistemi ye ritm cvitinnya u roslini Pharbitis nil Cvitinnya v ciyeyi roslini zalezhit vid dovzhini svitlovogo dnya yaksho den korotshij pevnogo intervalu to roslina cvite yaksho dovshij vegetuye Protyagom dobi umovi osvitlennya zminyuyutsya cherez te sho sonce perebuvaye pid riznimi kutami do gorizontu i vidpovidno zminyuyetsya spektralnij sklad svitla sho sprijmayetsya riznimi yaki zbudzhuyutsya svitlom iz riznoyu dovzhinoyu hvili Tak uvecheri v spektri bilshe dovgohvilovih chervonih promeniv yaki aktivizuyut lishe fitohrom A dayuchi roslini signal pro nablizhennya nochi Otrimavshi cej signal roslina vzhivaye vidpovidnih zahodiv Vazhlivist dlya temperaturnoyi adaptaciyi bulo z yasovano pid chas doslidiv iz transgennimi osikami Populus tremula u yakih produkciya fitohromu A bula pidvishenoyu Roslinam postijno zdavalosya sho voni otrimuyut svitlo visokoyi intensivnosti i takim chinom voni ne mogli adaptuvatisya do dobovih kolivan temperaturi j strazhdali vid nichnih zamorozkiv Pri doslidzhenni dobovih ritmiv u arabidopsisa bulo takozh pokazano fotoperiodichnost roboti troh geniv CO FKF1 i G1 Gen constans bere uchast u viznachenni chasu cvitinnya Sintez produktu gena CO zapuskayetsya kompleksom z bilkiv FKF1 i G1 U comu kompleksi produkt gena FKF1 vidigraye rol fotoreceptora Sintez bilka CO zapuskayetsya cherez 4 godini pislya pochatku osvitlennya j zupinyayetsya v temryavi Za nich sintezovanij bilok rujnuyetsya Takim chinom neobhidna dlya cvitinnya roslini koncentraciya bilka dosyagayetsya tilki v umovah dovgogo litnogo dnya Cirkadni ritmi u tvarinPraktichno vsi tvarini pristosovuyut svoyi fiziologichni j povedinkovi procesi do dobovih kolivan abiotichnih parametriv Prikladom cirkadnogo ritmu u tvarin ye cikl son nespannya U lyudini i v inshih tvarin isnuyut vnutrishni godinniki yaki jdut navit za vidsutnosti zovnishnih stimuliv sho mozhut dati informaciyu pro chas dobi Doslidzhennya molekulyarno biologichnoyi prirodi cih godinnikiv rozpochalosya blizko 30 rokiv tomu Konopka i Benzer sho pracyuvali v Kalifornijskomu tehnologichnomu instituti viyavili tri mutantni liniyi drozofil cirkadni ritmi yakih vidriznyalisya vid cirkadnih ritmiv mushok dikogo tipu Podalshij analiz pokazav sho u mutantiv mutaciyi zachipali alleli odnogo lokusu yakij buv nazvanij doslidnikami per vid period Za vidsutnosti normalnih signaliv navkolishnogo seredovisha period cilodobovoyi aktivnosti u mushok dikogo tipu stanoviv 24 godini u mutantiv per s 19 godin u mutantiv per l 29 godin u mutantiv per 0 vzagali ne sposterigalosya niyakogo ritmu Zgodom bulo viyavleno sho produkti geniv per ye v bagatoh klitinah drozofil yaki berut uchast v stanovlenni cirkadnogo ritmu komahi Bilsh togo u mushok dikogo tipu sposterigayutsya cirkadni kolivannya u kilkosti per mRNK i bilka Per v toj chas yak u mushok per0 u yakih nemaye cirkadnogo ritmu takoyi ciklichnosti ekspresiyi ne sposterigayetsya Lyudi Divitsya takozh Son Cirkadnij godinnik i Kriva fazovogo vidguku Svitlo Ranni doslidzhennya cirkadnih ritmiv pokazali sho bilshist lyudej viddayut perevagu dobi blizhche do 25 godin koli voni izolovani vid zovnishnih podraznikiv takih yak denne svitlo ta vidlik chasu Odnak ce doslidzhennya bulo pomilkovim oskilki vono ne zmoglo zahistiti uchasnikiv vid shtuchnogo svitla Hocha piddoslidni buli zahisheni vid signaliv chasu napriklad godinnika i dennogo svitla doslidniki ne znali pro efekt zatrimki fazi vnutrishnogo elektrichnogo osvitlennya sumnivno obgovoriti Piddoslidnim dozvolyalosya vmikati svitlo koli voni ne spali i vimikati jogo koli voni hotili spati Elektrichne svitlo u vechirnij chas zatrimalo yihnyu dobovu fazu Bilsh suvore doslidzhennya provedene v 1999 roci Garvardskim universitetom ocinilo prirodnij lyudskij ritm blizhche do 24 godin 11 hvilin nabagato blizhche do sonyachnoyi dobi U vidpovidnosti z cim doslidzhennyam bulo ostannye doslidzhennya 2010 roku yake viyavilo takozh statevi vidminnosti prichomu cirkadnij period dlya zhinok buv trohi korotshim 24 09 godini nizh dlya cholovikiv 24 19 godini U comu doslidzhenni zhinki yak pravilo prokidalisya ranishe nizh choloviki i viyavlyali bilshu perevagu rankovim zanyattyam nizh choloviki hocha biologichni mehanizmi sho lezhat v osnovi cih vidminnostej nevidomi Biologichni markeri ta efekti Klasichnimi fazovimi markerami dlya vimiryuvannya chasu cirkadnogo ritmu ssavciv ye sekreciya melatoninu shishkopodibnoyu zalozoyu minimalna temperatura vnutrishnogo tila i riven kortizolu v plazmi Dlya doslidzhennya temperaturi sub yekti povinni zalishatisya nespanimi ale spokijnimi ta napivlezhachimi v temryavi poki yim bezperervno vimiryuyut rektalnu temperaturu Hocha sered normalnih hronotipiv velika riznicya serednya temperatura dorosloyi lyudini dosyagaye svogo minimumu priblizno o 5 00 ranku priblizno za dvi godini do zvichajnogo chasu probudzhennya Baehr ta in viyavili sho u molodih lyudej dobovij minimum temperaturi tila pripadaye priblizno na 04 00 4 ranku dlya rankovih tipiv ale priblizno o 06 00 6 ranku dlya vechirnih tipiv Cej minimum pripadav priblizno na seredinu vosmigodinnogo periodu snu dlya rankovih tipiv ale blizhche do probudzhennya u vechirnih tipiv Melatonin vidsutnij v organizmi abo jogo riven neviznacheno nizkij protyagom dnya Jogo pochatok pri tmyanomu svitli tmyanij pochatok melatoninu DLMO priblizno o 21 00 9 vechora mozhna vimiryati v krovi abo slini Jogo osnovnij metabolit takozh mozhna viznachiti v rankovij sechi I DLMO i seredina u chasi prisutnosti gormonu v krovi abo slini vikoristovuvalisya yak cirkadni markeri Odnak novi doslidzhennya pokazuyut sho kompensaciya melatoninu mozhe buti bilsh nadijnim markerom Benloucif ta in viyavili sho markeri fazi melatoninu buli bilsh stabilnimi ta silnishe korelyuvali z chasom snu nizh minimalna temperatura sercya Voni viyavili sho yak zmishennya snu tak i zmishennya melatoninu silnishe korelyuyut z markerami fazi nizh pochatok snu Krim togo faza znizhennya rivnya melatoninu ye bilsh nadijnoyu ta stabilnoyu nizh pripinennya sintezu melatoninu Inshi fiziologichni zmini yaki vidbuvayutsya vidpovidno do cirkadnogo ritmu vklyuchayut chastotu sercevih skorochen i bagato klitinnih procesiv vklyuchayuchi okislyuvalnij stres klitinnij metabolizm imunni ta zapalni reakciyi epigenetichnu modifikaciyu shlyahi vidpovidi na gipoksiyu giperoksiyu endoplazmatichnij retikulyarnij stres autofagiyu ta regulyaciyu seredovisha stovburovih klitin Pid chas doslidzhennya molodih cholovikiv bulo viyavleno sho chastota sercevih skorochen dosyagaye najnizhchoyi serednoyi chastoti pid chas snu a najvishoyi serednoyi chastoti nezabarom pislya probudzhennya Na vidminu vid poperednih doslidzhen bulo viyavleno sho temperatura tila ne vplivaye na vikonannya psihologichnih testiv Jmovirno ce pov yazano z evolyucijnim tiskom na pidvishennya kognitivnih funkcij porivnyano z inshimi sferami funkcij doslidzhenimi v poperednih doslidzhennyah Poza golovnim godinnikom Bilsh mensh nezalezhni cirkadni ritmi zustrichayutsya v bagatoh organah i klitinah tila za mezhami suprahiazmatichnih yader SCN golovnogo godinnika Dijsno nejrobiolog Dzhozef Takahashi ta jogo kolegi zayavili v statti 2013 roku sho majzhe kozhna klitina v organizmi mistit cirkadnij godinnik Napriklad ci godinniki yaki nazivayutsya periferichnimi oscilyatorami buli viyavleni v nadnirkovih zalozah stravohodi legenyah pechinci pidshlunkovij zalozi selezinci timusi ta shkiri Ye takozh deyaki dokazi togo sho nyuhova cibulina i prostata mozhe vidchuvati kolivannya prinajmni koli kultivuyetsya Hocha oscilyatori v shkiri reaguyut na svitlo sistemnij vpliv ne dovedeno Krim togo bulo pokazano sho bagato oscilyatoriv takih yak klitini pechinki napriklad reaguyut na vhidni signali vidminni vid svitla taki yak goduvannya Svitlo i biologichnij godinnikDodatkova informaciya vpliv svitla na cirkadnij ritm Svitlo skidaye biologichnij godinnik vidpovidno do krivoyi fazovogo vidguku PRC Zalezhno vid chasu svitlo mozhe viperedzhati abo spovilnyuvati cirkadnij ritm Yak PRC tak i neobhidna osvitlenist variyuyutsya vid vidu do vidu i dlya perenalashtuvannya godinnika nichnim grizunam potribni nizhchi rivni osvitlenosti nizh u lyudej Primusovi dovshi abo korotshi cikliRiznomanitni doslidzhennya na lyudyah vikoristovuvali primusovi cikli snu nespannya yaki silno vidriznyalisya vid 24 godinnih napriklad provedeni Natanielem Klejtmanom u 1938 roci 28 godin i Derk Yanom Dejkom i Charlzom Chejslerom u 1990 h rokah 20 godin Oskilki lyudi z normalnim tipovim cirkadnim godinnikom ne mozhut prisluhatisya do takih nenormalnih ritmiv den nich ce nazivayut protokolom primusovoyi desinhronizaciyi Zgidno z takim protokolom epizodi snu ta nespannya vidokremlyuyutsya vid endogennogo cirkadnogo periodu organizmu sho dozvolyaye doslidnikam ociniti vpliv cirkadnoyi fazi tobto vidnosnogo chasu cirkadnogo ciklu na aspekti snu ta nespannya vklyuchayuchi zatrimku snu ta inshi funkciyi yak fiziologichni povedinkovi tak i kognitivni Doslidzhennya takozh pokazuyut sho en unikalnij tim sho zavdyaki jogo lokomotornij ta pavutinnij aktivnosti vin maye vinyatkovo korotkij period cirkadnogo godinnika blizko 19 godin Koli pavukiv C turbinata pomistili v kameri z periodami 19 24 abo 29 godin rivnomirno rozdilenih svitlom i temryavoyu zhoden z pavukiv ne prodemonstruvav znizhennya dovgolittya u svoyemu vlasnomu cirkadnomu godinniku Ci visnovki svidchat pro te sho C turbinata ne maye takih zhe vitrat pov yazanih iz nadzvichajnoyu desinhronizaciyeyu yak inshi vidi tvarin Zdorov ya lyudiniOsnova cirkadnoyi medicini Golovnoyu perevagoyu doslidzhen cirkadnoyi biologiyi ye pereklad bazovih mehanizmiv biologichnogo godinnika v klinichni instrumenti i ce osoblivo aktualno dlya likuvannya sercevo sudinnih zahvoryuvan Ce prizvelo do rozvitku absolyutno novoyi galuzi medicini yaka nazivayetsya cirkadnoyu medicinoyu Pionerski doslidzhennya pokazuyut sho Cirkadna medicina mozhe privesti do dovshogo ta zdorovishogo zhittya Napriklad 1 Cirkadne osvitlennya abo zmenshennya nespriyatlivogo osvitlennya vnochi v likarnyah mozhe pokrashiti rezultati paciyentiv pislya infarktu miokarda sercevogo napadu 2 Cirkadna hronoterapiya abo chas prijomu likiv mozhe zmenshiti nespriyatlive remodelyuvannya sercya u paciyentiv iz zahvoryuvannyami sercya Chas medichnogo likuvannya vidpovidno do biologichnogo godinnika hronoterapiya takozh mozhe prinesti korist paciyentam z gipertenziyeyu visokim krov yanim tiskom znachno pidvishivshi efektivnist i zmenshivshi toksichnist likiv abo pobichni reakciyi 3 Eksperimentalno na modelyah grizuniv bulo pokazano sho cirkadna farmakologiya abo preparati spryamovani na cirkadnij godinnikovij mehanizm znachno zmenshuyut shkodu vid sercevih napadiv i zapobigayut sercevij nedostatnosti Vazhlivo te sho dlya racionalnogo perekladu najperspektivnishih terapij Cirkadnoyi medicini v klinichnu praktiku vkraj vazhlivo shob mi zrozumili yak ce dopomagaye likuvati hvorobi oboh biologichnih statej Prichini porushennya cirkadnih ritmiv Vnutrishnye osvitlennya Vimogi do osvitlennya dlya cirkadnoyi regulyaciyi ne prosto taki zh yak dlya zoru planuvannya vnutrishnogo osvitlennya v ofisah i ustanovah pochinaye ce vrahovuvati Doslidzhennya vplivu svitla na tvarinah u laboratornih umovah donedavna vrahovuvali intensivnist svitla oprominennya ale ne kolir yakij yak bulo pokazano diye yak vazhlivij regulyator biologichnogo chasu v bilsh prirodnih umovah Sinye svitlodiodne osvitlennya prignichuye viroblennya melatoninu v p yat raziv bilshe nizh oranzhevo zhovte svitlo natriyu visokogo tisku HPS metalogalogenna lampa yaka ye bilim svitlom prignichuye melatonin zi shvidkistyu bilsh nizh u tri razi bilshoyu nizh HPS Simptomi depresiyi sprichineni dovgotrivalim nichnim osvitlennyam mozhna skasuvati povernuvshis do normalnogo ciklu Piloti aviakompanij i bortprovidniki Cherez harakter roboti pilotiv aviakompanij yaki chasto peretinayut kilka chasovih poyasiv i oblastej sonyachnogo svitla i temryavi za odin den i provodyat bagato godin bez snu yak vden tak i vnochi voni chasto ne mozhut pidtrimuvati rezhim snu yakij vidpovidaye prirodnomu cirkadnomu kalendaryu lyudini ritmichnist taka situaciya mozhe legko prizvesti do vtomi NTSB vvazhaye ce prichinoyu bagatoh neshasnih vipadkiv i provelo kilka doslidzhen shob znajti metodi borotbi z vtomoyu pilotiv Vpliv narkotikiv Doslidzhennya provedeni yak na tvarinah tak i na lyudyah pokazuyut veliki dvonapravleni zv yazki mizh cirkadnoyu sistemoyu ta zlovzhivayuchimi narkotikami Vkazuyetsya sho ci zlovzhivayuchi preparati vplivayut na centralnij cirkadnij kardiostimulyator Osobi z rozladom vzhivannya psihoaktivnih rechovin demonstruyut porushennya ritmu Ci porushennya ritmu mozhut zbilshiti rizik zlovzhivannya psihoaktivnimi rechovinami ta recidivu Cilkom mozhlivo sho genetichni ta abo ekologichni porushennya normalnogo ciklu snu ta nespannya mozhut zbilshiti sprijnyatlivist do zalezhnosti Vazhko viznachiti chi ye porushennya cirkadnogo ritmu prichinoyu zbilshennya poshirenosti zlovzhivannya psihoaktivnimi rechovinami chi vinni inshi faktori navkolishnogo seredovisha taki yak stres Zmini v cirkadnomu ritmi ta sni vidbuvayutsya koli lyudina pochinaye zlovzhivati narkotikami ta alkogolem Koli lyudina virishuye pripiniti vzhivannya narkotikiv i alkogolyu cirkadnij ritm prodovzhuye porushuvatisya Stabilizaciya snu ta cirkadnogo ritmu mozhe dopomogti zmenshiti vrazlivist do zalezhnosti ta zmenshiti jmovirnist recidivu Cirkadni ritmi ta geni godinnika sho ekspresuyutsya v oblastyah mozku za mezhami suprahiazmatichnogo yadra mozhut suttyevo vplivati na efekti sprichineni takimi narkotikami yak kokayin Krim togo genetichni manipulyaciyi z genami godinnika gliboko vplivayut na diyu kokayinu Naslidki porushennya cirkadnih ritmiv Porushennya Dodatkova informaciya Porushennya cirkadnogo ritmu snu Zbij ritmu zazvichaj maye negativnij efekt Bagato mandrivnikiv stikalisya zi stanom vidomim yak zmina chasovih poyasiv iz suputnimi simptomami vtomi dezoriyentaciyi ta bezsonnya Ryad inshih rozladiv takih yak bipolyarnij rozlad i deyaki rozladi snu taki yak rozlad zatrimki fazi snu DSPD pov yazani z neregulyarnim abo patologichnim funkcionuvannyam cirkadnih ritmiv Vvazhayetsya sho porushennya ritmu v dovgostrokovij perspektivi maye znachni nespriyatlivi naslidki dlya zdorov ya periferichnih organiv za mezhami mozku zokrema u rozvitku abo zagostrenni sercevo sudinnih zahvoryuvan Doslidzhennya pokazali sho pidtrimannya normalnogo snu ta cirkadnih ritmiv ye vazhlivim dlya bagatoh aspektiv mozku ta zdorov ya Chislenni doslidzhennya takozh pokazali sho silovij son korotkij period snu protyagom dnya mozhe zmenshiti stres i pidvishiti produktivnist bez bud yakogo vimirnogo vplivu na normalni cirkadni ritmi Cirkadni ritmi takozh vidigrayut vazhlivu rol u retikulyarnij sistemi aktivaciyi yaka maye virishalne znachennya dlya pidtrimki stanu svidomosti Zmina potribne utochnennya ciklu son nespannya mozhe buti oznakoyu abo uskladnennyam uremiyi azotemiyi abogostre urazhennya nirok Doslidzhennya takozh dopomogli z yasuvati yak svitlo bezposeredno vplivaye na zdorov ya lyudini cherez vpliv na cirkadiannu biologiyu Zv yazok iz sercevo sudinnimi zahvoryuvannyami Odne z pershih doslidzhen shob viznachiti yak porushennya cirkadnih ritmiv viklikaye sercevo sudinni zahvoryuvannya bulo provedeno na hom yakah tau yaki mayut genetichnij defekt u mehanizmi cirkadnogo godinnika Pri pidtrimci 24 godinnogo ciklu svitlo temryava yakij ne sinhronizuvavsya z yihnim normalnim 22 cirkadnim mehanizmom u nih rozvinulasya gliboka sercevo sudinna ta nirkova hvoroba odnak koli tvarin Tau protyagom usogo zhittya viroshuvali za 22 godinnim shodennim ciklom svitlo temryava u nih bula zdorova sercevo sudinna sistema Nespriyatlivi naslidki cirkadnogo zmishennya na fiziologiyu lyudini vivchali v laboratoriyi za dopomogoyu protokolu zmishennya ta shlyahom vivchennya zminnih pracivnikiv Porushennya cirkadnogo diagrami pov yazane z bagatma faktorami riziku sercevo sudinnih zahvoryuvan Povidomlyalosya pro visoki rivni biomarkera aterosklerozu rezistinu u pozminnih pracivnikiv sho vkazuye na zv yazok mizh cirkadnim zmishennyam i nakopichennyam blyashok v arteriyah Krim togo sposterigali pidvisheni rivni triacilgliceridiv molekul yaki vikoristovuyutsya dlya nakopichennya nadlishku zhirnih kislot yaki spriyali zmicnennyu arterij sho pov yazano z sercevo sudinnimi zahvoryuvannyami vklyuchayuchi sercevij napad insult i hvorobi sercya Pozminna robota ta zmishennya cirkadnih diagram sho vinikaye v rezultati takozh pov yazani z gipertoniyeyu Ozhirinnya ta diabet Ozhirinnya ta diabet pov yazani zi sposobom zhittya ta genetichnimi faktorami Sered cih faktoriv porushennya cirkadnogo godinnikovogo mehanizmu ta abo nevidpovidnist sistemi cirkadnogo chasu iz zovnishnim seredovishem napriklad cikl svitlo temryava mozhe vidigravati rol u rozvitku metabolichnih rozladiv Pozminna robota abo hronichna chasovij poyas mayut serjozni naslidki dlya cirkadnih i metabolichnih procesiv v organizmi Tvarini yakih zmushuyut yisti pid chas vidpochinku demonstruyut zbilshennya masi tila ta zminu ekspresiyi godinnika ta metabolichnih geniv U lyudej pozminna robota yaka spriyaye neregulyarnomu prijomu yizhi pov yazana zi zminoyu chutlivosti do insulinu diabetom i zbilshennyam masi tila Rak Porushennya cirkadnogo diagrami takozh pov yazane z pidvishenim rizikom raku U mishej bulo viyavleno sho porushennya osnovnih geniv godinnika geniv Period Per2 Per1 viklikane cirkadnim zmishennyam priskoryuye rist rakovih klitin u mishej Odnak zv yazok mizh cimi genami ta rakom zalezhit vid tipu shlyahiv i zaluchenih geniv Isnuyut vagomi dokazi togo sho pozminna robota i otzhe cirkadni disbalansi spivvidnosyatsya z rakom grudej i peredmihurovoyi zalozi u lyudej Kognitivni efekti Znizhennya kognitivnih funkcij bulo pov yazane z porushennyam cirkadnogo ritmu Postijno pozminni pracivniki demonstruyut pidvishenu kilkist operacijnih pomilok pogirshennya zorovo motornoyi roboti ta efektivnosti obrobki sho mozhe prizvesti yak do znizhennya produktivnosti tak i do potencijnih problem z bezpekoyu Pidvishenij rizik demenciyi pov yazanij iz hronichnimi pracivnikami nichnoyi zmini porivnyano z pracivnikami dennoyi zmini osoblivo dlya osib starshe 50 rokiv Suspilstvo i kulturaU 2017 roci Dzheffri K Holl Majkl U Yang i Majkl Rosbash otrimali Nobelivsku premiyu z fiziologiyi ta medicini za vidkrittya molekulyarnih mehanizmiv sho kontrolyuyut cirkadnij ritm Cirkadni ritmi buli vzyati yak priklad peredachi naukovih znan u publichnu sferu Cirkadni ritmi i cikl son nespannya u lyudini Periodi snu i nespannya u lyudini zminyuyutsya z cirkadnoyu periodichnistyu Pri doslidzhenni zv yazku periodichnosti snu i nespannya iz zovnishnimi stimulami vivchalasya zmina trivalosti periodu danih kolivan u lyudini Za vidsutnosti takih stimuliv yak svitlo sho dozvolyaye lyudini suditi pro chas dobi piddoslidni vse odno lyagali spati j prokidalisya v zvichnij chas takim chinom period ritmu son nespannya ne zminyuvavsya i protyagom deyakogo chasu zalishavsya rivnim 24 godinam shopravda cherez deyakij chas vin zbilshivsya do 36 godin Koli piddoslidni povertalisya v normalni umovi to 24 godinnij cikl vidnovlyuvavsya Takim chinom u lyudini j u bagatoh inshih tvarin ye vnutrishni godinniki yaki jdut navit za vidsutnosti zovnishnih signaliv Odnim iz najposhirenishih zovnishnih signaliv ye svitlo U lyudini receptori sho roztashovani v sitkivci reaguyut na svitlo j posilayut signal u Podalshe poshirennya signalu prizvodit do viroblennya gormoniv sho regulyuyut cirkadnu aktivnist organizmu Odnak taki organi yak serce pechinka nirki mayut svoyi vnutrishnij godinnik i mozhut vibivatisya z ritmu sho vstanovlyuyetsya suprahiazmatichnim yadrom Signal sho nadhodit u shishkopodibnu zalozu viklikaye sintez i vidilennya v krov nejrogormona sho viklikaye son melatoninu N acetil 5 metoksitriptamin U litnih lyudej vidilyayetsya menshe melatoninu sho imovirno poyasnyuye chomu stari lyudi chastishe strazhdayut vid bezsonnya Bilsha chastina doslidnikiv vvazhaye sho suprahiazmatichne yadro vidpovidaye za cirkadni ritmi i za kolivannya parametriv pov yazanih iz ciklom son nespannya takih yak temperatura tila tisk i produkciya sechi Zahvoryuvannya pov yazani z porushennyam cirkadnogo ritmuU doroslih pid chas snu zmenshuyetsya produkciya sechi u zv yazku zi zbilshennyam vmistu antidiuretichnogo gormonu v krovi U deyakih ditej i doroslih u yakih ciklichnist kolivan vmistu vazopresinu porusheno zmenshennya produkciyi sechi v nichnij chas ne vidbuvayetsya sho prizvodit do nekontrolovanogo sechovipuskannya Take zahvoryuvannya yak smertelne spadkove bezsonnya zakinchuyetsya letalnim rezultatom i pov yazane z vrodzhenimi defektami nejroniv suprahiazmatichnogo yadra dzherelo Cikavim ye te sho podibni simptomi vinikayut pri hvorobi Krojcfelda Yakoba koli vrazhayutsya klitini togo zh suprahiazmatichnogo yadra dzherelo Mizhnarodna klasifikaciya rozladiv snuDokladnishe Rozlad snuDiv takozhNejronauka Salni zalozi Hronoterapiya fazi snu SonPrimitkiDlya chogo potribni cirkadni ritmi abo yak zminiti hid biologichnogo godinnika Nobelivska premiya z fiziologiyi i medicini 2017 r S I Romanyuk S V Komisarenko Visnik Nacionalnoyi akademiyi nauk Ukrayini 2017 12 doi https doi org 10 15407 visn2017 12 050 S 50 62 Johnson Carl Hirschie Rust Michael Joseph red 2021 Circadian rhythms in bacteria and microbiomes Cham Springer ISBN 978 3 030 72158 9 Doslid pokazav zv yazok cirkadnogo ritmu i klitinnogo dilennya 2010 10 23 u Wayback Machine 23 bereznya 2010 Brody Stuart 2019 08 Circadian Rhythms in Fungi Structure Function Evolution of Some Clock Components Journal of Biological Rhythms angl T 34 4 s 364 379 doi 10 1177 0748730419852832 ISSN 0748 7304 Procitovano 18 lipnya 2023 Mancuso Stefano Shabala Sergey Mancuso Stefano 2015 Rhythms in Plants Dynamic Responses in a Dynamic Environment vid 2nd ed 2015 Cham Springer International Publishing Springer e books Imprint Springer ISBN 978 3 319 20517 5 Collection Circadian Rhythms academic oup com Oxford University Press Procitovano 18 lipnya 2023 Lin Changfan Feng Shi DeOliveira Cristina C Crane Brian R 4 travnya 2023 Cryptochrome Timeless structure reveals circadian clock timing mechanisms Nature angl T 617 7959 s 194 199 doi 10 1038 s41586 023 06009 4 ISSN 0028 0836 Procitovano 18 lipnya 2023 Megumi Hatori Satchidananda Panda Tsuyoshi Hirota 2023 Circadian Clocks Neuromethods Springer US s 429 ISBN 9781071625774 Auger R Robert red 2020 Circadian rhythm sleep wake disorders an evidence based guide for clinicians and investigators Cham Switzerland Springer ISBN 978 3 030 43803 6 Meyer Nicholas Harvey Allison G Lockley Steven W Dijk Derk Jan 2022 09 Circadian rhythms and disorders of the timing of sleep The Lancet T 400 10357 s 1061 1078 doi 10 1016 s0140 6736 22 00877 7 ISSN 0140 6736 Procitovano 18 lipnya 2023 Marco Brancaccio Olivia Engmann 2021 Circadian Clock in Brain Health and Disease Springer International Publishing s 188 ISBN 9783030811471 Lodovichi Claudia Ratto Gian Michele 30 bereznya 2023 Control of circadian rhythm on cortical excitability and synaptic plasticity Frontiers in Neural Circuits T 17 doi 10 3389 fncir 2023 1099598 ISSN 1662 5110 PMC 10098176 PMID 37063387 Procitovano 18 lipnya 2023 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a Obslugovuvannya CS1 Storinki z PMC z inshim formatom posilannya Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Schmid Dominik W Capilla Lasheras Pablo Dominoni Davide M Muller Klein Nadine Sommer Simone Risely Alice 2023 03 Circadian rhythms of hosts and their gut microbiomes Implications for animal physiology and ecology Functional Ecology angl T 37 3 s 476 487 doi 10 1111 1365 2435 14255 ISSN 0269 8463 Procitovano 18 lipnya 2023 Rijo Ferreira Filipa Takahashi Joseph S 2019 12 Genomics of circadian rhythms in health and disease Genome Medicine angl T 11 1 doi 10 1186 s13073 019 0704 0 ISSN 1756 994X PMC 6916512 PMID 31847894 Procitovano 18 lipnya 2023 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite news title Shablon Cite news cite news a Obslugovuvannya CS1 Storinki z PMC z inshim formatom posilannya Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Williams S B A circadian timing mechanism in the cyanobacteria Adv Microb Physiol 2007 52 P 229 296 Rachelle M Smith and Stanly B Williams Circadian rhythms in gene transcription imparted by chromosome compaction in the cyanobacterium Synechococcus elongatus PNAS 2006 103 P 8564 8568 Cya stattya mistit perelik posilan ale pohodzhennya okremih tverdzhen zalishayetsya nezrozumilim cherez brak vnutrishnotekstovih dzherel vinosok Bud laska dopomozhit polipshiti cyu stattyu peretvorivshi dzherela z pereliku posilan na dzherela vinoski u samomu teksti statti Zvernitsya na storinku obgovorennya za poyasnennyami ta dopomozhit vipraviti nedoliki zhovten 2017 LiteraturaPurves D et al 2004 Neuroscience Sinauer Associates Inc Publishers Sunderland Massachusetts U S A Alehina N D i dr 2005 Fiziologiya rastenij M Izdatelskij centr Akademiya McClung C 2006 Plant Circadian rhythms Dodatkova literaturaKnigi Megumi Hatori Satchidananda Panda Tsuyoshi Hirota 2023 Circadian Clocks Neuromethods Springer US s 429 ISBN 9781071625774 Marco Brancaccio Olivia Engmann 2021 Circadian Clock in Brain Health and Disease Springer International Publishing s 188 ISBN 9783030811471 Xinfei Guo Mircea R Stan 2020 Circadian Rhythms for Future Resilient Electronic Systems Accelerated Active Self Healing for Integrated Circuits Springer International Publishing s 208 ISBN 9783030200534 Auger R Robert red 2020 Circadian rhythm sleep wake disorders an evidence based guide for clinicians and investigators Cham Switzerland Springer ISBN 978 3 030 43803 6 Baojian Wu Danyi Lu Dong Dong 2020 Circadian Pharmacokinetics Singapore Springer s 253 ISBN 9789811588075 Mauricio Diaz Munoz Maria Luisa Fanjul Moles Raul Aguilar Roblero 2014 Mechanisms of Circadian Systems in Animals and Their Clinical Relevance Cham Springer International Publishing ISBN 978 3 319 08944 7 Zhurnali Journal of Circadian Rhythms Neurobiology of Sleep and Circadian Rhythms Statti Lin Changfan Feng Shi DeOliveira Cristina C Crane Brian R 4 travnya 2023 Cryptochrome Timeless structure reveals circadian clock timing mechanisms Nature angl 617 7959 s 194 199 doi 10 1038 s41586 023 06009 4 Rijo Ferreira F Takahashi J S 2019 Genomics of circadian rhythms in health and disease Genome Medicine 11 82 doi 10 1186 s13073 019 0704 0 PosilannyaHronobiologiya cirkadni ritmi ros Porushennya snu i cirkadnih ritmiv ros Cya stattya ye zagotovkoyu Vi mozhete dopomogti proyektu dorobivshi yiyi Ce povidomlennya varto zaminiti tochnishim