فصل مقدماتی: Chronobiology - علم ساختار زمان بیولوژیکی

هم انسان و هم بیشتر گونه های حیوانات در سیاره ما در معرض گزینه های منظم نور و تاریکی قرار دارند و تناوبی ثابت 24 ساعت در طول زندگی آنها است. این جایگزین منظم از نور و تاریک نه تنها سیستم های بیولوژیکی انسان بلکه بر سازمان اجتماعی رفتار را تحت تأثیر قرار می دهد. فرآیندهای موجود در ارگانیسم انسانی ، که به تغییر دوره ای و تناوب عوامل محیطی وابسته هستند ، به طور بالقوه بر نابینایان و افراد شاغل در کار شیفت و "انواع شبانه" تأثیر می گذارد ، که عادات آنها از حالت معمول اکثر افراد منحرف می شود. حالت نور و تاریکی متناوب در استوا ، پشت محافل قطبی و همچنین در انتقال در مناطق زمانی مختلف متفاوت است. تأثیر چنین حالت های نوری در تغییرات دوره ای در چندین عملکرد فیزیولوژیکی و ریتم های بیولوژیکی که در هر سطح از زندگی به نمایش گذاشته می شود - در سلول های مجرد ، بافت ها ، اندام ها و در نهایت ، سیستم های فیزیولوژیکی ارگانیسم ها آشکار می شود.

تغییر در محیط خارجی ، مانند شرایط آب و هوا یا شرایط جوی ، می تواند غیرقابل پیش بینی باشد. بنابراین ، ارگانیسم ها به سیستمهایی احتیاج دارند که مستقیماً به محیط های متغیر پاسخ دهند. با این حال ، تغییرات قابل پیش بینی نیز وجود دارد ، که نتیجه حرکات خاص سیاره ای مانند چرخه شبانه روز (چرخش زمین در محور آن) ، چرخه ماه (چرخه ماه در اطراف زمین) یا سالانه است. چرخه (چرخه زمین در اطراف خورشید). برای این تغییرات قابل پیش بینی ، ارگانیسم ها مکانیسم های خاصی دارند که ریتم های بیولوژیکی درون زا را تولید می کنند که مستقیماً با دوره های خاص در محیط زیست مطابقت دارد. آنها به طور مستقیم به ریتمیک محیط وابسته نیستند بلکه فقط از اطلاعات دوره ای محیط زیست برای همگام سازی نوسانات بیولوژیکی با چرخه محیط استفاده می کنند.

2. ریتم های بیولوژیکی و هموستاز

ریتم های بیولوژیکی توالی وقایع هستند که به مرور زمان به همان شیوه و با همان بازه تکرار می شوند. به عبارت دیگر ، آنها به موقع قابل پیش بینی هستند. بیوریتم ارگانیسم ها نتیجه سازگاری با تغییرات در محیط است که بسیار متغیر است و در بسیاری از عوامل تغییر می کند. Chronobiology علمی است که در حال تحقیق و تعیین عینی مکانیسم های ساختار زمان بیولوژیکی ، از جمله تظاهرات ریتمیک زندگی است.

از آنجا که پزشکی ، تا حد زیادی ، بر اساس اصول هوموستاتیک است ، طرح زیر ممکن است به عنوان نماینده در نظر گرفته شود.

نتایج آزمایشات تشخیصی

وقوع یا بدتر شدن تظاهرات بیماری

فارماکوکینتیک داروها

حساسیت به داروها

حساسیت به داروها از نظر فارماکودینامیک - چه درمانی و چه عوارض جانبی - خصوصیات دارویی

در مقابل ، مفهوم جدید هموستاز بیان می کند که متغیرهای فیزیولوژیکی نوسان می کنند و فقط در طول روز در یک محدوده فیزیولوژیکی باریک تنظیم می شوند ، که برای سلامتی ضروری است ، و تمام اندام ها و بافت های بدن برای حفظ این شرایط ثابت عملکردی را انجام می دهند.

3. توزیع ریتم های بیولوژیکی

ریتم های اگزوژن: ریتم های اگزوژن نوسانات سیستم غیرفعال است که به محرک دوره ای از محیط بیرونی بستگی دارد که ارگانیسم با این تغییرات ریتمیکی همزمان می شود. آنها فقط در دوره ای شبانه روزی محیط اجتماعی یا اقلیمی مشاهده می شوند.

ریتم های شبانه روزی: نوسان با دوره تقریباً 4 24 ساعت. آنها یکی از ریتم های متداول و مورد مطالعه هستند. اصطلاح "شبانه روزی" برای اولین بار توسط استاد [1] استفاده شد و اساساً دو معانی دارد. اولین قسمت روز و شب روز به عنوان یک کل و دوم به عنوان چرخه ای با دوره تقریباً 24 ساعت توصیف می کند.

Infradian rhythms : oscillate with the period >28 ساعتاین اصطلاح شامل:

ریتم های Circaseptan: نوسان با مدت تقریباً 3 ± 7 روز.

ریتم سیرلون: ریتم با دوره ای حدود 5 ± 30 روز. شامل فعالیت تخمدان و چرخه قاعدگی در زنان بالغ است.

ریتم های دایره ای: نوسان با مدت تقریبی 1 سال (2 ماه) ، در یک سال تقویم هماهنگ یا جدا شده است. همچنین شامل ریتم های فصلی است که نتیجه یک فرآیند سازگاری موجودات زنده با محیط زیست است. در گونه های خاص ، عملکردهای تولید مثل در لحظه های خاص در چرخه سالانه تحریک می شوند ، بنابراین بقای گونه ها را بهینه می کنند. اگرچه ریتم های فصلی نیز در انسان مشاهده می شود ، اما برای حمایت از حفظ گونه ها وجود ندارد.

4- کنترل ریتم های بیولوژیکی

ورودی ها: نشانه های دوره ای محیطی می توانند مرحله ضربان ساز مرکزی را مجدداً تنظیم کنند تا دوره و مرحله ریتم های شبانه روزی همزمان با زمان نشانه های خارجی باشد.

ضربان سازهای مرکزی: هسته یا هسته های سوپراکیاسماتیک (SCN) به عنوان ضربان ساز اصلی سیستم شبانه روزی در نظر گرفته می شود که با ارسال سیگنال های عصبی و هومورال به آنها ریتمیک شبانه روزی را در سایر نواحی مغز و بافت های محیطی هدایت می کند.

نوسان سازهای محیطی: بیشتر بافت ها و اندام های محیطی حاوی نوسانگرهای شبانه روزی هستند. معمولاً آنها تحت کنترل SCN هستند. با این حال، تحت برخی شرایط (به عنوان مثال، تغذیه محدود، جت لگ، و شیفت کاری)، آنها می توانند از SCN همگام سازی شوند.

خروجی ها: پیس میکرهای مرکزی و نوسانگرهای محیطی مسئول ریتمیک روزانه مشاهده شده در اکثر عملکردهای فیزیولوژیکی و رفتاری هستند. برخی از این ریتم های بیش از حد (تمرینات بدنی، دمای مرکزی، چرخه خواب و بیداری و زمان تغذیه) به نوبه خود بازخوردی را ارائه می دهند که می تواند عملکرد SCN و نوسانگرهای محیطی را تغییر دهد.

5. اصطلاحات کرونوبیولوژیکی

ساعت های بیولوژیکی: نوسانگرهای خودپایدار که در غیاب ورودی دوره ای خارجی (به عنوان مثال در سطح ژن در سلول ها) ریتم های بیولوژیکی تولید می کنند.

پیس میکر: واحد عملکردی که قادر به نوسانات خودپایدار است که ریتم های دیگر یا مکانیسم های داخلی را همگام می کند و دوره و فاز ریتم درون زا را تعیین می کند. آنها نوسانگرهایی هستند (ساعت بیولوژیکی)، که ریتم های بیولوژیکی را در غیاب ورودی های دوره ای خارجی (به عنوان مثال، در سطح ژن در سلول های فردی) تولید می کنند. هسته های سوپراکیاسماتیک هیپوتالاموس، ضربان ساز غالب بسیاری از ریتم های شبانه روزی در پستانداران هستند.

همگام سازی: وضعیت یک سیستم زمانی که دو یا چند متغیر تناوب با فرکانس، آکروفاز و رابطه فازی یکسان را نشان می دهند. این به تنظیم ریتم درون زا با تأثیرات دوره ای خارجی اشاره دارد. این تأثیر توسط همزمان ساز (zeitgeber) - تناوب محیطی که قرارگیری زمانی یک ریتم بیولوژیکی را در یک مقیاس زمانی مناسب تعیین می کند، واسطه می شود.

همگام کننده های انسانی می توانند:

آگاهی از زمان روز

میدان الکترومغناطیسی، میدان گرانشی و تابش کیهانی

همگام زدایی (داخلی): حالتی که در آن دو یا چند متغیر قبلاً همگام سازی شده در یک ارگانیسم (ریتم های درون زا) روابط زمانی متفاوتی از خود نشان نمی دهند.

همگام زدایی (خارجی): همگام زدایی از ریتم بیولوژیکی (درون زا) از یک چرخه محیطی.

ریتم های آزاد: ریتم های درون زا با دوره های خاص خود، که در شرایطی که تناوب محیط خارجی اصلاح یا حذف می شود، ادامه می یابد.

تغییر فاز: اگر دوره یا زمان هماهنگ کننده غالب تغییر کند، ریتم های شبانه روزی درون زا، اما هماهنگ با محیط، تغییری در همگام ساز آن ها و پیشرفت های فاز یا تاخیر فاز نمایش داده شود. ریتم ها با این شرایط جدید در یک زمان سازگار می شوند - حباب مجدد.

پیشروی فاز و تاخیر فاز: شامل وقوع زودتر یا دیرتر فاز ریتم، معمولا آکروفاز است.

حباب: جفت شدن دو ریتم با فرکانس یکسان به یکی از آنها (عامل حباب یا همگام ساز) که فاز دیگری را تعیین می کند. جفت شدن ریتم های درون زا به یک نوسان ساز محیطی با همان فرکانس یا تعیین فاز ریتم های بیولوژیکی توسط یک ضربان ساز داخلی است.

نوسان خودپایدار: سیستمی که می تواند از یک منبع ثابت انرژی استفاده کند و قادر به ادامه نوسان بدون ورودی انرژی خارجی باشد.

تنوع اپیزودیک: تغییرات ظاهراً نامنظم (غیر ریتمیک) یک متغیر بیولوژیکی (مثلاً ترشح اپیزودیک برخی هورمون ها).

ریتم مرجع و ریتم نشانگر: ریتم یک متغیر است که به عنوان مرجع زمانی برای سایر ریتم ها استفاده می شود.

6. طب بالینی: کرونومدیسین

پس از کشف مکانیسم ریتم شبانه روزی، عملکرد طولانی مدت طول نکشید و مطالعات متعددی در مورد تأثیر آنها بر اتیوپاتوژنز بیماری ها و همچنین امکان کاربرد آنها در درمان انجام شد. حتی در هفته های 3-6 پس از تولد، ساعت های داخلی به تدریج با دوره 24 ساعته هماهنگ می شوند. در بیشترین میزان، تأثیر نور در این هماهنگی نقش دارد، اما نقش ملاتونین، که فقط در شب در شیر مادر یافت می شود، نیز مورد بحث قرار می گیرد. با این حال، ریتم شبانه روزی در افراد نابینا نیز رخ می دهد، و حتی 50 تا 75 درصد افراد نابینا نشان می دهند که از اختلالات خواب رنج می برند.

پدیده های دوره ای در بسیاری از مطالعات با بررسی بیماری های مختلف روبرو می شوند. اغلب اوقات ، بسیاری از علائم یا حذف قابل توجه یک دوره چرخه ای را نشان می دهند. ساختار زمان ارگانیسم های زنده منبع این پدیده ها است: Intermodulation دقیق با گذشت زمان ، تغییر متغیرهای بیولوژیکی و مشابه. اگر هماهنگی بین و در بین ریتم های بیولوژیکی مختل یا بی نظمی باشد ، خود افراد حساسیت به بیماری یا خود بیماری را تشخیص می دهند. لازم است با نظارت بر پدیده بیولوژیکی در طول روز و تخمین تناوب سیستم با استفاده از روشهای آماری دقیق ، این موقعیت های مختلف را ضبط کنید.

بنابراین ، سؤال این است که چه موقع باید معاینات آزمایشگاهی یا آزمایش های تشخیصی را انجام دهیم. به عنوان مثال ، کورتیزول پلاسما ریتم شبانه روزی را نشان می دهد. اگرچه ترشح در پاسخ به محرک استرس زا افزایش می یابد ، اما به طور خودجوش در طول روز با مقادیر اوج در حدود 4: 00-6: 00 در صبح آزاد می شود ، با کاهش تدریجی در طول روز به پایین ترین مقادیر سقوط بین 23:00 و2:00 بعد از ظهر اگر مقدار "عادی" تقریباً در ساعت 08:00 ساعت رخ دهد ، تقریباً 20:00 ساعت نشان دهنده سندرم کوشینگ است. اگر مقدار "عادی" در حدود 20:00 ، 08:00 ساعت رخ دهد ، بیماری آدیسون را نشان می دهد. از دیدگاه شبانه روزی ، نتیجه گیری این است که بیش فعالی قشر آدرنال فقط در صورتی که غلظت بالای کورتیزول پلاسما در عصر یافت می شود و اگر سطح کم در صبح پیدا شود ، کمبود قشر آدرنال یافت می شود.

در انتقال از طریق مناطق زمانی بیشتر (سندرم jetlag)

در کارگران شیفت

در دانشجویان در دوره های امتحان

در حین بستری - در سطح ثابت نسبی سوفل ، نور و در کار مداوم پرستار

در نتیجه اختلالات جهت گیری شبانه روزی ، اگرچه جهت گیری فاز طبیعی در ابتدا است

7. اختلال شبانه روزی: اختلال در زمان بندی بیولوژیکی

سیستم شبانه روزی رفتار و فیزیولوژی روز را بهینه می کند و از نظر سلسله مراتبی با ساعتهای مرکزی در SCN سازماندهی می شود که در درجه اول توسط نور هماهنگ می شوند. در حال حاضر ، ما معمولاً به دلیل نورپردازی مصنوعی در معرض نور و نور کمتری قرار می گیریم ، که می تواند بر سازماندهی سیستم شبانه روزی تأثیر منفی بگذارد و خواب را مختل کند و در نتیجه اثرات جانبی گسترده ای بر سلامت متابولیک ایجاد کند. به عنوان مثال ، خواب قطع شده از افزایش مصرف انرژی و کاهش هزینه انرژی پشتیبانی می کند ، که ممکن است بر تغذیه سالم تأثیر بگذارد. آزمایشات همچنین نشان داده اند که انحراف شبانه روزی می تواند منجر به ناهنجاری های متابولیکی شود [5].

اختلال ریتم شبانه روزی ممکن است از سطح ساعت مولکولی (که فعالیت سلولی را تنظیم می کند) تا عدم تطابق بین چرخه های رفتاری و محیطی رخ دهد [5]. این نتیجه تغییر فاز در نوسان فرآیندهای فیزیولوژیکی شبانه روزی و کنترل شده است. یک مطالعه جدید نشان داد که اختلال مزمن یکی از اساسی ترین ریتم های شبانه روزی (روزانه)-چرخه شبانه روز-به افزایش وزن ، تحریک پذیری ، تفکر کندتر و سایر تغییرات فیزیولوژیکی و رفتاری در موش ها ، مشابه موارد مشاهده شده در افراد است. که درگیر کار شیفت هستند یا تاخیر جت را تجربه می کنند.

کار شیفت: از آنجا که افراد در مشاغل مختلف اغلب در شب کار می کنند ، در معرض خطر فوق العاده ای برای ریتم شبانه روزی و اختلالات خواب قرار می گیرند [6 ، 7 ، 8 ، 9]. کارگران شیفت همچنین مستعد ابتلا به سایر اختلالات بهداشتی مانند مشکلات دستگاه گوارش هستند [10] ، و قرار گرفتن در معرض تغییرات مرتبط با کار می تواند با خطر ابتلا به برخی بیماری ها از جمله سرطان پستان و سندرم متابولیک همراه باشد [11 ، 12].

Jetlag: علاوه بر کار شیفت ، Jetlag همچنین باعث ایجاد ریتم شبانه روزی و اختلال در خواب می شود. اگرچه عواقب سلامتی جتلاگ مکرر مبهم است [13] ، هرگونه اثرات مضر ریتم شبانه روزی ناشی از جتلاگ و اختلالات خواب گسترده تر می شود زیرا پیش بینی می شود تعداد فزاینده ای از مسافران برای عبور از چندین منطقه زمانی عبور کنند. در حالی که کار شیفت و jetlag اختلال روشنی در سیستم شبانه روزی و خواب به همراه دارد ، حتی ساعات کار "عادی" می تواند منجر به عدم تعادل نرم تر ریتم شبانه روزی و کمبود خواب شود ، به خصوص در میان کرونوتیپ های عصر. این امر به این دلیل است که بسیاری از افراد از هشدارها برای تولید بیداری در هنگام خواب در غیر این صورت استفاده می کنند [5].

منابع دیگر اختلال در شبانه روزی می تواند نورپردازی غیرمعمول (مناطق قطبی) ، خواب ریتم شبانه روزی (اختلالات بیدار [اختلالات خواب بدون خواب 24 ساعته] ، پیری ، حالات بیماری [بیماری آلزایمر ، سندرم اسمیت-ماژنیس ، بیماری پارکینسون]) ،و بارداری ، یائسگی ، مشکلات بهداشت روان یا داروها.

آسیب شناسی شبانه روزی می تواند توسط عوامل مرتبط با نوسان سازها مانند عدم اتصال بین نوسان سازهای مختلف در داخل SCN ناشی از پیری و عدم اتصال بین نوسان سازهای مرکزی و محیطی یا تغییرات عملکردی ژن ساعت ایجاد شود یا ممکن است توسط عوامل مرتبط با آن ایجاد شودخروجی هایی مانند سرکوب ملاتونین شبانه و از دست دادن ریتمیک کورتیزول ، که همچنین Chronodisrupters هستند. بسیاری از حالات پاتولوژیک می توانند به عنوان نتیجه اختلال در شبانه روزی القا یا مختل شوند [3].

JETLAG یا سندرم تغییر منطقه زمانی سریع: افراد مبتلا به این سندرم علائمی را نشان می دهند که شامل خواب آلودگی بیش از حد و عدم هوشیاری در روز در افرادی که در مناطق زمانی سفر می کنند.

تغییر اختلال خواب کار: این اختلال خواب بر افرادی که مرتباً شیفت می چرخند یا شب کار می کنند ، تأثیر می گذارد.

سندرم فاز خواب تأخیر (DSP): این یک اختلال در زمان خواب است. افراد مبتلا به DSP تمایل دارند که خیلی دیر شب بخوابند و در بیدار شدن به موقع برای کار ، مدرسه یا درگیری های اجتماعی مشکل داشته باشند.

اختلال فاز خواب پیشرفته (ASPD): این اختلال است که در آن فرد زودتر به خواب می رود و زودتر از دلخواه از خواب بیدار می شود. ASPD منجر به علائم خواب آلودگی عصرانه ، رفتن به خواب زودتر (به عنوان مثال ، بین ساعت 6 تا 9 بعد از ظهر) و بیدار شدن از خواب زودتر از دلخواه (به عنوان مثال ، بین ساعت 1 و 5:00 بعد از ظهر).

اختلال خواب بدون خواب 24 ساعته: این اختلال اغلب بر آنهایی که کاملاً کور هستند تأثیر می گذارد زیرا ساعت شبانه روزی توسط چرخه نور نور در طی یک دوره 24 ساعته تنظیم می شود. در اختلال خواب بدون خواب 24 ساعته ، چرخه مختل می شود. این اختلال منجر به کاهش چشمگیر زمان خواب و کیفیت در شب و مشکلات مربوط به خواب آلودگی در ساعات روز می شود.

برخی از مداخلات رفتاری و دارویی عوارض جانبی ریتم شبانه روزی و اختلالات خواب را متعادل می کنند. با این حال ، برخی از اثرات مفید این مداخلات ممکن است مستقل از سیستم شبانه روزی و خواب باشد. از آنجا که درک روابط بین مراحل سالم SCN و سیستم های ساعت محیطی ضعیف است ، روشن شدن این روابط ممکن است به شخصی سازی نسخه های کرونوبیوتیک کمک کند ، که برخی از آنها هنوز هم نیاز به مطالعات ایمنی و کارآیی دارند. در این صورت ضروری است که این مداخلات را مقایسه کرده و ارزیابی کنیم که مؤثرترین و تحت چه شرایطی هستند [5].

در حال حاضر ، طبقه بندی سلامت به عنوان توانایی بالقوه یک ارگانیسم برای مقابله با اثرات مختلف محیط بدون ایجاد اختلال در عملکردهای مهم بیولوژیکی ، دیگر کافی نیست. ما منابع و یک روش آماری نسبتاً دقیق داریم که به ما امکان می دهد حداکثر و حداقل ظرفیت های عملکردی هر سیستم عملکردی را در هر زمان ارزیابی کنیم.