Cirkadiánní rytmus

Již v roce 1922 Curt Richter naznačoval, že tělo samo o sobě generuje cykly aktvity a neaktivity, nicméně bylo třeba ještě mnoho získat výzkumných dokladů, aby akademická obec přijala tato tvrzení; samotní psychologové tuto možnost v té době silně odmítali. Poslední výzkumy ukazují významnou podobnost ve struktuře fungování cirkadiánních hodin napříč různými živočišnými druhy i rostlinami, jež jsou vyvolávány fyziologickými, biochemickými a molekulárními ději v organismu, které jsou však často přehlíženy. Fundamentálním vlastnostem života a rytmům biologických procesů se snaží porozumět biologie času - chronobiologie.

Zjištění týkající se cirkadiánních rytmů:

Obr. 1: Suprachiasmatická jádra

• Označení pro nastavení organismu v průběhu 24 hodin, které se děje v průběhu změn zejména podmínek světlo-tma a teploty, a které pokračuje v periodě 24,0h i pokud je organismus izolován od vnějších vodítek
• Periodicita je řízena endogenně ("biologickými hodinami"); rytmy existují i když je člověk v naprosto neperiodickém období
• Jedná se o biologické mechanismy, které zajišťují homeostázu → týká se to nejen spánku/bdění, ale i chemických, biologických (teplota, složení moči a krve), hormonálních pochodů
• V izolovaném prostředí (když člověka zavřeme do tmy) se ukazuje, že vnitřní perioda není 24 hodin, ale je delší: jedná se o průměrné hodnoty mezi 24,2 - 24,5h
• 24,5h je průměrná vnitřní perioda u nevidomých; Helena Illnerová se přiklání k tomu, že tato délka je pravděpodobně nejpřirozenější, neboť nevidomí nejsou ovlivněni světlem
• Subjektivita rytmu - Pokud bychom žili v neperiodickém prostředí, tak by každému rytmy běžely s vnitřní periodou; každý má mírně odlišné periody a časy by se potom rozešly –> to, že jsme všichni nastaveni na periodicitu 24,0h je dáno externí synchronizací prostřednictvím světla
• Helena Illnerová mluví o časovém systému organismu – nyní máme dobře zmapovánu organizaci organismu po stránce prostorové, je však důležité zmapovat ji i po stránce časové – to je doména chronobiologie

Biologická úroveň

Obr. 2.: Hodiny od nástupu spánku

• Cirkadiánní časový systém může být u savců definován jako síť vzájemně propojených diencefalických struktur, které regulují načasování fyziologických procesů a behaviorálních stavů
• Oscilátorem vnitřní rytmicity jsou suprachiasmatická jádra hypothalamu o množství 10 000 buněk, která jsou umístěna přímo za očima, které synchronizují tělo s časem dne a noci

• Dnes víme, že v tělo obsahuje tisíce či více odlišných hodin, které pečlivě koordinují funkci tkání - každý orgán v těle má svou časovou organizaci a je sám „hodinami“, přesto má ale mozek tu nejdůležitější úlohu – je schopen synchronizovat celé tělo k jednomu času
• Vnitřně regulovaný 24 hodinový rytmus vzniká důsledkem interakce "hodinových" genů s externím prostředím prostřednictvím nově objevených fotoreceptorů
• Světločivé buňky (fotoreceptory) jsou spolu s tyčinkami a čípky umístěny v sítnici a dopomáhají k synchronizaci; informace získaná prostřednictvím jich pokračuje dále do příslušného centra v mozku a může v důskedku ovlivnovat náladu a imunitní systém.
• Co se týče regulace tělesná teploty: některé zdroje ukazují, že 1 až 2 hodiny po usnutí dochází k poklesu teploty, v polovině spánku se teplota zase zvýší, a pak až ke konci zase klesá. Nejnižší teplotu má člověk těsně před probuzením. Helena Illnerová tvrdí, že nejnižší teplota je přibližně kolem 3:00 ráno, naopak nejvyšší odpoledne mezi 16:00 - 18:00
• V průběhu dne se, díky metabolické aktivaci, teplota zvyšuje, v poledne je teplota na vrcholu a odpoledne zase klesá.
• Kvůli těmto změnám se v nemocnicích měří teplota 3x denně.
• Velkou roli v tom hraje thalamus (reguluje spánek/bdění, chemické pochody) a melatonin (vznik v epifýze, jeho množství je závislé - přímá úměra - na slunečních paprscích)
• S průběhem cirkadiánního rytmu souvisí i riziko infarktu (kritická doba velmi brzy ráno) či astmatické záchvaty (záležitost noční)

Chemická úroveň

• Této dimenzi cirkadiánních rytmů odpovídá hormonální systém
• Růstový hormon - simuluje anabolickou aktivitu, po usnutí se jeho hladina zvyšuje, od vrcholu noci pak prudce klesá a jeho hladina se zvyšuje až ve dne
• Kortizol - v noci se jeho hladina pořád zvyšuje (na rozdíl od STH), ve dne jeho hodnoty klesají a kolísají
• pokud někoho zavřeme do temné místnosti, tak spánek/bdění, teplota a STH se budou stále držet té své křivky, nebude docházet k výkyvům; kortizon se ale tímto úplně desynchronizuje a nebude korelovat s cirkadiánními rytmy
• Melatonin - tento hormon, který je produkován v šišince, reguluje cykly bdělosti/spánku. Tento hormon ovlivňuje naši únavu a je produkován zejména v noci. V případě časového posunu, je způsobeno právě melatoninovým rytmem, než se začnou cítit ospalí ve stejnou dobu, jak je nastaven denní cyklus v novém časovém pásmu

Psychogenní úroveň

• Je známa blízká souvislost cirkadiánní regulace a nálad, což lze odvodit z faktu, že mnoho psychologických poruch je charakterizováno poruchami spánku a cirkadiánními alteracemi; narušení cirkadiánního rytmu může vézt k relapsu u lidí s psychiatrickou diagnozou v osobní historii
• Aktuální studie poukazují na to, že mechanismy spánku a psychického zdraví sdílí některé neurální mechanismy. Narušené spánkové a cirkadiánní rytmy jsou komorbidní s celým spektrem poruch počínaje poruchami nálad (zvláště unipolární a sezónní afektivní podtyp) či psychotickými poruchami (schizofrenie)
• Narušené cykly spánku a bdění souvisí sníženým kognitivním výkonem a pamětí, změny v cirkadiánním rytmu ve smyslu cyklu aktivita/odpočinek vedou k dysfunkcím hippokampu a příspívají dokonce k paměťovým deficitům a mohou být také spojeny se stárnutím a úbytkem paměťových schopností
• Cirkadiánní rytmy souvisí i s náladami alterovanými v půběhu dne - ve studii se ukázalo, že od probuzení do pozdního odpoledne se zvyšuje pozitivní nálada a později se snižuje až do času spánku
• Jasné (ranní) světlo slouží jako velmi důležitý synchronizátor a ukázalo se, že má terapeutické účinky ne jen při léčbě sezonních depresí; tzv. bright light therapy (BLT) se považuje jako prostředek léčby sezónní afektivní poruchy i non-sezónní deprese; klinické užití BLT je velmi variabilní a levné
• Rytmy ovlivňují psychickou I fyzickou způsobilost, každý má jinak nastavený vrchol svých způsobilostí v rámci denního běhu

Otázky

Následující otázky můžete využít ke zjištění, kolik jste si s tohoto článku zapamatovali faktů. Odpovědi naleznete níže.

1. Jak je dlouhý přirozený rytmus člověka?
2. V kterou denní dobu je vliv světla nejdůležitější?
3. Jaká je souvislost nálad a světla?
4. Jak je dlouhý cirkadiánní rytmus nevidomých?
5. Jak se jmenuje hlavní oscilátor, který řídí cirkadiánní rytmy?
6. Jaký vliv má melatonin na cirkadiánní rytmus?

Odpovědi

1. Jedná se o průměrné hodnoty mezi 24,2 - 24,5h
2. Ranní světlo zastává velmi důležitou synchronizační funkci
3. Léčba světlem se užívá jako prostředek léčby sezónní afektivní poruchy a je to variabilní a levná forma léčby i non-sezónní deprese
4. 24,5h
5. Suprachiasmatická jádra uložená v hypothalamu
6. Ovlivňuje naši únavu a je produkován zejména v noci - V případě časového posunu, je způsobeno právě melatoninovým rytmem, než se začnou cítit ospalí ve stejnou dobu, jak je nastaven denní cyklus v novém časovém pásmu

Zdroje

Foster, R. G., & Kreitzman, L. (2014). The rhythms of life: What your body clock means to you! Experimental Physiology, 99(4), 599-606.

Gillete, M. (2013). Chronobiology: biological timing in health and disease, 199. Academic Press.

Kalat, J. W. (2016). Biological Psychology (12th ed.). Boston: Cengage Learning.

Karatsoreos, I. N. & Silver, R. (2004). Chronobiology: biological timekeeping. Physiology & Behavior, 82, 927 - 929.

Salem Press Encyclopedia of Health (2016). Circadian rhythms.

de Lange, C. (2016). Get in sync. New Scientist, 230(3069), 30-33.

Sherman, S. M., Mumford, J. A., & Schnyer, D. M. (2015). Hippocampal activity mediates the relationship between circadian activity rhythms and memory in older adults. Neuropsychologia, 75617-625. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2015.07.020

Oldham, M. A., & Ciraulo, D. A. (2014). Bright light therapy for depression: A review of its effects on chronobiology and the autonomic nervous system. Chronobiology International: The Journal Of Biological & Medical Rhythm Research, 31(3), 305-319.

Hydepark civilizace (2014). Helena Illnerová, fyzioložka a biochemička, bývalá předsedkyně Akademie věd [Videosoubor]. Retrieved fromhttp://www.ceskatelevize.cz/porady/10441294653-hyde-park-civilizace/213411058091116/