Βιολογικό Ρολόι: τι διαταράσσει τη λειτουργία του;

Ο κιρκάδιος ρυθμός είναι μια βιολογική διαδικασία με ενδογενή περιοδική μεταβολή στη διάρκεια του 24ωρου, που καθορίζεται από το βιολογικό ή κιρκάδιο ρολόι. Ο κιρκάδιος ρυθμός είναι ενδογενής, αλλά προσαρμόζεται στο τοπικό περιβάλλον ανάλογα με τους εξωγενείς παράγοντες (φως, θερμότητα). Η ονομασία του προέρχεται από την λατινική έκφραση «circa diem» δηλαδή «γύρω από την ημέρα». Την ύπαρξη του κιρκάδιου ρυθμού περιέγραψε πρώτος ο γάλλος γεωφυσικός και αστρονόμος Jean-Jeaques d' Ortoles de Mairan, ο οποίος το 1729 παρατήρησε πως τα φύλλα της μιμόζας άνοιγαν προς τον ήλιο την ημέρα και έκλειναν μετά τη δύση του ηλίου.

Θεωρίες αναφέρουν ότι στα πρώτα κύτταρα που εμφανίστηκαν στη γη δημιουργήθηκαν φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες και ο ενδογενής κιρκάδιος ρυθμός, για να προστατεύσουν το αντιγραφόμενο DNA τους από την υπεριώδη ακτινοβολία. Ο κιρκάδιος ρυθμός αναπτύχθηκε επίσης για να προσδώσει στους οργανισμούς τη δυνατότητα να προσαρμόζονται στις εκάστοτε περιβαλλοντικές αλλαγές. Ο αντίκτυπος της διαταραχής του κιρκάδιου ρυθμού είναι λιγότερο μελετημένος, αλλά τα επιστημονικά στοιχεία συγκλίνουν πως οι επιπτώσεις της στους οργανισμούς είναι τεράστιες, όπως εξηγεί η ενδοκρινολόγος Παρή Ράπτη, διδάκτωρ του Πανεπιστημίου του Μιλάνου.

Σε όλους τους οργανισμούς

Το βιολογικό ή κιρκάδιο ρολόι εμπλέκεται με την φυσιολογία όλων των οργανισμών και υπάρχει σε όλους - από τον άνθρωπο και τα φυτά έως τους μύκητες, τα βακτήρια και τα ζώα.

Η μετανάστευση της πεταλούδας μονάρχης, λ.χ., βασίζεται στην ηλιακή «πυξίδα» της, η λειτουργία της οποίας βασίζεται σε κιρκάδιο ρυθμό. Το ίδιο ισχύει και για τις λειτουργίες των μελισσών. Αντίστοιχα, τα αρκτικά ζώα έχουν εξατομικευμένους ρυθμούς, όπως η χειμερία νάρκη. Στα φυτά, εξάλλου, τις πληροφορίες για καλύτερη άνθιση σε συνάρτηση με την εποχή προσδίδουν οι κιρκάδιοι ρυθμοί για την επικονίαση, την βλάστηση, τη φωτοσύνθεση, την ανταλλαγή αερίων και την απελευθέρωση αρωμάτων. Το κυρίαρχο βιολογικό ρολόι των θηλαστικών κρύβεται και προστατεύεται στα βάθη του εγκεφάλου: στον πυρήνα του υποθάλαμου. Η λειτουργία του, όμως, ελέγχεται από ορισμένες ουσίες. Τα γάγγλια του αμφιβληστροειδή χιτώνα στο μάτι, π.χ., προσλαμβάνουν οπτικά σήματα και τα μεταδίδουν στην επίφυση του εγκεφάλου. Η επίφυση παράγει μελατονίνη, μία ουσία που αποτελεί ρυθμιστή ή τροποποιητή του κιρκάδιου ρυθμού.

Ουσιαστικά η ζωή στη γη προσαρμόζεται καθημερινά στην περιστροφή του πλανήτη μας και τα όντα έχουν αποκτήσει από μία «θεϊκή πρόνοια» τους κιρκάδιους ρυθμούς που τα βοηθούν να προηγηθούν και να προσαρμοστούν στο ρυθμό της κάθε μέρας.

Τί είναι, λοιπόν, οι κιρκάδιοι ρυθμοί; Ουσιαστικά είναι βιολογικές, νοητικές ή/και συμπεριφορικές αλλαγές που ακολουθούν τον ημερήσιο 24ωρο κύκλο. Όλα στη ζωή είναι κύκλος και επηρεάζονται από το φως: το 24ωρο, οι 28 ημέρες του καταμήνιου κύκλου, οι 9 μήνες της εγκυμοσύνης... όλα γίνονται κυκλικά.

Τρεις πρωτεΐνες

Το 2017 οι επιστήμονες Michael Rosbash, Michael Young και Jeffrey Hall τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής, για τις ανακαλύψεις τους γύρω από τους μοριακούς μηχανισμούς που ελέγχουν τον κιρκάδιο ρυθμό. Οι ανακαλύψεις αυτές είχαν αρχίσει το 1984 όταν οι τρεις επιστήμονες κατόρθωσαν να απομονώσουν ένα γονίδιο που διαπιστώθηκε ότι είναι ρυθμιστής του βιολογικού ρολογιού. Το γονίδιο αυτό λέγεται period και κωδικοποιεί μία πρωτεΐνη που λέγεται PER. Όπως ανακάλυψαν οι επιστήμονες, τα επίπεδα αυτής της πρωτεΐνης έχουν στη διάρκεια του 24ωρου συγχρονισμένη με τον κιρκάδιο ρυθμό διακύμανση. Στην πραγματικότητα, η πρωτεΐνη PER συγκεντρώνεται τη νύχτα στο κύτταρο και την ημέρα αποδομείται. Έτσι το ενδογενές μας ρολόι προσαρμόζει την φυσιολογία του οργανισμού στις διαφορετικές φάσεις του 24ωρου, παρεμβαίνοντας σε πολλές λειτουργίες όπως τα επίπεδα των ορμονών, η θερμοκρασία του σώματος και τον μεταβολισμό - λειτουργίες που, εν τέλει, καθορίζουν την ίδια την ζωή μας.

Πώς καταφέρνει, όμως, να διατηρείται σε καθημερινή βάση αυτή η τόσο ρυθμική διακύμανση στα επίπεδα της PER; Οι έρευνες των τριών επιστημόνων έδειξαν ότι στη διάρκεια της νύχτας η πρωτεΐνη PER συσσωρευόταν στον πυρήνα του κυττάρου. Ωστόσο η πρωτεΐνη αυτή παράγεται στο κυτταρόπλασμα. Πώς έφθανε λοιπόν έως τον πυρήνα; Την απάντηση έδωσε ο Young το 1994, όταν ανακάλυψε ένα δεύτερο γονίδιο που καθορίζει το βιολογικό μας ρολόι. Το γονίδιο αυτό λέγεται timeless και η πρωτεΐνη που κωδικοποιεί TIM. Όπως ανακάλυψε ο Young, η πρωτεΐνη TIM ενώνεται με την πρωτεΐνη PER και οι δυο τους κατορθώνουν κάθε βράδυ να εισέλθουν στον πυρήνα του κυττάρου, όπου μπλοκάρουν προσωρινά την δράση του γονιδίου period και έτσι την κωδικοποίηση της ίδιας της PER. Όμως, η συχνότητα του μπλοκαρίσματος αυτού επίσης είναι ρυθμική, επομένως και αυτή από κάποιο άλλο γονίδιο ελέγχεται. Το τρίτο αυτό γονίδιο εντόπισε και απομόνωσε πάλι ο Young. Πρόκειται για το γονίδιο doubletime, που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη DBT, η οποία καθυστερεί την συσσώρευση της πρωτεΐνης PER. Μέχρι σήμερα έχουν δοθεί άραγε όλες οι απαντήσεις για το κιρκάδιο ρολόι; Όχι, αλλά βοήθησαν τους επιστήμονες να κατανοήσουν σε μοριακό επίπεδο πως προσαρμόζουν τους βιολογικούς ρυθμούς τους τα έμβρια όντα, ώστε να συγχρονίζονται με την περιστροφή της γης.

Πολλά αναπάντητα ερωτήματα

Το βιολογικό ρολόι κάθε οργανισμού, λοιπόν, παράγει κιρκάδιο ρυθμό και αναπτύχθηκε για να τον βοηθήσει να προσαρμοστεί στις αλλαγές φωτός και θερμοκρασίας. Τί γίνεται, όμως, αν ο τρόπος ζωής μας δεν το ακολουθεί; Ποιες είναι οι επιπτώσεις στην βιολογία και την ψυχολογία μας; Και στην ύπαρξη μας; Μας ακολουθεί; Μας τιμωρεί; Μας ξεχνά; Υπάρχουν, όμως, και άλλα αναπάντητα ερωτήματα. Τί κάνει αυτό το βιολογικό ρολόι να λειτουργεί με τόση ακρίβεια; Ο ήλιος ή το σκοτάδι; Πώς ακριβώς το καθορίζουν ουσίες όπως η μελατονινή και οι ορμόνες μας; Γιατί λ.χ. η κορτιζόλη αυξάνεται το πρωί στις 8 π.μ. και μειώνεται το βράδυ στις 11 μ.μ.; Γιατί η θυρεοτρόπος ορμόνη αρχίζει να αυξάνεται στις 4 το πρωί; Ποιες άλλες ορμόνες μάς κάνουν να «ορμάμε» στη ζωή; Και ποιες μας επιβάλλουν ανάπαυση; Τί επιπτώσεις μπορεί να έχει στη λειτουργία του βιολογικού μας ρολογιού το συχνό ξενύχτι για διασκέδαση ή η νυχτερινή εργασία με ή χωρίς ρεπό;

Αλήθεια, τί συμβαίνει όταν οι εξωτερικοί ρυθμοί που επιλέγουμε ως συνήθειες δεν συγχρονίζονται με τον ενδογενή ρυθμό μας; Τί επιπτώσεις υπάρχουν στην υγεία και την ψυχολογία των ανθρώπων οι οποίοι εργάζονται νύχτα; Η σχέση μας με το φως και το σκοτάδι είναι ένας αρχέγονος και πολύπλοκος μηχανισμός που εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια καθορίζει και καθορίζεται από τα έμβια όντα. Ο κιρκάδιος ρυθμός είναι απαραίτητος για την προσαρμογή των έμβιων όντων στους βασικότερους κύκλους του πλανητικού μας περιβάλλοντος, τους οποίους επιβάλλουν οι μεταβολές της θέσης της γης. Ως φαίνεται, οι βιολογικοί ρυθμοί «ενσωματώνονται» στο εσωτερικό κάθε κυττάρου και αποτελούν την έκφραση της ρυθμικότητας των έμβιων όντων στο πλαίσιο της προσαρμογής τους στην περιστροφική περί τον άξονα της και «περιφορική» γύρω από τον ήλιο κίνηση της γης. Οι μεταβολές φωτός, κοσμικής ακτινοβολίας, βαρομετρικης πίεσης, μαγνητικών πεδίων και περιοδικών κοσμικών συμβάντων γίνονται αντιληπτές από κάθε κύτταρο ξεχωριστά και από όλα μαζί - και αυτά προσαρμόζονται.

Οι επιπτώσεις στην υγεία

Το πιο σαφές αντιληπτό αποτέλεσμα στον οργανισμό της λειτουργίας του κιρκάδιου ρυθμού είναι ο κύκλος ύπνου-εγρήγορσης. Ως φαίνεται όμως ο κιρκάδιος ρυθμός ελέγχει επίσης τον μεταβολισμό, την λειτουργία της πέψης, την αρτηριακή πίεση, την σωματική θερμοκρασία, την παραγωγή ορμονών, τις γνωστικές λειτουργίες. Το τζετ λαγκ αποτελεί απόδειξη των επιπτώσεων μετά από πολύωρα ταξίδια από ανατολάς προς δυσμάς. Άλλη διατάραξη του κιρκαδιανού ρυθμού συμβαίνει σε εργαζόμενους με εναλλασσόμενες βάρδιες (shift work), όπου η οκτάωρη ημερήσια εργασία εναλλάσσεται με νυκτερινό ωράριο. Στους εργαζόμενους αυτούς επηρεάζεται σοβαρά ο μεταβολισμός, η κάθαρση ενός φαρμάκου μετά τη λήψη του, η συγκέντρωση, η απόδοση στην εργασία.

Ορατές και αόρατες διακυμάνσεις διαφόρων φαινομένων συμβάλλουν στην αντίληψη της ρυθμικότητας και η ρυθμικότητα συμβάλλει στην αντίληψη της έννοιας του χρόνου.

Φως και σκοτάδι, κύκλος και περιστροφή του σύμπαντος, ισορροπία και διατάραξη της φυσιολογίας μας και τόσα άλλα προς ενδοσκόπηση, κατανόηση, διερεύνηση από όλες τις επιστήμες για το θεϊκό φαινόμενο της ύπαρξης, ξεκινώντας από το μόριο και όχι από το όλον, όπως αναφέρει η κα Παρή Ράπτη.