Biologické rytmy

Řada fyziologických funkcí se přizpůsobila biologickým rytmům, které fungují v přírodě. Život na Zemi je založen na střídání světla a tmy (dne a noci), na změnách teploty, na střídání ročních období nebo na dostupnosti potravy. Biologické rytmy zpravidla sledují tyto cyklické změny zevního prostředí. Naše tělo je schopno tyto změny předvídat a podle toho upravovat svou metabolickou aktivitu či chování. Tělesné funkce tedy sledují endogenní rytmy, které jsou synchronizovány s cyklickými změnami vnějšího prostředí. Délka v periodě těchto rytmických dějů se může různě lišit, a proto rozlišujeme několik typů rytmů:

• ultradiánní rytmus - trvá jen několik minut či hodin a příkladem je například hladina LH, která má perioda přibližně 90 min (ale až 12 hodin)
• infradiánní rytmus - trvá déle než jeden den
• cirkadiánní rytmus - trvání jedné periody je přesně jeden den a příkladem je kolísání hladiny růstového hormonu či kortizolu
• cirkalunární rytmus - trvá jeden měsíc a hlavním příkladem je ovariální cyklus u ženy, který trvá 28 dní
• cirkaanuální rytmus - trvá jeden rok a příkladem je změna reprodukčního chování a funkcí v průběhu ročních období

Vzorec melatoninu

Hlavním biologických rytmem je určitě cirkadiánní rytmus, který má periodu přibližně 24 hodin. Cirkadiánní rytmyjsou charakterizovány jako děje endogenní, což znamená, že nejsou indukovány změnami vnějšího prostředí. Systém řízení cirkadiánních rytmů má 3 důležité části - pacemaker, vstupy informací o periodických změnách ve vnějším prostředí a mechanizmy, díky kterým je pacemaker schopen řídit periodickou činnost jednotlivých struktur.

Pacemaker jsou vlastní biologické hodiny, které fungují jako časovač udávající rytmus. U savců se tento endogenní časovač nachází v předním hypotalamu před chiasma opticum - v nucleus suprachiasmaticus. Je to párový orgán a tato jádra vykazují periodicky se opakující elektrickou aktivitu, která dosahuje maxima ve dne a minima v noci. V jádrech nacházíme receptory pro melatonin, což znamená, že melatonin je schopen ovlivňovat biologické hodiny (pacemaker). Probíhající oscilace je vytvářena geny tohoto pacemakeru. Tyto geny a jimi vytvořené proteinové struktury představují zpětnovazebnou smyčku, která vytváří zmíněnou oscilaci. Celá tato činnost je tedy založena na zpětnovazebně propojené transkripci těchto genů, kdy oni se cirkadiánně zapínají a vypínají. Vytvořené proteiny pomocí negativní zpětné vazby utlumují translaci dalších proteinů. Pravděpodobně všechny buňky jsou schopné generovat cirkadiánní změny, ale jsou závislé na centrálním pacemakeru v nucleus suprachiasmaticus. Aktivita našeho endogenního pacemakeru - volný běh - je u člověka delší než 24 hodin, je to přibližně 24,2 až 25 hodin. A proto je nutné činnost pacemakeru neustále seřizovat. Zevní prostředí vnucuje endogennímu pacemakeru periodu rovnou 24 hodinám, například pomocí střídání tmy a světla. Tyto vlivy nazýváme jako synchronizátory, patří mezi něj i pravidelný příjem potravy nebo vnější teplotní změny.

Rytmická činnost pacemakeru je ze suprachiasmatického jádra přenášena vlákny sympatiku do epifýzy, odkud jsou všechny buňky v těle řízeny pomocí změny hladiny melatoninu v krvi. Melatonin je produkován pinealocyty a jeho výdej z epifýzy se v průběhu dne velmi mění. Večer hladina melatoninu stoupá, vrcholu nabývá okolo půlnoci a s blížícím se ránem postupně klesá. Hladina melatoninu je tedy přes den velmi nízká a v noci vysoká, může se jednat o desetinásobný rozdíl. Melatonin se dostává krví k buňkám, které pro něj mají melatoninové receptory (jsou spřaženy s G-proteiny) a díky tomu jsou schopné se společně synchronizovat a regulovat svůj metabolismus v průběhu dne. Kromě vlivu na rytmickou činnost má tento hormon i imunomodulační účinky, zasahuje do procesu učení a paměti, podílí se na vývoji reprodukčních orgánů, ovlivňuje plodnost a funguje jako antioxidant a tím chrání DNA buňky. V průběhu života jsou hladiny melatoninu různé. Po narození je velmi nízká a rytmus se objevuje až okolo druhého měsíce. Ve stáří zaznamenáváme výrazný pokles, pomalu se rozdíl mezi maximem a minimem během dne snižuje a může docházet k poruchám spánku.

Během přeletu nad časovými pásmy dochází k desynchronizaci cirkadiánního rytmu. Člověk má následně problémy s usnutím. Stav léčíme podáním jednorázové dávky melatoninu před požadovanou dobou usnutí. Tím stimulujeme přirozený nárůstu koncentrace melatoninu během tmy.

Mezi aferentní dráhy, které přichází do nucleus suprachiasmaticus, aby informovali o periodických změnách ve vnějším prostředí, patří projekce z retiny, informace také vedou z corpus geniculatum laterale, z retikulární formace a spoje jsou i mezi nuclei suprachiasmatici navzájem.

Eferentní dráhy vedou z nucleus suprachiasmaticus do nucleus paraventricularis v thalamu, do nucleus paraventricularis a dorsomedialis v hypothalamu, do epifýzy a do corpus geniculatum laterale.

Odkazy

Související zdroje

• melatonin
• epifýza
• mozek
• bdění a spánek

Použitá literatura

• MYSLIVEČEK, Jaromír. Základy neurověd. 2. vydání. Praha : Triton, 2009. ISBN 978-80-7387-088-1.
• KITTNAR, Otomar, et al. Lékařská fyziologie. 1. vydání. Praha : Grada, 2011. ISBN 978-80-247-3068-4.