ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΕΦΙΠΠΗ ΤΟΞΟΒΟΛΙΑ

ΚΙΡΚΑΔΙΟΙ ΡΥΘΜΟΙ

(CIRCADIAN RHYTHMS)

Η ως "ερευνητικό εργαστήριο" λειτουργούσα Σχολή των "Ελλήνων Κενταύρων" 

μετά από μακροχρόνια μελέτη μιας σημαντικής βιολογικής παραμέτρου

πολύ σχετικής με τις τέχνες Πολέμου και την τοξευτική διαδικασία, 

βρίσκεται στην ευχάριστη θέση της συναγωγής 

ενός πολύ σημαντικού συμπεράσματος 

το οποίο σύντομα θα ανακοινώσει. 

Η παράμετρος αυτή ταυτίζεται με τους "κιρκάδιους ρυθμούς" 

οι οποίοι επηρεάζουν τις λειτουργίες του ανθρώπινου σώματος 

και εκτίθεται ως εν συνεχεία.

Σχηματική αναπαράσταση των νευρωνικών οδών
εισόδου πληροφοριών φωτεινότητος
στο κιρκάδιο σύστημα.
Οι πληροφορίες φωτεινότητος (φως) διέρχονται δια των οφθαλμών
προς τον υπερχιασματικό πυρήνα (SCN) 
μέσω της αμφιβληστροειδούς υποθαλαμικής οδού (RHT).
Εν συνεχεία, ο SCN παρέχει σήματα προς τον αδένα της υποφύσεως 
μέσω του άνω αυχενικού γαγγλίου, 
προς αναστολή της παραγωγής μελατονίνης,
ενώ, κατά την απουσία φωτός 
η αναστολή αυτή καταργείται. 

     Οι κιρκάδιοι ρυθμοί (circadian rhythms) είναι φυσικές, ψυχικές και συμπεριφορικές μεταβολές που ακολουθούν έναν καθημερινό κύκλο. Ανταποκρίνονται κυρίως στο φως και στο σκοτάδι του περιβάλλοντος ενός οργανισμού. Ο ύπνος τη νύχτα και η εγρήγορση κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι ένα παράδειγμα κιρκάδιου ρυθμού που σχετίζεται με το φως. Οι κιρκάδιοι ρυθμοί εντοπίζονται στα περισσότερα ζωντανά είδη (ζώα, φυτά, μύκητες, κυανοβακτήρια κλπ).

     Ο όρος «κιρκάδιος» προέρχεται από την λατινική φράση “circa diem” η οποία σημαίνει “κατά την διάρκεια του ημερήσιου κύκλου” και τον καθιέρωσε ο Ρουμάνος χρονοβιολόγος Franz Halberg (5/7/ 1919 –  9/6/2013) και η επιστήμη της μελέτης των κιρκαδίων ρυθμών είναι η Χρονοβιολογία

     Ο κιρκάδιος ρυθμός είναι γνωστός από την αρχαιότητα και, δη, από τον 4^ο π.χ.χ. αιώνα όταν ο Ανδροσθένης ο Θάσιος περιέγραψε τις κινήσεις των φύλλων του ταμαρίνθου. Ειδικώς επί του ανθρώπου, η επισήμανση του κιρκαδίου ρυθμού εμφανίζεται στην Κίνα του 13^ου αι μ.χ.χ.  (Gwei-Djen Lu (25 Οκτωβρίου 2002). Celestial Lancets. Psychology Press. σελίδες 137–140).

     Η πρώτη καταγεγραμμένη παρατήρηση ενός ενδογενούς κιρκάδιου ρυθμού έγινε από τον Γάλλο επιστήμονα Jean-Jacques d' Ortous de Mairan το 1729 o oποίος παρετήρησε ότι τα 24ωρα ίχνη της κινήσεως των φύλλων του φυτού μιμόζα εξακολουθούσαν να εμφανίζονται, ακόμη και όταν τα φυτά διετηρούντο υπό συνεχές σκότος. Το 1896, οι Patrick και Gilbert παρετήρησαν ότι κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης περιόδου στερήσεως ύπνου, η υπνηλία αυξάνεται και μειώνεται με περίοδο περίπου 24 ωρών. Το 1918, ο J. S. Szymanski απέδειξε ότι τα ζώα είναι ικανά να διατηρούν τα 24ωρα δείγματα δραστηριότητας, ακόμη και επί απουσία εξωγενών παραγόντων, όπως είναι το φως της ημέρας και οι αλλαγές της θερμοκρασίας. Στις αρχές του 20ου αιώνος, οι κιρκάδιοι ρυθμοί έγιναν αντιληπτοί από το γεγονός ότι οι μέλισσες τρέφονται ανά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Εκτεταμένα πειράματα έγιναν από τους Auguste Forel, Ingeborg Beling, και Oskar Wahl ώστε να επιβεβαιώσουν ότι αυτός ο ρυθμός ήταν ενδογενής. Στις αρχές της δεκαετίας του 1970 οι Ron Konopka και Seymour Benzer απομόνωσαν από τη μύγα δροσόφιλα το πρώτο γονίδιο του «βιολογικού ρολογιού». Όσον αφορά τα θηλαστικά το 1994 ο Joseph Takahashi απομόνωσε από ποντίκια το πρώτο γονίδιο του «βιολογικού ρολογιού».Το 2017, ο Jeffrey Hall, ο Michael Rosbash και ο Michael Young τιμήθηκαν με το Νόμπελ Ιατρικής για τις ανακαλύψεις τους πάνω στους μοριακούς μηχανισμούς που είναι ελέγχουν τους κιρκάδιους ρυθμούς.

     Οι κιρκάδιοι ρυθμοί δεν θα πρέπει να συγχέονται με τα «βιολογικά ρολόγια» τα οποία αποτελούν ένα «δίκτυο» σύμφυτων μηχανισμών ενός οργανισμού που ρυθμίζει τον χρονισμό του και συνίστανται από συγκεκριμένα μόρια (πρωτεΐνες) που αλληλεπιδρούν σε κύτταρα σε όλο το σώμα ευρισκόμενα, σχεδόν, σε κάθε ιστό και όργανο. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει παρόμοια γονίδια σε ανθρώπους, μύγες φρούτων, ποντίκια, μύκητες και πολλούς άλλους οργανισμούς που είναι υπεύθυνοι για την κατασκευή των συστατικών του ρολογιού. Συνεπώς, τα «βιολογικά ρολόγια» είναι αυτά τα οποία παράγουν τους κιρκάδιοι ρυθμούς.

     Ένα «κύριο ρολόι» στον εγκέφαλο συντονίζει όλα τα επιμέρους «βιολογικά ρολόγια» σε έναν ζωντανό οργανισμό, διατηρώντας τα υπόλοιπα «ρολόγια» συγχρονισμένα. Σε σπονδυλωτά ζώα, συμπεριλαμβανομένων και των ανθρώπων, το κύριο «ρολόι» είναι μια ομάδα περίπου 20.000 νευρικών κυττάρων (νευρώνες) που σχηματίζουν μια δομή που ονομάζεται υπερχιασματικός πυρήνας, ή SCN. Το SCN βρίσκεται σε μία περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται υποθάλαμος και τροφοδοτείται με πληροφορίες δια των οφθαλμών. Εν προκειμένω, ειδικά γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς, τα οποία περιέχουν τη φωτοχρωστική μελανοψίνη, παράγουν σήματα, τα οποία πορεύονται στην αμφιβληστροειδοϋποθαλαμική οδό και καταλήγουν στον υπερχιασματικό πυρήνα. Από εκεί η πληροφορία μεταβιβάζεται στην επίφυση, η οποία απαντά με την έκκριση της ορμόνης μελατονίνης.

     Ένας βιολογικός ρυθμός, για να θεωρείται ως κιρκάδιος, πρέπει να ικανοποιεί τα παρακάτω 3 κριτήρια: (α) Να χαρακτηρίζεται από μία ενδογενή περίοδο που διαρκεί περίπου 24 ώρες. Ο ρυθμός συνεχίζει να υφίσταται και σε μόνιμες καταστάσεις (πχ μόνιμο σκοτάδι) με περίοδο περίπου 24 ωρών. Το κριτήριο αυτό είναι για να διακρίνει τους κιρκάδιους ρυθμούς από τις απλές αντιδράσεις σε εξωτερικά ερεθίσματα. (β) Να «ευθυγραμμίζεται» με τα εξωτερικά ερεθίσματα. Ο ρυθμός μπορεί να ξαναρυθμιστεί από την έκθεση σε εξωτερικά ερεθίσματα (όπως είναι το φως και η θερμότητα). Ένα ταξίδι σε μέρος της γης με διαφορετική ζώνη ώρας δείχνει εμφανώς την ικανότητα του ανθρώπινου βιολογικού ρολογιού να προσαρμόζεται στην εκάστοτε τοπική ώρα. Είναι πολύ σύνηθες ένα άτομο να βιώσει το λεγόμενο jet lag, πριν επέλθει συγχρονισμός του κιρκάδιου ρολογιού του με την τοπική ώρα. (γ) Να παρουσιάζει θερμοκρασιακή αντιστάθμιση. Με άλλα λόγια διατηρεί κιρκάδια περιοδικότητα μέσα σε ένα εύρος φυσιολογικών θερμοκρασιών. Πολλοί οργανισμοί διαβιώνουν σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών και διαφορές στη θερμική ενέργεια επηρεάζουν την κινητική όλων των μοριακών διεργασιών στα κύτταρά τους. Με σκοπό τη στενή παρακολούθηση του χρόνου, κάθε «βιολογικό ρολόι» ενός οργανισμού πρέπει να διατηρεί μια περιοδικότητα περίπου 24 ωρών, παρά τις αλλαγές στη κινητική των μορίων. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται «θερμοκρασιακή αντιστάθμιση».

     Οι ενδογενείς φυσικοί παράγοντες του σώματος παράγουν κιρκάδιους ρυθμούς η διαμόρφωση, όμως, των κιρκαδίων ρυθμών επηρεάζεται και από τα «σήματα» που εκπέμπει το περιβάλλον με κυρίαρχο «σήμα» το φως της ημέρας. Η επίδραση του ημερησίου φωτός μπορεί να ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσει γονίδια που ελέγχουν την μοριακή δομή των «βιολογικών ρολογιών», ενώ, η μεταβολή των κύκλων μεταξύ φωτός και σκότους μπορεί να επιταχύνει ή να επιβραδύνει, ή να επαναφέρει τα «βιολογικά ρολόγια» καθώς και τους κιρκάδιους ρυθμούς.

     Οι κιρκάδιοι ρυθμοί μπορούν να επηρεάσουν τους κύκλους ύπνου-εγρηγόρσεως, την απελευθέρωση ορμονών, τις διατροφικές συνήθειες και την πέψη, τη θερμοκρασία του σώματος και άλλες σημαντικές σωματικές λειτουργίες. Τα «βιολογικά ρολόγια» τα οποία τρέχουν γρήγορα ή αργά μπορούν να οδηγήσουν σε διαταραγμένους ή μη φυσιολογικούς κιρκάδιους ρυθμούς και αυτές οι δυσλειτουργίες τους έχουν συνδεθεί με διάφορες χρόνιες καταστάσεις υγείας, όπως διαταραχές του ύπνου, παχυσαρκία, διαβήτης, κατάθλιψη, διπολική διαταραχή και εποχική συναισθηματική διαταραχή.

     Οι κιρκάδιοι ρυθμοί συμβάλλουν στην διαμόρφωση της ποιότητος του ύπνου μας. Το «κύριο ρολόι» του σώματος, ή, SCN, ελέγχει την παραγωγή μελατονίνης, μιας ορμόνης που προκαλεί υπνηλία. Αυτό το «κύριο ρολόι» λαμβάνει πληροφορίες από το περιβάλλον και, συγκεκριμένα, το επίπεδο φυσικού φωτός που εισέρχεται δια των οφθαλμών, μέσω των οπτικών νεύρων, στον εγκέφαλο. Όταν υπάρχει λιγότερο φως - όπως τη νύχτα - το SCN υπαγορεύει στον εγκέφαλο την παραγωγή περισσότερης μελατονίνης, προκαλώντας υπνηλία. Οι ερευνητές μελετούν πώς λειτουργεί αυτή η περιοδικότητα καθώς και την επίδραση κατά τον ύπνο συσκευών οι οποίες λειτουργούν κατά την διάρκεια της νύκτας σε χώρους όπου κοιμούνται άτομα επηρεάζοντας με τον εκπεμπόμενο φωτισμό την ποιότητα του ύπνου τους μεταβάλλοντας του κιρκάδιους ρυθμούς και τον κύκλο του ύπνου.

     Η μελέτη των κιρκαδίων ρυθμών διεξάγεται επιστημονικώς με διάφορες προσεγγίσεις. Οι επιστήμονες μελετούν τους κιρκάδιους ρυθμούς παρατηρώντας τους ανθρώπους ή χρησιμοποιώντας οργανισμούς με παρόμοια βιολογικά γονίδια «ρολογιών», συμπεριλαμβανομένων εντόμων και ποντικών. Οι ερευνητές που κάνουν αυτά τα πειράματα μπορούν να ελέγξουν το περιβάλλον του οργανισμού αλλάζοντας τις φωτεινές και σκοτεινές περιόδους που το επηρεάζουν. Εν συνεχεία, αναζητούν αλλαγές στη γονιδιακή δραστηριότητα ή άλλα μοριακά σήματα. Αυτή η έρευνα μάς βοηθά να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν τα «βιολογικά ρολόγια» και διατηρούν τον συγχρονισμό τους μέσα στον χρόνο. Οι επιστήμονες μελετούν επίσης οργανισμούς με ακανόνιστους κιρκάδιους ρυθμούς για να προσδιορίσουν ποια, ακριβώς, γενετικά συστατικά των «βιολογικών ρολογιών» μπορεί να «σπάσουν»

     Η έρευνα των κιρκαδίων ρυθμών είναι πολύ χρήσιμη για την βελτίωση της ποιότητος υγείας των πλασμάτων. Η κατανόηση της λειτουργίας του «βιολογικού ρολογιού» οδηγεί σε θεραπείες διαταραχών του ύπνου (οικογενές σύνδρομο προηγμένης φάσεως ύπνου ή Familial advanced sleep phase syndrome ή FASPS), της παχυσαρκίας, των διαταραχών ψυχικής υγείας, του «jet lag» και άλλων προβλημάτων υγείας. Παραλλήλως, αυτή η έρευνα, μπορεί να βελτιώσει τους τρόπους προσαρμογής των ατόμων στη νυκτερινή εργασία ενώ η εκμάθηση περισσότερων για τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για τους κιρκάδιους ρυθμούς θα μας βοηθήσει επίσης να κατανοήσουμε τα βιολογικά συστήματα και ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα.

Αριστοτέλης Ηρ. Καλέντζης

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ:

Adolf Hitler, Mein Kampf

Μeijer JH, Rietveld WJ. "Neurophysiology of the superchiasmatic circadian pacemaker in rodents. Physiol Rev 1989;69(3):671-707

Mistlberger R, Rusak B. Mechanisms and models of the circadiasn timekeeping system. In: Kryger M. Roth T, Dement W, eds. Principles and Practice of Sleep Merdicine. Philadelphia: WB Saunders Company; 1989:141-152.

Ruby NF, Brennan TJ, Xie X, et al. Role of melanopsin in circadian responses to light. Science 2002;298(5601):2211-2213

Wever R. The Circadian System of Man. (New York: Springer Verlag; 1979)

Rufiange M, Dumont M, Lachapelle P. Correlating refinal function with melatonin secretion in subjects with an early or late circadian phase. Invest Ophtalmol Vis Sci 2002;43(7):2491-2499

Lewy AJ. Effects of light on human melatonin production and the human circadian system. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 1983;7(4-6):551-

Changeux Jean-Pierre: Ο Νευρωνικός Άνθρωπος (Κέδρος,1994)

Maurice Maeterlinck: Η νοημοσύνη των Φυτών (Ι. Χατζηνικολή, 1977)

Peter Tompkins – Cristopher Bird: Η μυστική ζωή των Φυτών (Ι. Χατζηνικολή, 2013)

Johannes W. Rohen: Topographische Anatomie (F.K.Schattauer Verlag, 1977)

Solomon H. Snyder: Chemie der Psyche (Spektrum, 1988)

Solomon H. Snyder: Psychose und Gehirnfunktionen (Hippokrates, 1982}

Van Praag, H.M.: Neurotransmitters and CNS Disease: Depression (Lancet 2, 1982, σ. 1259-1264)

Clara M.: Das Nervensystem des Menschen (Barth, 1942)

Karl A. von Zittel: Grundzuge Der Palaontologie (R. Oldenbourg, 1924)

Johannes Ranke: Der Mensch (Bibliographisches Institut Verlag, 1923)