Stebuklingas gamtos ritmas

Mes, žmonės, jaučiamės Žemės valdovais, kuriems turėtų paklusti visi gamtos dėsniai. Manome esantys pajėgūs valdyti gamtos reiškinius ir nulemti gyvosios gamtos raidos kryptį. Arba bent jau norėtume, kad taip būtų... Bet dažniausiai taip jaučiamės tol, kol pati gamta mums tiesmukai primena, kokie vis dėlto esame trapūs ir pažeidžiami, kokie priklausomi nuo supančios aplinkos.

Ko gero, labiau nei žemės drebėjimai ar uraganai priklausomybę nuo gamtos mums leidžia pajusti pats įprasčiausias biologinis ritmas – diena ir naktis. Jį patiriame kiekvienas iš šioje planetoje gyvenančių septynių milijardų. Nėra nė vienos žmogaus funkcijos, kuri bent šiek tiek nesikeistų mainantis šviesiam ir tamsiam paros laikui, žiemos ir vasaros sezonams. Biologiniai ritmai „įskaičiuoti“ į kiekvieno gyvo organizmo egzistavimo formulę. 

Šviesa ir tamsa
Kai kuriems gyvūnams maisto ieškoti lengviau šviesiu paros metu, o ilsėtis, atgauti jėgas geriau tamsoje, kai rega medžioti jau nebepadeda. Kiti atvirkščiai – dieną snaudžia, o naktį medžioja. Žmogus – tarp tų pirmųjų.
Kad net augalai turi biologinį laikrodį, mokslininkai – prancūzas Jeanas de Mairanas ir anglų gamtininkas Charlesas Darwinas – pastebėjo tyrinėdami gėlių žiedų ir lapų judėjimą pagal paros metą. Remiantis tokiomis mokslo žiniomis jau 1751 m. buvo sukomponuotas labai originalus ir įdomus pirmasis gėlių laikrodis, kurio žiedai skleisdavosi bei susiskleisdavo pavydėtinu tikslumu. Bet tik 1958-aisiais atradus melatoniną, atsakingą už paros biologinio ritmo reguliavimą, buvo moksliškai paaiškintas augalų ir gyvūnų paros ritmas.
Mūsų evoliucijos suformuotas gyvuosius organizmus valdantis biologinis paros ritmas vadinamas cirkadiniu, nes trunka 24 val. Jis susijęs su Žemės sukimusi, šviesaus ir tamsaus paros meto kaita. Priklausomai nuo paros meto cikliškai kinta žmogaus fizinė būklė, protiniai gebėjimai ar nuotaika. Priežastis – hormonų kiekio svyravimai kraujyje. Todėl pastaraisiais metai atlikta daug mokslinių tyrimų, besiaiškinančių hormoninių paros ciklų atsiradimo priežastis. Jų metu galvos smegenyse buvo aptiktas vadinamasis cirkadinis centras, o jo ląstelėse – valandų genai.
Dar nuo Hipokrato laikų gydytojai bandė išsiaiškinti, kodėl bėgant dienai kinta žmogaus nuotaika, svyruoja intelektinės galimybės ar keičiasi fizinė būsena, bet tik praėjusio amžiaus viduryje mokslininkai Jurgenas Aschoffas ir Colinas Pittendrighas suformulavo pagrindinius chronobiologijos teiginius ir sąvokas. 

Atvirkštinė taisyklė
Kiekvienam mūsų žinomas dėsningumas „būdravimas-miegas“. Jį 1959 m. aptiko ir suformulavo J. Aschoffas: jei nuolat šviesu, naktiniai gyvūnai būdrauja ilgiau nei įprastomis sąlygomis, o jei nuolat tamsu, ilgiau būdrauja dieną aktyvūs gyvūnai. Atrodytų, turėtų būti priešingai, bet tyrimais įrodyta, kai yra taip, kaip nustatė Aschoffas ir jo kolegos. Būdraudamas mūsų organizmas stengiasi perdirbti maisto medžiagas, kad gautų pakankamai energijos aktyviai dienos veiklai. Miegant atvirkščiai – maisto medžiagos kaupiamos tam tikruose organuose, audiniai ir organai atsikuria. Visus šiuos medžiagų apykaitos pokyčius reguliuoja endokrininė sistema – hormonai. 

Kas ką ir kada gamina?
Vakare į kraują išsiskiria vadinamasis nakties hormonas melatoninas. Ir ne tik melatoninas, bet ir epifalaminas, senėjimo procesus lėtinantis baltymas; serotoninas – hormonas, kuris mažina skausmą, gerina nuotaiką; ir arginino vazotocino baltymas, gerinantis gilų miegą. Melatoninas organizme nėra kaupiamas, todėl svarbu užtikrinti, kad jo gamyba vyktų kasdien – t.y. eiti miegoti iki 24 val. Šis hormonas pradedamas aktyviau gaminti nuo 22 val., piką pasiekia apie 2–3 val. nakties. Viena būtinųjų gamybos sąlygų – tamsa, todėl miegamajame turėtų būti kuo tamsiau. Svarbi ir dienos šviesa – 1988 m. suomių mokslininkai nustatė: jei organizmas gauna užtektinai natūralios šviesos, tai pagerina melatonino gamybą naktį. Dirbtinis apšvietimas dieną, deja, neduoda tokio teigiamo poveikio, nes jo intensyvumas yra gerokai žemesnis.
Sutemus įvyksta ir daug kitų įdomių hormoninių pokyčių. Kraujyje padaugėja augimo hormono, stimuliuojančio anabolinius procesus, pavyzdžiui, ląstelių dauginimąsi, glikogeno kaupimąsi kepenyse. Ne veltui sportininkams būtinas reguliarus ir kokybiškas poilsis. Sumažėja adrenokortikotropinio hormono, kuris skatina antinksčius išskirti į kraują adrenalino ir kitų streso hormonų. Todėl natūraliai sumažėja dienos jaudulys ir pavyksta lengviau užsnūsti. Užmiegant išsiskiria ir opioidiniai hormonai – endorfinai ir enkefalinai, pasižymintys narkotiniu poveikiu, todėl užmiegame lydimi malonių pojūčių.
Prieš prabusdamas sveikas organizmas turi būti pasiruošęs aktyviai veiklai, todėl tuo metu antinksčių žievė pradeda išskirti aktyvinančius hormonus – gliukokortiokoidus. Pagrindinis – kortizolis padidina kraujospūdį, širdies susitraukimų dažnį, kraujagyslių tonusą. Štai kodėl ūmūs infarktai ir insultai dažniausiai ištinka ankstyvo ryto valandomis. 

Pelėdos ir vyturiai
Kodėl vieni žmonės pabunda labai anksti ryte, o kiti gali miegoti iki pietų? Pasirodo, „pelėdų“ ir „vyturių“ fenomeną galima paaiškinti ir moksliškai – remiantis Stanfordo universiteto Miego tyrimų centro išvadomis. Mokslininkai nustatė, kad minimali kortizolio koncentracija kraujyje, kitaip tariant, rami širdis, būna vidury miego, o didžiausia – prieš pat prabudimą. „Vieversių“ kraujyje maksimali kortizolio koncentracija susidaro 4–5 val. ryto, t. y. anksčiau nei daugumos žmonių. Todėl „vieversiai“ aktyvesni ryte ir greičiau pavargsta vakare. Juos miegas pradeda lenkti gana anksti vakare, nes miego hormonas į kraują išsiskiria taip pat gerokai anksčiau nei kitiems. „Pelėdų“ situacija atvirkščia – melatoninas pradeda skirtis vėliau, prieš pat vidurnaktį, o kortizolio išsiskyrimo pikas pasislinkęs labiau į rytą – 7–8 val. Žinoma, šie rėmai yra individualūs ir gali labai svyruoti. 

Tik 20 000
Ir visgi kas atsakingas už paros hormonų svyravimus mūsų kraujyje? Kokiais kanalais mūsų kūnas susietas su gamtos cikliškumu? Mokslininkams gana ilgai nepavyko rasti atsakymo į šį klausimą, nors nė vienas jų neabejojo, kad atsakymas slypi galvos smegenyse. Fiziologų dėmesį patraukė seniai žinoma anatominė struktūra – suprachiazmalinis branduolys, esantis virš regos nervų kryžmės. Tai pailgos formos, apie 0,5 mm ilgio sritis, susidedanti tik iš maždaug 20 tūkst. neuronų. Pavyzdžiui, šalia esantis paraventrikulinis branduolys susideda iš šimtų tūkstančių neuronų! 1972 m. dviem mokslininkų grupėms pavyko įrodyti, kad suprachiazmalinis branduolys ir yra žmogaus biologinio laikrodžio valdymo centras. Šis branduolys – unikali struktūra. Tyrimai su graužikais parodė, kad jei ją pašalintume iš gyvūno smegenų ir perkeltume į komfortiškas sąlygas su šilta mitybine terpe, prisotinta deguonies, tai dar keletą mėnesių vyktų cikliniai pokyčiai ir nerviniai impulsai būtų perduodami iš vienos ląstelės į kitą.
Suprachiazmalinis branduolys mūsų organizmus saugo ir nuo piktybinių auglių formavimosi. Tai įrodė Francisas Levis ir Michaelis Hastingsas – suardžius suprachiazmalinį branduolį pelių smegenyse ir sušvirkštus vėžinio audinio, pelėms be cirkadinio centro piktybiniai augliai vystėsi septynis kartus greičiau, nei turinčioms sveiką branduolį. 

Sutrikdytas mechanizmas
Natūraliomis sąlygomis gyvenančių rūšių sezoninis ir metų ritmas nėra sutrikęs. Jis priklauso nuo dienos ir nakties trukmės, kuri skiriasi įvairiose geografinėse platumose. Tai lemia įvairius fiziologinius procesus: riebalų kaupimąsi, reprodukcinius pokyčius ir kt. Keisdami aplinką žmonės, sutrikdo savo įprastą ritmą – įvyksta vadinamoji chronodestrukcija. Dėl dirbtinės šviesos, be kurios žmonės jau negali išsiversti, dažnų kelionių po skirtingas laiko zonas biologinis laikrodis, tvarkingai teikęs informaciją apie nuo paros priklausančius procesus, sutrinka. Tai didina patofiziologinių procesų galimybę.
Ryšį tarp cirkadinių ritmų ir onkologinių susirgimų žmonėms patvirtina ir kiti tyrimai. Dar 1987 m. buvo iškelta hipotezė, kad krūties vėžio rizika industrinėje visuomenėje gali būti susijusi su padidėjusiu dirbtinės šviesos naudojimu naktį. Pastaraisiais metais padaugėjo tyrimų, nagrinėjančių krūties vėžio rizikos ir naktinio pamaininio darbo ryšį. Šie tyrimai dažniausiai buvo atliekami dviejose profesinėse grupėse – tarp stiuardesių ir slaugytojų. Pavyzdžiui, Suomijoje atliktame tyrime, į kurį buvo įtrauktos 1577 stiuardesės, nustatyta didesnė krūties vėžio rizika moterims, dirbančioms 10 ar daugiau metų. Panašūs rezultatai gauti ir naujausioje 30 tyrimų apžvalgoje, kur bendra krūties vėžio rizika buvo 70 proc. didesnė tarp skrydžius aptarnaujančių darbuotojų ir 40 proc. didesnė tarp pamaininį darbą dirbančių moterų. Neseniai Tarptautinis Liono vėžio tyrinėjimo centras naktinį pamaininį darbą įtraukė į veiksnių, tikriausiai kancerogeniškių žmogui, sąrašą. Sakau tikriausiai, nes, nors ir kancerogeniškumo žmogui įrodymai yra riboti, labai daug jų gauta eksperimentuojant su gyvūnais. 

Kitokia para
Gamta suformavo paros ritmus, kad organizmas prisitaikytų prie šviesaus ir tamsaus paros meto, todėl gana svarbus vaidmuo tenka ir mūsų regai. Iš šviesos receptorių nervų galūnėlėmis informacija perduodama į suprachiazmalinį branduolį. Ląstelės ne paprastai perduoda impulsą, o sintetina melanopsiną, kuris yra jautrus šviesai. Todėl net kai šviesos receptoriai nefunkcionuoja, pavyzdžiui, esant įgimtam aklumui, šios ląstelės priima šviesos informaciją.
Peršasi mintis, kad visiškoje tamsoje jokio nuo paros meto priklausomo aktyvumo ir būti negali. Bet ne visai taip: jei į tinklainę nepatenka šviesa, paros ciklas išlieka stabilus, keičiasi tik jo trukmė. Kaip tai suprasti? Jei supraschiazmalinis branduolys negauna informacijos iš šviesos receptorių, tarkime, jau 11 val. ryto, o jūs vis dar gulite tamsoje, žmogaus paros periodas pailgėja, lyginant su astronominiu. Kad tai įrodytų, profesorius Jurgenas Aschoffas kelioms dienoms visiškoje tamsoje uždarė du savanorius – savo sūnus. Pasirodė, kad būdravimo ir miego ciklas žmonėms būnant visiškoje tamsoje pailgėjo pusvalandžiu, t. y. para tapo šiek tiek ilgesnė.
Šviesos trukmės kaita veikia mūsų budrumo ir ramybės mechanizmą. Jei gyvūnai, kelias savaites gyvenę pastoviu ritmu (12 val. šviesos ir 12 val. tamsos) staiga patiria kitokį apšvietimą (18 val. šviesos ir 6 val. tamsos), jiems atsiranda būdravimo ir miego ciklo sutrikimų. Taigi nenuostabu, kad panašiai reaguoja ir žmonės keičiantis šviesos ir tamsos santykiui. 

Mūsų organizmo dirigentas
Laukinių gyvūnų cirkadiniai ritmai visiškai sutampa su šviesos ir tamsos kaita. Gyvūnų neveikia civilizacijos pokyčiai ir kokie nors nustatyti rėmai, jų gyvenimo principai nesikeičia šimtmečius. Kitaip gyvena šiuolaikiniai žmonės. Visuomenėje, įrėmintoje 24 val. paros ir 7 dienų savaitės, biologinių ir realių paros ritmų nesutapimai virsta cirkadiniu (arba paros) stresu, galinčiu provokuoti depresiją, nemigą, širdies ir kraujagyslių sistemos patologiją, vėžį. Egzistuoja netgi sezoninė depresija, kurią skatina sutrumpėjusios dienos. Įrodyta, kad Suomijoje, Švedijos ir Norvegijos šiaurinėse dalyse, kur ypač ryškiai juntamas šviesos stygius žiemą, fiksuojamas didesnis susirgimų depresija ir savižudybių skaičius. Sezonine depresija sergančio žmogaus kraujyje stebimas kortizolio kiekio padidėjimas, o šis hormonas gana smarkiai slopina imuninę sistemą. Taigi negalima atmesti, kad trumpesnės žiemos dienos prisideda ir prie dažnesnių infekcinių susirgimų.
Suprachiazmalinį branduolį galime prilyginti dirigentui, kuris nustato mūsų paros rimtą, o šiam paklūsta visos organizmo ląstelės. Jau žinoma, kad „valandiniai genai“ yra aktyvūs širdies, kepenų, plaučių, kasos, inkstų, raumeninio ir jungiamojo audinio ląstelėse. Todėl šiuo metu vienas pagrindinių ir labiausiai nagrinėjamų mokslininkų klausimų – kaip dirigentas valdo savo orkestrantus – mūsų organizmo ląsteles.
Gana lengva sugadinti cikliškai funkcionuojančių organų ritmą, šiuo klausimu atlikta nemažai sensacingų tyrimų. 2000–2004 m. Michaelio Menakerio ir Ueli Schiblerio vadovaujamos tyrėjų grupės įrodė, kad naktinius graužikus maitinant tik dieną (o tai taip pat nenatūralu, kaip leisti žmogui valgyti tik naktį), jų vidaus organų aktyvumas pamažu persitvarkė ir visiškai nebesutapo su supraschiazmalinio branduolio diktuojamais paros ritmais. Tačiau iškart grįždavo į normą, jei gyvūnas būdavo pradedamas maitinti pagal jam įprastą režimą, t. y. naktį. Šis fenomeno veikimas kol kas visiškai neaiškus. Bet aišku viena – pakanka tik pradėti pietauti naktimis ir mūsų organų ritmas visiškai išsibalansuoja. Todėl ne veltui daug, garsiai ir nuo seno kalbama apie valgymo režimą. Tai ypač svarbu vaikams, nes biologinis laikrodis pradeda veikti labai anksti – dar ankstyvojoje vaikystėje. 

Nebėkime nuo ritmo!
Širdis, kaip ir kiti vidaus organai, turi savo paros ritmą. Širdies bioritmai sutampa su širdies „valandinių genų“ aktyvumu. Hipertrofuotos širdies (kai širdies raumens masė yra padidėjusi dėl padidėjusių ląstelių) „valandinių genų“ generuojami aktyvumo svyravimai išnyksta. Todėl negalima atmesti ir atvirkštinio proceso, kad paros ritmo sutrikimai gali provokuoti širdies ląstelių hipertrofiją ir dėl to išsivystantį širdies nepakankamumą. Taigi, visai tikėtina, kad dienos ritmo ir mitybos disbalansas gali būti širdies susirgimų priežastimi.
Paros ritmams paklūsta ne tik endokrininė sistema ir vidaus organai, bet ir periferinių audinių ląstelės, kurių gyvenimo ciklas taip pat vyksta pagal specifinę cirkadinę programą. Tai dar nėra plačiai ištirta, tačiau intensyviai vystoma mokslo sritis. Ir jau sukaupta nemažai įdomių duomenų. Pavyzdžiui, žmogaus burnos gleivinės ląstelių augimo intensyvumas kinta cikliškai. Tai ypač svarbu, nes priklausomai nuo paros ritmo kinta ir baltymų, atsakingų už ląstelių dauginimąsi aktyvumas. O dažnu atveju gydant vėžį šie baltymai kaip tik ir yra chemioterapinių preparatų „taikiniais“. Kaip rodo tyrimai, skiriant preparatus tam tikrame cirkadinio periodo etape, kuris sutampa su baltymo išskyrimo piku, chemioterapija žymiai efektyvesnė, nei vaistų naudojimas bet kuriuo paros metu.
Dabar jau mokslininkai neabejoja, kad cirkadiniai, arba paros, ritmai – vienas iš pagrindinių biologinių mechanizmų, užtikrinančių žmogaus ir kitų gyvų būtybių prisitaikymą prie šviesos ir tamsos ciklo pasikeitimų per milijonus evoliucijos metų. Nors žmogus ir labai gerai prisitaikęs, nors kaip rūšis mes ir klestime, tuo pat metu patiriame ir didžiausią stresą, nes civilizacija neišvengiamai griauna mūsų biologinius ritmus. Kai augalai ar gyvūnai ir toliau gyvena priklausydami nuo gamtos biologinių ritmų, mums, žmonėms, kur kas sunkiau sekasi savo gyvenimą suderinti su biologiniais ritmais. Ir šalia įvairiausių civilizacijos sukeltų bėdų tapo žinoma dar viena – cirkadinis stresas, su kuriuo tvarkytis padeda tik senovinis receptas – tvirtas, nuo šviesos ir tamsos priklausantis gyvenimo ritmas.