Como funcionam os ritmos biológicos endógenos

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

O artigo é dedicado ao trabalho dos ritmos circadianos - ritmos biológicos endógenos com um período de cerca de 24 horas, característicos da maioria dos organismos, inclusive os humanos. Esta é uma visão geral das pesquisas científicas mais recentes, não uma coleção de dicas úteis, embora o artigo fale sobre uma possível mudança no estilo de vida. Esta revisão não é exaustiva; continuaremos a atualizá-la à medida que surgem novos estudos de pesquisa.

A coisa principal:

→ Ritmos circadianos consistentes e saudáveis podem ajudar a melhorar a saúde geral, bem como a prevenção eficaz de doenças crônicas.

→ Lembre-se de dormir: dieta, exercícios e outros fatores afetam o funcionamento dos ritmos circadianos.

→ Estude as peculiaridades do trabalho dos ritmos circadianos, determine o seu “cronótipo”, depois aplique os conhecimentos adquiridos às recomendações metodológicas indicadas na investigação científica.

Antes de incorporar qualquer conselho deste artigo à sua rotina diária, consulte o seu profissional de saúde.

Antes de ler o artigo: um breve glossário

1. Circadiano: um ciclo naturalmente recorrente com um período de cerca de 24 horas, independentemente da duração do dia; do latim circa ("o") e diem ("dia").
2. Sensor de ritmo: um sinal ambiental, como uma mudança na luz ou temperatura; do alemão zeit ("tempo") e geber ("doador").
3. Endógeno: um processo patológico no corpo causado por fatores internos, e não causado por influências externas (causa raiz).
4. Ajuste do ritmo circadiano: ocorre quando tarefas rítmicas, fisiológicas ou comportamentais correspondem às mudanças no ambiente; interação dos ritmos circadianos com o meio ambiente.
5. Diariamente: todos os dias; do latim morre (dia) ee diurno (diário).
6. Relógio mestre: um par de populações de células encontradas no hipotálamo, também conhecido como núcleo supraquiasmático (SCN); Essas células contêm genes que controlam os ritmos circadianos.
7. Gene mutante: mudança permanente na sequência do DNA; usado por cronobiologistas para reconhecer o mecanismo dos genes do relógio, identificando um gene mutante em animais com síndrome circadiana arrítmica.

Imagine uma planta tentando fotossintetizar à noite: um pequeno drama no escuro. “As plantas lidam com a vida e a morte”, disse Sally Yu, professora assistente de bioquímica e biologia celular da Universidade do Texas no Centro de Ciências da Saúde de Houston (UTHealth), severamente. "Se eles não seguirem os ritmos circadianos, eles morrerão." Mas, para uma pessoa, a previsão não será tão sombria. “Mesmo se você remover o gene clock (um gene importante que regula o funcionamento dos ritmos circadianos), você não morrerá imediatamente”, diz Yu. “Mas você vai sofrer”. Prováveis problemas? Problemas psicológicos persistentes e, entre outras coisas, aumento do risco de doenças crônicas. A vida é difícil quando tudo está fora de sincronia.

O colega de Yu, Jake Chen, professor assistente no mesmo departamento, diz de forma diferente: “Costumamos dizer que tudo precisa ser feito dentro do prazo. Mas isso é um exagero. Mas a frase "tudo tem seu tempo" não é. E isso está diretamente relacionado ao corpo humano. Em cada célula, tecido ou órgão, os processos fisiológicos ocorrem em um momento específico. O relógio biológico é uma espécie de cronômetro - um mecanismo pelo qual podemos ter certeza de que tudo está funcionando corretamente. Esta é uma função fundamental.”

Chen e Yu estudam os ritmos circadianos - os ritmos biológicos do corpo com um período de cerca de 24 horas, que são seguidos todos os dias por todas as coisas vivas em nosso planeta. Os ritmos circadianos ou ritmos circadianos estão diretamente relacionados aos milhões de anos de desenvolvimento da vida em nosso planeta. É um produto da interação do relógio biológico interno do corpo e do meio ambiente - não apenas a luz solar, mas muitos outros fatores determinam o comportamento, regulam os níveis hormonais, o sono, a temperatura corporal e o metabolismo.

O chamado "relógio mestre" ou núcleo supraquiasmático (SCN), o relógio mestre que controla os ritmos circadianos, é um par de populações de células cheias de genes (incluindo Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 e Cry2), localizado no hipotálamo. No nível molecular, os traços do gene do relógio são encontrados nos rins, fígado, pâncreas e outros órgãos. O SCN atua como CEO, instruindo o corpo a aderir à programação e processar os sinais ambientais. Howard Hughes Medical Institute.)

Como veremos adiante, prestar atenção aos ritmos circadianos melhora o funcionamento diário (fisiológico e psicológico) do corpo e, em última instância, afeta o estado de saúde, tanto a longo como a curto prazo. Cuidar dos ritmos circadianos os mantém funcionando enquanto mantém o que Sally Yu chama de "relógio confiável".

“Não posso dizer com certeza quão importante são os ritmos circadianos na prevenção de doenças crônicas, que impacto tem na saúde a longo prazo, se é benéfico e, em última instância, afeta a expectativa de vida.”

Informações sobre especialistas:

Cientista: Zheng "Jake" Chen

Educação: PhD, Columbia University, New York

Cargo: Professor Assistente do Departamento de Bioquímica e Biologia Celular do Centro de Ciências da Saúde da University of Texas em Houston

Último artigo publicado: A pequena molécula Nobiletin tem como alvo o oscilador molecular para melhorar os ritmos circadianos e proteger contra a síndrome metabólica.

Área de pesquisa: Sondas de pequenas moléculas para cronobiologia e medicina.

Cientista: Seung Hee "Sally" Yoo

Educação: PhD, Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia

Cargo: Professor Associado, Departamento de Bioquímica e Biologia Celular, University of Texas Health Sciences Center em Houston

Último artigo publicado: Period2 3'-UTR e microRNA-24 regulam os ritmos circadianos ao reprimir o acúmulo de proteínas PERIOD 2. Também Desenvolvimento e Potencial Terapêutico de Moduladores de Pequenas Moléculas de Sistemas Circadianos.

Área de pesquisa: Mecanismos celulares fundamentais nos ritmos circadianos e decifrando os papéis fisiológicos e patológicos do relógio.

HISTÓRIA: PRINCIPAIS ESTÁGIOS DO DESENVOLVIMENTO BIOLÓGICO DOS RITMOS CIRCÁDICOS

A primeira coisa a saber sobre o estudo dos ritmos circadianos (os cronobiólogos fazem isso) é que, com raras exceções, todos os organismos seguem seus ritmos circadianos. De narcisos a pardais, de zebras a humanos, praticamente todos os organismos vivos do planeta seguem o ciclo solar. Em 1729, o cientista francês Jean-Jacques de Meran registrou a primeira observação de movimentos foliares diurnos endógenos ou incorporados da planta Mimosa pudica. Mesmo na escuridão total, a planta continuou a seguir seu ritmo diário. O cientista concluiu que a planta não depende apenas de sinais externos ou de um sensor de ritmo, mas também de seu próprio relógio biológico interno.

A cronobiologia floresceu duzentos anos depois, em meados do século XX. Afetados pela contribuição de vários cientistas, em particular Colin Pittendry, "o pai do relógio biológico". Pittendry estudou moscas-das-frutas ou Drosophila e esclareceu como os ritmos circadianos interagem ou se sincronizam com o ciclo do dia e da noite. Jurgen Aschoff, amigo de Pittendry, também estudou a interação com o ciclo do dia e da noite, mas os cientistas chegaram a diferentes conclusões sobre como ocorre a interação (paramétrica e não paramétrica, você pode ler mais sobre isso aqui e aqui). John Woodland Hastings e seus colegas fizeram descobertas fundamentais sobre o papel da luz nos ritmos circadianos ao estudar os dinoflagelados bioluminescentes (algas, uma espécie de plâncton). O botânico Erwin Bunnig também contribuiu para a pesquisa básica sobre modelagem de interação, descrevendo a relação entre organismos e ciclos de corte.

O próximo estágio de descobertas em cronobiologia conectou os mecanismos moleculares e genéticos específicos do trabalho dos ritmos circadianos. Isso decorre do trabalho de Ron Konopka e Seymour Benzer, que no início dos anos 1970 procuraram identificar genes específicos que controlam o ritmo circadiano das moscas-das-frutas. Konopka e Benzer são creditados com a descoberta de um gene mutado, que eles chamaram de um período que interrompe o relógio circadiano das moscas-das-frutas. Foi assim que o determinante genético dos ritmos comportamentais foi descoberto pela primeira vez. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young complementaram com sucesso o trabalho de Konopka e Benzer, mostrando o trabalho do gene de período no nível molecular. Hall, Rosbash e Young receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 2017. Eles isolaram o gene do período e depois mostraram como o sistema de relógio diário funciona no nível molecular.

Enquanto conduzia pesquisas com moscas da fruta e camundongos em 1994, Joseph Takahashi e sua equipe descobriram genes de relógio em mamíferos e os chamaram de relógios, descrevendo-os como "uma característica evolutivamente conservada do mecanismo do relógio circadiano". A descoberta do gene do relógio, junto com o trabalho de Hall, Rosbash, Young e do cientista Michael Greenberg, foi um divisor de águas na cronobiologia. Em poucos anos, foram descobertos genes que garantem o funcionamento dos ritmos circadianos em organismos inferiores.

A ciência está avançando de forma constante, e muitos estudos em moscas de fruta e camundongos demonstraram a incrível persistência dos genes do relógio dentro das espécies, o que significa que existem genes semelhantes que controlam os ritmos circadianos em organismos mais complexos, incluindo humanos.

"O nascer e o pôr do sol ainda são os principais fatores que afetam os ritmos circadianos, mas outros fatores são monitorados continuamente nas pesquisas científicas."

ÚLTIMAS PESQUISAS: DETERMINANDO O PAPEL DOS RITMOS DE CIRCÁDIO NA SAÚDE E DOENÇAS HUMANAS

É importante notar que a biologia dos ritmos circadianos é incrivelmente complexa - existem muitas revistas científicas dedicadas a esta área de pesquisa. Como resultado, nossa compreensão do papel do relógio biológico na saúde humana é o resultado de estudos epidemiológicos, bem como de estudos em animais. Estudos em organismos inferiores ajudam a revelar o trabalho de mecanismos moleculares e genéticos em ação, após o qual pode ser visto como, por exemplo, distúrbios do sono levam a um risco aumentado de diabetes tipo 2, obesidade e uma série de doenças cardiovasculares.

Na verdade, uma das áreas de pesquisa mais promissoras é o sono. Os cientistas hoje associam a falta de sono e a subsequente interrupção dos ritmos circadianos com o desenvolvimento de obesidade e depressão, bem como com a maioria das doenças crônicas. A pesquisa mostrou que a falta de sono pode levar a efeitos colaterais inesperados, como a incapacidade de reconhecer rostos.

Compreender como os ritmos circadianos funcionam também foi muito além de interagir com o ciclo do dia e da noite. “Existem dicas sociais, dicas de comida e dicas de exercícios - eles são muito diversos”, diz Y. O nascer e o pôr do sol ainda têm uma grande influência nos ritmos circadianos, mas outros fatores estão sendo investigados. Um grande corpo de trabalho mostrou que a dieta é um sinal externo chave que interage com o relógio interno, incluindo o trabalho do Dr. Satchidananda Panda para limitar o tempo da dieta (como o tempo de comer afeta a saúde).

Em geral, agora está claro que os ritmos circadianos desempenham um papel sistêmico para organizar o trabalho de todos os aspectos fisiológicos do corpo humano, incluindo o trabalho dos órgãos vitais, metabolismo, imunidade, processos de pensamento, etc. O trabalho do Dr. Yu expande a área de pesquisa - ela colabora com um estudo especializado em dor crônica para estudar os ritmos da dor em pacientes. Além disso, está em andamento um trabalho para estudar o papel do ciclo de corte em distúrbios no funcionamento dos ritmos circadianos (o efeito da mudança de fuso horário no crescimento das células cancerosas). Pesquisas como essa nos fornecem novos insights importantes que podem ser usados para fazer mudanças no estilo de vida - saber a que horas comer e ir para a cama em geral é importante para a saúde; e com a doença, os conhecimentos adquiridos podem ser aplicados na busca de drogas que regulem o funcionamento dos ritmos circadianos. Os cientistas ainda têm muitas pesquisas a fazer em quase todas as áreas relacionadas à saúde e às doenças.

PENSAMENTO BÁSICO: POR QUE É IMPORTANTE SABER SOBRE OS RITMOS DE CIRCADE?

A consciência de como os ritmos circadianos funcionam pode ter efeitos sobre a saúde a curto e longo prazo. “Mudanças no estilo de vida são o melhor presente que você pode dar a si mesmo”, diz Chen. “Se você administrar seu estilo de vida, a tecnologia e a medicina podem se tornar fatores secundários ao longo de sua vida.” A curto prazo, estudos com animais e humanos mostram que estilos de vida que apoiam ritmos circadianos saudáveis podem apoiar o estado de alerta, coordenação motora, saúde cardiovascular, função imunológica, saúde intestinal, pensamento e sono. Há evidências que apóiam uma redução em longo prazo do risco de doenças crônicas.

"Os efeitos das mudanças no estilo de vida podem não ser aparentes por vários dias, mas com o tempo, os benefícios serão enormes."

Então, que tipo de estilo de vida você precisa levar para se sincronizar com seus ritmos circadianos? A primeira coisa a fazer é prestar atenção ao seu biorritmo. Os ritmos circadianos, embora construídos na mesma base, variam de pessoa para pessoa devido à idade, diferenças genéticas e ambientais. Cotovias gostam mais de manhã. As corujas preferem a noite. Você precisa estar atento às tendências naturais do seu corpo (“cronótipo”) para aplicar com sucesso os conhecimentos das pesquisas científicas mais recentes. Além disso, não se esqueça de que não existe uma abordagem única para todos.

A segunda é seguir uma programação de rotina consistente todos os dias, sete dias por semana. O Dr. Yu fala sobre "jet lag" (jet lag social) - quando as pessoas rompem sua programação com hábitos atípicos, como comer e ir para a cama mais tarde, acordar mais tarde e se exercitar em dias diferentes da semana em horários diferentes. Todas essas ações podem levar às mesmas consequências negativas que alterar os fusos horários. Quanto mais e mais consistentemente você seguir o regime, melhor seu corpo o ajudará com isso.

Terceiro - aplicando o conhecimento obtido em pesquisas científicas - os dados sobre nutrição, sono e exercícios são detalhados a seguir. Muitas das mudanças no estilo de vida que as pesquisas mostraram envolvem mudanças nos hábitos alimentares - por exemplo, comer uma ideia ruim antes de dormir. Está repleto de consequências negativas para a saúde. Faça pequenas refeições no início e no final do dia, o que é bastante fácil de experimentar. O mesmo se aplica ao sono - você deve seguir o regime e dormir pelo menos 7-8 horas. Na pior das hipóteses, você se sentirá descansado e, na melhor das hipóteses, melhorará suas perspectivas de uma vida saudável.

O principal: sono, alimentação e esportes são a base de um estilo de vida saudável.

SONHE

A coisa mais importante que você pode fazer é manter um horário consistente de sono e vigília e dormir o suficiente - 7 a 9 horas de sono são consideradas normais para um adulto. Resultados de pesquisas sobre privação e distúrbios do sono indicam que a privação e os distúrbios do sono afetam negativamente o humor, a concentração e estão associados a doenças crônicas. Além do mais, alguns cientistas especulam que a incompatibilidade circadiana causada pelo jetlag social pode ser generalizada na sociedade ocidental e contribuir para problemas de saúde.

Então, a que horas você deve ir para a cama? Normalmente, o corpo começa a produzir melatonina às 21h. Este é um sinal - você precisa terminar tudo e descansar. A secreção de melatonina termina por volta das 7h30 da manhã e, durante o dia, a melatonina praticamente não está presente no corpo. Ajustar as preferências pessoais com base em suas tendências naturais é a chave para evitar distúrbios do sono (como acordar durante o sono) e manter uma saúde ideal.

E, finalmente, luz. O ciclo do dia e da noite não é o único fator que afeta o corpo humano, visto que nos deparamos constantemente com a iluminação artificial, mas ela desempenha um papel primordial. Obter luz natural suficiente no início do dia e evitar iluminação artificial (como a luz azul da tela de um smartphone) à noite ajuda a manter seus ritmos circadianos saudáveis.

Pontos principais: Durma o suficiente e certifique-se de que suas horas de sono e vigília sejam as mesmas sete dias por semana. Se você não consegue dormir, comece imediatamente a restaurar seu regime, caso contrário, você corre o risco de comprometer sua saúde a longo prazo.

NUTRIÇÃO

De um modo geral, a pesquisa mostra que comer alimentos com alto teor calórico é melhor pela manhã. Tente fazer sua refeição da noite bem antes de dormir e com menos calorias. Se você conseguir fazer tudo por volta das 18h ou 19h e dar ao seu corpo 12-14 horas para descansar, verá benefícios de saúde a curto e longo prazo.

Em parte, o fato é que o relógio interno do fígado não funciona à noite. O fígado para de produzir enzimas para converter calorias em energia; em vez disso, ele produz enzimas para armazenar energia. Se você come muito antes de dormir, seu fígado é forçado a trabalhar horas extras e você acaba conservando mais energia do que gasta.

Outra decisão importante que você pode tomar (além de uma alimentação saudável) é programar sua refeição diária. Embora os dados ainda sejam limitados, os estudos com animais e o trabalho do Dr. Panda sugerem que “comer por tempo limitado” é uma mudança de estilo de vida fácil e potencialmente benéfica. A solução ideal depende do seu objetivo. Mas se o objetivo é melhorar sua saúde geral, então é melhor começar com 8-9 horas. Mas, em termos de cumprimento de longo prazo, pode ser aconselhável começar em 10-12 horas.

Ponto-chave: Coma mais durante o dia, não antes de dormir. Para melhorar sua saúde, comece a comer em 10-12 horas.

ESPORTE

Embora alguns estudos mostrem que o desempenho anaeróbico atinge o pico à tarde, não há consenso entre os especialistas sobre a ligação entre ritmos circadianos e exercícios - com exceção da presença de um relógio molecular no músculo esquelético.

E, assim como os efeitos da iluminação e dos horários das refeições, o horário dos exercícios também desempenha um papel importante na manutenção de ritmos circadianos saudáveis.

O principal: exercite-se regularmente e deixe a atividade anaeróbica para a tarde.

CONCLUSÃO

A pesquisa sobre como os ritmos circadianos funcionam é bastante direta.“Seu relógio interno foi projetado para queimar energia durante o dia e restaurá-la durante a noite”, diz Y. Quanto melhor for o tempo, menos desgaste será o relógio circadiano. Embora o relógio interno seja estável, uma interrupção consistente do regime pode levar a problemas de saúde de longo prazo.

“Quando somos jovens, o corpo aguenta muita coisa”, diz Yu. “Mas isso não significa que tudo está bem. É como o consumo de combustível: você gasta muita energia em atividades arrítmicas, o que levará a problemas com o funcionamento dos ritmos circadianos no futuro”.

Você não encurtará sua vida em cinco anos comendo tarde, mas há horas dedicadas em seu corpo para proteger sua saúde e minimizar a interrupção de sua fisiologia. Seja gentil e atencioso consigo mesmo e você verá o resultado.