Циркадні ритми: важливі циклічні процеси в організмі людини
Для будь-якої біологічної системи краще заздалегідь приготуватись до змін, ніж відреагувати на те, що вже сталося
У 2017 році Нобелівську премію у галузі фізіології та медицини було присуджено «За відкриття молекулярних механізмів, що контролюють циркадні ритми». У 2016 році Нобелівську премію було вручено за дослідження процесу аутофагії — фундаментального механізму самоочищення клітинного простору. Ці два відкриття тісно пов'язані між собою, мають колосальне значення в медицині, та вони можуть бути використані практично і в косметології.
Олена Галахіна, лікар-дерматолог вищої категорії, косметолог, науковий консультант компанії «Роза Граф» (Німеччина)
Історія відкриття біоритмів
Наша планета має циклічно стійкі зміни фотоперіодів — річного та добового. Ця періодичність існує мільйони років і призвела до появи механізму, що контролює зміни в організмі, які відбуваються за змін умов освітленості протягом доби. Таким чином, у організмів з'явився обумовлений генетичною програмою «біологічний годинник», який визначає ритми біохімічної, фізіологічної та поведінкової активності всього живого на землі.
Ще 1880 року Чарльз Дарвін припустив спадкову природу добових — циркадіанних (чи циркадних, ЦР) ритмів живих організмів. Надалі було відкрито близько 15 основних генів, які контролювали підлаштовування власних білків організму під добовий ритм. Основний сенс циркадних ритмів — це зміна процесів життєдіяльності організму до свідомо відомих ритмічних змін зовнішнього середовища. Для будь-якої біологічної системи краще заздалегідь приготуватися до змін, ніж відреагувати те, що сталося.
Біоритми: визначення, класифікація
Біологічні ритми — це стабільно повторювані зміни активності реакції організму, в основі яких знаходяться процеси, що циклічно змінюються в результаті впливу екзо- і ендогенних факторів.
До екзогенних факторів, що постійно повторюються, до яких звик організм людини, відносять світло, харчування, а в сучасному світі — ще й соціальні фактори.
У відповідь на екзогенні фактори в організмі людини виникають ендогенні фактори, які контролюють всю життєдіяльність усіх систем, органів, клітин живого організму. Відбувається формування своїх внутрішніх біологічних ритмів.
Існує кілька видів класифікації біоритмів.
● Класифікація біологічних ритмів, заснована на рівні організації; клітинні (молекулярні); тканинні та/або органні; організмові; популяційні.
● Класифікація біоритмів за періодичністю повторення: макроритми (період від 20 днів до 1 року) та метаритми (період 10 років і більше).
У житті людини постійно присутні два основні ритми — циркадіанний (ЦР), або навколодобовий, і діурнальний (півторагодинний, визначає чергування сонливості та неспання, голоду та спраги — вдень, а вночі — зміну фаз повільного та парадоксального сну). Ще дуже важливий для людини ритм — циркунальний (навколорічний).
Циркадіані (ЦР) ритми людини
Циркадіанний, або навколодобовий ритм — це ендогенний ритм, пов'язаний із циклічною зміною освітленості протягом доби з періодом близько 24 годин. ЦР — це, насамперед, властивість змінюватися окремої клітини і лише потім, як наслідок, зміни всіх клітин. Ці процеси активуються в певний час завдяки циклічній зміні активності певних генів і відповідних їм білків.
У контролі за низхідними циркадіанними сигналами активну участь беруть мелатонін, інсулін, глюкокортикоїди. Добовим коливанням піддаються всі функції організму. Циркадна система людини існує на генетичному рівні в кожній клітині і при цьому чітко підпорядковується центральному «водію» ритму, яким є СХЯ (супрахіазмальне ядро) гіпоталамуса головного мозку.
Циркадіанний ритм, окислювальний стрес та клітинний цикл
ЦР активно впливає на окисний потенціал клітин через врівноважування процесу окиснення та антиоксидантного захисту. ЦР, генетично обумовлений, контролює циклічну зміну антиоксидантної системи в клітині як захист від циклічних змін окисних процесів і навпаки. Лабораторно доведено, що антиоксидантний статус із віком згасає, і це призводить до розвитку високої активності окислювального стресу та прискорення процесу старіння. Важливим для шкіри є окислювальний стрес внаслідок порушення біоритмів, спричинених місцевими факторами, наприклад, УФО. Мінімальне УФО-пошкодження шкіри відбувається вранці, максимальне — увечері, оскільки найвища активність антиоксидантної системи, запрограмованої ЦР, припадає на ранок і першу половину дня.
Клітинний цикл — це період існування клітини від її утворення до поділу. Він складається з 4 послідовних стадій, кожна контролюється дуже суворо та керується так званими циклінами. У шкірі основний поділ клітин відбувається вночі, репарація ДНК — рано вранці, а реплікація ДНК і максимально високий антиоксидантний захист — у першу половину дня. Крім того в денний період активується додатковий захист у вигляді синтезу меланіну та уроканової кислоти. Таким чином, циркадіанний ритм є у всіх основних стадіях життя клітин, що говорить про його величезну важливість для всіх біологічних систем.
Науково доведено тісний зв'язок старіння шкіри з порушенням навколодобового ритму центрального генезу, який може відбуватися при дезорганізації сну, позмінній роботі в нічний період, штучному освітленні, добовому режимі неспання і т.д. Порушення ЦР у шкірі призводить до зниження різноманітності мікробіоти, оскільки взаємодія шкіри з мікробіотою має циклічний, навколодобовий характер. Голодування в ранній період активності (вранці) може призвести до неузгодженості ЦР і метаболізму до розвитку ожиріння. А багата на вуглеводи їжа на ніч різко знижує пік синтезу мелатоніну.
Циркадіані ритми дуже чутливі до алкоголю, багатьом лікам як на рівні центрального «водія» ритму СХЯ, так і на рівні клітин.
Циркадіані ритми та шкіра
Шкіра — це не просто бар'єрна структура, вона бере активну участь у підтримці гомеостазу всього організму. Шкіра, окрім центрального «водія» ЦР, має власного «водія» ЦР, який формується у ранній постнатальний період. Крім того, шкіра постійно піддається активному впливу агресивних факторів зовнішнього середовища. Вони мають добовий цикл, і це впливає на добовий цикл шкіри та клітин.
У циркадіанному ритмі шкіри беруть участь рівень вмісту води, ТЕПВ, синтез ліпідів та шкірного сала, рН, температура, розподіл кератиноцитів, подвоєння ДНК, синтез антиоксидантів, кровопостачання, ефективність епідермального бар'єру, больова чутливість, схильність до алергічних реакцій, навіть вираженість. Основні клітини шкіри — кератиноцити, фібробласти, меланоцити — функціонують у певних ЦР, які можуть мати і загальні, і власні ЦР. Цікаво, що в клітинах шкіри гени, що беруть участь у ЦР, здатні змінювати свою активність залежно від прийому їжі. На тлі нічних перекусів різко знижується активність поділу клітин базального шару епідермісу.
Заслуговує на увагу факт збереження циркадного циклу як важливого фактора пролонгації анагену (фази росту волосся). Порушення синтезу контролюючих ЦР білків призводить до неможливості запустити анаген. Наявність ЦР у кожній клітині дерми не заперечується, його порушення призводить до прискореного старіння дерми. Втрата ЦР має катастрофічні, різнопланові наслідки для клітини.
Про циркадні ритми в косметології, їх можливий вплив на ефективність результатів терапії — у продовженні статті.
Вперше опубліковано в журналі «Косметолог» №1, 2020