Blog – Cirkadiánní rytmy

Název cirkadiánní pochází z latinského circa, což znamená asi, zhruba či kolem, a dies, což znamená den. Jak už název napovídá, cirkadiánní rytmy nejsou přesně 24hodinové. Někdy se tato perioda opožďuje a jindy zrychluje. V literatuře se můžete také setkat s označením těchto rytmů jako diurnální a řadíme mezi ně všechny pravidelné změny, které se opakují během 24hodinové periody.

Z historického hlediska lze říci, že lidé již od pravěku dokázali velmi pečlivě zhodnotit a využít pravidelné opakující se děje v přírodě tak, aby zvýšili svou šanci na přežití. Postupně se naučili všechny změny související například s teplotou, denní dobou, střídáním sezón či zářením Měsíce využít v pěstování rostlin či chovu zvířat. Šlo o běžnou součást života a lidé tyto cykly nepovažovali za něco výjimečného, pomáhaly jim v přežití. Změna nastala v období Antiky. Z té doby se dochovaly první záznamy o pozorování biologických rytmů. Zasloužil se o ně Aristoteles, který popsal a zaznamenal změny velikosti pohlavních orgánů u mořských ježovek, které se měnily v závislosti na úplňku. Postupně na něj navázali i další myslitelé, jako například Cicero. Roku 1729 provedl francouzský astronom Jean Jacques D’Ortous De Mairan první známý experiment, který se zabýval studiem pohybu listů heliotropních rostlin v závislosti na dnu a noci. Ve svých pozorováních zjistil, že se listy pravidelně otevírají a zavírají. Následně umístil rostliny do prostoru, kde byla neustálá tma, a všiml si, že tyto pohyby pokračují i nadále. Nastínil tak domněnku, že rostliny mají svůj vnitřní biologický rytmus, biologické hodiny. Před druhou světovou válkou, v roce 1937, byla založena Společnost pro výzkum biologických rytmů. Založení společnosti dalo popud ke vzniku mezinárodních konferencí, které přispěly k nárůstu povědomí a zájmů o oblast biorytmů nejen mezi odborníky, ale také mezi veřejností. Přelomový pak byl ještě rok 1948, kdy americký profesor Franz Halberg jako jeden z prvních pochopil zákonitosti dlouhodobého kolísání krevního tlaku a položil základy novému vědeckému oboru, tzv. chronobiologii (z řec. chronos = čas). Ve svých výzkumech dokázal, že prakticky všechny biologické veličiny podléhají určitým cyklům s různou délkou periody. Postupně vědci přicházejí se stále dalšími a dalšími objevy, díky kterým se daří pochopit a popsat princip cirkadiánních rytmů nejen u rostlin a zvířat, ale také u lidí. Za nejvýznamnější počin na poli vědy můžeme v posledních letech považovat v roce 2017 udělení Nobelovy ceny za fyziologii a lékařství za objev a popis fungování tzv. hodinových genů.

Díky velkému množství objevů dnes víme, že cirkadiánní rytmy jsou vrozené mechanismy, které buď fungují již v době před narozením, anebo se po narození postupně vyvíjí. Jejich mechanismus máme zabudován v genech. Víme také, že jej můžeme najít i u jednobuněčných organismů, např. na jejich principech funguje fotosyntéza. Regulace cirkadiánních rytmů u člověka je nicméně složitý proces, na kterém se podílí celá řada částí mozku včetně různých neurotransmiterů, neuromodulátorů, hormonů a dalších. Celý proces je vzájemně propojen s cyklem spánku a bdění. Aby všechno správně fungovalo, je potřeba určitého řízení. K tomuto účelu slouží tzv. biologické hodiny, které máme umístěny v mozku, konktrétně v suprachiasmatickém jádře.

Cirkadiánní systém lze zjednodušeně rozdělit na tři základní komponenty: vstupní dráhu, která umožňuje seřízení našich vnitřních hodin se světlem přes fotoreceptory oka, vnitřní hodiny samotné, tj. centrální pacemaker generující endogenní rytmus, a jeho výstupní signály řídící cirkadiánní fyziologické procesy a chování.  Jinak řečeno naše vnitřní hodiny mají funkci dirigenta, který slaďuje jednotlivé rytmy hladin hormonů, biorytmy chování ve vztahu ke střídání dne a noci. Aby nedocházelo k desynchronizaci tohoto složitého systému, je nutno si dávat pozor na večerní osvětlení a užívání elektronických přístrojů po západu slunce. Toto umělé světlo totiž posílá do našich hodin informaci o tom, že je stále den a mozek je pak zmatený a nezahajuje včas všechny procesy, které se odehrávají ve večerních a nočních hodinách. Tím si narušujeme správný spánek a třeba i nevědomky si zaděláváme na celou řadu potíží. O tom si můžete více přečíst v článku Proč spíme.

Cirkadiánní rytmus probíhá na různých úrovních organismu. Jsou popsány například cirkadiánní rytmy změn obsahu DNA v různých tkáních, cirkadiánní rytmy některých parametrů syntézy DNA, cirkadiánní rytmy dělivé aktivity buněk orgánů či cirkadiánní rytmy buněčného složení krve a její srážlivosti. Dennímu cyklu odpovídá nejen střídání cyklu spánku a bdění, ale i jiné děje v našem těle, které již mohou být ovlivněny dalšími faktory, jako například kolísáním tělesné teploty, příjmem potravin a tekutin, koncentrací řady hormonů nebo některými léčivy.

Cirkadiánní rytmus je asi nejvíce studovaným a popsaným biologickým rytmem. My ale víme, že biologických rytmů existuje více a že se dělí do kategorií dle délky své periody. Abychom uzavřeli celý výčet možných biorytmů, přikládáme jejich následující seznam. Nejkratší biorytmus se nazývá ultradiánní a jeho perioda je menší než 20 hodin. Dále jsou to rytmy cirkadiánní, kterým jsme se věnovali v dnešním článku. Následují rytmu infradiánní s délkou periody větší než 28 hodin. Následují cirkasemiseptánní (perioda cca 3,5 dne), cirkaseptánní (cca 7 ± 3 dny), cirkavigintánní (cca 21 ± 3 dny), cirkatrigintánní (cca 30 ± 5 dnů), cirkasemianuální (cca 6 měsíců) a cirkaanuální (cca 1 rok ± 2 měsíce). Nejdelší doposud popsaný biorytmus je pak solární cyklus. Solární cyklus nebo také cyklus solárních skvrn je dlouhý nejčastěji okolo 11 let, ale byly již zaznamenány cykly mnohem kratší i delší (9 či 14 let). Tento cyklus poprvé popsal v roce 1843 německý astronom Samuel Heinrich Schwabe.