Chronobiologie je vědní obor studovat časovou organizaci živých organismů, mechanismy pro jejich kontrolu (kontrola, údržba) a jejích změn. Tato disciplína se zabývá především studiem biologických rytmů .
Prehistorický člověk již získal základní znalosti o časové organizaci živých bytostí (zralost ovoce, migrace her, rozmnožování lososů atd. ). Muž z neolitu ovládá zemědělství a chov dobytka prostřednictvím svých znalostí o rostlinném cyklu a reprodukčním cyklu zvířat.
První spisy popisující biologické rytmy se týkají biologie rostlin. Oni se datují do IV -tého století před naším letopočtem. AD : Theophrastus ve své Dějinách rostlin uvádí, že Androsthenes pozoroval na ostrově Tylos strom, „který domorodci říkají, že spí“ : tento fotoperiodismus se pravděpodobně týká stromu tamarindu.
V XVII -tého století , italský lékař Santorio Santorio vyzdvihuje cirkadiánní rytmus u lidí na základě měření odchylky v denním hmotnosti.
V roce 1729 francouzský vědec Jean-Jacques Dortous de Mairan studoval noktinasty ve skromné mimóze , nazývané také citlivá : i když byla umístěna v úplné tmě a ve stálém prostředí (teplota, vlhkost), rostlina pokračovala v otevírání listů. (Jak to dělá) během dne) a v noci je sklopte. Poprvé tak prožívá cirkadiánní rytmy a ukazuje tak jejich endogenní povahu. V roce 1751 švédský přírodovědec Carl von Linné použil tento fenomén nyctinasty k vytvoření květinových hodin . V roce 1814 publikoval lékař Julien Joseph Virey (1755-1836) Éphemerides de la vie humaine neboli Výzkumy denní revoluce a periodicity jejích jevů ve zdraví a nemocech , první chronofarmakologickou tezi, ve které stanoví terminologii „žijící hodiny “ . V roce 1832 Augustin Pyrame de Candolle objevil, že citlivá nyktinastie probíhala po dobu 22 až 23 hodin, což ukazuje na existenci endogenního období ve volném vývoji. Provedl také první experiment biologické resynchronizace vystavením citlivých osob tmě během dne a stálému osvětlení v noci.
V roce 1910 entomolog Auguste Forel jako první upozornil na vnitřní hodiny u zvířat: pozoroval, že včely byly přitahovány k marmeládě pokaždé, když snídal na terase své chaty, poznamenal, že za špatného počasí se vrátí ve stejnou dobu na jeho terase, když snídal uvnitř a oni to nemohli cítit. V roce 1911 , německý ethologist Karl von Frisch , při studiu photic kontrolu na pigmentaci kůže ryby je střevle , objevili mechanismus, který nazval „extraocular photoreception“, tento photoreception řízen šišinka hraje roli. Významnějších skupin fyziologická fotoregulace a metabolická synchronizace. Od roku 1914 zaměřil veškerý svůj výzkum na včelu a se studentkou Ingeborg Beling (en) ukázal , že hmyz má vnitřní hodiny se třemi synchronizačními nebo nastavovacími mechanismy. V roce 1915 ve své práci Příspěvky ke znalostem o původu spánkových pohybů botanik Wilhelm Pfeffer jako první vyslovil hypotézu o autonomních vnitřních hodinách. V roce 1920 provedli američtí botanici Whigtman Garner a Henry Allard hloubkovou studii fotoperiodismu a klasifikovali velké množství rostlin na krátké a dlouhé dny . V roce 1925 vytvořil ruský biofyzik Alexander Čiževskij vztah mezi slunečními bouřemi a katastrofami na Zemi (války, epidemie, vraždy). Založil heliobiologii, která by později byla integrována do chronobiologie.
První vědecké laboratoře studující biologické oscilace byly založeny ve 20. letech 20. století. V roce 1935 ukázal německý biolog Erwin Bünning genetický původ cirkadiánního rytmu v rostlinách.
Díky vyčerpávající práci Jürgena Aschoffa , Erwina Bünninga a Colina Pittendrigha (en) v padesátých letech na cirkadiánních hodinách ptáků a myší jsou považovány za zakladatele chronobiologie. Franz Halberg z University of Minnesota, který studoval vliv doby podávání léků a v roce 1959 vytvořil slovo cirkadiánní, je považován za „otce americké chronobiologie“. Ve Francii je průkopníkem Alain Reinberg .
V roce 1960, sympozium v Cold Spring Harbor Laboratory (v), je základem pro oblasti chronobiologie. Ve stejném roce vynalezla Patricia DeCoursey křivku fázové odezvy (en ), jeden z hlavních nástrojů používaných v této oblasti.
V 70. letech byl první hodinový gen pojmenovaný per (pro období ) identifikován v živočišné říši (Drosophila, v roce 1971 u hlodavců), další geny tohoto typu byly identifikovány v rostlinné říši (řasy Chlamydomonas reinhardtii ), plísňové ( Neurospora crassa ).
Pokusy „mimo čas“ (časová izolace podle protokolu o volném kurzu) provádějí němečtí biologové Jürgen Aschoff a Rutger Wever (1962) a Michel Siffre (v letech 1962 a 1999): ukazují, že různé lidské funkce (fyziologické , kognitivní nebo behaviorální) jsou řízeny cirkadiánními hodinami endogenního období ve volném kurzu ( v průměru 24 hodin a 9 minut: 24 hodin 5 minut pro ženy, 24 hodin 11 minut pro muže, což vysvětluje, proč průměrné ženy musí jít na dříve a jsou náchylnější k nespavosti než muži).
V roce 1992, Michael Rosbash odhalil cirkadiánních hodin na molekulární úrovni ( messenger RNA z os ). V roce 1997 studie ukázala, že většina buněk má nezávislé molekulární hodiny . V roce 2005 se hodiny cyanobakterií rekonstituují ve zkumavce.
Pokud se současná chronobiologie zajímá o genetiku a molekulární úrovně (například práce Dr. Jamese Bendayana, který studuje rozdíly v rytmičnosti různých genomů u žen a mužů), zaměřuje se také na dopady biologických rytmů v referenčním modelu modelovaném na každodenní život lidí a společností prostřednictvím chronomedicíny, variací v lidské výkonnosti (sport, poznání), aplikované chronobiologie nebo v poslední době chronoprevence rizik (vlivy pracovní směny a noční práce na zdraví při práci, analýza a pokrytí rizik, veřejnost zdravotní problémy)
I když myšlenka na časový faktor v biologii a medicíně není nová (představa, kterou najdeme u Aristotela a Plinia, kteří zaznamenávají rytmickou reprodukci, kvetení, hibernaci nebo migraci), úvahy, výzkum a praxe v posledních desetiletích dlouho byl ovlivňován vírou v invariantnost živých bytostí v „krátkodobém horizontu“, v 24hodinovém měřítku i v celoročním měřítku.
Někteří v tomto ohledu hovoří o dogmatu , jehož cílem je víceméně přímo koncept homeostázy , který nacházíme u Waltera Cannona, který čerpá inspiraci z myšlenek Clauda Bernarda o stabilitě vnitřního prostředí .
Rozpor mezi tématem chronobiologie a tímto konceptem je pouze zřejmý a je pravděpodobně způsoben nesprávnou interpretací.
Homeostáza se ve skutečnosti zabývá schopností vnitřního prostředí živé bytosti udržovat se ve zjevně nebo globálně stabilním stavu, a to navzdory výkyvům a změnám, ke kterým v jejím prostředí dochází. Ten druhý však nikdy není konstantní, jeho vnímatelné vlastnosti se neustále vyvíjejí:
Účinek rytmických výkyvů (například střídání dne / noci po dobu 24 hodin nebo krátké dny / dlouhé dny po dobu jednoho roku) na organismus, který chce být homeostatický, logicky indukuje kompenzaci stejného řádu, aby byl zachován sledovaný organismus. Tyto zpětné vazby nebo pravidelné zpětné vazby proto umožňují rovnováhu stavu „nerovnováhy“.
Chronobiologie je tedy součástí studia nelineárních procesů, které lze nalézt v termodynamice s výzkumníky jako Prigogine nebo v systémové vědě . Zabývá se tedy oscilací otevřených a vyvíjejících se systémů .
Podle Alaina Reinberga mnoho chronobiologů souhlasí s tím, že celkově biologické rytmy odpovídají adaptaci živých bytostí na předvídatelné variace prostředí. Otázka „Proč? „Z biologických rytmů zůstává„ trapné “: podle autora by pokus o odpověď na ně odpovídal zavedení otázky konečnosti, přesněji mechanismu vývoje organizovaných bytostí, jejich specifické adaptace (týkající se druhů) a individuální k životnímu prostředí. V této situaci je proto obtížné poskytnout „experimentální důkaz“ toho, co říkáme. Biologické rytmy se proto mohou jevit jako „podmínka“ přežití jednotlivců nebo druhů v periodicitě suchozemského prostředí. Nicméně je třeba poznamenat, že existují určité rytmy, které nejsou zdají odpovídat na první pohled na nutnost ochrany životního prostředí.
Koncept homeostázy proto musí nutně integrovat pojmy dynamiky a bioperiodicity. Pojem rovnováhy v biologii, když tato rovnováha není dynamická (nerovnováha, která je neustále doháněna), je synonymem smrti.
Biologický rytmus je charakterizován jeho periodou, umístěním akrofázy (nebo píku nebo vrcholu nebo zenitu) variace v časovém měřítku periody, amplitudou a průměrnou úrovní variace ( MESOR ).
Časový interval měřený mezi dvěma epizodami, které se během variace budou reprodukovat identicky. Periodu rytmu biologické proměnné lze získat spektrální analýzou , která poskytuje odhad základní převládající periody a jejích harmonických . Lze jej také získat poznáním rytmu synchronizátorů (experimentální podmínky).
V závislosti na převládajícím období rozlišuje chronobiologie tři hlavní oblasti rytmů:
Stejná biologická proměnná projevuje svou rytmiku v několika z těchto domén (příklad plazmatického kortizolu).
Akrofáza (pík nebo zenit), jejíž opakem je „batyfáza“ nebo „bathyfáza“, je pozicí nejvyšší hodnoty biologické proměnné měřené v časové škále po dobu považovanou za funkci časová reference. Když jsme v cirkadiánní doméně, může být vrchol uveden v hodinách s jednou hodinou jako referenční hodnotou (například o půlnoci místního času). Je možné určit umístění akrofázy ve vztahu k tělesné teplotě, ale je to mnohem vzácnější.
Při použití metody Cosinor bude vrchol nejvyšším bodem sinusové funkce , ale většinou mluvíme o vrcholu s ohledem na experimentální hodnoty.
Charakterizace je stejná jako ve fyzikálních vědách nebo matematice . Představuje celkovou odchylku biologické hodnoty naměřené během uvažovaného období.
MESOR pro střední linii odhadující statistiku rytmu . Toto je aritmetický průměr měření biologické proměnné.
Biologické rytmy mají endogenní i exogenní původ:
Jejich původ je genetický, jsou vrozené a nevyplývají z individuálního učení. Řídí se biologickými hodinami (nebo hodinami ). Tuto vlastnost lze prokázat izolací (protokol volného kurzu), během níž rytmy přetrvávají na frekvenci, která je pro ně specifická.
Tyto endogenní faktory jsou poháněny exogenními faktory, Zeitgebery nebo synchronizátory .
Tyto originální endogenní pochází konstituce genetika těchto druhů a jejich jedinců . Je možné, že na jedné straně jsou zahrnuty geny přímo programující uvažovaný rytmus a na druhé straně celková struktura jedince v závislosti jak na všech ostatních genetických datech, tak na sociálně-psychologických faktorech. Exogenních biologických látkách.
Známe hlavní hodiny umístěné v hypotalamu a sekundární hodiny , z nichž některé jsou spravovány, také na mozkové úrovni.
Existuje několik genů kódujících různé biologické hodiny : popsali jsme například potravinové hodiny, které by regulovaly zažívací přípravu pro další jídlo ( srov. Étienne Challet et al. , Current Biology du24. října 2006).
Ve skutečnosti mají všechny buňky v těle, nejen ty, které patří do specializovanějších mozkových struktur, své vlastní hodiny, které je obtížné demonstrovat in vitro za normálních laboratorních podmínek. Benoît Kornmann a jeho spolupracovníci objevili možnost odejít z činnosti nebo zničit hodiny jaterních buněk; to umožnilo určit, že jejich cirkadiánní rytmus je 90% „místního“ původu, ale že existuje „globální“ dopad (centrální nebo přímo spojený s externími synchronizátory) nejméně 10%. Tato část je velmi robustní a přetrvává, když jsou blokovány hodiny vlastní periferním buňkám.
Synchronizátor je faktor prostředí, někdy sociální, ale vždy periodický, schopný modifikovat období nebo fázi biologického cyklu. Synchronizátory nevytvářejí biologické rytmy, ale řídí období a fázi.
Hlavní činitelé ovlivňující rytmy u lidí mají kognitivní povahu, proto zde hrají velkou roli socioekologické ukazatele.
Můžeme zde uvést střídání aktivity / odpočinku, světla / tmy na denní úrovni nebo fotoperiody (krátké dny / dlouhé dny) a teploty na roční nebo sezónní úrovni.
Biologické rytmy jsou proto trénovatelné (úprava periody rytmů), ale také trvalé (prokazují se protokoly volného běhu nebo volných kurzů, ve kterých je jedinec odříznut od všech signálů, které by ho pravděpodobně synchronizovaly).
Můžeme přesouvat jejich fáze indukcí prostřednictvím manipulace se synchronizátory (hlavně světelnými) a vytvářet tak zálohy nebo zpoždění těchto fází, můžeme tak v případě patologie resetovat biologické hodiny a tak dát zpět do fáze. . Cirkadiánní rytmy, téměř všudypřítomné, jsou možná nejpozoruhodnějšími a snadno pozorovatelnými biologickými rytmy.
Další synchronizátory - zejména ty sociální - jsou zaměřeny na naši kůru . Jsou to signály a lze se je naučit. Díky specifické mozkové práci se jakýkoli signál vnímaný jako časové měřítko může stát synchronizátorem a orientovat naši cirkadiánní „zkušenost“, ale také, kde je to vhodné, cirkulární, ultradiánní atd. Jinými slovy, náš vnitřní „hodinový strojek“ je ovlivněn hlukem sousedů, zvukem budíku, časem průchodu poštovního doručovatele, denní dobou, během níž si takový a takový člověk zvykol nás nazývat - seznam je dlouhý. U lidí mají sociální synchronizátory větší účinek než přirozené synchronizátory, ale pozorujeme podobné jevy u určitých sociálních zvířat, která se synchronizují díky informacím poskytovaným jejich kongenery. Sociální synchronizátor může nahradit jiný fenoménem učení.
Desynchronizace odpovídá ztrátě fázového vztahu biologických rytmů. Může být vnějšího původu (spojeného se změnami v prostředí) nebo vnitřního (nesouvisí přímo s prostředím).
Noční práce nebo práce na směny mohou způsobit desynchronizaci časové organizace jednotlivce (je těžké předpovědět, kdo je k tomuto typu práce tolerantní nebo ne).
Jet lag nebo jet lagV případě letu transmeridia delšího než přibližně pět hodin (fenomén jet lag ) je u jednotlivců pozorována desynchronizace.
Slepý jehož sítnice je zcela nefunkční (dále sítnice obsahuje jiné než photic receptory umožňující sekreci melatoninu u šišinky ) představují mnoho poruch jejich časové organizace. Protože světlo nelze převést na signál hormonální synchronizace, následují příznaky podobné těm, které se mohou objevit v jiných případech desynchronizace.
Ten druhý je špatně pochopen. Je ovlivněna věkem, depresí nebo rakovinou závislou na hormonech (prsa, vaječníky, prostata atd. ).
Lze jej zlepšit studiem markerových rytmů (plazmatický kortizol, plazmatický melatonin, teplota atd. ). Pokud se prokáže desynchronizace, bude se o těchto markerech říkat, že jsou buď ve fázovém předstihu, nebo ve fázovém zpoždění vzhledem k referenční ( normální ) časové organizaci pro studovaného jednotlivce.
Centrální hodiny nebo hodiny umístěné v suprachiasmatických jádrech (SCN) regulují periferní hodiny přímým neurálním vstupem. Na druhou stranu samotné sympatické položky nemohou být zodpovědné za všechny cirkadiánní aktivity. V několika orgánech souvisejících s příjmem potravy jsou hodiny, jako je žaludek, střevo, slinivka břišní a játra. Změna stravy může ovlivnit mechanismy periferních cirkadiánních hodin neurohumorálním tréninkem. Přítomnost aktivních cirkadiánních hodin v tukové tkáni navíc naznačuje, že regulace funkce tukové tkáně má časovou složku. Cirkadiánní hodiny v adipocytu mění jeho citlivost na různé specifické podněty během 24 hodin, jako je inzulín nebo adrenalin. Hodiny adipocytů mohou také ovlivnit skladovací kapacitu triglyceridů, jako je perilipin. Asynchronie mezi spánkem a jídlem mění cirkadiánní hodiny adipocytů a tato změna by byla zodpovědná za zvýšení adipozity. Změna rozvrhu výživy může také změnit fázi genové exprese s cirkadiánním rytmem až 12 hodin, aniž by to ovlivnilo fázi cirkadiánní exprese v NSC. V tomto případě tedy dochází k oddělení periferních hodin od centrálních hodin. Toto fázové přizpůsobování prováděné periferními hodinami v důsledku změny stravovacího režimu probíhá rychle v játrech, ale je pomalejší v ledvinách, srdci a pankreatu.
Dopad načasování příjmu potravy na leptinPřestože mechanismy spojující načasování jídla a přírůstek hmotnosti jsou stále špatně pochopeny, zdá se, že hormony musí hrát určitou roli. Rytmická exprese a aktivita metabolických drah jsou primárně přičítány robustnosti a koordinované expresi hodinových genů v různých orgánech a tkáních. Změny v načasování příjmu kalorií však mohou toto dobře sestavené aktivum změnit a upravit rytmus mnoha hormonů podílejících se na metabolismu, jako je leptin nebo ghrelin. Laboratorní studie ve skutečnosti ukázaly, že časy, kdy jsou myši vzhůru a jedí během své biologické noci (tj. U myší denní, protože se jedná o noční zvířata), vedly k mnoha metabolickým změnám. To zahrnuje změny v sekreci leptinu, anorektického hormonu, který dává tělu pocit plnosti tím, že inhibuje neurony NPY / AgRP a aktivuje neurony POMC / CART. Přesněji bylo prokázáno, že plazmatické hodnoty nočního leptinu byly významně sníženy. Obvykle, to znamená, že když je příjem potravy prováděn během biologického dne (v noci u myší), je sekrece leptinu v tukových tkáních prováděna v poměru k zásobám lipidů. Čím vyšší jsou zásoby, tím vyšší je sekrece hormonu, což znamená zvýšení pocitu sytosti a snížení kalorického příjmu. Proto denní variace v příjmu potravy přímo ovlivňují sekreci leptinu, protože se zvyšuje po krmení a klesá během hladovění. Nyní je u myší krmených biologicky přes noc problém v tom, že jelikož hladina leptinu je výrazně nižší, pocit plnosti je méně podobný u myší krmených v noci. Malé množství látky potlačující chuť k jídlu má tedy tendenci podporovat zvýšení kalorického příjmu za den, i když energetické potřeby zůstávají nezměněny. To by tedy bylo příčinou přibývání na váze. Je to navíc fenomén, který je přítomen také u lidí .
Dopad fázového posunu kortikosteronu a inzulínuJak již bylo zmíněno dříve, načasování kalorického příjmu má přímý vliv na sekreci hormonů, jejichž součástí je kortikosteron. Experimentálně bylo prokázáno, že myš obvykle krmená v noci a jejíž rytmus krmení je narušen příjmem potravy během dne, vykazuje během jídla vysoký vrchol kortikosteronu. Proto se předpokládá, že tento hormon je vždy spojen s neobvyklým přírůstkem hmotnosti. Odstraněním nadledvin odpovědných za produkci kortikosteronu je nyní možné pozorovat úbytek hmotnosti. Předpokládá se, že je to způsobeno skutečností, že kortikosteron zvyšuje lipogenezi a hromadění břišního tuku. Lipogeneze, obvykle prováděná, když je zvíře v rušném období, omezuje tvorbu břišního tuku. Na druhou stranu, pokud k němu dojde během nepříliš aktivní fáze dne, jeho účinek se výrazně zvýší.
Inzulin je také zodpovědný za přírůstek hmotnosti u lidí. Pokus provedený na potkanech ukázal jeho účinky. U potkanů, kteří měli šest jídel denně rozložených na 24hodinové období , byla hladina glukózy v krvi během světelného období velmi pravidelná. Na druhou stranu dvě jídla podávaná během noci produkovala mnohem vyšší hladinu inzulínu. Účinkem inzulínu byla tedy výrazně snížena hladina glukózy v krvi. Krysy, které jsou normálně aktivní v noci a jedí během tohoto období, mají úplně narušený metabolismus, když jedí během dne. Poté se zvyšuje hladina glukózy v krvi, což vede k riziku zvýšení tukové hmoty jedince.
Dopad fázového posunu na metabolismus myšíDesynchronizace různých výše popsaných humorálních prvků metabolismu se podílí na oddělení dvou důležitých parametrů metabolismu: poměr výměny dýchání (RER) a energetický výdej buněk. V situaci omezování potravy v subjektivní noci spíše než během subjektivního dne prochází RER fázovým posunem přibližně 10 hodin v jaterních buňkách. To znamená, že příjem potravy má větší vliv na jaterní buňky než centrální hodiny. V neomezené výživě kolísá RER, aby synchronizoval časy, kdy energie pochází z tukových zásob nebo z potravinových vstupů. Zde subjektivní noční omezení jídla zvyšuje průměrnou hodnotu tohoto parametru za celé 24hodinové období, což naznačuje, že energetický výdej spotřebuje méně tukových zásob. Během dne pochází energetický výdej převážně ze svalové aktivity, která je založena na použití sacharidů (dodávaných přímo ze stravy) vyvolaných vysokou hodnotou RER (nad 1). Vzhledem k tomu, že druhý je méně citlivý na potravu Zeitgeber , jeho fázový posun je tedy mezi 5 a 7 hodinami, což ho desynchronizuje s fázovým posunem RER jater (10 hodin). Kromě toho je výdej energie během celých 24 hodin přibližně o 9% nižší, což znamená, že kromě toho, že není naladěn na maximální využití sacharidů, je tělo spotřebováno i méně energie. Udržování více tuku uloženého u myší krmených během jejich subjektivní noci, spolu se snížením energetického výdeje, tedy vede ke zvýšení počtu tukových buněk u jedinců. Desynchronizace rytmů jater, která poskytuje velkou část energie během noci, způsobuje méně efektivní využití glykogenu a silnou nerovnováhu energetické homeostázy těla, což může mít dopad na přibývání na váze.
Na závěr je uvedeno několik hypotéz, podle nichž by okamžik, kdy je přijímán příjem potravy, měl vliv na přírůstek hmotnosti. Hlavními příčinami tohoto přínosu se ve skutečnosti jeví změna rychlosti vylučování hormonů, jako je leptin, ghrelin, kortikosteron a inzulín, jakož i snížení fyzické aktivity jedince. Přesný mechanismus, který vysvětluje přímou souvislost mezi těmito složkami a přírůstkem hmotnosti, však stále není znám, i když je prokázána souvislost mezi nimi a nadváhou.
Pohlaví: pojem rytmu u žen je méně snadné studovat než u mužů (menstruační cykly).
Svou roli hraje také povrch těla.
Věk je faktor, který je třeba vzít v úvahu:
Cirkadiánní rytmy během vývoje plodu
Tyto denní rytmy u člověka jsou generovány z suprachiasmatic jádra (SCN) hypotalamu. Vytvoření těchto NSC trvá určitou dobu, ale jejich úplnou strukturu lze u lidí pozorovat přibližně od 18 do 20 týdnů těhotenství.
Studiem natálního vývoje u primátů bylo pozorováno, že po vystavení nočnímu světlu dochází k prudkému zvýšení metabolické aktivity a exprese genů c-fos a per1 v NSC ve věku ekvivalentním 24 týdnu těhotenství u lidí. To dokazuje, že velmi předčasné cirkadiánní hodiny reagují na světelné signály.
Vzhledem k tomu, že plod postrádá jakýkoli Zeitgeber (vstupy do prostředí), cirkadiánní trénink jeho NSC zahrnuje mateřskou komunikaci cirkadiánních signálů. Ve skutečnosti jsou mateřské signály potřebné pro nácvik synchronizace postnatálních rytmů plodu. První studie naznačující, že biologické hodiny plodu pravděpodobně musely pocházet od matky, byly provedeny na potkanech. Vědci skutečně zjistili, že enzym, který produkuje melatonin, pokračoval v cirkadiánním rytmu, přestože subjekty, plody krys, byly umístěny do prostředí, které nesledovalo cykly světlo-tma. (LD). Takže i když byly v neustálých podmínkách, ať už světlých nebo tmavých, enzym pokračoval v určitém rytmu bez ohledu na vnější prostředí. Plody byly proto synchronizovány s rytmem jejich matky. Odtamtud bylo také provedeno několik studií u lidí.
Matka může účinně předávat svůj cirkadiánní cyklus plodu mnoha způsoby, například rytmikou její tělesné teploty, uvolňováním kortizolu a melatoninu, stahy dělohy, změnami koncentrace glukózy nebo opět uvolňování CRF („faktor uvolňující kortikosteron“), kde kortikosteron ovlivňuje cirkadiánní rytmus aktivity dělohy. Pokud jde o rytmickou sekreci kortizolu matkou, bylo skutečně prokázáno, že blokování mateřského kortizolu, například triamcinolonem, může způsobit ztrátu cirkadiánního rytmu srdečního rytmu, dýchání a pohyblivosti plodu. Vědci dále navrhli, že u lidí může hladina mateřského glukokortikoidu ovlivňovat funkci nadledvin plodu, a tím řídit jeho cirkadiánní rytmus. Mateřské cirkadiánní rytmy CRF a kortizolu mohou ovlivňovat aktivitu fetálních NSC prostřednictvím velkého množství glukokortikoidních receptorů během vývoje plodu.
Další složkou, která se významně podílí na vývoji plodu a novorozence i na regulaci cirkadiánních rytmů, je melatonin. Tento hormon je však zvláště důležitý, protože jeho syntéza se objevuje až po narození dítěte. Během těhotenství se tedy musí přenášet z matky placentou. To pak bude moci působit na plod prostřednictvím svých specifických receptorů na NSC od 18 th týden těhotenství, nebo jen, když je NSC plně vytvořena. Protože melatonin již má v matce rytmickou sekreci, bude to ona, kdo diktuje plodu rytmus podle dne a noci. Po narození je to dítě, které ho začne produkovat endogenně, ale rytmus den-noc je skutečně vnímán přibližně od 3 měsíců. Víme, že melatonin je mimo jiné zodpovědný za probuzení-spánkové cykly prostřednictvím zvýšené sekrece během noci, ale také se podílí na regulaci dalších cyklů včetně tělesné teploty. Nelze ji proto zanedbávat.
Cirkadiánní rytmy plodu se objevují postupně během vývoje. Ve skutečnosti, od 22 nd týdne, již můžeme pozorovat rytmus srdeční frekvence, který začíná. U o 29 -tého týdne těhotenství, je rytmus zbytek aktivita cyklu a vyškoleni v tělesné teploty po dobu 24 hodin. Kromě 28 -tého týdne těhotenství, spánek a spánkového cyklu se objeví. Jsou nezbytné pro neurosenzorický a motorický vývoj, stejně jako pro vytváření paměti a udržování plasticity mozku. Je důležité si uvědomit, že tento spánkový cyklus neodpovídá tomu, který zažívá dospělý, spíše je ve vývoji a tento vývoj pokračuje i po narození. Například u novorozence jsou období spánku krátké a četné za jeden den nepravidelně. Tato období budou trvat mezi 2,5 a 4 hodinami, novorozenec proto spí celkem mezi 16 a 18 hodinami denně. V měsících následujících po porodu se období nepřetržitého spánku postupně prodlužuje a frekvence za den klesá, což nakonec vede k normálnímu cyklu, který následuje po dni a noci. A konečně, v průběhu 36 -tého týdne těhotenství, je tvorba retinoidů-hypotalamické dráhy. Ten přenáší světlo z prostředí do NSC.
Vnější podmínky během vývoje
Je důležité si uvědomit, že vývoj cirkadiánních cyklů u novorozenců není způsoben pouze vyspělostí NSC, ale je také ovlivněn různými expozicemi vůči Zeitgebersovi v postnatálním období. Na toto téma bylo provedeno několik studií.
Například v jedné studii byli první skupinou termální kojenci, kteří nepotřebují dlouhodobou nemocniční péči, aby mohli prospívat v domově vystaveném běžným životním podmínkám, prostředí a kde jedinou pečovatelkou je jejich matka. Jsou proto vystaveni cirkadiánnímu sociálnímu a behaviorálnímu vzoru jedné osoby. Druhou skupinu tvoří předčasně narozené děti, které jsou delší dobu drženy v nemocnici, kde jsou umístěny v místnosti s neustálým osvětlením s mnoha pečovateli. Na konci této studie, vědci zjistili, že od 6 th až 12 th poporodní týden, bylo možné pozorovat, že děti, které zůstaly v normálním cyklu světlo-tma získal větší váhu a spal víc než ty, co zůstali v neustálém světle podmínky.
Analýza několika podobných situací ukazuje, že děti vystavené normálnímu cyklu světlo-tma rozvíjejí své cirkadiánní cykly rychleji než ostatní za stálých světelných podmínek. Byli by také méně nemocní a rostli rychleji. S ohledem na růst malých dětí skutečně ovlivňuje rytmicitu růstového hormonu narušení denních a nočních cyklů prostředím, kde je vždy světlo. Pro novorozence je proto důležité, aby se jejich vnitřní hodiny vzdělávaly ve velmi mladém věku. Dalším příkladem, který podporuje tato pozorování, je studium dvou skupin předčasně narozených dětí, kde jedna z nich měla nárok na fototerapeutickou masku několik dní před propuštěním z nemocnice, tj. Od 18 do 52 dnů. Mláďata byla poté přivedena do normálního domácího prostředí, kde osvětlení sleduje cyklus den-noc. Druhá skupina neměla přístup k této léčbě, a proto byla vystavena stálému nemocničnímu světlu. Jak již bylo zmíněno výše, neustálé vystavování tomuto světlu má mnoho následků. V této studii bylo prokázáno, že u první skupiny se ve věku 52 týdnů vyvinul cirkadiánní rytmus melatoninu shodný s rytmem nedonošených kojenců, ale u druhé skupiny se jejich rytmy rozvíjely déle. melatonin. To ukazuje, že v těchto situacích na rytmy nemá vliv skutečnost, že jsou předčasní, ale spíše podmínky vnějšího prostředí. Tyto studie tedy ukazují, že Zeitgebers, jejichž cyklické zesvětlení během postnatálního období, mají velkou roli ve vývoji cirkadiánních cyklů u novorozenců.
Ve Francii provedl Michel Siffre , speleolog, jednu z prvních zkušeností s izolací mimo čas v propasti Scarasson, od 18. července do14. září 1962ve výšce 2000 mv italských Alpách (mezi Limone a Tende).
Podmínky tohoto experimentu se mohou přiblížit podmínkám volného běhu , což je situace, kdy jsou studovaní jedinci zbaveni všech synchronizátorů. Volný běh umožňuje zdůraznit období endogenních rytmy každého jednotlivce.
P r Christian Poirel (Kanada) studovala cirkadiánní rytmy u myší a člověka psychopatologické jevy.
V roce 1967, v Psychologie du temps , Paul Fraisse vytvořil a vyvinul ponětí o chronopsychology.
François Testu ( University of Tours ) studoval rytmy učení u dětí tím, že jim dal jednoduché cvičení a sledoval úspěšnost podle hodin. Všiml si přítomnost dvou acrophases, do 11 h a 17 h 30 (acrophase, že neexistuje u malých dětí) a dvěma batyphases, první 13 h 30 (není to přímo a výlučně související trávení oběda, tam jinak by také byla batyfázou během jakéhokoli období po jídle, po jakémkoli příjmu potravy). To trvá asi 2 hodin (mezi 1 hod a 3 hod ). Tento pokles je úzce spojen s fyziologickým poklesem bdělosti odpovídajícímu poledníku. Druhá probíhá okolo 3 hodin 30 hod. Claire Leconte je překvapena, když viděla takový výsledek u dětských rytmů učení: probudil se v noci na zkoušku pozornosti? Ten je nepochybně spojen s poklesem teploty, který je nejnižší mezi 3 a 5 hodinou ráno.
Kromě tohoto cirkadiánního cyklu pozornosti existuje také ultradiánní cyklus o délce asi 90 minut, který Nathaniel Kleitman (in) nazval BRAC ( Basic Rest-Activity Cycle , Cycle fundamental activity-rest). Například po zahájení kurzu je pozornost na maximum asi po 25 minutách, poté klesá a batyfáze je kolem 75 minut . Žádný výzkum nedovolil takový výsledek potvrdit, variace pozornosti během hodinové hodiny je velmi závislá na obsahu této lekce, na kompetenci dítěte ve vztahu k činnosti realizovat, na motivaci, kterou toto dítě cítí pro tento kurz vzdělávací kontext, ve kterém se provádí. V provedených experimentech existují velké interindividuální rozdíly.
Americká studie odhalila cyklus pozornosti odpovídající intervalu mezi reklamami, které omezují televizní vysílání .
Studie a objevy v chronobiologii vedly k novým způsobům léčby určitých patologií. Tato větev chronobiologie se nazývá chronoterapie a jejím cílem je léčit pacienty podle jejich endogenních hodin, aby se maximalizovaly výhody léčby a snížily vedlejší účinky. Toto může být možný přístup k léčbě bipolární poruchy .
Alain Reinberg , citující Folkarda, trvá na místě chronobiologie v randomologii a uvádí několik důvodů:
Tyto variace bdělosti jsou široce studovány v případě monitorování pilotáže lodí (organizace na směny) nebo velínů průmyslových zařízení (chemické závody, jaderné elektrárny ) nebo provozu ( řídící věž , Cross ). Moderní průmyslové katastrofy se staly v hlučné noci, v době menší ostražitosti; můžeme uvést slavný příklad potopení Titanicu, ke kterému došlo během kritického období kolem 23:00 a 1:00
V roce 2011 studie o nestrannosti spravedlnosti ukázala, že soudní podmínečné propuštění se pohybovalo od 65% (po obnovení) po prakticky nulové propuštění získané před přestávkou na oběd.
Biologické hodiny se již široce nahnutý XVIII -tého století . V roce 1729 francouzský astronom Jean-Jacques de Dortous Mairan uvádí jako příklad, že listy Mimosa zavírání za soumraku a otevření za úsvitu (i když je to ve tmě střežených [živé]).
Spolu s objevem důležitosti melatoninu začalo být vysvětleno genetické a molekulární mechanismy až ve 20. století. Seymour Benzer a Ronald Konopka z Kalifornského technologického institutu v Pasadeně vytvořili v 70. letech mutantní ovocné mušky s abnormálními biologickými hodinami a ukázali, že tyto mutace a abnormality pocházejí ze stejného mutovaného genu, který s jinými nazývají genem „Období“ ( který bude sekvenován v roce 1984).
V roce 2017 byla práce na mechanismech biologických hodin (identifikace genů zapojených do cirkadiánního rytmu, provedená v Drosophile ) provedená třemi americkými vědci: Jeffrey Hall , Michael Rosbash a Michael Young udělena Nobelova cena za medicínu . V roce 1984 izoloval pan Rosbash gen zvaný „ období “, který ovládal cirkadiánní biologický rytmus. S Jeffrey Hall ukázal, že protein PER (kódovaný genem období ) se hromadí v buňkách s vrcholem v noci a poté se během dne degraduje. Pak v roce 1994 Michael Young ukazuje, že další gen zvaný „nadčasový“ kóduje protein zvaný „TIM“ nezbytný pro rozvoj cirkadiánního rytmu, přičemž TIM se váže na PER, aby vstoupil do jádra buňky a blokoval aktivitu genu období . ( negativní zpětná vazba). Tento princip byl detekován u Drosophila, ale poté byl nalezen v buňkách mnoha dalších druhů, včetně Homo sapiens .