2 typy zegarów biologicznych:
„KLEPSYDRY” - odmierzające i wyznaczające czas trwania unikalnych (niepowtarzalnych) zdarzeń w życiu organizmu czy populacji. Rozwój embrionalny (h - lata); dojrzewanie płciowe (dni -lata); życie osobnicze (dni - wieki); zegar ewolucyjny(miliardy lat).
„OSCYLATORY” - odmierzające i wyznaczające czas trwania procesów powtarzających się cyklicznie w życiu organizmu.
Sen - czuwanie (24 h); cykl miesięczny (~28 dni); hibernacja (sezonowo).
Większość procesów w organizmach zarówno roślinnych jak i zwierzęcych zmienia się w sposób cykliczny. Procesy te nazywamy rytmami biologicznymi. Związane z działaniem oscylatorów. W większości są odpowiedzią na cyklicznie zmieniające się warunki oświetleniowe (i termiczne) Ziemi- obrót wokół własnej osi - zmianą nachylenia osi ziemskiej do ekliptyki
• Rytmy circadialne (okołodobowe; circa = około, diem = dzień): trwające ~ 24 h (23.5 - 25 h). Sen-czuwanie; zmiany T ciała,
zmiana ciśnienia i tempa pracy serca, zmiana wydzielania hormonów).
• Rytmy ultradialne - trwające mniej niż 1 dzień (Dlaczego???ultra = ponad...). Sen i jego fazy, trwające ~ 90 min.
• Rytmy infradialne (długookresowe) - trwające ponad 1 dzień (Dlaczego??? infra = poniżej...). Cykl menstruacyjny ~ 28 dni.
• Rytmy circannualne - trwające ~ 1 rok. Np. hibernacja -przebudzenie. U człowieka nie występują.
Rytmy endogenne - sterowane wewnętrznym „zegarem” utrzymują się, mimo braku informacji zewn. o upływającym
Dryfowanie rytmów (endo) czasie
JĄDRA NADSKRZYŻOWANIOWE PODWZGÓRZA
Regulują (np.):
- wydzielanie hormonów z przysadki
- temperaturę ciała
- ciśnienie krwi
- częstość pracy serca
- wydzielanie melatoniny
CO NASTAWIA ZEGAR? „wejście” „wyjście”
Szlaki aferentne, które prowadzą sygnały środowiskowe do zegara Właściwy zegar (pacemaker), tworzący endogenne rytmy
Szlaki eferentne do narządów wykonawczych (oscylatorów obwodowych), przekształcających wygenerowane oscylacje na rytmy fizjologiczne
Sygnał środowiskowy
OSCYLATORY OBWODOWE: wątroba, serce, nerki, płuca, mięśnie szkiel.,
ukł. pokarmowy itd.
Melatonina obniża (-) lub stymuluje (+) wydzielanie
(m.in.):
- gonadotropin (-)
- T3, T4 (-)
- prolaktyny (+)
- hormonu wzrostu (+)
Wpływa na rozwój nowotworów:
- NSCLC (-)
- hepatoma (-)
- rak piersi (-)
Choroba afektywna sezonowa (depresja sezonowa).
Seasonal Affective Disorder (SAD).
• Spowodowana rozbieżnością między długością dnia, adobowym wzorcem aktywności.
• Tycie, apatia, zmęczenie
• Fototerapia: naświetlanie jasnym światłem obniża poziom krążącej we krwi melatoniny.
ZJAWISKO JET - LAG
• WYSTĘPUJE PODCZAS LOTÓW ZE WSCHODU NA ZACHÓD (LUB ODWROTNIE).
• NIE POJAWIA SIĘ PODCZAS LOTÓW N-S/S-N NP. WYRUSZAMY Z POLSKI DO BOSTONU O 10 RANO. NA MIEJSCU JESTEŚMY OK. 18.00 NASZEGO CZASU. W BOSTONIE JEST DOPIERO 11.00. O 18.00 „CZASU BOSTOŃSKIEGO” DLA NAS JEST 1 W NOCY I TAK TEŻ SIĘ CZUJEMY...
NASZ ZEGAR BIOLOGICZNY „SPIESZY SIĘ” W STOSUNKU DO WARUNKÓW ZEWNĘTRZNYCH. GDY LECIMY Z ZACHODU NA WSCHÓD NASZ ZEGAR DOBOWY „ZACZYNA SIĘ SPÓŹNIAĆ”. Do takiej sytuacji dużo trudniej się zaadaptować:
Organizm lepiej radzi sobie z „wydłużeniem doby” (loty E-W), niż z jej skróceniem (loty W-E) W tym przypadku pomaga zażycie melatoniny, która sprawi, że nasz zegar „przyspieszy” Pomaga też wcześniejsze zażywanie małych ilości Viagry- przed podróżą.
Zwiększenie stężenia cGMP przez zahamowanie fosfodiesterazy =wcześniejsza aktywacja SCN = „przyspieszenie” zegara
MELATONINA
1. Receptory MR (Melatonin Receptors) związane z białkami Gi (obniżenie stężenia cAMP)
2. Blokuje kalmodulinę (co pociąga za sobą zahamowanie Ca2+-kalmodulinozależnych białek: CaMKII, NOS, CA)
3. Receptory jądrowe (RZR - Retinoic Z Receptors - wpływ na ekspresję genów, apoptozę
4. Jest też przeciwutleniaczem, (silniejszym niż glutation! Usuwa rodniki hydroksylowe - .OH) i stymuluje układ immunologiczny
Elektroencefalogram (EEG; „fale mózgowe”) - sumaryczna aktywność elektryczna mózgu
FALE BETA - czuwanie, niska amplituda, duża częstotliwość ~ 15-30 Hz, brak synchronizacji (wiele neuronów wykonuje swoje zadania)
FALE ALFA - zamknięte oczy, relaks, wyższa amplituda, częstotliwość ~ 9-14 Hz, synchronizacja („stajemy się bezmyślni”)
FALE THETA - zasypianie, (głęboki relaks, medytacja) jeszcze wyższa amplituda, częstotliwość ~ 3 - 8 Hz; Źródło fal - hipokamp.
Fazy snu
1. Faza „półsnu”- fale theta
2. Wśród fal theta pojawiają się wrzeciona snu i zespoły K
3. Wśród fal theta pojawiają się fale delta - wysokie, o małej
częstotliwości
4. Fale delta dominują w zapisie.
Fazy snu Stadium 3 + 4 = sen wolnofalowy (SWS - slow wave sleep), głęboki
Sen REM (Rapid Eye Movement) - sen paradoksalny Paradoksalnie, jest to sen głęboki; Szybkie ruchy gałek ocznych, erekcja, wahania tętna i oddechu, całkowity paraliż mięśni szkieletowych; REM trwa ~10-20 min, co 90-110 minut u dorosłego człowieka; co 60 min. u niemowląt - brak paraliżu mięśni; 4-5 cykli w ciągu nocy; Pozostałe fazy snu nazwano nie-REM (NREM).
Fale theta + serie fal beta, świadczące o dużym poziomie wzbudzenia
Narkolepsja - sen REM pojawia się nagle (o dowolnej porze doby), bez przejścia przez początkowe fazy. Towarzyszy temu zwiotczenie mięśni szkieletowych (katapleksja).
Paraliż przysenny - nagłe wybudzenie ze snu REM, któremu nie towarzyszy odhamowanie mięśni szkieletowych. Trwa do kilku minut.
Fazy snu - zmiany z wiekiem - SEN UMOŻLIWIA REGENERACJĘ ORGANIZMU PO CAŁYM DNIU PRACY
PO CO ŚPIMY? - TEORIE
- ŚPIMY, BY OSZCZĘDZAĆ ENERGIĘ (nie tracimy jej na ruch; w czasie snu spada temp. ciała)
- ŚPIMY, BY NIE NARAŻAĆ SIĘ NA ATAK DRAPIEŻNIKÓW
PO CO ŚNIMY? - TEORIE
SPOSÓB NA POZBYCIE SIĘ Z PAMIĘCI NIEPOTRZEBNYCH INFORMACJI (Crick i Mitchison, 1983) - ŚNIMY, BY ZAPOMNIEĆ
SNY TO PRÓBA NADANIA SENSU PRZYPADKOWEJ AKTYWNOŚCI MÓZGU (Hobson i McCarley, 1977) WG FREUDA SNY SĄ PRZEJAWEM NASZYCH UKRYTYCH PRAGNIEŃ (CZĘSTO NAWET WE ŚNIE WYSTEPUJĄCYCH W ZAKAMUFLOWANYCH FORMACH)
SNY SŁUŻĄ ROZWIĄZYWANIU PROBLEMÓW, JAKIE NAPOTYKAMY NA JAWIE (Webb i Cartwright, 1978)
Cykl miesięczny kobiet - rytm infradialny
Cel - regulacja owulacji
WZGÓRZE PODWZGÓRZE TYLNY PŁAT PRZYSADKI PRZEDNIA PRZYSADKA SZYSZYNKA
HORMONY PODWZGÓRZA:
1. OKSYTOCYNA I WAZOPRESYNA
2. UWALNIAJĄCE (RELEASING HORMONES - RH, LIBERYNY) LUB HAMUJĄCE (INHIBITING HORMONES- IH, STATYNY)
PODWZGÓRZE CENTRUM KOORDYNUJĄCE UKŁAD WYDZIELANIA WEWNĘTRZNEGO GONADOLIBERYNA (Gn-RH)
PRZYSADKA:
H. FOLIKULOTROPOWY (FSH),
H. LUTEINIZUJĄCY (LH)
JAJNIKI
FSH - pobudza dojrzewanie komórki jajowej
LH - odp. za końcowe dojrzewanie k.j., owulację i utrzymanie ciałka żółtego
Estrogeny:
- rozwój drugorzędowych cech płciowych samic
- cykliczne zmiany w nabłonku płciowym i śluzówce macicy
- regulacja popędu płciowego i żeńskich zachowań seksualnych
Progesteron - gestagen (gestos, gr. ciąża; pro-gestos)
Progesteron - produkowany przez ciałko żółte i łożysko.
- rozrost gruczołów błony śluzowej macicy
- po zapłodnieniu - przekształcanie błony śluzowej macicy w błonę doczesną
- w okresie ciąży zapobiega skurczom macicy
- brak zapłodnienia - zanik ciałka żółtego (i obniżenie syntezy p.)
Mężczyźni: ~ 0.3 ng/mL
Kobiety: ~ 0.9 ng/mL (faza folikularna cyklu - faza I);
do ~ 18 ng/mL (faza ciałka żółtego - faza II);
ciąża - do 150 ng/mL
„Baza” dla testów ciążowych - pregnandiol
DŁUGOŚĆ TRWANIA CYKLU - 21-35 DNI
• FAZA II (ZWANA OWULACYJNĄ, WYDZIELNICZĄ LUB F. CIAŁKA ŻÓŁTEGO) -14 DNI
• FAZA I (PROLIFERACYJNA, PĘCHERZYKOWA) - OD 7 DO 21 DNI.
1 DZIEŃ: POCZĄTEK KRWAWIENIA
5-14 DZIEŃ: ODBUDOWA BŁONY ŚLUZOWEJ MACICY. DOJRZEWANIE (POD WPŁYWEM FSH) PĘCHERZYKA W JAJNIKU. P. PRODUKUJE ESTROGENY, KTÓRE POBUDZAJĄ WYDZIELANIE LH
14 DZIEŃ: OWULACJA POD WPŁYWEM WYRZUTU LH
14-28: ROZWOJ CIAŁKA ŻÓŁTEGO (WYDZIELAJĄCEGO PROGESTERON) I POD JEGO WPŁYWEM ROZROST BŁ.ŚLUZOWEJ MACICY. JEŚLI NIE NASTĄPI IMPLANTACJA JAJA
(OK. 21 DNIA), E. I P. HAMUJĄ WYRZUT FSH I LH. SPADEK E. I P. - SKURCZ NACZYŃ I ZŁUSZCZANIE ENDOMETRIUM. PODAWANIE PROGESTERONU WRAZ Z ESTROGENAMI JUŻ W 1
POŁOWIE CYKLU POWODUJE ZAHAMOWANIE OWULACJI