Vie už veda, odkiaľ sa biorytmy berú, ako vznikajú, čo je ich podstatou?
Veda už vie pomerne veľa o 24-hodinových, takzvaných cirkadiánnych, rytmoch, ktoré intenzívne študuje niekoľko posledných desaťročí. Zistilo sa, že ich máme vrodené.
Sú teda v génoch?
Sú zakódované v deviatich génoch, ktorým hovoríme hodinové a majú ich v sebe všetky cicavce. Tieto gény sa pravidelne zapínajú a vypínajú, čiže rytmicky prepisujú zhruba v 24-hodinovom cykle. A to bez ohľadu na prostredie, v ktorom sa nachádzajú. Hodinové gény rytmicky riadia prepis ďalších génov, pričom v 24-hodinovom cykle sa prepíše 10 až 15 percent zo všetkých génov človeka.
Čiže spomínaný cyklus zodpovedá striedaniu dňa a noci, svetla a tmy?
Áno, a zodpovedá tiež rotácii Zeme okolo svojej osi. Robili sme experimenty s kurčatami, pri ktorých sme zistili normálne rytmické zmeny hladín melatonínu, čiže takzvaného hormónu spánku, bez ohľadu na to, či pokusné zvieratá boli počas celého embryonálneho vývinu vystavené ustavičnej tme, alebo, naopak, svetlu. Čiže genetická výbava je tu podstatná, svetlo je však dôležité pre zladenie organizmu s rytmami okolitého prostredia.
Prispôsobujeme sa mu podľa svetla?
Svetlo naše vnútorné hodiny deň čo deň nastavuje. Pritom je dôležité najmä to, ako človek vníma svetlo, ako informácia o svetle postupuje ďalej až k biologickým hodinám a ako ich potom ovplyvňuje.
Kde sídlia biologické hodiny človeka – v mozgu?
Centrálne hodiny sa skutočne nachádzajú priamo v mozgu, presnejšie v časti zvanej hypotalamus. Sú to vlastne dva zhluky nervových buniek, dve jadrá, ktoré nazývame suprachiazmatickými, lebo sú uložené pri skrížení optických nervov, čiže pri optickej chiazme.
Ak existujú centrálne hodiny, znamená to, že sú aj ďalšie?
Biologické hodiny podľa najnovších poznatkov vedy sú nielen v mozgu, ale v podstate všade, pretože i v periférnych orgánoch sú oscilátory, ba každá bunka má svoje hodiny. A centrálne hodiny ich synchronizujú tak, aby k nim boli v určitej fáze. Lebo je nevyhnutné, aby živý organizmus mal časový poriadok, aby na jeden pochod nadväzoval druhý a na ten tretí a tak ďalej.
Vie sa už, ako to funguje?
Zatiaľ sa to ešte skúma. Vieme už, ako sú centrálne hodiny prepojené s vonkajším prostredím a najmä slnečným svetlom, ale ako sú s ním prepojené hodiny v srdci alebo hodiny obličiek, ako sa navzájom „dohovárajú“ proteíny, čo si pritom signalizujú, to ešte nevieme. A je dôležité to vedieť aj z hľadiska ovplyvňovania celého procesu. Napríklad aj z hľadiska podávania liekov pacientovi. Ide o to zistiť, kedy ich náš organizmus prijme najlepšie a kedy vyvolajú čo najmenšie vedľajšie účinky.
Čo nastane, keď sa orchester týchto hodín rozladí?
Prirodzené rytmy sa nestratia. Je známe, že keď sa vyberú jednotlivé orgány z tela – srdce, pľúca, obličky – ich hodinové gény sa budú aj v laboratórnych podmienkach zapínať a vypínať zhruba s 24-hodinovou pravidelnosťou. Stane sa však niečo iné – stratí sa súlad medzi nimi, čo je takisto nebezpečné.
Ako keď odíde dirigent od orchestra a jednotlivé nástroje sa začnú rozchádzať?
Presne tak. Hovoríme tomu, že rytmy sa desynchronizujú. Iný čas bude v obličkách a iný v pečeni, iný v srdci a zase iný v mozgu. Ale to nie je všetko – postupne sa desynchronizujú i jednotlivé bunky. Môže to viesť k ťažkým dôsledkom.
K akým?
V našej výskumnej činnosti sa zaujímame najmä o vznik rakoviny a hypertenzie v dôsledku narušenej hodinovej organizácie. Spolupracujeme pritom s profesorom Viliamom Badom z III. internej kliniky a s docentom Mariánom Vicianom z I. chirurgickej kliniky Lekárskej fakulty UK. Zistili sme, že znížená aktivita jedného z hodinových génov zvyšuje citlivosť organizmu na negatívne vplyvy prostredia. Dôsledkom môže byť až premena normálnej bunky na rakovinovú.
Podľa zahraničných výskumov je výrazne vyšší výskyt rakoviny prsníka u žien pracujúcich na zmeny.
U zdravotných sestier, ktoré pracovali na zmeny viac ako 20 rokov, pričom mali tri až štyri posunuté zmeny mesačne, sa zistil až dvojnásobný vzostup výskytu tohto karcinómu. Aj z našich výskumov vyplýva zvyšovanie rizika vzniku kardiovaskulárnych chorôb a rakoviny s vekom pri dlhodobom porušovaní prirodzených cyklov.
Nie je narušenie biorytmov len jedným z rizikových faktorov?
Určite, ale tým, že pôsobí s ostatnými nepriaznivými faktormi prostredia, sú jeho dôsledky len menej nápadné, nie však aj menej nebezpečné z hľadiska vzniku civilizačných ochorení.
Čím to je, že niekomu nočná práca neprekáža? Má vari ináč nastavené vnútorné hodiny?
Nie, vyzerá to tak, že biologické hodiny majú živé organizmy veľmi pevne nastavené. Možno to pozorovať dokonca pri baktériách, už aj tam 24-hodinové cykly fungujú. V prípadoch, o ktorých hovoríte, je to vec jednotlivých orgánov a to sa dnes veľmi intenzívne študuje. Ako sa „tikanie“ ich biologických hodín prenáša na rytmus tlaku krvi, na enzýmy v tráviacom trakte, na myslenie a tak ďalej.
Vráťme sa ešte k svetlu. Čo sa stane s naším organizmom, ak sme v podzemí alebo v miestach, kde neprenikne denné svetlo?
Zopakujem: biologické hodiny bežia aj bez prístupu svetla, ak to však trvá dlhšie, začnú ísť dopredu alebo meškať. Ale približne 24-hodinový cyklus sa zachová, lebo biologické hodiny sa vyvinuli pod vplyvom otáčania sa Zeme okolo svojej osi. Ako vieme, jedno otočenie trvá práve 24 hodín.
Čo hovoríte na teóriu, že úlohu regulátora biologických hodín preberá v prípade chýbajúceho svetla mesačná príťažlivosť, ktorá nepozná prekážky?
Tieto predstavy vyplývajú z niektorých epidemiologických výskumov, potrebujeme však viac údajov, aby sme sa k nim mohli zodpovedne vyjadriť. Ale chcem upozorniť na niečo iné. Keďže Zem sa otáča aj okolo Slnka, mení sa trvanie svetelnej fázy dňa a vnútorné hodiny fungujú i ako kalendár. Oznamuje nielen koľko je hodín, ale aj aký je dlhý deň a aké je ročné obdobie. Má to význam najmä pre živočíchy, ktorým hlásia blížiace sa sezónne zmeny podmienok prostredia, čo im umožňuje lepšie sa prispôsobiť situácii.
Môžete to bližšie vysvetliť?
Študentom zvyčajne rozprávam príbeh o svojhlavej lastovičke, ktorá sa počas krásneho babieho leta rozhodne neodletieť do Afriky. Skorý nástup mrazov ju preto prekvapí, zrazu zmizne všetok lietajúci hmyz, ktorý je jej jedinou potravou, a lastovička uhynie. Inými slovami – mala počúvnuť svoje biologické hodiny. V súčasnosti je už všeobecná zhoda odborníkov v tom, že ich najväčšou výhodou je schopnosť predvídať zmeny, ktoré nastanú. Umožňujú pripraviť sa na ne v predstihu. To môže mať význam aj pre človeka, napríklad v reakcii na stres.
V poslednom čase začínajú niektorí vedci biť na poplach v súvislosti s takzvaným svetelným znečisťovaním prostredia. Čo si myslíte napríklad o rizikách z takzvaného presvetľovania našich miest?
Mnohí máme osobnú skúsenosť z agresívnej svetelnej reklamy na budovách alebo s pouličným osvetlením, ktoré nesvieti iba na komunikácie, ale aj do okien spální. Často si to človek ani neuvedomuje, pätnásť rokov mu to neprekážalo, ale medzitým zostarol, stalo sa mu niečo so zrakom a a zrazu to pocíti. Už vieme, že nám škodí veľa cukru a veľa soli, najmä ak presládzame či presáľame večer – vtedy to škodí dvojnásobne. Človeku zrejme neprospieva ani priveľa umelého svetla.
Dotkli sme sa moderného štýlu života. Biologické hodiny však boli pôvodne nastavené pre našich dávnych predkov, ktorí žili celkom iným spôsobom.
To je fakt. Život sa prispôsobil 24-hodinovému rytmu svetla a tmy a milióny rokov počas evolúcie sa to nenarúšalo. Zmenilo sa to masovo až v 60. rokoch minulého storočia. Teraz máte svetla koľko chcete, vonku i dnu a stále pozeráte na rôzne monitory či obrazovky. Čiže je to otázka ani nie jedného polstoročia a my zatiaľ nevieme, čo to spôsobí. Už preto ju musíme dôkladne skúmať.
Dá sa povedať, že keď je niečo proti prirodzeným cyklom a biologickým hodinám, tak je to zároveň proti prírode?
Dá, a je načase, aby si to začala uvedomovať aj široká verejnosť.
Prof. RNDr. Michal Zeman, DrSc. (55) – biológ a fyziológ. Po skončení Prírodovedeckej fakulty UK v Bratislave pracoval najprv vo Výskumnom ústave živočíšnej výroby v Nitre a neskôr v Ústave biochémie a genetiky živočíchov SAV v Ivanke pri Dunaji. Od roku 1999 pôsobí na Katedre živočíšnej fyziológie a etológie Prírodovedeckej fakulty UK v Bratislave. Vo výskume sa venuje problematike cirkadiánnych rytmov a expresii hodinových génov, ako aj dôsledkom narušenia časovej organizácie na vznik civilizačných chorôb. Absolvoval dlhodobé zahraničné pobyty v Inštitúte Maxa Plancka pre fyziológiu správania v Nemecku a na Katolíckej univerzite v Belgicku. Je členom Výkonného výboru Society for Farm Animal Endocrinology, Society for Research od Biological Rhythms a ďalších domácich a medzinárodných vedeckých organizácií.