Kereső toggle

A bennünk rejlő Patek Philippe

Hogyan működik a sejtek belső órája?

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

Miért hajnalban halnak meg gyakran a kritikus állapotban lévő betegek? Miért növeli a súlyos betegségek kockázatát a rendszeres éjszakázás? Mi a feltétele annak, hogy az alvás valóban pihentető legyen? A válaszhoz a sejtek belső óráinak működését kell megismerni – amiért tavaly három kutató is Nobel-díjat kapott.

H osszú ideje ismert tény, hogy az élővilágban az egysejtűektől kezdve a növényeken és a rovarokon át egészen az emlősökig az aktivitás a napszaknak megfelelően változik – részben függetlenül attól, hogy a napszakok változását az adott élőlény vizuálisan érzékeli-e. Mindezt kísérleti úton először Jean-Jacques d’Ortous de Mairan francia csillagász igazolta 1729-ben, amikor is nappal a mimóza virágainak kinyílását, éjszaka pedig azok bezáródását tapasztalta, annak ellenére, hogy a növényt mindvégig teljes sötétségben tartotta. Ebből arra következtetett, hogy kell legyen egy belső „időmérő szerkezete” a lágyszárúnak, ami a napsugaraktól függetlenül is biztosítja a periodikus életvitelt.

Időbe telt azonban, amíg a kutatók felfedezték azokat az alapvető géneket, amelyek kulcsszerepet játszanak ennek a belső órának a folyamatos működésében. További 250 évet kellett várni, hogy Seymour Benzer és tanítványa, Ronald Konopka egy gyümölcsmuslicafajban azonosítsa a period nevű gént. Ennek mutációja a rovarok „belső órájának” abnormális működését eredményezte, ami pedig rendellenes viselkedésmódot okozott.

A period gén kutatása terén elért úttörő munkájukért Jeffrey C. Hall és Michael Rosbash tavaly részesült orvosi Nobel-díjban. 1984-ben ők írták le, hogy a muslica sejtjeiben a gén által kódolt fehérje, a PER szintje az éjszaka folyamán nő, míg nappal csökken. A jelenség magyarázatát Michael W. Young kutató szolgáltatta (amiért ő is Nobel-díjat kapott), aki az úgynevezett „timeless” gént fedezte fel. Ennek fehérjeterméke, a TIM a PER-hez kötődve gátolja az utóbbi termelődését, ami lehetővé teszi a sejtek számára a nappali aktivitást. Mind a két fehérje előállításához, illetve sejten belüli szintjének szabályozásához számos egyéb protein járul hozzá.

Az emberi szervezetben található sok billiárdnyi sejtnek egyenként megvan a saját napi ritmusa, amelynek motorikája fő mozzanataiban hasonlít a muslicasejtek periódusát kialakító fehérjeinterakciókhoz, azonban annál komplexebb. Az úgynevezett cirkadián ritmus (a latinban a „circa” jelentése körül, a „dies” pedig nap) finomhangolásában többek között olyan fehérjék játszanak szerepet, mint a Clock, a BMAL-1 és Cryptochrome-1, melyek mesterien kialakított mechanizmusok mentén járulnak hozzá a sejtek körülbelül 24,5-25 órás periódusának fenntartásához.

Michael W. Young, Jeffrey C. Hall és Michael Rosbash. Nobel-díjat kaptak a kutatásaikért.
Mindez a sejtek aktivitásának, metabolikus tevékenységeinek és funkcionalitásának ciklikus változásait eredményezi. Egyetlen komponens károsodása is kellemetlen vagy akár súlyos következményekkel járhat, mint például a Crypochrome-1 mutációja, ami a familiáris késleltetett alvásfázis rendellenességhez vezet (Familial Delayed Sleep Phase Disorder).

A történet nem ér véget a sejtek szintjén, hiszen, amennyiben azok nincsenek szinkronban, az jelentős egészségkárosodáshoz vezethet. A szervezet összehangolt cirkadián ritmusának kialakításáért a szervszintű belső óra, a látóidegek kereszteződése fölött, a hypothalamusban található neuroncsoport a fő felelős. Ez az agyterület felel a táplálkozás, alvás-ébrenlét, a testhőmérséklet és egyes hormonok kibocsátásának napi ciklusáért. A működését a szemen keresztül érzékelt fényviszony változások, az agykéreg felől érkező kognitív hatások, érzelmek és a belső szervekből jövő idegi impulzusok is befolyásolják.

Mindennek komoly gyakorlati következményei vannak. A fent említett neuroncsoport jelentős befolyással van az alvásért és ébrenlétért felelős hypothalamicus központokra. Amennyiben valaki alvás előtt erős kék fényt kibocsájtó OLED, LCD és egyéb technológiával készült képernyőt néz, azzal a ciklus alapján már a pihenés irányába orientálódó szervezetet megzavarhatja, mivel az intenzív magas frekvenciájú fény csökkenteni fogja a tobozmirigy melatonin termelését, amely hormon elősegítené a pihentető alvást. Szintjének csökkenése késleltetheti az elalvást és hozzájárul az álmatlanul való hánykolódáshoz, az alvás minőségének romlásához. (Fény az éjszakában Hetek 2012. 09. 14. (XVI/37)).

A cirkadián ritmus megbomlásának egyik közismert következménye az időzónákon átívelő repülőutakat követő jetlag, ami addig tart, amíg a szervezet alvás-ébrenlét ciklusa alkalmazkodik az eltolódott napszakokhoz.

Az erős emocionális hatások is negatívan befolyásolhatják az elalvás folyamatát, mivel az érzelmekért felelős agyterületek felől (amygdalából, cingularis gyrus) fokozott a jeláram a hypothalamus irányába. Az éjszakai pihenés előtti, mértékletességet csak nyomokban tartalmazó étkezés pedig az emésztőszervek irányából érkező ingerek miatt ronthatja az alvást. 

A sejtszintű cirkadián ritmus hatásának egyik komoly megnyilvánulása az immunsejtek aktivitásának csökkenése a korai órákban – ez az oka annak, hogy az intenzív terápiás osztályokon nagyobb a betegek hajnalban történő elhalálozásának esélye.

A természetes alvás-ébrenlét ciklus rendszeres megbomlása (rendszeres éjszakázások, hajnalig tartó bulizások, éjszakai műszakok) növelheti a krónikus betegségek és tumorok kialakulásának a valószínűségét. Ennek fő oka az imént említett immunsejt-aktivitás egészséges szervezetben is tapasztalható éjszakai gyengülése mellett, hogy az immunsejteknek az érpályából a szövetek irányába történő kiáramlása az alváshiány nyomán fellépő hormonhatások miatt csökken – így egy esetleges fertőzés során lassul a gyógyulás folyamata.

Ahogy egy drága karóra épségére érdemes gondot fordítani, legalább annyira, ha nem jobban megéri az endogén óránk harmonikus működésére ügyelni. Ebben az éjszakai alvás előtti rutin kialakítása sokat segíthet. Kiemelt jelentősége van a kiegyensúlyozott és rendezett érzelmeknek, a megfelelő napi eloszlású és összetételű, mértékletes táplálkozásnak, valamint a rendszeres testmozgásnak. 

Agymunka

A két, mindenki által ismert agyfélteke alatt féltekénként egy-egy ovoid agyterület, a thalamusok működnek egyfajta „titkárnőként”. Rajtuk keresztül jut a szervezet különböző részeiből érkező információ az agykéreg megfelelő tekervényeibe. Ez alatt a két terület alatt helyezkedik el jobb és bal oldalon is a hypothalamus (hypo jelentése alatt, azaz a thalamus alatt), ezekben számos szervezetszintű szabályozó központ található, például az alvás-ébrenlét, éhség-jóllakottság, testhőmérsékletért felelős centrum. Számos úgynevezett releasing-hormont bocsátanak ki az itt elhelyezkedő idegsejtek, illetve itt termelődik a terhesség során fontos szerepet játszó oxytocin és a szomjúságérzet kialakításában fontos szerepet játszó vasopressin (ADH) is.

Olvasson tovább: