i

Aktuální číslo:

2017/11

Téma měsíce:

Propaganda

O kolečko víc

 |  6. 11. 2017
 |  Téma: Mozek

Vnitřní hodiny zdravých jedinců fungují trochu jako základní operační systém řídící náš hardware. Koordinují rozličné životní programy tak, aby byly vyladěné pro život na naší planetě. Z pohledu živého tvora jsou jedněmi z mála stabilních jistot periodické změny ve vnějším prostředí způsobené rotací Země kolem vlastní osy a kolem Slunce. Ale někdy se porouchají.

Velmi výrazným periodicky se opakujícím jevem je střídání světlé a tmavé fáze dne. Právě světlo slouží jako pravidelný signál udávající centrálním hodinám neboli suprachiasmatickým jádrům v hypotalamu informaci o vnějším čase.

Suprachiasmatická jádra (párová hypotalamická jádra uložená nad křížením očních nervů) tuto informaci předávají dále periferním hodinám, které se nacházejí v buňkách téměř všech ostatních tělesných tkání. Protože jsou periferní hodiny seřiditelné i mnoha lokálními vlivy, například stavem metabolismu při nesprávně načasovaném příjmu potravy během noci, je důležité, aby byly fáze centrálních a periferních hodin vzájemně vyladěné.

Tento vzájemný soulad jednotlivých ozubených koleček hodinového mechanismu je podstatou správné funkce celého systému. U zdravého jedince vykazuje přibližně desetina genomu pravidelný rytmus v transkripci. Tyto geny kódují obrovské množství proteinů důležitých pro metabolismus, tvorbu hormonů, ale i pro regulaci chování.

Například kortizol, hlavní hormon stresové reakce, má vzestup své hladiny nastavený na dobu před probouzením, kdy mobilizuje metabolismus a zvyšuje pohotovost organismu. V noci však musí být jeho hladina nízká, jinak narušuje spánek.

Pokud však soukolí vnitřních hodin nefunguje, rytmus kortizolu je narušený a jeho hladina může v nevhodnou dobu vzrůstat bez vnějšího zapříčinění. U pacientů s depresivními a úzkostnými poruchami může být hladina kortizolu vlivem přehnané aktivace hypotalamo-hypofyzární osy zvýšena téměř kontinuálně.

Celková amplituda cirkadiánního rytmu je ve srovnání se zdravými jedinci naopak snížená. Není však prokázáno, že zvýšené hladiny kortizolu u depresí jsou přímo důsledkem nefunkčních hodin. Jednou z hypotéz celkového nárůstu kortizolu u depresivních pacientů by mohla být právě vnitřní desynchronizace cirkadiánního systému.

Desynchronizovaný systém centrálních a periferních hodin může být sám o sobě stresovým faktorem. Zároveň snížení amplitudy nárůstu kortizolu poukazuje na oslabení robustnosti cirkadiánního systému. Vnitřní desynchronizaci si pak organismus vysvětluje jako trvalou stresovou zátěž a spouští nepřiměřené a pro něj škodlivé reakce.

Naše vnitřní hodiny

Naše vnitřní hodiny přestavují komplexní systém samostatně tikajících hodin nacházejících se v řadě periferních orgánů (srdce, játra, střeva, plíce...), který je řízen z centrálních hodin. Ty dokáží běžet i nezávisle na vnějších podmínkách, tedy například ve stálé tmě, a mají vlastní endogenní periodu o délce přibližně 24 hodin (u lidí se pohybuje v rozmezí mezi 23,5-25 h). Proto jsou rytmy, které tyto hodiny generují, označovány jako cirkadiánní (z lat. circa diem – zhruba jeden den). Centrální hodiny se však umí seřizovat s vnějšími podmínkami tak, aby se vůči vnější 24 hodinové denní periodě nezpožďovaly ani nepředbíhaly. Sluneční světlo je hlavním synchronizačním činitelem, který přináší vnitřním hodinám informace o vnějším čase. Suprachiasmická jádra vnímají střídání světla a tmy a dirigují podle něho rytmy v jiných mozkových strukturách i v periferních orgánech.

Studie posledních let ukazují, že narušené cirkadiánní rytmy provázejí patofyziologii některých psychiatrických onemocnění, především afektivních poruch (bipolární, unipolární či sezonní depresivní poruchy). Dosud není zcela jasné, zda desynchronizace cirkadiánního systému může vést přímo k rozvoji onemocnění, nebo zda neurologické změny vyvolávající rozvoj onemocnění desynchronizaci naopak způsobují. Klíčem ke studiu tohoto systému jsou tzv. hodinové geny a jejich regulační enzymy, které tvoří molekulární podstatu cirkadiánních oscilací.

Výskyt některých specifických polymorfismů hodinových genů (tj. variant genů, jejichž výskyt v populaci převyšuje 1%) je překvapivě spojován s vyšším výskytem afektivních poruch. Polymorfismy pravděpodobně ovlivňují dynamiku hodinového molekulárního mechanismu a robustnost oscilací hodinami řízených genů, a tím mohou, zjednodušeně řečeno, zvyšovat noční hladinu kortizolu.

U myších modelů deprese byla sledována ztráta rytmické exprese hodinových genů v nucleus accumbens a v periaqueduktální šedi.

Obě tyto oblasti hrají stěžejní roli v tzv. systému odměn a motivací. Ztráta motivace jedince vede k neschopnosti člověka těšit se a prožívat radost (anhedonii), která je základním projevem deprese. Také nefyziologicky zkrácená perioda cirkadiánních rytmů je často sledovaným průvodním projevem u pacientů s bipolární poruchou.

Jak promazat a seřídit hodinový mechanismus

Mezi nejhojněji používaná farmaka pro léčbu deprese patří antidepresiva se serotonergním účinkem a lithium. Lithium je oficiálně využíváno v psychiatrii od roku 1948. Pro své náladu stabilizující účinky, známé již od roku 1871, je podáváno hlavně pacientům s bipolární afektivní poruchou.

Mechanismus účinku lithia zasahuje také do molekulárního mechanismu hodin. Ion lithia je velmi podobný iontu hořčíku, a jeho účinek souvisí s jeho kompeticí o vazebné místo pro hořečnatý ion iniciující kinázovou aktivitu enzymu GSK3β. Vazba lithia do tohoto místa aktivaci kinázy zablokuje, čímž může dojít ke zpomalení dynamiky molekulárních hodin a k žádoucímu prodlužení cirkadiánní periody pacienta.

Molekulární hodinový mechanismus ovlivňují i serotonergní antidepresiva. Fluoxetin neboli Prozac dokáže u zvířecích modelů deprese normalizovat zhoršenou schopnost světlené synchronizace. Novější léčivo Vortioxetin (Brintellix) zase dokáže zvýšit amplitudu rytmů i prodloužit cirkadiánní periodu exprese hodinových genů ve tkáňových kulturách suprachiasmatických jader.

V současné době se věnuje velká pozornost výzkumu antidepresivního účinku ketaminu (více Vesmír 95, 272, 2016/5, Příběh jedné molekuly). Ketamin blokuje funkci některých glutamátových receptorů a je možné, že blokuje funkci i těch, které se účastní světelné synchronizace. Jak se může tento efekt projevit ve fyziologických procesech řízených cirkadiánním systémem, zatím nevíme. Je však stále více zřejmé, že jakékoliv zásahy napravující poruchy v jednotlivých programech našeho fyziologického hardwaru ovlivňují celý časový operační systém, a tím i prostředí, ve kterém se formuje naše zdraví.

TÉMA MĚSÍCE: Mozek
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyziologie

O autorech

Kamila Weissová

Kateřina Červená

Další články k tématu

Poslední stěhování duše

O definitivní umístění sídla lidské mysli do mozku a vznik neurologie se zasloužil před 350 lety Angličan Thomas Willis. Vědecké obory mají svůj...

Obdivuhodná architektonika mozkové kůry

Konektomika se snaží podrobně zmapovat, jak jsou vzájemně pospojovány neurony v mozkové kůře, nejsložitější hmotě, jaká je dosud lidstvu známa.

Mozek – svět za bariérouuzamčeno

Hematoencefalická bariéra, brána mezi mozkem a krví. Co všechno o ní současná věda ví a proč ji chce umět otevřít. Mozková činnost vyžaduje...

Od neuronu k mozku

Při pohledu na mapu se mě zmocňuje úžas, když si představím, kolik postupného úsilí a práce stálo její vytvoření od chvíle, kdy žádná mapa...

Emoce schované v křivkách EEG

Dají se zkoumat emoce pomocí elektroencefalografu? Jak vypadá pokus v laboratoři, kde se emoce měří? Lze emoce vidět v mozku, i když nejprve...

Novinky na drogové scéně

Psychoaktivní látky se staly fenoménem moderní doby. Rodí se i nové syntetické drogy. Můžeme se s nimi setkat i v Česku. Závody kdo z koho mezi...

Hipokampus – náš „Atlas světa“uzamčeno

Jak je hipokampus „postaven“ a co se v něm odehrává?

Doporučujeme

Vesmir.cz v novém

Vesmir.cz v novém

redakce  |  7. 11. 2017
Vážené čtenářky, vážení čtenáři, navštěvujete-li web časopisu Vesmír pravidelně, jste dnes možná trochu překvapeni. Nebojte, jste tu správně, to...
Stejně, stejně, a přece jinak

Stejně, stejně, a přece jinak

Tomáš Grim  |  6. 11. 2017
Bádáme-li experimentálně, předpokládáme, že se tím dozvídáme něco o reálném světě – a ne pouze o tom, jakou metodu jsme použili. A pokud nás...
Na hrdinský příběh zapomeňte

Na hrdinský příběh zapomeňte

Ondřej Vrtiška  |  6. 11. 2017
Americký neurovědec Stuart Firestein studuje čich, ale v rozhovoru na to vůbec nepřišla řeč. Proč jsme si s ním tedy povídali? S chlapíkem, který...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné