CO NOVÉHO S BIORYTMY aneb ŽENA VE VĚDĚ
Okolo nedávného přelomu tisíciletí přišla řada vědních oborů s objevy, které často podstatně změnily nebo významně doplnily naše představy o světě, o vesmíru i o člověku. Mezi těmi, které oznamovaly novinky, byla také fyziologie a její nová zjištění o biorytmech. Tuto oblast u nás ovládá, celoživotně se jí věnuje a v oddělení neurohumorálních regulací Fyziologického ústavu AV ČR, které do roku 1999 vedla, své badatelské téma dále sleduje profesorka RNDr. Helena Illnerová, DrSc., donedávna předsedkyně Akademie věd ČR, dnes členka její Vědecké rady a předsedkyně Komise pro etiku vědecké práce.
Paní profesorko, o biorytmech jsme spolu hovořily už jednou, když byly právě "Number One" mezi vědními obory, které přišly s velkými objevy, byť ne tak významnými, jako například zjištění astronomů, že vesmír není statický, ale dál se rozpíná. Než se zeptám, čím biorytmy koncem dvacátého století tolik překvapily, připomeňme si: čím jsou a jak jsme nabyli vědomí o jejich existenci?Nedá se říci, že by se o biorytmech dříve nevědělo. Je jich mnoho – ty, o nichž já převážně mluvím, jsou rytmy zhruba denní – a ví se o nich po staletí. Jenomže se jim nevěnovala pozornost, nepřikládal se jim velký význam. Lidé soudili, že tyto zhruba denní rytmy přesně odpovídají tomu, co se právě děje ve vnějším prostředí, že například odpovídají soumraku, noci, úsvitu. Co se nevědělo? Že tyto rytmy jsou organismu vrozené, že je základní vlastností živé hmoty mít v sobě takovéto rytmy zabudovány. Biorytmy jako by předvídají, co v daném dni nastane, před svítáním například mohou varovat malé ptáky, aby se nestali kořistí ptáků větších, aby se mohli na nebezpečí připravit – je to cosi endogenního, vnitřního. Že jsou biorytmy, se tedy vědělo dávno, ale že uvnitř organismu musí být nějaký budík nebo budíky, které generují rytmy, se nevědělo.
To byl ten průlom, který nastal na přelomu tisíciletí?
Průlom, že existují vnitřní hodiny zodpovědné za denní rytmy organismů a že je v zásadě vlastností všech organismů, aby takovéto rytmy měly, nastal ve skutečnosti už v 60. letech minulého století. V roce 1960 se uskutečnilo první symposium o biologických hodinách v Cold Spring Harbour v USA. Průlom na konci minulého století byl v něčem jiném: lidé se začali domnívat, že už rozumějí mechanismu biorytmů, biologických hodin. Molekulární biologie v té době pokročila natolik, že byly izolovány geny, které jsou zodpovědné za onu zhruba denní neboli cirkadiánní rytmicitu, a byl domyšlen mechanismus, jak se mnohými zpětnými smyčkami, ať už pozitivními nebo negativními, tento zhruba 24hodinový rytmus v organismu tvoří. Průlomem bylo objevení molekulové podstaty této rytmicity. K otázce onoho průlomu bych dodala, že se všechny poznatky postupně opravují a upravují – biologické mechanismy jsou vždycky složitější, než se zpočátku myslí. V této chvíli všechny základní poučky platí a všechny hodinové geny, jak byly izolovány, mají svou platnost, ale už se například zjistilo, že jeden z hodinových genů, právě ten, který byl objeven první a případně se jmenuje clock, ani nemusí být v organismu přítomný, a přesto organismus zachovává rytmus, byť pozměněný. Mám proto pocit, že ještě mnohé a mnohé bude muset být k této otázce dodáno.
Jak pokračuje zkoumání dalšího překvapivého zjištění, že pro celý organismus nejsou dány jen jedny biologické hodiny, ale že i orgány na periferii těla mají své vlastní hodiny, své – odborně řečeno – generátory rytmicity?
Tato myšlenka se dále propracovává. Týká se absolutně celého organismu jako časového systému, protože periferní orgány mají také své rytmy. Původně se myslelo, že pokud se v organismu vyřadí centrální hodiny, jednotlivé hodiny na periferii postupně vyhasnou, rytmy se budou tlumit a tlumit, až dozní. Ale ukazuje se, že i periferní orgány mají poměrně velice silné biologické hodiny. Vyřadíme-li ty centrální, rozejdou se hodiny periferní podle svého vlastního času a začnou "tikat" jinou rychlostí. Je zajímavé, že jejich mechanismus je téměř stejný jako v centrálních hodinách. Přesto jsou však centrální hodiny neobyčejně důležité a naprosto nutné k tomu, aby koordinovaly hodiny periferní ke zhruba stejnému času. V tom smyslu jsou nezastupitelné. Na druhé straně, když se vyndá srdíčko nebo játra a tyto orgány budou promývány v živném roztoku tak, aby měly všechno, co potřebují, budou v nich rytmy probíhat dále, ať už to budou rytmy v zapínání a vypínání genů, v metabolismu nebo nějaké jiné.
Jak biorytmy, rytmy vnitřních orgánů, souvisejí s vnějším prostředím, s naším okolím? A jak tato spolupráce – nebo vzájemnost – probíhá? Podstatné je, že centrální hodiny, umístěné v mozku, jsou ovlivněny střídáním světla a tmy, to znamená dnem a nocí. To je naprosto základní synchronizátor centrálních hodin. Periferní hodiny, jak se ukazuje, mohou ale reagovat i na jiné podněty. Nepřímo jsou sice také synchronizovány světlem/tmou, protože jsou řízeny centrálními hodinami a informace o světle k nim dojde skutečně jen prostřednictvím programu centrálních hodin. Periferní hodiny jsou ale s vnějším prostředím propojeny i jinak, podle toho, kde jsou uloženy. Například játra jsou orgán metabolický, který proměňuje živiny přicházející do těla v jiné látky, a tím pomáhá při výrobě energie pro celý organismus – a hodiny v játrech reagují naprosto jednoznačně na příjem potravin. Budu-li jíst během dne v určitou limitovanou dobu, játra mohou být synchronizována právě tímto omezeným příjmem potravin.
Dá se říci, že jsou-li biorytmy závislé na světle, je jimi člověk propojen nejen se svým prostředím na zemi, ale i s celým vesmírem?
Samozřejmě se to říci dá, i když nevíme, jaká je situace v hlubinách oceánu. Hodiny nejen člověka, ale hodiny všech živých organismů, které vnímají světlo/tmu, jsou v tomto smyslu propojeny s kosmem. Kdyby nebylo přicházejícího světla z kosmu, tyto hodiny by volně běžely časem s periodou, která by nebyla přesně 24hodinová, a dalo by se říci, že by se čas na hodinách všech živých organismů mohl rozejít. Kdybychom v tom chtěli hledat nějaký vesmírný řád, tak ano, světlo přicházející z vesmíru synchronizuje vše živé na zemi. Nemohu však říci "k jednomu času", protože ono synchronizuje vše živé na zemi vždy k času, který je typický pro tu kterou lokalitu. Jinak je nastaven čas živých organismů tady v Praze, jinak bude nastaven v New Yorku a jinak v Austrálii. Nastaven vždy tím světelným dopadem, který tam přichází.
Má každý člověk vlastní nastavení svých biorytmů? Hovořila jste na přednášce při letošním Evropském týdnu mozku v Praze o určitých nových poznatcích v dělení lidí na skřivany a sovy.
U lidí se dnes naprosto jednoznačně mluví o chronotypech – odvozeno z řeckého chronos, čas, tedy označení podle času. Dělení na skřivánky a sovy je extrémní, většina z nás se pohybuje někde mezi. Někdo může být velice zřetelným skřivánkem, někdo velice zřetelnou sovou – ale také je možné být všechno mezi tím. Hodinové geny, zodpovědné za onu zhruba 24hodinovou rytmicitu, se totiž mohou od sebe lišit třeba jen v jedné jediné bázi. Vezmeme-li v úvahu, že hodinových genů je více než deset, možností pozměnění je opravdu hodně; ale je-li někdo skřivánek, sova či něco mezi tím, může být skutečně dáno jeho hodinovými geny.
Co když se biologické hodiny poruší? Může mít jejich porucha vliv na trápení, kterým je nespavost?
Nespavost nemusí být dána jen porušením biologických hodin. Může ji způsobit mnoho faktorů, a pokud někdo takové problémy má, měl by vyhledat spánkovou laboratoř. Každému, kdo má problémy se spaním, bych doporučila, aby ji navštívil.
Ale samozřejmě, poruchy v cirkadiánní rytmicitě mohou vést i k nespavosti. Obecně platí, že pokud se cirkadiánní, zhruba denní systém oslabí – a dnes už víme, že nejde jen o centrální hodiny, ale také o hodiny periferní, celý synchronizovaný řád organismu – může dojít k poruchám spánku, k jeho fragmentaci. To se stává zejména ve stáří, když lidé nevycházejí dost ven a jejich biologické hodiny nejsou dostatečně synchronizovány s vnějším dnem. Pak může nastat oslabení celého vnitřního časového systému, což neznamená jen fragmentaci spánku, ale mohou se snižovat i rozdíly mezi maximálními a minimálními hodnotami během dne, ať už v hladinách hormonů nebo metabolismu.
Ukazuje se, že cirkadiánní systém může být důležitý ještě v jedné věci – a to je, myslím, pro budoucnost výzkumu cirkadiánních rytmů velice podstatné. Organismy, které mají z jakéhokoli důvodu oslabený cirkadiánní systém, mohou snáze podlehnout nádorovým onemocněním. Je to dáno tím, že onen časový zhruba 24hodinový systém je zřejmě více způsoby propojený s jiným časovým systémem v živém organismu, s časovým systémem buněčného dělení. Cirkadiánní časový systém může propouštět buňky do dělení jenom v určitém "okénku" během dne. Pokud je cirkadiánní systém slabý či se poruší, může dojít k dělení buněk v době, kdy se dělit nemají, a může se tak urychlit nekontrolované bujení.
Molekulární propojení dvou systémů, časového a systému buněčného dělení, nalezené v posledních třech letech, pokládám za jednu z nejdůležitějších událostí v oblasti cirkadiánních rytmů. I část onkologického výzkumu by se mohla pravděpodobně nést tímto směrem. Indicií, napovídajících, že oslabený cirkadiánní systém může podmiňovat větší náchylnost k nádorovým onemocněním, je již mnoho.
To je objev stejně nečekaný – alespoň pro člověka do Vašeho oboru nezasvěceného – jako úžasný. Otevírá nový pohled na možné důsledky poruch časového systému a na hrozbu, kterou jsou nádorová onemocnění.
Je to nález skutečně velice důležitý. Dosud byl časový systém chápán jako zvláštnost, jako kuriozita. Je ale jisté, že pokud se v organismu vyskytuje něco tak dokonale propracovaného, má to určitě obrovský význam. Zatím bylo vše vnímáno spíše z hlediska chrono-biologického. Biologické hodiny mohou souviset s posunem tvorby či uvolňováním hormonů do organismu; se spánkovými, neurologickými a psychologickými problémy; s problémy fyzickými, když určitý výkon nebyl podáván v době, kdy byl žádoucí; s problémy pracovními, v pracovním lékařství například při práci ve směnném provozu; s problémy při přeletech časových pásem – všechno otázky mnohokrát diskutované. Ale že by se mohly objevit souvislosti mířící k onkologii, to nikoho nenapadlo. (Pokračování)
Sylva Daníčková
25.6.2008
