Ritmus, szezonalitás, ciklikusság A cirkadián ritmus és a melatonin
Contents
A szervezetünkben zajló élettani folyamatok egyfajta ciklikusságot, ingadozást mutatnak. Ez lehet 18 órán belül ismétlődő, ún. ultradián ritmus (pl. légzés, NREM-REM fázis), vagy 24 órán belül ismétlődő cirkadián ritmus (pl. alvás/ébrenlét, hormontermelés, maghőmérséklet), de vannak 24 órán túl ismétlődő infradián ciklusok is (pl. ivarzás).
A CIRKADIÁN RITMUS:
Endogén biológiai szabályozó rendszer, melyet külső és belső stimulusok egyaránt befolyásolnak. Már a legősibb lényekben is felfedezték meglétét, ebből következtetve létfontosságú vezérlő mechanizmusa a belső homeostasisnak, ugyanis mai napig fennmaradt az evolúció során. Feltételezik, hogy a DNS replikáció UV fény elleni védelmét biztosította.
Története:
A biológiai óra központi idegrendszerben való pontos elhelyeződését 1972-ben, egy kísérletsorozat keretein belül lokalizálták. A kutatások kimutatták, hogy a suprachiasmatikus mag (suprachiasmatic nucleus;SCN) nagy terjedelmű afferens neuront fogad a retinától a hypotalamus felé és ezeknek a károsodása a cirkadián ritmus kiesését okozza. Későbbi munkálatok során bebizonyították, hogy a SCN egyedi neuronjai genetikailag meghatározott óra mechanizmussal rendelkeznek, amely transzkripciós-transzlációs feedback szabályozással biztosítja a közel 24 órás ciklust. (Clifford és mtsai, 2005)
Folyamata:
A cirkadián ritmus mozgatója egy vagy több központi oszcillátor („rezgéskeltő”), mely a külső környezeti változások jeleire mindennap újrahangolják a belső ritmust. Ezeket a jeleket a tudomány 1960 óta Jürgen Aschoff nyomán zeitgebernek („időadó”) nevezi, ilyen például a fény, táplálékforrás, hőmérséklet, szociális környezet. Bertolucci mtsaival leírták, hogy az oszcillátorok hátterében gének által kódolt transzkripciós faktorok állnak (clock gének). Hüllőkben, madarakban, emlősökben ezek a gének magas százalékban azonosak. Emlősökben a cirkadián ritmus centruma a hypothalamus területén található SCN dolgozza fel a környezetből a retinális ganglionokon keresztül érkező input információkat, majd továbbítja a következő lényeges központhoz a tobozmirigyhez, vagy a hypothalamicus magvakhoz. Ezek alakítják ki az output válaszokat. (ld.: 1.ábra)
|
Az SCN projekciós pályái (immunhisztokémiai festés alapján) három, különböző lefutású rostra osztható. Ez a hálózat kapcsolatot létesít a thalamus, a hypothalamus területeivel és ámagjaival, mint például a thermoregulacióért felelős mediális preoptikus mezővel (2.ábra, A részlet), vagy a jóllakottság központjaként ismert ventromediális maggal, továbbá ágakat ad ahhoz a SCN-től dorsálisan és caudálisan boltívet képző szövethez, amelyet subparaventriculáris zónának (SPZ) nevezünk. A SPZ ventrális része (vSPZ) az alvás-ébrenlét cirkadián ritmusához szükséges, a dorsalis része (dSPZ) pedig a testhőmérséklet cirkadián ritmusához nélkülözhetetlen. Valamint a SCN egyes axonjai közvetlenül beidegzik azokat a területeket, amelyek szabályozzák az alvás-ébrenlét ciklust, a táplálkozás regulációját és hormonok szekrécióját, mint a melatonin és a corticotropin-releasing hormon (CRH). A melatonin ritmust az SCN és a paraventrikuláris mag közvetlen beidegzésén keresztül irányítja. (2.ábra, B részlet)
További anatómiai kutatások kimutatták, hogy a dorsomediális mag széles körben kapcsolatot létesít azokkal az effektor területekkel, amelyek ezeket a funkciókat leginkább befolyásolják. (Clifford és mtsai, 2005) GABAerg neuronjai a ventrolaterális preoptikus magot, míg glutamáterg neuronjai a laterális hypothalamust idegzik be, valamint a hypothalamus paraventriculáris magját innerválja. A laterális hypothalamust thyrotropin-releasing hormon (TRH) szekrécióval is befolyásolhatja. Ebből következően a dorsomediális magnak szerepe van a cirkadián ritmus formázásában elsődlegesen az éberség fokozásával (az izgalmi ébrenlét neuronjai a laterális hypothalamusban gátolják az alvás neuronokat a ventrolaterális preoptikus magban). A dorsomediális mag továbbá a vSPZ egyik nagy rostjának a célpontja. Ekképen az alvás-ébrenlét és a locomotorikus aktivitás e két jeláramlástól függ. (2.ábra, C részlet)