SİRKADİYEN SAAT: NEDİR VE NASIL ÇALIŞIR?
Sirkadiyen ritimler, 24 saatlik bir döngüyü izleyen fiziksel, zihinsel ve davranışsal değişikliklerdir.Biyolojik saatler organizmaların doğal zamanlama cihazlarıdır ve sirkadiyen ritimlerin döngüsünü düzenler. Vücuttaki hücrelerle etkileşime giren belirli moleküllerden (proteinler)oluşurlar. Hemen hemen her doku ve organ biyolojik saatler içerir.Sağlıklı bir insanın sirkadiyen ritimleri, bir orkestranın birçok enstrümanı gibi "ahenk içinde"dir. Örneğin vücut ısısı uykunun son saatlerinde artmaya başlar. Bu, uyanmadan hemen önce gerçekleşir. Bu, sabahları uyanıklık hissini teşvik edebilir. Uyku zamanı yaklaştığında vücut ısısı geceleri azalır. Sıcaklıkta küçük bir düşüş de çoğu insanda 14:00-16.00 arasında gerçekleşir. Bu, birçok insanın öğleden sonra erken saatlerde neden uykulu hissettiğini açıklayabilir.
Biyolojik saatimizin infografiği. (Genler ve proteinler, günlük ritimleri senkronize tutmaya yardımcı olan biyolojik saatler çalıştırır.)
Kaynak: Wikimedia Commons.
Biyolojik Saatler ve Ritimler Neden Evrimleşti?
Çünkü çevre hiçbir zaman sabit değildir, sürekli olarak değişir. En basitinden, Dünya'nın kendi etrafında dönmesinden dolayı düzenli olarak gündüz ve gece, Dünya'nın Güneş'in etrafında dönmesinden dolayı mevsimler, Ay'ın Dünya'nın etrafında dönmesinden dolayı gel-gitler meydana gelir. Bunlara çevresel ritimler denir. İşte bunlara adapte olabilmemiz için, vücudumuzun biyolojik bir saate ihtiyacı vardır. Bu, bizim kontrolümüz dışında çalışan biyolojik saatimizdir.
Bunların evrimleşmesinin sebebi, bazı hayati davranışların (beslenme, üreme, vb.) "doğru zamanda" yapılabilmesinin sağlanmasıdır. Örneğin siyanobakterilerde, fotosentez ve nitrojen bağlanması (fixation) aynı anda olabilmektedir. Ancak nitrojen, ortamda oksijen bol miktarda bulunurken bağlanamaz. Bu sebeple, biyolojik saatin evrimi sonucu, bu iki işlem birbirinden ayrılmıştır. Fotosentez gündüz yapılırken, gece nitrojen bağlanır. Buna zamansal ayrışım denir.
Beyindeki ana saat, canlı bir şeydeki tüm biyolojik saatlerin hepsini koordine eder ve onları senkronize eder. İnsanlar da dahil olmak üzere omurgalı hayvanlarda ana saat, suprakiazmatik çekirdek veya SCN adı verilen bir yapı oluşturan yaklaşık 20.000 sinir hücresinden (nöronlar) oluşan bir gruptur. SCN, beynin hipotalamus adı verilen bir bölgesinde yer alır ve gözlerden doğrudan giriş alır. Suprakiazmatik çekirdek ritmi düzenlerken hipotalamusta kendine üç ana yol belirlemiştir. Bunlar; retinohipotalamik yol, genikulohipotalamik yol ve raphe çekirdeklerinin yollarıdır. Bu yolda suprakiazmatik çekirdeğe iletim sağlanabilmesi için; endokrin nöronlar, hipotalamusun paraventriküler çekirdeğinde bulunan otonom nöronlar, hipotalamusun içindeki ve dışındaki beyin bölgelerine biyolojik sinyalin iletimini sağlayabilen yolaklar eşlik eder. Bununla birlikte, Suprakiazmatik çekirdek kontrol merkezi görevi görür. SCN beynin diğer bölgelerine bağlıdır. Birlikte diğer vücut fonksiyonları ile birlikte sirkadiyen ritimlerinizi kontrol ederler. Bu bölgedeki Clk ve Per2 adlı genler sirkadiyen ritmin oluşturulmasından sorumludur (2017 Fizyoloji ve Tıp alanında Nobel ödülü alan çalışma, Karolinska Enstitüsü’nde bu genler üstünde yapılmıştı). Ayrıca asetilkolin, glutamat ve serotonin gibi başlıca nörotransmitterler bu işleyişe katılır ve bu işleyişin önemli bileşenleridir.
Nobel Ödülü
2017 yılında araştırmacılar Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash ve Michael W. Young sirkadiyen ritim araştırmaları ile prestijli Nobel Ödülü'nü kazandılar. İnsanlarla çok benzer bir genetik yapıya sahip olan meyve sineklerini inceleyerek, vücudun saatini kontrol etmeye yardımcı olan bir geni izole ettiler. Bilim insanları, genin bir gecede hücrelerde biriken, daha sonra gün içinde parçalanan bir protein ürettiğini gösterdi. Bu işlem ne zaman uyuduğunuzu, beyninizin ne kadar keskin çalıştığını ve daha fazlasını etkileyebilir. Bu büyük keşifler yapıldığında üç araştırmacı da NIGMS tarafından finanse edildi.
Meyve sineği beynindeki sirkadiyen ritim nöronları.
Kaynak: Matthieu Cavey ve Justin Blau, New York Üniversitesi
SCN'nin diğer işlevleri
Hormon üretimini, vücut ısısını vb. düzenlemenin yanı sıra, SCN ayrıca artan homeostatik uyku basıncına karşı koyan gün boyunca bir uyarı darbesi gönderir. SCN'den gelen bu uyarı darbeleri, kişinin alışılmış yatma saatinden yaklaşık 2-3 saat önce zirveye ulaşır bu da uyanma saatleri boyunca sürekli olarak biriken homeostatik sürücüyü dengelemeye hizmet eder ve akşamın geç saatlerinde uyanıklığın devam etmesine izin verir. Akşam ilerledikçe, SCN'nin uyarı darbeleri zayıflamaya başlar, epifiz bezindeki melatonin üretimi artar ve “uyku kapısı” açılır ve uyku dürtüsü dramatik bir şekilde artar.
Ana saat, alınan ışıktan biyolojik saatleri koordine eder.
Kaynak: NIGMS
Sirkadiyen ritimleri değiştiren faktörler
Vücudumuzdaki değişiklikler ve çevresel faktörler sirkadiyen ritimlerimizin ve doğal ışık-karanlık döngüsünün senkronize olmasına neden olabilir.
Mutasyonlar veya bazı genlerdeki değişiklikler biyolojik saatlerimizi etkileyebilir.
Jet lag veya vardiyalı çalışma, açık-karanlık döngüde değişikliklere neden olur.
Geceleri elektronik cihazlardan gelen ışık biyolojik saatlerimizi etkiler.
Bu değişiklikler uyku bozukluklarına neden olabilir ve obezite, diyabet, depresyon, bipolar bozukluk ve mevsimsel duygulanım bozukluğu gibi diğer kronik sağlık koşullarına yol açabilir.
KAYNAKÇA
Circadian Rhythms. (2021). Retrieved 29 May 2021, from https://www.nigms.nih.gov/education/fact-sheets/Pages/circadian-rhythms.aspx
Circadian Rhythms - UCLA Sleep Disorders Center - Los Angeles, CA. (2021). Retrieved 29 May 2021, from https://www.uclahealth.org/sleepcenter/circadian-rhythms#top
(2021). Retrieved 29 May 2021, from https://www.mattressadvisor.com/what-is-a-circadian-rhythm/
Circadian Rhythm: What It Is and How to Keep Yours Regulated | Sleep.org. (2021). Retrieved 29 May 2021, from https://www.sleep.org/circadian-rhythm-body-clock/
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017. (2021). Retrieved 29 May 2021, from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2017/press-release/