Biologische Uhren werden unter Jet-Lag-Bedingungen desynchronisiert

Biologische Uhren werden unter Jet-Lag-Bedingungen desynchronisiert
Biologische Uhren werden unter Jet-Lag-Bedingungen desynchronisiert
Anonim

Eine neue Studie zeigt, dass die inneren Uhren von Säugetieren, an denen mehrere Organe beteiligt sind, nach Änderungen der Lichtzyklen unterschiedlich schnell zurückgesetzt werden. Diese Störung der normalen Beziehungen zwischen circadianen Rhythmen im ganzen Körper könnte erklären, warum Flugreisende nach dem Überqueren mehrerer Zeitzonen unter Unwohlsein leiden.

Die Ergebnisse werden in der Ausgabe der Zeitschrift Science vom 28. April veröffentlicht. Die Forschung wurde an der University of Virginia durchgeführt, dem Sitz des National Science Foundation Center for Biological Timing.

"Wir stellen fest, dass ein Organismus ein Konglomerat von Oszillatoren ist", sagt Michael Menaker, Commonwe alth-Professor für Biologie an der University of Virginia. "Wenn sich der primäre Oszillator im Gehirn verschiebt, um einer abrupten Verschiebung im Lichtzyklus zu folgen, werden die Uhren, die mehrere andere Organe steuern, desynchronisiert. Es dauert wahrscheinlich einige Zeit, bis sich diese Uhren wieder auf Synchronität einstellen."

Menaker sagt, dass die Ergebnisse gesundheitliche Auswirkungen auf Flugreisende haben, die häufig mehrere Zeitzonen überqueren müssen, und für Schichtarbeiter, die regelmäßig Schichtzyklen wechseln.

Die Forscher verwendeten Gehirn-, Skelettmuskel-, Leber- und Lungengewebe von transgenen Ratten, um ihre Daten zu sammeln. Das Rattengewebe enthielt einen bekannten Uhr-Gen-Indikator von einer Maus, der mit einem leuchtenden "Tag" (einem Glühwürmchen-Enzym) gespleißt ist. Das Tag wird aktiviert, wenn das Uhr-Gen während sich ändernder Lichtzyklen antwortet oder transkribiert wird. Menaker und sein Team waren in der Lage, die Gehirn- und Organuhren – die zirkadianen Rhythmen – um sechs Stunden vor- oder um sechs Stunden zurückzusetzen und so die Auswirkungen einer transatlantischen Reise nachzuahmen.

"Unsere Frage war, was ist die Physiologie, die das Unwohlsein erklärt, das Menschen erleben, nachdem sie über mehrere Zeitzonen geflogen sind?" sagt Menaker. „Wir wollten wissen, wie viele circadiane Uhren es gibt, wie die einzelnen Gewebe reagieren, wenn der Organismus Änderungen des Lichtzyklus ausgesetzt ist, und wie die verschiedenen biologischen Uhren als System zusammenarbeiten.

"Wir haben deutlich gezeigt, dass sowohl das Gehirn als auch das periphere Gewebe rhythmisch sind, wenn sie aus dem Tier entfernt und unter Kulturbedingungen geh alten werden. Dies sind neue Informationen, wurden aber vermutet. Was überraschend ist, ist, dass während der zentrale Oszillator im Wenn das Gehirn bis zu einem Monat weiterläuft, verlieren die peripheren Gewebe in Kultur schnell ihre Rhythmik. Wir glauben jetzt, dass der zentrale Oszillator im Gehirn der Schlüsseltimer ist, der die peripheren Taktzyklen synchronisiert. Dies hilft uns, biologisch zu verstehen, was in einem Organismus wann passiert sein Lichtzyklus wird plötzlich verschoben.

"In der Natur treten Lichtverschiebungen langsam im Wechsel der Jahreszeiten auf", sagt Menaker. „Organismen haben daher mehrere Monate Zeit, sich an die Veränderungen anzupassen. Aber der transmeridianische Flug ist ein unnatürliches Ereignis für den Körper. Er verursacht sehr abrupte Verschiebungen des Lichtzyklus. Der Körper ist auf diese plötzliche Änderung nicht von Natur aus vorbereitet Oszillatoren gestört sind, kann die normale Funktion der Organe beeinträchtigt sein."

Menaker sagt, dass die Symptome eines gelegentlichen Jetlags zwar lästig sein können, die neuen Erkenntnisse jedoch darauf hindeuten könnten, dass die physiologischen Auswirkungen von Wechselschichtarbeit schwerwiegender sein könnten.

"Zwanzig Prozent der US-Belegschaft sind Schichtarbeiter", sagt Menaker. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass häufige unregelmäßige Lichtzyklusverschiebungen biologische Auswirkungen haben können. Schichtarbeiter leiden beispielsweise häufig unter verminderter Wachsamkeit, Müdigkeit, Geschwüren und schlechter Verdauung Störung der zirkadianen Rhythmussynchronität."

Laut Menaker sind die meisten katastrophalen Unfälle - wie die Landung von Exxon Valdez und die Zwischenfälle auf Three Mile Island und Chernoble - das Ergebnis menschlicher Fehler, die häufig spät nachts unter Schichtarbeitern auftreten.

"Wenn Menschen versuchen, sich an anormale Schlaf- und Wachzyklen anzupassen, neigen sie dazu, den Fokus zu verlieren, werden schneller müde und fühlen sich im Allgemeinen nicht so gesund wie normalerweise", sagt er. "Wir zeigen, dass eine physiologische Veränderung stattfindet. Die Auswirkungen auf Gesundheit und Leistungsfähigkeit sind real und potenziell schwerwiegend."

U.Va. Zu den Forschern, die die Studie durchgeführt haben, gehören Shin Yamazaki, der Hauptforscher, Michikazu Abe, Gene Block, und Menaker. Sechs Forscher der Universität Tokio und des New Technology Institute in Japan nahmen ebenfalls teil.

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