Ritmul circadian

De multe ori atunci când se trece la ora de vară sau de iarnă, când lucrăm în ture de noapte sau când călătorim şi schimbăm fusul orar ajungem să ne simţim dezorientaţi, să avem probleme cu somnul sau să resimţim diverse tulburări fizice. În toate aceste modificări este afectat ritmul circadian, acel ceas natural al organismului nostru care ne ajută organismul să se adapteze la ciclul noapte-zi.

Ce este ritmul circadian?

Ritmul circadian reprezintă ciclul de aproximativ 24 de ore care are loc la nivel fizic, mental şi comportamental, ca răspuns al organismului la alternanţa lumina-întuneric din mediul înconjurător. Ritmul circadian este specific tuturor organismelor cu viaţă, de la vietăţi unicelulare până la om. Ştiinţa care studiază ritmul circadian este cronobiologia. (1)

Ritmul circadian este legat de rotaţia pe care o Pământul o face in jurul axei sale pe parcursul a 24 de ore. Iniţial se considera că la om acest „ceas intern” nu este echivalent cu durata rotaţiei, respectiv 24 ore, ci este de 25 de ore, astfel fiind explicată apariţie la unele persoane a dificultăţilor legate de somn. Măsurători recente realizate de profesori de la Harvard au arătat însă ca acest ritm are 24 de ore şi 11 minute. Ceea ce i-a suprins cel mai tare, pe lângă similaritatea duratei cu a altor vieţuitoare, este că atât pentru tineri, cât şi pentru persoanele în vârstă, durata internă a unei zile este aceeaşi. (2)

Multe funcţii ale organismului au un ritm circadian, de la ciclul somn-stare de veghe, până la semnele vitale ale corpului. Pe măsură ce ştiinţa devine din ce în ce mai exactă în măsurătorile pe care le face, din ce în ce mai multe ritmuri circadiene sunt recunoscute; astfel, s-a descoperit recent că până şi creşterea oaselor are loc după un ritm circadian. (4)

La nivel fiziologic studii recente au arătat că ritmul circadian constă într-un set de proteine interconectate care au capacitatea de a-şi genera propriul ritm.   Fiziologia celulei este supusă unui „ceas” intern cu durata de 24 de ore, care constă în bucle moleculare interconectate. Acest ceas celular este coordonat la rândul său de către nucleul suprachiasmatic, care ajută organismul să se adapteze la ciclurile din mediul extern. (3), (5)

Dacă v-aţi întrebat cum poate organismul nostru să facă diferenţa între zilele lungi/nopţile scurte ale primăverii şi verii şi zilele scurte/nopţile lungi de iarna şi cum reuşeşte să se adapteze la schimbările de anotimpuri, aflaţi că ritmul circadian este cel care guvernează aceste ajustări ale organismului în funcţie de factorii temporali externi. Ritmul circadian este implicat în temporizarea legată de zile, dar intervine şi în adaptarea organismului, din punct de vedere fiziologic şi comportamental, la trecerea la un nou anotimp. (3)

Specialiştii consideră că ritmul circadian poate fi definit prin intermediul a trei proprietăţi:
1. persistenţa pe o durată de aproximativ 24 ore, chiar şi atunci când lipsesc elementele temporale externe (exemplu: lumina zilei)
2. capacitatea de adaptare atunci când intervin schimbări ale condiţiilor din mediul exterior (exemplu: trecerea la un nou fus orar, la ora de vară sau la un alt anotimp)
3. prezintă o durată invariabilă a temperaturii fiziologice (exemplu: compensarea temperaturii) (3)

Dezvoltarea ritmului circadian

Un studiu de caz realizat de profesori ai Universităţii din Texas a avut ca subiect un bebeluş, observat din prima sa zi de viaţă până la vârsta de şase luni.
S-a observat că ordinea de apariţie a ritmurilor circadiene a fost următoarea: ritmul circadian al temperaturii a apărut la aproximativ la o oră după naştere, ritmul circadian al stării de veghe a apărut al doilea, iar ritmul circadian al somnului a apărut ultimul. Rirmul circadian al temperaturii s-a stabilizat după o săptămână de la naştere, cel al stării de veghe a 45-a zi, aproximativ concomitent cu creşterea concentraţiei de melotonină, iar cel al somnului abia în ziua a 56-a. S-a observat totodată că somnul de noapte al bebeluşului se adaptează întâi la elementele temporale care anunţă venirea nopţii (apusul soarelui şi absenţa luminii), apoi se adaptează la programul de somn al familiei, toate acestea înainte de ziua a 60-a, ceea ce, consideră experţii, arată o determinare iniţială a ciclului lumină-întuneric, urmată de o determinare socială. (6)

Lipsa de maturitate a ritmului circadian la bebeluşi se observă prin faptul că nu ei respectă programul natural al adulţilor de a dormi noaptea şi de a sta treji ziua, ci dimpotrivă, se trezesc frecvent noaptea, spre disperarea părinţilor şi dorm în perioade de una până la trei ore, după care se trezesc. Somnul lor nu este la fel de profund şi de lung ca al adulţilor şi de obicei durează mai mult până îşi dezvoltă aceste deprinderi.
Creierul bebeluşilor nu este suficient de dezvoltat pentru a respecta patternuri şi nici nu are capacitatea de autoreglare. Karen Thomas, profesor la Universitatea Washington, consideră că maturizarea ritmului circadian poate dura cel puţin un an, dar că părinţii au posibilitatea de contribui la această maturizare. De exemplu, după venirea pe lume a bebeluşului familia trebuie să-şi păstreze, pe cât posibil, programul de veghe/somn şi obiceiurile legate de somn de dinainte de naşterea copilului.
De asemenea, pentru ca bebeluşului să-i fie mai uşoară adaptarea la acest program, la apropierea nopţii, ritmul din casă ar trebui să încetinească, membrii familiei să se liniştească şi la culcare să stingem luminile şi televizorul, cu atât mai puţin să îl deschidem atunci când copilul se trezeşte pe perioada nopţii. Aceste obiceiuri vor ajuta bebeluşul să îşi dezvolte ritmul natural de 24 de ore. (7)

Diferenţele de gen în ritmul circadian

Un studiu realizat de cercetători de la Universitatea Harvard a arătat că există o serie de diferenţe între ritmul circadian al femeilor şi cel al bărbaţilor. Lungimea ceasului biologic al femeilor s-a dovedit a fi cu aproximativ şase minute mai scurtă decât în cazul bărbaţilor. De asemenea, la unele femei ceasul intern bate mult mai repede decât în mod obişnuit; cel puţin o femeie din trei încheie un ciclu de zi mai repede de 24 de ore. Cercetătorii în materie de somn atrag atenţia asupra deprivării de somn a femeilor din cauza multitudinii de sarcini pe care le au zilnic de realizat şi care ţin de serviciu, de îngrijirea casei şi a copiilor, tot ceea ce trebuie făcut la orele serii, fapt ce le împiedică să se culce devreme şi să aibă parte de un somn adecvat. De asemenea, studiile au arătat că insomnia este cu 50% mai frecventă la femei comparativ cu bărbaţii, iar ritmul circadian ar putea fi implicat în aceste diferenţe. Studii noi ar putea explica mai exact mecanismele care stau în spatele acestor diferenţe. (8)

Implicaţiile ritmului circadian pentru sănătate

Studiile au arătat că ritmul circadian are un rol important asupra ciclului somn-stare de veghe, temperatura corpului, producţia de hormoni, foame etc. Totodată afectarea ritmului circadian poate avea un impact negativ asupra stării de sănătate şi stării de bine generale a organismului, putând duce la tulburări ale somnului, obezitate, depresie, diabet, etc. (1)
Ritmul circadian este controlat de genele „ceasului” care transmit instrucţiunile genetice de producere a proteinelor. Nivelul acestor proteine creşte şi scade, urmărind anumite patternuri de ritm. Aceste oscilaţii biochimice controlează funcţiile corpului, activitatea inimii, presiunea sângelui, metabolismul şi altele. Ritmul circadian ne influenţează până şi starea de spirit, fiind implicată în depresia de iarnă.
De asemenea, ceasul nostru intern controlează nivelul de hormoni, ceea ce poate avea impact asupra modului în care organismul nostru răspunde la anumite medicamente. O mai bună cunoaştere a ritmului circadian ar putea îmbunătăţi efectul medicamentelor prin luarea lor la momentul cel mai oportun. (9)

Implicaţiile ritmului circadian pentru diverse afecţiuni

Ritmul circadian şi boala Alzheimer

Într-un studiu au fost comparate ritmurile circadiane ale unor tineri şi vârstnici sănătoşi cu ritmurile circadiene ale unor bolnavi de Alzheimer. Concluziile au fost că în cazul bolnavilor de Alzheimer ritmul odihnă-activitate era profund afectat şi corela cu nivelul de severitate al demenţei, iar afectarea era mult mai gravă în cazul bolnavilor care luau sedative. (10)

Ritmul circadian şi bolile cardiovasculare

Studii recente au arătat faptul că ritmul circadian este implicat în incidenţa anumitor evenimente cardiace şi cerebro-vasculare, cum ar fi infarctul miocardic, moartea cardiacă subită sau atacul de cord. În prezent se studiază intens patofiziologia şi mecanismele care determină aceste variaţii, precum şi efectul diferitor medicamente pentru aceste ritmuri circadiene. (11)

Ritmul circadian şi cancerul

Experţii au observat faptul că ritmul circadian poate aduce o serie de modificări în privinţa toleranţei organismului şi a rmodului în care tumorii cancerigene răspunde la agenţii anticancerigeni. Este posibil ca ritmul circadian să aibă implicaţii şi pentru dezvoltarea cancerului, de aceea s-au iniţiat şi se realizează în prezent teste medicale care au arătat până acum eficacitatea principiului cronoterapiei, respectiv tratamentul bazat pe ritmul circadian. Până în prezent cronoterapia prezintă potenţial pentru îmbunătăţirea opţiunilor de tratament a cancerului, precum şi pentru dezvoltarea unor noi agenţi anticancer. (5)

Ritmul circadian şi depresia

Specialiştii au ajuns la concluzia că majoritatea simptomelor depresiei sunt strâns legate de ritmul circadian, cum ar fi variaţii ale dispoziţiei pe durata zilei, dereglări la nivelul ciclului veghe-somn şi recurenţe periodice ale bolii. De asemenea, la persoanele depresive apar frecvent dereglări ale ritmului circadian la nivelul temperaturii corpului sau parametri endocrini şi metabolici (secreţia de cortizol, hormonul stimulator tiroid, melatonina şi monoamine), mult mai des decât în cazul indivizilor sănătoşi. La acestea se adaugă şi problemele legate de somn: pacienţii depresivi cu simptome melancolice se trezesc devreme şi au parte de o înrăutăţire a stării de spirit de dimineaţă.
Anormalităţile ritmului circadian observate de specialişti în cazul depresivilor sugerează o posibilă degradare la nivel fiziologic a sistemului circadian. Cu toate acestea, dovezile existente nu îndreptăţesc încă tragerea concluziei existenţei unei relaţii cauzale între dereglarea sistemului circadian şi depresie. (12)

Influenţa ritmului circadian asupra performanţei

În literatura de specialitate, dar şi în practica de zi cu zi este recunoscută variaţia performanţei în funcţie de momentul zilei. Deşi condiţiile externe rămân constante, performanţa creşte de dimineaţă până la prânz. După masă, aceasta scade semnificativ, deşi nu intervine neapărat oboseala, fapt explicat prin faptul că după 2-3 ore, performanţa începe să crească. Abia mai târziu intervine oboseala. (13)
Într-un studiu a fost explorată legătura dintre ritmul circadian şi performanţă, starea de bine şi starea de alertă subiectivă. Participanţii, 70 de tineri care nu prezentau afecţiuni de niciun tip au fost studiaţi în condiţii de izolare temporare, lipsă a somnului şi mese neomogene. În acest timp, la orele impare a fost măsurată performanţa participanţilor în ceea ce priveşte viteza şi acurateţea căutării în serie, raţionamentul verbal şi dexteritatea manuală, iar la orele pare a fost măsurată performanţa la un test de vigilenţă vizuală. Rezultatele studiului au arătat că performanţa are de suferit în condiţiile suspendării ciclului somn/veghe, iar starea de alertă subiectivă corelează pozitiv cu performanţa. (14)
Faptul că performanţa depinde de ritmul circadian ar trebui să atragă atenţia asupra acelor categorii de activităţi în care ritmul circadian este afectat şi implicit este afectată şi performanţa: lucrul în schimburi, mai ales schimbul de noapte, piloţi de avion şi echipaj de bord care schimbă frecvent fusul orar, cosmonauţii şi exploratorii care activează în zona polară etc.

Influenţa ritmului circadian asupra somnului

Somnul uman este are loc cu o frecvenţă circadiană (în latină „circa” înseamnă "aproximativ" şi „dia” înseamnă "zi"). Somnul este un proces complex biologic, care ia naştere de la nivelul mai multor regiuni ale creierului şi care este determinat de factori fiziologici şi de mediu. Ritmul circadian este unul dintre aceşti factori. (15)
Cercetătorii s-au întrebat însă ce se întâmplă cu ritmul circadian atunci când individul nu mai are la dispoziţie anumite semnale care să îi indice dacă e zi sau noapte. Pentru aceasta participanţii la studiile lor au fost plasaţi în spaţii unde nu exista niciun fel de semnal extern, cum ar fi bunkere sau pivniţe. La început, în primele cinci zile, aceştia aveau interacţiuni sociale, luau masa la anumite ore şi aveau acces la televizor şi radio, menţinându-şi în acest fel ritmul circadian de 24 de ore. După această perioadă însă, orice indicator al timpului a fost înlăturat. În aceste condiţii s-a observat că participanţii aveau tendinţa de a dormi din ce în ce mai mult dimineaţa, astfel încât durata ritmului circadian a ajuns la 28 de ore. S-a revenit rapid la ritmul normal de 24 de ore atunci când participanţii s-au întors la un mediu normal de viaţă. (16)

Influenţa ritmului circadian asupra metabolismului

Ritmul circadian influenţează şi nu doar somnul, ci şi metabolismul. Mai mult decât atât, ritmul circadian şi metabolismul sunt strâns legate la nivel molecular. Variaţiile zilnice între stare de veghe/hrănire/anabolism şi somn/post/catabolism sunt coordonate de „ceasul” intern din hipotalamus, conectat la rândul său la lumina ambientală. În cazul metabolismului există şi „ceasuri” secundare, reprezentate de ficat, pancreas şi ţesuturile adipoase, sincronizate cu ceasul principal, dar spre deosebire de acesta, sunt dependente de orele meselor, mai ales atunci când masa are loc în timpul perioadei de odihnă. Aceste ceasuri controlează procesele metabolice.
Metabolismul şi ritmul circadian sunt interconectate, atunci când apar dereglări la nivelul ritmului circadian pot apărea disfuncţii şi la nivelul metabolismului şi invers. În cazul unor disfuncţii ale ritmului circadian cu impact asupra metabolismului este foarte posibil să fie favorizată apariţia obezităţii. Vorbim aici despre situaţia persoanelor care lucrează în schimburi şi la care intervine o desincronizare. În prezent se dezvoltă aşa numitele abordări bazate pe cronoterapie care constau în urmarea unor diete sau folosirea unor remedii farmaceutice sau sincronizatori naturali (cum ar fi lumina sau ora mesei) cu scopul de a restabili ritmul circadian normal şi de a lupta împotriva riscurilor metabolice. (17)

Influenţa ritmului circadian asupra efectului medicamentelor

De Magio A et al. au realizat o meta-analiză a studiilor care au vizat luarea anumitor medicamente ţinând cont de ritmul circadian al pacienţilor. Rezultatele la care au ajuns au fost următoarele: unele medicamente au efecte benefice mai mari dacă sunt administrate seara (este cazul corticosteroizilor, blocanţilor receptorilor, ranitidinei), în timp ce dimineaţa sunt recomandate medicamentele inhibitoare ale producţiei de acid gastric (proton pump inhibitors). În cazul altor medicamente nu există o diferenţă semnificativă a efectelor în funcţie de momentul administrării (de exemplu medicamentele care se inhalează în tratamentul astmului). Au fost luate în considerare şi alte medicamente, însă dovezile ştiinţifice nu au fost suficiente pentru a se trage concluzii generalizate. În plus, e nevoie de studii suplimentare care să surprindă efectul pe termen lung al administrării medicamentelor în funcţie de ritmul circadian. (18)

Ritmul circadian şi lucrul în schimburi

Multe instituţii sau companii presupun muncă în schimburi (spitale de urgenţă, fabrici de producţie) care presupun inclusiv ture de noapte şi/sau care presupun schimbarea turelor la câteva zile. În aceste condiţii se pune problema modificărilor ce apar la nivelul ritmului circadian şi care sunt implicaţiile pentru sănătatea celor care lucrează în schimburi.
Diferenţa între somnul de noapte şi somnul din timpul zilei este că cel din urmă este în general mai scurt cu o oră, o oră şi jumătate decât cel de noapte, fiind afectate prin scurtare somnul REM şi faza a doua a somnului. Din punctul de vedere al ritmului circadian, în tura de noapte se atinge nivelul cel mai scăzut al stării de alertă şi al energiei.
Statisticile arată că în general cele mai mari dezastre din cauza erorilor umane au fost provocate în schimbul de noapte (Cernobîl, explozia fabricii chimice de la Bophal, scurgerea de ulei de la Exxon Valdez, Three Mile Island). Efectele la nivelul stării de sănătate se reflectă în starea de oboseală cronică, tulburări ale somnului sau somn în exces. La nivel universal se consideră că un schimb de noapte care are de la patru la şapte nopţi este de evitat pentru că individul are de suferit din cauza defazării la care este supus la fiecare schimb de noapte, iar când începe să se acomodeze la munca de noapte, îşi modifică din nou programul, făcându-l astfel să experimenteze ce e mai rău din ambele sisteme. (4)

Tulburările ritmului circadian

Tulburările ritmului circadian se referă la acele întreruperi frecvente sau ocazionale ale patternurilor de somn, cauzate fie de o funcţionare ineficientă a ceasului intern, fie de o nepotrivire între ceasul intern şi mediul extern în ceea ce priveşte perioada şi durata de somn. În continuare sunt prezentate câteva din cele mai frecvente astfel de afecţiuni:

Tulburările somnului provocate de ritmul circadian

Reprezintă o familie de tulburări ale somnului care afectează timpul de somn. Persoanele afectate nu pot dormi şi nu se pot trezi la timp pentru a face faţă programului cerut de şcoală, serviciu sau nevoile sociale. În general se pot odihni suficient dacă sunt lăsate să doarmă şi să se trezească în funcţie de propriul lor ritm circadian. În condiţiile în care nu există o altă tulburare de somn, somnul lor este de calitate. (19)

Tulburarea fazei de somn amânate

Este o tulburare frecventă în cazul adolescenţilor şi a tinerilor adulţi care au tendinţa de a se culca foarte târziu, în general nu înainte de ora două dimineaţa. Dacă sunt lăsaţi să doarmă a doua zi până târziu nu apare deprivarea de somn. Dacă se trezesc devreme însă se vor simţi obosiţi, somnoroşi şi vor resimţi lipsa de somn în performanţa şcolară şi performanţa muncii. De obicei, aceste persoane sunt mult mai productive şi mai energice pe perioada nopţii.

Tulburarea fazei de somn avansate

Este frecventă în cazul persoanelor în vârstă şi se caracterizează prin culcarea şi trezirea la ore timpurii (de la orele 18-22 până la 2-5 dimineaţa). De obicei aceste persoane se plâng că nu mai pot dormi dimineaţa şi se simt somnoroşi după-amiaza sau seara.

Tulburarea „Jet Lag”

Survine atunci când individul călătoreşte într-o zonă cu un fus orar foarte diferit de cel cu care este obişnuit şi constă într-un conflict între ceasul intern biologic şi ceasul extern al zonei respective. De obicei călătoriile spre est sunt mult mai dificile decât cele spre vest pentru că este mai uşor să amâni somnul decât să încerci să dormi înainte de ora la care eşti obişnuit să o faci.

Narcolepsia

Este o tulburare a somnului care se manifestă printr-o somnolenţă excesivă pe durata zilei şi episoade incontrolabile de aţipit ziua, în ciuda unui somn adecvat în timpul nopţii. (20)