Ein biologischer Rhythmus ist "die periodische oder zyklische Variation einer bestimmten Funktion eines Lebewesens". Es gibt zwei Arten von biologischen Rhythmen: physiologische oder biochemische .
Es gibt drei Arten von biologischen Rhythmen: zirkadianer Rhythmus , infradianer Rhythmus und ultradianer Rhythmus .
Biologische Rhythmen spielen eine wichtige Rolle für das Funktionieren lebender Organismen , zum Beispiel bei Herzschlägen, Augenlid- oder Atembewegungen, Mahlzeiten- / Verdauungsrhythmen, abwechselnden Wach- und Schlafzuständen , Ovulationszyklen, Rhythmen der Blüte und Fruchtbildung in Pflanzen. oder die saisonale Fruchtbildung von Pilzen oder in Bezug auf Tierwanderung, saisonale Änderung der Farbe oder Dicke des Fells usw.
Beim Menschen werden diese Rhythmen hauptsächlich durch Melatonin und suprachiasmatische Kerne gesteuert , hauptsächlich unter dem Einfluss der Belichtung (für bestimmte Wellenlängen und ab einer bestimmten Intensität, Zeit und Dauer und abhängig vom Modell der Belichtungssequenzen oder der Dauer des Lichts Impulse). Diese Rhythmen sind wichtig für die Synchronisation unserer üblichen Verhaltensweisen ( Essen , Schlafen usw.). Die Desynchronisation mit dem Tagesrhythmus kann eine Ursache für verschiedene Störungen sein (Immun-, Stimmungs-, Temperaturregulations-, Herz-Kreislauf-, Schlafaufmerksamkeits-, Gedächtnis- usw.), insbesondere bei Nachtarbeitern . Eine übermäßige Exposition gegenüber künstlichem Licht in der Nacht, insbesondere bei bestimmten Wellenlängen, ist daher eine Quelle für endokrine Störungen , eine Situation, die von der WHO und der IARC seitdem in Betracht gezogen wirdDezember 2007als „potenziell krebserregend“ bei Schichtarbeit ).
Es hat kürzlich Verschiedene Arten von " molekularen Oszillatoren " entdeckt, einschließlich in Pilzen ( Neurospora crassa ), und ein bakterieller zirkadianer Rhythmus wurde gezeigt und weitgehend in der Photosynthese von Bakterien ( Cyanobakterien ) erklärt. Und einige Zellen nehmen Licht wahr, selbst bei einem pathologisch oder natürlich blinden Tier.
Es gibt viele Modelle wichtiger biologischer Rhythmen, die andere vorbestimmen, möglicherweise "in Kaskade". Die bekanntesten bei Säugetieren betreffen die hormonellen Sekretionszyklen ( Melatonin , Cortisol ), die ihre gesamte Physiologie beeinflussen (Körpertemperatur, Aufmerksamkeit und Wachheit, Schlafzyklen, Zellregeneration, Migration, Sexualität, Fortpflanzung).
Die relative Vorhersagbarkeit biologischer Rhythmen ermöglicht es uns, die Perioden der Raubtieraktivität, der Nahrungsverfügbarkeit, der Fortpflanzung usw. besser zu verstehen. Beim Menschen haben sie es sogar ermöglicht, das Auftreten von Unfällen besser zu verstehen und vorherzusagen.
Dies ist nicht der einzige berücksichtigte Parameter, aber die Leuchtkraft und die Dauer des Tages und der Nacht sind die ersten und wichtigsten Reize, die den großen biologischen Rhythmus steuern: Indem sie die physiologischen Reaktionen der Organismen aktivieren oder hemmen, geben sie auch Rhythmus das Verhalten von Paaren, von ganzen Populationen von Arten, zum Beispiel in photosynthetischen Cyanophyceae-Bakterien und darüber hinaus Zyklen auf der Skala von Ökosystemen, Biomen oder sogar dem Planeten (für bestimmte Tiermigrationen). Dies ist einer der Gründe, warum Lichtverschmutzung und die Verschlechterung der Nachtumgebung zu ökologischen und gesundheitlichen Problemen geworden sind.
Melatonin erscheint aus dieser Perspektive als essentielles Hormon für den Menschen und anscheinend für viele Arten, da kürzlich entdeckt wurde, dass es auch von verschiedenen Algen und Pflanzen produziert wird.
Ein biologischer Rhythmus ist gekennzeichnet durch seine Periode, den Ort der Akrophase (oder des Peaks oder Apex oder Zenits) der Variation in der Zeitskala der Periode, der Amplitude und dem durchschnittlichen Pegel der Variation ( MESOR ).
Zeitintervall gemessen zwischen zwei Episoden, die während der Variation wieder identisch sind. Die Periode des Rhythmus einer biologischen Variablen kann durch Spektralanalyse erhalten werden , die eine Schätzung der fundamentalen vorherrschenden Periode und ihrer Harmonischen liefert . Es kann auch erhalten werden, indem der Rhythmus der Synchronisierer (experimentelle Bedingungen) bekannt ist.
Je nach vorherrschender Periode unterscheidet die Chronobiologie drei Hauptbereiche von Rhythmen:
Bestimmte biologische Variablen ( z. B. die Produktion von Plasma- Cortisol ) können in mehreren dieser Bereiche ihre Rhythmizität zeigen.
Die Akrophase (Peak oder Zenit), deren Gegenteil die "Batyphase" oder "Bathyphase" ist, ist die Position des höchsten Wertes der in der Zeitskala gemessenen biologischen Variablen für den Zeitraum, der als Funktion von a betrachtet wird zeitlicher Bezug. Wenn wir uns im circadianen Bereich befinden, kann der Peak in Stunden mit einer Stunde als Referenz angegeben werden (zum Beispiel: Mitternacht der Ortszeit). Es ist möglich, den Ort der Akrophase in Bezug auf die Körpertemperatur anzugeben, aber es ist viel seltener.
Bei Verwendung der Cosinor- Methode ist der Peak der höchste Punkt der Sinusfunktion , aber die meiste Zeit sprechen wir von einem Peak in Bezug auf die experimentellen Werte.
Die Charakterisierung ist die gleiche wie in den Naturwissenschaften oder der Mathematik . Es stellt die Gesamtvariabilität des über einen betrachteten Zeitraum gemessenen biologischen Werts dar.
MESOR für die Mittellinienschätzung der Rhythmusstatistik . Dies ist das arithmetische Mittel der Messungen der biologischen Variablen.
Biologische Rhythmen haben sowohl endogenen als auch exogenen Ursprung :
Ihr Ursprung ist genetisch bedingt , sie sind angeboren und resultieren nicht aus individuellem Lernen. Sie werden von biologischen Uhren (oder Zeitmessern ) gesteuert . Diese Eigenschaft kann durch eine Isolation (freies Kursprotokoll) demonstriert werden, bei der die Rhythmen auf einer für sie spezifischen Frequenz bestehen bleiben .
Diese endogenen Faktoren werden von exogenen Faktoren, den Zeitgebern oder Synchronisierern, angetrieben .
Die ursprüngliche endogene Ursprung Verfassung Genetik der Arten und ihre Individuen . Es ist möglich , dass auf der einen Seite, Gene direkt den in Betracht gezogenen Rhythmus Programmierung beteiligt und, auf der anderen Seite, die Gesamtstruktur des Individuums sowohl auf all anderen genetischen Daten abhängig und auf sozialpsychologische Faktoren. Exogene Biologicals.
Bei Säugetieren werden zirkadiane Rhythmen durch eine zentrale zirkadiane Uhr im Hypothalamus und sekundäre (oder periphere ) Uhren gesteuert, die in allen Organen vorhanden sind. Diese werden direkt oder indirekt von der Zentraluhr synchronisiert. Diese Hierarchie existiert nicht bei Wirbellosen (wie Insekten ), deren Uhren, sowohl zerebrale als auch periphere, direkt und hauptsächlich durch Licht synchronisierbar sind.
Es gibt mehrere Gene, die verschiedene biologische Uhren codieren : Wir haben zum Beispiel eine Nahrungsuhr beschrieben, die die Verdauungsvorbereitung für die kommende Mahlzeit regulieren würde (vgl. Étienne Challet et al. , Current Biology du24. Oktober 2006).
Tatsächlich haben alle Zellen im Körper und nicht nur diejenigen, die zu spezialisierteren Gehirnstrukturen gehören, eine eigene Uhr, die unter normalen Laborbedingungen in vitro nur schwer nachzuweisen ist. Benoît Kornmann und seine Mitarbeiter entdeckten die Möglichkeit, aktiv zu werden oder die Uhr der Leberzellen zu vernichten. Dies ermöglichte es festzustellen, dass ihr circadianer Rhythmus zu 90% „lokalen“ Ursprungs ist, dass jedoch eine „globale“ Auswirkung (zentral und / oder direkt mit externen Synchronisierern verbunden) von mindestens 10% vorliegt. Dieser Teil ist sehr robust und bleibt bestehen, wenn die für die peripheren Zellen geeignete Uhr blockiert ist.
Der Synchronisierer ist ein Faktor außerhalb des Gehirns, der Umwelt (Tag / Nacht-Zyklus), manchmal sozial, aber immer periodisch, der in der Lage ist, die Periode oder Phase eines biologischen Zyklus zu modifizieren. Die Synchronisierer erzeugen nicht die biologischen Rhythmen, sondern modifizieren die Periode und die Phase.
Die Hauptwirkstoffe des Rhythmus-Trainings beim Menschen sind natürlich mit dem Wechsel von Aktivität / Ruhe, Hell / Dunkel auf der täglichen Ebene oder sogar der Photoperiode (kurze Tage / lange Tage) und der Temperatur auf der jährlichen oder saisonalen Ebene, aber sekundären Signalen von eine kognitive Natur modifiziert die erstere; In diesem Bereich spielen sozioökologische Indikatoren eine wichtige Rolle.
Die Empfindlichkeit des biologischen Rhythmus gegenüber Licht variiert erheblich mit dem Alter, was teilweise auf Veränderungen der Linse und der Netzhaut im Laufe der Zeit zurückzuführen ist.
Das Kind produzierte beispielsweise im Dunkeln proportional viel mehr Melatonin als der Erwachsene . Diese Rate nimmt mit dem Alter im Laufe des Lebens ab (bis zu 10-mal weniger bei älteren Menschen als bei einem 5-jährigen Kind), was einer der erklärenden Faktoren für eine häufigere Schlaflosigkeit bei älteren Menschen ist.
Biologische Rhythmen sind daher bis zu einem gewissen Grad trainierbar (eine gewisse Anpassung der Rhythmusperiode ist möglich), aber sie sind auch persistent (demonstriert durch Freilauf- oder Freikursprotokolle , bei denen das Individuum wahrscheinlich von allen Signalen abgeschnitten ist um es neu zu synchronisieren).
Fast allgegenwärtige zirkadiane Rhythmen sind vielleicht die bemerkenswertesten und am leichtesten beobachtbaren biologischen Rhythmen. Wir können ihre Phasen durch Induktion über die Manipulation von Synchronisierern (insbesondere Licht mit zwei Empfindlichkeitsspitzen beim Menschen) bewegen: eine bei etwa 555 nm (blaugrün) und die andere bei etwa 480 nm (blau), die sich jedoch in Richtung 494 bewegt nm bei älteren Menschen) und schaffen so Fortschritte oder Verzögerungen in diesen Phasen. Für bestimmte Pathologien ist es somit möglich, die biologische Uhr und damit die zeitliche Organisation des Organismus zurückzusetzen.
Andere Synchronisierer - insbesondere soziale - richten sich an unseren Kortex . Sie sind Signale und können gelernt werden. Dank spezifischer Gehirnarbeit kann jedes Signal, das als zeitlicher Maßstab wahrgenommen wird, zu einem Synchronisator werden und unsere zirkadiane „Erfahrung“ orientieren, gegebenenfalls aber auch zirkannuell, ultradian usw. Mit anderen Worten, unser internes "Uhrwerk" wird durch das Geräusch der Nachbarn, das Auslösen des Weckers, die Zeit des Durchgangs des Postboten, die tägliche Zeit, in der sich diese und jene Person angewöhnt hat, uns anzurufen, usw. Beeinflusst .). Beim Menschen haben soziale Synchronisierer eine größere Wirkung als natürliche Synchronisierer, aber wir beobachten ähnliche Phänomene bei einigen sozialen Tieren, die sich dank der Informationen ihrer Kongenere synchronisieren. Ein sozialer Synchronisierer kann einen anderen durch ein Lernphänomen ersetzen.
Diese Rhythmen regulieren den Spiegel vieler Hormone . Wir versuchen, sie besser für die Verabreichung bestimmter Arzneimittel zu berücksichtigen, die zu bestimmten Zeiten und / oder Rhythmen verabreicht werden müssen, um ihre Wirksamkeit zu verbessern. Andernfalls kann die Verschiebung in Bezug auf den biologischen Rhythmus zu einem Verlust der Wirksamkeit und / oder führen eine Zunahme der Nebenwirkungen oder in einigen Fällen sogar eine Wirkung, die der erwarteten entgegengesetzt ist.