Biyolojik Saat Nedir? Sirkadyen Ritm Nasıl Çalışır?

Biyolojik ritm, bir canlının ya da biyolojik olgunun belirli aralıklarla, bir frekans dahilinde tekrarlanmasına denir. Kimi zaman sirkadyen ritm olarak da bilinen biyolojik ritm, günlük bir döngüyü takip eden fiziksel, zihinsel ve davranışsal değişikliklerdir. Öncelikle bir organizma, çevresindeki aydınlığa ve karanlığa tepki verir. Buna yönelik davranışsal değişim sergiler.

Buna en güzel örnek, uyku döngümüzdür. Günün belirli saatlerinde uyur, belli saatlerinde uyanık kalırız ve bunu sürekli tekrar ederiz. Bir diğer örnek, vücut sıcaklığı ritmidir ve gün içerisinde belirli şekillerde ve sürekli olarak vücut sıcaklığı değişimi yaşanır. Ayrıca bu sadece organizma düzeyinde değil, çevresel boyutta da değerlendirilebilir. Gel-gitlerin sürekliliği, gece ve gündüzün birbirini takip etmesi, ayın fazları bunun örnekleridir. Bunların "biyolojik ritm" dahilinde değerlendirilme sebepleri, bu olguların canlıların aktivitelerinde çok önemli yerleri olmasıdır. 

Biyolojik Saat Nedir?

Biyolojik Saat, adından da anlaşılabileceği gibi, "zamanı" ölçmeye yarar. Ancak bildiğimiz saatlerden biraz farklı bir şekilde: Biyolojik bir saatin, pil gibi harici bir güç kaynağına veya zamanı ölçmek için kuvars gibi bir osilatöre ihtiyaçları yoktur. Biyolojik saatlerin en önemli görevi, biyolojik ritmi sağlamaları ve üreme dönemleri gibi bazı önemli biyolojik zamanlamaları yerine getirmeleridir. 

Biyolojik saatler, bir organizmanın doğuştan gelen zamanlama araçlarıdır. Sirkadiyen ritmi üretirler ve onların zamanlamalarını düzenlerler. Vücuttaki hücrelerde etkileşime giren spesifik moleküllerden (proteinler) oluşurlar. Biyolojik saatler hemen hemen her doku ve organda bulunur. Bilim insanları insanlarda, meyve sineklerinde, farelerde, mantarlarda ve saatin bileşenlerini yapmaktan sorumlu diğer bazı organizmalarda benzer genleri tanımladılar.

Vikipedi

Ana Saat Nedir?

Beyindeki ana saat, biyolojik saatlerin hepsini koordine eder ve onları senkronize eder. İnsanları da içeren 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 bölgesinde yer alır ve gözlerden doğrudan girdi alır. Bu bölgedeki Clk ve Per2 adlı genler sirkadyen 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.

Zeitgeber Nedir?

Suprakiazmatik çekirdekte biyolojik ritmi sıfırlayan uyaranlar zeitgeber olarak adlandırılır. Yeni döngülerin başlaması için ritm sıfırlanmalıdır. Işık en önemli zeitgeberlerden biridir. Endojen saatimiz, düzenli zeitgeberler ile günlük yirmi dört saatimizi senkronize eder. Egzersiz, beslenme düzeni, sıcaklık, iş hayatı, jet lag de zeitgeberlere örnek olarak verilebilir.

Suprakiazmatik Çekirdek Bunları Nasıl Yapıyor?

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.

Circadian Therapeutic

İkincil Biyolojik Ritm Nedir?

Karaciğer, pankreas, kalp, böbrek, bağırsak ve ciltte de olduğu gibi vücutta birçok yerde ikincil ya da periferik olarak adlandırılan biyolojik ritmler vardır. Bu organlar ışık etkeninden ziyade yemek zamanlaması, ortam sıcaklığı gibi faktörler tarafından tetiklenseler de senkronizasyon suprakiazmatik çekirdek tarafından gerçekleştirilmektedir.

Sirkadiyen Ritmler Sağlığı ve Vücut Fonksiyonunu Etkiler Mi?

Evet! Sirkadiyen ritmler; uyku-uyanıklık döngüsünü (Optik sinirlerden gelen ışık azaldığında kendimizi uykulu hissetmemizi sağlayan melatonin hormonunun salınımını arttırırlar), hormon salınımını, yeme alışkanlıklarını ve besinlerin sindirimini, vücut ısısını ve diğer önemli vücut fonksiyonlarını etkileyebilir. Hızlı veya yavaş çalışan biyolojik saatler, bozuk veya anormal sirkadiyen ritmlere yol açabilir. Düzensiz ritmler; uyku bozuklukları, obezite, diyabet, depresyon, bipolar bozukluk ve mevsimsel duygulanım bozukluğu gibi çeşitli kronik sağlık koşullarıyla ilişkilendirilmiştir.

Biyolojik Saatimizi Nasıl Hesaplarız?

Sirkadiyen saatler, periyodik biyokimyasal, fizyolojik ve davranışsal süreçlerin geniş bir repertuarını kullanıyor. Hücresel düzeyde, neredeyse her organda sirkadiyen dinamiklerini düzenleyen karmaşık bir biyokimyasal etkileşimler ağı tarafından yönetilirler. Meyve sineği, fare ve insandaki genetik çalışmalar, çekirdek saat genlerinin (Clock, Bmal1, Per1-3 ve Cry1-3 dahil) salınımlı aktivasyonu ve baskılanmasıyla evrimsel olarak korunmuş bir mekanizma ortaya çıkarmıştır. Memelilerde bu sistem, hücresel süreçleri koordine etmek için zamansal bilgi ileterek genomun neredeyse yarısının ekspresyonunu düzenler. Bu yüzlerce ritmik gen; çeşitli zamanlarda birçok organda olan diürnal (gündüzcül) salınım piklerini sergiler, muhtemelen farklı dokularda güne özgü olan fonksiyonları yansıtır.

Northwestern üniversitesindeki bilim insanları da bu çalışmalara dayanarak TimeSignature adlı, gen ekspresyonundan sirkadiyen zamanı saptayabilen algoritmayı geliştirdiler. TimeSignature testi sadece iki kan alımı gerektiriyor ve dış dünyadaki zamana kıyasla araştırmacılara vücudunuzdaki zamanı söyleyebiliyor. Örneğin, dış dünyadaki saat sabah 8 olsa bile vücudunuzdaki saat sabah 6 olabilir. Ayrıca, TimeSignature bu testi sadece 1.5 saat içerisinde yapabiliyor!

Ekip, vücuttaki 20.000 geni inceledi ve farklı zamanlara bağlı güçlü gen sinyalleri gösteren yaklaşık 40 civarında gen olduğunu buldu. Başka bir deyişle, bu 40 genin bir kişinin iç saatine bağlı olarak günün belirli saatlerinde aktifleşme olasılığının daha yüksek olduğu saptandı. Örneğin, bir insanın bedeni saatin sabah 6 olduğunu düşünüyorsa, A genini B den daha fazla ifade eder; saatin sabah 8 olduğunu düşünüyorsa, belki de daha fazla C genini ve biraz da A ve B genlerini ifade edecektir. TimeSignature testi bu kalıpları öğrenir ve vücudun saatinin ne zaman olduğu ile ilgili bir tahminde bulunabilir.

Düşünen Makine

Saat geni programının periferik kandaki mononükleer hücreler (PBMC) dahil hemen hemen tüm dokularda mevcut olduğu keşfi, hücreye özerk saatlerin varlığını göstermektedir ve sirkadiyen değerlendirme için alternatif bir yaklaşım sunmaktadır. Bu periferik saatler, pineal hormon olan melatoninin ritmik ekspresyonunu ve adrenalden kortizol sekresyonunu tetiklediği gibi vücut sıcaklığını ve beslenme ritmini de düzenleyen, hipotalamik suprakiazmatik nükleusun (SCN) içindeki nöral pacemaker ile senkronize olmuştur. PBMC’deki gen ekspresyonundaki değişiklikler alışılmış uyuma-uyanma zamanlarıyla ilişkilidir ve PBMC ritmlerinin, sirkadyen uyuma-uyanma değişikliklerini tetikleyen SCN’deki pacemaker tarafından resetlendiği kavramıyla tutarlıdır.

Northwerstern üniversitesi Feinberg Tıp Fakültesi Nöroloji anabilim dalında uyku tıbbı şefi olan eş yazar Dr. Phyllis Zee şöyle diyor:

Bu gerçekten kişiselleştirilmiş tıbbın ayrılmaz bir parçası. Pek çok ilacın dozaj için en uygun zamanları vardır. Vücudunuzda saatin kaç olduğunu bilmek, en etkili yararı elde etmek için kritik öneme sahiptir. Tansiyon ilacı, kemoterapi veya radyasyon almak için en iyi zaman başkalarından farklı olabilir.

Bu ve bunun gibi çalışmalar da umarız çözüme kavuşmamış hastalıkların tedavisinde bir umut ışığı olur.

Biyolojik Saatler ve Ritmler 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 ritmler 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.

Ayrıca Biyolojik Saatler, çok önemli bir diğer olayın sağlanabilmesi için evrimleşmiştir: Av zamanları. Bir grup canlı, gündüzleri aktifken, bir diğer grup geceleri aktiftir. Eğer bir av geceleri aktifse, o avın avcısının biyolojik saati, gece kalkmak üzere "kurulmuştur", böylece potansiyel yemeğini asla kaçırmaz. Aynı şekilde avlar da, mümkün olduğunca avcıların ortamda bulunmadığı zaman aktif olmaya çalışırlar. Elbette, meydana gelen zorunlu çakışmalar sonucu "avlanma" olayı gerçekleşir. Örneğin Türkiye'de bolca görebileceğiniz avurtlak ve kör fareler, kışın akşam 5-7 gibi ortaya çıkmaktadır. Bu saatlerde hava kararmaya başlar ve diurnal (gündüz avlanan) avcılar artık gündüzkü kadar iyi göremezler. Tabii bu defa da, nokturnal (gece avlanan) avcılar başa bela olmaktadır. İşte buna, doğal denge denir.

Bir diğer evrimleşme sebebi ise organizmaların doğal ortama katılabilmeleri içindir. Örneğin uykudan uyanmadan önce, insan biyolojik saati kortizol hormonu salgılayarak metabolik hızı arttırırlar, böylece başlayacak gün için enerji ihtiyacı hissetmeyiz. 

Biyolojik Saat Neden Önemlidir? 

Biyolojik saatleri vücudumuz pek çok yerde kullanmaktadır. Örneğin tıpkı bir saat çaların belirlenen bir saatte çalması gibi, canlıların vücudundaki biyolojik saatler de belirli zamanlarda belirli tepkilerin verilmesini sağlarlar. Örneğin bir canlının beslenme koşulları en iyi olduğu zaman, organizmanın aktivitesini arttırmaya çalışırlar.

Öte yandan biyolojik saatler, zamanı farkında olmadan ölçmemizi sağlarlar. Bu, beslenme, çiftleşme, göç, dinlenme ve diğer aktivitelerimizi ayarlamamızı sağlar.

Bir diğer görevi ise, bulunduğumuz ortamın zaman dilimine adapte olabilmemizdir. Çünkü her canlının bulunduğu ortama adapte olduğu bir zaman hissiyatı (time sense) vardır. Örneğin arılar, günün hangi saatinde beslenmeleri gerektiğini çok iyi bilirler. İşte bu, Biyolojik Saat yardımıyla gerçekleşir.

Biyolojik Saatler Nerede Kullanılırlar?

Günlük hayatımızda biyolojik saatler ile ilgili birçok durumla karşılaşırız. Bunlardan en meşhur ikisi, gece mesaisi ve jet-lag'dir. Gece mesaisi yapan insanların biyolojik saatleri kayacağı için, o gün ve sonraki günlerde eski dengesini sağlamakta zorlanacaktır. Bunun sebebi, bazı hormonların biyolojik saate göre salgılanmalarıdır ve bu hormonlar salgılanmayınca, insanın doğal dengesi bozulacaktır.

Jet-lag olayı ise, uzun uçuşlar sebebiyle gün saatinin değişiminin insan vücuduna yansımasıdır. Örneğin, Türkiye-Almanya arası 2-3 saat, Almanya-Amerika arası 9-10 saat sürmektedir. Aktarmaların 4 saat ve 7 saat olduğunu varsayarsak, Amerika'dan Türkiye'ye gelmek yaklaşık 24 saat sürmektedir. Dünya, batıdan doğuya döndüğü için, uçak da Amerika dönüşü doğuya doğru uçtuğu için, örneğin 14 Haziran tarihinde saat 15.00'da Amerika'dan yola çıkan biri, Dünya üzerinde sabitlenmiş bir noktaya göre 24 saat sonra, 15 Haziran tarihinde saat 15.00 civarında iniş yapacaktır. Ancak uçuş boyunca, kişi öğlen vakti yola çıkmasına rağmen, Güneş'in doğduğu ve ilerlediği yöne doğru ilerleyeceğinden, gün çok hızlı geçecek ve bir an önce gece olacaktır.

Benzer şekilde, daha uyuma fırsatı bulamadan gece bitecektir; zira "Güneş'in yönü"nde (doğuya) gidildiği için, 8 saatlik bir gece 4-5 saate kadar inebilecektir. Bu sebeple bir an önce günler değişecektir. İşte bu, biyolojik saatimizin sapmasına ve bünyemizin işlevlerini düzgün yerine getirememesine sebep olur.