Den biologiska klockan tickar ständigt med exakt inställda kugghjul. Den vill inte bli rörd. I vår nuvarande 24-timmarsvärld går vi emot vår inre rytm , som reglerar när vi är mest nöjda med mat.
Levande organismer har utvecklats till ständiga förändringar i mörker och ljus under året. Det har varit viktigt att spara energi under ljusa, fruktbara årstider för tider av mörker och energibrist. Däggdjur ökar fettvävnaden hos sina byten eller lagrar matvaror i förråd inför vinterns matbrist.
På hösten, när dagsljuset minskar, reagerar tallkottkörteln med en ökad produktion av melatonin. Serotonin fungerar som substrat. Om serotoninkoncentrationerna i hjärnan minskar och aptitnivåerna ökar är det en utlösande faktor för. De variationer som sker under dagen, förutom andra saker serotoninnivåerna styr aptiten under dagen och natten hos friska individer. Ett flertal blodprover, bland annat kolesterol, triglycerider och D-vitamin och E-vitamin har säsongsvariationer; hur stora de är beror på personens ålder.
Förmågan att anpassa sig till influenserna från de globala cirkadiska mönstren är därför en conditio sine qua non för livet. det är uppenbart att alla levande varelser har absorberat och bevarat detta livsviktiga cirkadiska mönster i sitt DNA.
Ljusets betydelse betonas i Första Moseboken, där Gud förklarade “att “i himlavalvet skall det finnas ljus, och de skall skilja dag från natt och skilja mellan högtider, dagar och år”. På 1700-talet organiserade Carl von Linne och andra vetenskapsmän sina observationer av periodiska fenomen i djur- och växtriket. Betydelsen av de rytmer som uppstår i vårt cirkadiska system för fysiologiska processer undersöktes på 1900-talet inom medicin, biologi och neurovetenskap samt inom social- och arbetsmedicin och i mindre utsträckning inom näringslära. Inom kronofarmakologin har man undersökt hur nattens rytm påverkar läkemedels farmakokinetik och förändringar i de biologiska markörer som uppträder under dagen och sjukdomsutbrott.
Inom kronobiologin undersöker man hur den cirkadiska rytmen kan kontrolleras.
Inom området mat, näring och hälsa men effekten av cirkadisk rytm och sömn har inte påverkat forskningsområdet. Kostepidemiologi, näringsriktlinjer och mål för folkhälsopolitiken fortsätter att fokusera på näring, matval och fysisk aktivitet. Nyligen släpptes två välkända vetenskapliga böcker samt en populärvetenskaplig tidskrift med avsikt att förstå hur hjärnan och den cirkadiska rytmen påverkar matvanor och ämnesomsättning.
Levande organismers rytmer studeras inom området kronobiologi. En rytm (svängningscykler, periodicitet etc.) är en serie händelser som under hela tiden inträffar i samma ordning och med samma intervall. En allmän mekanism reglerar rytmerna.
Den cirkadiska processen (den dagliga cykeln) för människor har en hierarkisk struktur som använder den suprachiasmatiska kärnan (SCN) som ligger i hypotalamus och som fungerar som huvudklocka för flera klockgener i olika celler. Rytmen inom SCN förstärks och etableras av solljus och kroppsaktiviteter. SCN integrerar interna och externa data och reglerar den rytmiska aktiviteten hos perifera oscillatorer för samordning av autonoma och endokrina funktioner.
Kunskapen om hur klockgener bidrar till näringstillförseln på molekylär- och systemnivå har ökat avsevärt från slutet av 1990-talet. Den cirkadiska rytmen påverkar kroppens energibalans och därmed sammanhängande fenomen, t.ex. fluktuationer i aptiten, utnyttjandet av substrat och kolhydratmetabolismen under dygnets olika faser.
Störningar i den cirkadiska rytmen kan leda till ohälsa.
Att sova och äta vid olika tidpunkter och i fel ordning leder till en inre störning i kroppens rytmiska rytm. Asynkrona, obalanserade biologiska rytmer har identifierats som den främsta orsaken till delarna av det metabola syndromet, t.ex. insulinresistens, typ 2-diabetes, högt blodtryck och fetma, samt ett svagt immunförsvar.
Ett antal undersökningar anser att skiftarbete och ostrukturerade arbetstider leder till en dramatiskt ökad risk för metabola sjukdomar och hjärt- och kärlsjukdomar. Andra anser att dessa kopplingar inte är klarlagda genom epidemiologisk forskning. Sociala och ekonomiska faktorer kan påverka. Det är svårt att fastställa hur skiftarbete påverkar hälsoutfallet i epidemiologiska studier eftersom de som är friska och stannar kvar i skiftarbete under långa perioder väljs ut och är är inte representativa för hur arbetsmiljön påverkar hälsan, den så kallade hälsobeslutsamma arbetstagarens inverkan.
Studier har visat att postprandiala effekter och glukosmetabolism förändras under dagen och att nattätande är en riskfaktor. Djurstudier visar att sannolikheten för missfall, metabolisk förmåga kondition, hälsa och livslängd beror på om kroppens cirkadiska rytm är instabil eller störd.
Det allmänna levnadsmönstret i ett dygnet runt-samhälle hindrar hjärnans förmåga att hålla den biologiska rytmen med regelbunden periodisk mat och aktiviteter som är synkroniserade med kroppens metaboliska process. Brist på sömn, behovet av att hålla sig inomhus och inaktivitet kan leda till att kroppens endogena rytm störs. påverkas av otillräckliga timers (zeitgebers eller Entrainers) eller timers som är inställda vid fel tidpunkt.
Många forskare anser att en störd cirkadisk rytm är en faktor i den snabba ökningen av typ 2-diabetes, fetma, hjärt- och kärlsjukdomar och andra sjukdomar. Effekterna av en störd cirkadisk rytm kan också vara bidragande faktorer till utvecklingen av reproduktionsstörningar, cancer samt inflammatoriska störningar ätstörningar, depression och humörstörningar.
Jetlag – den naturliga rytmen har kommit ur balans.
Den cirkadiska rytmen i det biologiska systemet uppfattas som “självklar” innan den störs av arbete på natten skrikande barn som reser över hela jordklotet, eller åldersrelaterade förändringar i hypotalamus, som ligger i mellanhjärnan. Det är här som rytmerna för temperatur, matintag fastande, sömn och temperatur härleds. I dessa fall kan vi tydligt känna effekterna av våra inre klockor i hjärnan, kroppen och periferin som står i motsats till världens kosmiska och sociala cykler. Detta är inte särskilt förvånande eftersom vakenhet, sömn och aptit, mättnad, urinproduktion och fysisk temperatur hormonfrisättning och andra saker är kopplade till den cirkadiska klockan.
Den endogena, naturliga cirkadiska (efter latinets circa diem, som översätts till ungefär en dag) 24-timmarscykeln är ungefär 24. Den skulle kunna vara betydligt kortare eller större, men detta blir bara uppenbart när den tillåts vara fri från externa timers som tvingar rytmen att synkronisera sig med den kosmiska dagen. Att göra övergången till en annan tidszon kan ta ett par gånger per timmes förändring. Övergången till nattarbete kommer inte att vara fullständig eftersom det är omöjligt att helt eliminera externa timers som kan hindra anpassningsprocessen.
Sömnbrist ökar risken för övervikt.
Sömnstörningar förändrar den cirkadiska rytmen samt energiomsättningen. En rad olika studier om sömnens epidemiologi har visat att kort sömn är kopplad till ett högre BMI och en högre förekomst av diabetes typ 2. Effekterna av mindre sömn på energiomsättningen, särskilt sockeromsättningen, har bevisats genom observationsstudier och kliniska studier. Sambandet mellan sömnbrist och en ökning av BMI kan förklaras med ökningen av sympatikusaktivering kortisolnivåer, kortisolnivåerna stiger och omsättningen av sköldkörtelhormoner förändras det anorektiska mättnadshormonet leptin minskar och det aptitstimulerande hormonet orexigena Ghrelinnivåerna ökar hos personer som sover mindre.
Risken för övervikt ökar med mindre sömn eftersom ätandet sker under mer aktiva timmar. Vid ständig trötthet finns det lägre energinivåer för fysiska aktiviteter och mindre energiförbrukning.
Frukost kan kväva suget under hela dagen.
8 timmars vila utan att äta före eller efter , vilket innebär att under normala förhållanden sker ätandet under halva dagen för vuxna. Äldre och spädbarn kan ha svårt att uthärda en längre fasta på grund av minskade energinivåer i kroppen, i kombination med organ som inte är mogna eller försvagade av åldern.
Den dagliga fastan på 12 timmar kan utlösa intensiva hungerkänslor. När det gäller nattfasta är situationen helt annorlunda. Energiförsörjningen upprätthålls av de rytm- och sömnberoende mekanismer som reglerar den endogena frisättningen av blodglukos genom glykogenolys och glukoneogenesprocessen. Under tiden är insulinresistensen uppenbar. På kvällen använder kroppen glukos främst för att ge energi till hjärnan. Hjärnans ämnesomsättning saktar ner och den motoriska aktiviteten minskar också. Det förändrade metaboliska och passiva tillståndet under sömnen kan leda till ökad anabolism samt ett förbättrat immunförsvar.
Glukostoleransen sjunker under hela dagen och insulinresistensen ökar på kvällen och eftermiddagen (eftermiddagsdiabetes) i studier där man använder intravenösa glukosinfusioner under 24 timmar. Svaret på glukos och insulin är mer intensivt efter att ha ätit vid 22.00-tiden jämfört med om man äter exakt samma mat vid samma tidpunkt vid 10.00-tiden [1111]. Blodglukosnivån är högst i början av morgonen före aktivitetsperioden, möjligen för att säkerställa att personen kan vara aktiv och söka mat efter fastan.
På natten minskar hungerkänslorna genom en ghrelinmedierad interaktion och leptin. När tiden för att vakna närmar sig ökar nivåerna av neuropeptid (NPY) i hjärnan och mängden serotonin sjunker. Båda dessa förändringar får personen att konsumera mat. Efter nattfastan måste glykogenlagren fyllas på. Insulinresponsen på morgonen är den mest lämpliga för matens glykogena effekter. Detta innebär att GI (matens glykemiska betyg) påverkas av tiden på dagen. Det är anledningen till att GI inte är som ett “fast” mått.
Det är ingen överraskning att frukosten är ett viktigt livsmedel. Känslan av tillfredsställelse är störst under morgonen. Frukosten kan ha en positiv (dämpande) påverkan på den mängd energi som konsumeras under resterande dagar. På kvällen när mättnadskänslan minskar och därmed ökar risken för övervikt.
Icke idisslande däggdjur kan äta under fasväxlingar mellan mörker och ljus samt under fasta och aktivitet. Resultaten av en studie av dag-, två- och treskiftsarbete visar att mängden energi som konsumeras varierar i förhållande till arbetstiden, med undantag för de tidiga kvällstimmarna , då det konsumerades en liknande mängd mat oavsett skift.
Matklockor som inte är synkroniserade
Tidssignaler som genereras av SCN synkroniseras med perifera tidsoscillatorer, även kallade klockgener, som finns i organ och celler: njurar, lever och bukspottkörteln. Det finns vanligtvis en omvänd fasförskjutning mellan hjärnan och de perifera cellerna; klockcellerna i det perifera området ligger 4 timmar efter SCN-klockan. Forskning på råttor har visat att hjärnans rytm och de perifera nerverna inte är synkroniserade när matintag serveras på en gång under dagen till de nattliga råttorna. Detta innebär att SCN:s rytm bibehålls i samma takt medan pulsen i de perifera cellerna vänder och anpassas till den nya kostrutinen. Efter några dagar börjar råttan bli orolig under en tid före den nya tiden för att äta och ökar sedan den mängd energi som konsumeras för att tillfredsställa dagens behov.
Andra studier visar att när SCN har förstörts fullständigt av gnagare upphör dygnsvariationerna i glukosnivåerna.
En minskning av rytmen för glukostolerans och insulinproduktion observeras hos personer som lider av diabetes typ 1 och 2, och även hos personer som inte har någon effekt på blodtrycket på natten när de sover. Man tror att människor som är yngre har uttömt SCN genom att äta och sova vid fel tidpunkter och att de endokrina problemen för äldre beror på åldrandeprocessen och atrofierade celler i hypotalamus.
Två möjliga slutsatser kan dras. Den första är att äta vid fel tidpunkt som är förknippad med den cirkadiska cykeln resulterar i en obalans i tiden mellan SCN och det perifera. SCN kan utlösa en underliggande rytm av vakenhet, sömn och energimobilisering, medan kroppens organ väntar på att äta vid fel tidpunkt i enlighet med rytmen. Det andra resultatet är att ljuset fungerar som en timer som används av SCN och maten fungerar som en timer för de perifera klockorna.
Observationerna av Ramadan Den muslimska fastemånaden, avslöjar att fasta på dagtid kan påverka de neuroendokrina och endokrina cirkadiska rytmerna. Kortisolnivåerna fluktuerar under hela dagen, vilket vanligtvis används för att fastställa strukturen och anpassningen till den cirkadiska rytmen alter. Den kortisolhöjning som vanligtvis sker under morgontimmarna flyttas senare till 21.00 på kvällen.
Den biologiska klockan upprätthåller den cirkadiska rytmen i rätt ordning.
Rollerna i den biologiska klockan är i grunden att
- Identifiera regelbundet förekommande miljöhändelser.
- se till att de fysiologiska processerna äger rum vid rätt tidpunkt.
- se till att vi förvaltar kroppens resurser så att vävnader, celler och organ inte behöver överbelastas hela dagen eller på oväntade sätt.
- Synkronisera våra aktiviteter med vår omgivning.
- vara flexibel och klara plötsliga förändringar i omgivningen eller i beteendet.
- integrera nya, regelbundet upprepade händelser som att memorera nya måltider eller när vi ska stiga upp tidigt på morgonen.
Om de externa tidtagarna inte fungerar och rytmen inte hänger med och individens biorytm och sociala mönster är ur synk med dagens astronomiska klocka.
Den cirkadiska rytmen som ligger till grund för ätandet.
Intaget av energi och valet av livsmedel som har olika energitäthet och portionsstorlek är till största delen beroende av kroppens energibalans. Tidpunkten för måltiderna påverkas beroende på vilken tid på dygnet det är. För den person som är dagaktig är kontrollerna inställda på matintag under dagen och fasta på natten. Den cirkadiska rytmen har därför den mest betydelsefulla rollen för ätandet. De hormonsignaler som kommer från de perifera vävnaderna överför hur näringsriktig en person är till hypotalamus. Dessa centra reglerar aptiten och mättnaden med hänsyn till den cirkadiska rytmen.
Den “grundläggande principen” för att reglera födointaget är att stoppa viktminskning, möjliggöra nattfastan och ändra mängden protein, kolhydrater och fett (från livsmedel eller vävnader) i enlighet med dygnets gång, samt akut och långsiktigt energibehov. Det är hjärnans förmåga att upptäcka energiförlust i kroppen. Den reagerar också på förändrade energibehov och förutspår förändringar i tillgången på mat, t.ex. under dagen och under året.
Den cirkadiska rytmen påverkar mer än aptit och mättnad. SCN reglerar matsmältning, kinetik och metabolism av matmolekyler genom att reglera genuttryck och aktiviteten hos enzymer som är involverade i metabolismen aminosyror, kolesterol glykogen, lipider, glykogen och glukos. Hormoner som reglerar energi som insulin och glukagon samt kortikosteron, adiponektin och ghrelin befinner sig också i ett tillstånd av oscillation enligt den cirkadiska rytmen. SCN påverkar ämnesomsättningen och energihomeostasen i levern liksom i perifer vävnad genom att frigöra och aktivera transport- och hormonsystem som är som är involverade i t.ex. kolesterolmetabolismen kontrollen av aminosyror och ämnesomsättningen av läkemedel och läkemedel och citronsyracykeln samt sockermetabolismen, bl.a. glukos. En störd cirkadisk rytm är förknippad med en ökad risk för cancer , metaboliskt syndrom och övervikt.