ریتم‌های شبانه‌روزی و چرخه‌های هورمونی

بسیاری از هورمون‌ها با نرخ ثابتی ترشح نمی‌شوند، بلکه بر اساس یک برنامه تقریباً ۲۴ ساعته که توسط یک ساعت داخلی تنظیم می‌شود، افزایش و کاهش می‌یابند. یک ضربان‌ساز مرکزی در هیپوتالاموس این ریتم‌ها را با چرخه شبانه‌روز هماهنگ می‌کند، به طوری که هورمون‌هایی مانند کورتیزول، هورمون رشد و ملاتونین در زمان‌های مشخصی به اوج خود می‌رسند.

Definition

ریتم‌های شبانه‌روزی هورمونی، چرخه‌های تقریباً ۲۴ ساعته ترشح هورمون هستند که توسط یک ساعت مولکولی داخلی تولید شده و توسط هسته سوپراکیاسماتیک هیپوتالاموس با محیط هماهنگ می‌شوند.

Scope

این موضوع شامل مبانی مولکولی و آناتومیکی ساعت شبانه‌روزی پستانداران، نقش هسته سوپراکیاسماتیک به عنوان ضربان‌ساز اصلی، چگونگی تحمیل ریتم‌های روزانه بر ترشح هورمون توسط ساعت، و تمایز بین چرخه‌های هورمونی شبانه‌روزی، ضربانی و طولانی‌تر است. این یک موضوع فیزیولوژی است، نه راهنمای بالینی.

Core questions

• چه چیزی یک ریتم شبانه‌روزی را در سطح مولکولی تولید می‌کند؟
• هسته سوپراکیاسماتیک چگونه به عنوان ساعت اصلی عمل می‌کند؟
• کدام هورمون‌ها ریتم‌های روزانه برجسته‌ای را نشان می‌دهند و چه زمانی به اوج خود می‌رسند؟
• ریتم‌های شبانه‌روزی چه ارتباطی با ترشح ضربانی و چرخه‌های هورمونی طولانی‌تر دارند؟

Key concepts

• هسته سوپراکیاسماتیک (ساعت اصلی)
• ژن‌های ساعت و حلقه بازخورد رونویسی-ترجمه
• همگام‌سازی با نور
• ریتم شبانه‌روزی کورتیزول
• ملاتونین و چرخه خواب-بیداری
• ترشح شبانه هورمون رشد
• ترشح ضربانی در مقابل ترشح شبانه‌روزی
• چرخه‌های اولترادیان و اینفرادیان

Key theories

حلقه بازخورد رونویسی-ترجمه

ساعت شبانه‌روزی سلولی از مجموعه‌ای از ژن‌های ساعت ساخته شده است که محصولات پروتئینی آن‌ها رونویسی خود را مهار می‌کنند؛ تأخیر در این حلقه بازخورد منفی یک نوسان خودپایدار با دوره‌ای حدود ۲۴ ساعت تولید می‌کند.

ضربان‌ساز مرکزی که ریتم‌های محیطی را هماهنگ می‌کند

هسته سوپراکیاسماتیک، که توسط شبکیه با نور همگام می‌شود، ساعت‌ها را در سراسر بدن هماهنگ می‌کند و زمان‌بندی روزانه را بر خروجی نورواندوکرین تحمیل می‌کند و ریتم‌های هورمونی را با چرخه شبانه‌روز همسو می‌سازد.

Mechanisms

درون سلول‌های منفرد، مجموعه‌ای اصلی از ژن‌های ساعت یک حلقه بازخورد رونویسی-ترجمه را تشکیل می‌دهند: پروتئین‌های فعال‌کننده، بیان ژن‌های سرکوب‌کننده را تحریک می‌کنند که محصولاتشان سپس فعال‌کننده‌ها را مهار می‌کنند، و تأخیر داخلی یک نوسان خودپایدار تقریباً ۲۴ ساعته را ایجاد می‌کند. هسته سوپراکیاسماتیک هیپوتالاموس حاوی شبکه‌ای از چنین سلول‌های ساعتی است، هر روز توسط سیگنال‌های نوری از شبکیه بازنشانی می‌شود و به عنوان ضربان‌ساز اصلی عمل می‌کند که ساعت‌های محیطی و خروجی نورواندوکرین را هماهنگ می‌کند. از طریق مسیرهای عصبی و هورمونی، هسته سوپراکیاسماتیک زمان‌بندی روزانه را بر محورهای هیپوتالاموس-هیپوفیز تحمیل می‌کند، به طوری که کورتیزول نزدیک بیداری به اوج خود می‌رسد، هورمون رشد عمدتاً در اوایل خواب عمیق آزاد می‌شود و ملاتونین در شب افزایش می‌یابد. این ریتم‌های شبانه‌روزی بر ترشح ضربانی سریع‌تر و بر چرخه‌های طولانی‌تر مانند چرخه قاعدگی سوار می‌شوند.

Clinical relevance

از آنجایی که سطح هورمون‌ها در طول روز به طور قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند، زمان اندازه‌گیری یک هورمون بخشی از تفسیر ارزش آن است، و اختلال در زمان‌بندی شبانه‌روزی به عنوان پیامد فیزیولوژیکی شناخته شده است. این مدخل زمان‌بندی ترشح طبیعی را توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.

Evidence & guidelines

مدل ساعت مولکولی و نقش ضربان‌ساز هسته سوپراکیاسماتیک در بررسی‌های گسترده‌ای که به آن‌ها استناد شده است، تثبیت شده‌اند؛ کشف مکانیسم بازخورد ژن ساعت با جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی در سال ۲۰۱۷ به رسمیت شناخته شد. اتصال ساعت به خروجی غدد درون‌ریز، به ویژه محور HPA، در بررسی‌های اختصاصی خلاصه شده است.

History

ریتم‌های روزانه در فیزیولوژی مدت‌ها مشاهده شده بودند، اما ماهیت درونی و ژنتیکی آن‌ها در اواخر قرن بیستم نشان داده شد. شناسایی هسته سوپراکیاسماتیک به عنوان ساعت اصلی پستانداران و کلون‌سازی متعاقب ژن‌های ساعت، حلقه بازخورد رونویسی-ترجمه را آشکار کرد و مکانیسم مولکولی برای زمان‌بندی روزانه ترشح هورمون را فراهم آورد.

Key figures

• Joseph S. Takahashi
• Steven M. Reppert
• Michael W. Young
• George P. Chrousos

Seminal works

• reppert-weaver-2002
• takahashi-2016

Frequently asked questions

ساعت اصلی بدن چیست؟

هسته سوپراکیاسماتیک، ناحیه کوچکی از هیپوتالاموس. این هسته یک ریتم خودپایدار تقریباً ۲۴ ساعته تولید می‌کند، روزانه توسط نور بازنشانی می‌شود و ساعت‌ها و ریتم‌های هورمونی را در سراسر بدن هماهنگ می‌کند.

چرا کورتیزول در طول روز تغییر می‌کند؟

ساعت شبانه‌روزی محور HPA را به گونه‌ای هدایت می‌کند که ترشح کورتیزول در حدود زمان بیداری به اوج خود می‌رسد و در شب به حداقل می‌رسد و ریتم روزانه مشخص خود را تولید می‌کند.