Циркадные ритмы и гормональные циклы

Многие гормоны секретируются не с постоянной скоростью, а их уровень повышается и понижается в соответствии с примерно 24-часовым графиком, устанавливаемым внутренними часами. Центральный водитель ритма в гипоталамусе синхронизирует эти ритмы с циклом день-ночь, так что такие гормоны, как кортизол, гормон роста и мелатонин, достигают пика в характерное для них время.

Definition

Гормональные циркадные ритмы — это приблизительно 24-часовые циклы секреции гормонов, генерируемые внутренними молекулярными часами и синхронизируемые с окружающей средой супрахиазматическим ядром гипоталамуса.

Scope

Тема охватывает молекулярные и анатомические основы циркадных часов млекопитающих, роль супрахиазматического ядра как главного водителя ритма, то, как часы навязывают ежедневные ритмы секреции гормонов, и различие между циркадными, пульсирующими и более длительными гормональными циклами. Это физиологическая тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Что генерирует циркадный ритм на молекулярном уровне?
• Как супрахиазматическое ядро действует как главные часы?
• Какие гормоны демонстрируют выраженные суточные ритмы и когда они достигают пика?
• Как циркадные ритмы соотносятся с пульсирующими и более длительными гормональными циклами?

Key concepts

• Супрахиазматическое ядро (главные часы)
• Часовые гены и петля обратной связи транскрипции-трансляции
• Синхронизация со светом
• Суточный ритм кортизола
• Мелатонин и цикл сон-бодрствование
• Ночная секреция гормона роста
• Пульсирующая против циркадной секреции
• Ультрадианные и инфрадианные циклы

Key theories

Петля обратной связи транскрипции-трансляции

Клеточные циркадные часы построены из набора часовых генов, белковые продукты которых ингибируют собственную транскрипцию; задержка в этой петле отрицательной обратной связи производит самоподдерживающиеся колебания с периодом около 24 часов.

Центральный водитель ритма, синхронизирующий периферические ритмы

Супрахиазматическое ядро, синхронизируемое со светом сетчаткой, координирует часы по всему телу и навязывает ежедневное расписание нейроэндокринному выходу, выравнивая гормональные ритмы с циклом день-ночь.

Mechanisms

Внутри отдельных клеток основной набор часовых генов образует петлю обратной связи транскрипции-трансляции: активирующие белки стимулируют экспрессию генов-репрессоров, продукты которых затем ингибируют активаторы, а встроенная задержка приводит к самоподдерживающимся колебаниям продолжительностью около 24 часов. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса содержит сеть таких часовых клеток, ежедневно сбрасывается световыми сигналами от сетчатки и действует как главный водитель ритма, который синхронизирует периферические часы и нейроэндокринный выход. Через нервные и гормональные пути супрахиазматическое ядро навязывает ежедневное расписание гипоталамо-гипофизарным осям, так что кортизол достигает пика около пробуждения, гормон роста высвобождается в основном в начале глубокого сна, а мелатонин повышается ночью. Эти циркадные ритмы накладываются на более быструю пульсирующую секрецию и на более длительные циклы, такие как менструальный цикл.

Clinical relevance

Поскольку уровни гормонов предсказуемо меняются в течение дня, время измерения гормона является частью интерпретации его значения, а нарушение циркадного ритма признается физиологически значимым. Данная статья описывает время нормальной секреции и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Модель молекулярных часов и роль супрахиазматического ядра как водителя ритма установлены в широко цитируемых обзорах; открытие механизма обратной связи часовых генов было отмечено Нобелевской премией по физиологии или медицине 2017 года. Связь часов с эндокринным выходом, в частности с осью ГГН, обобщена в специализированных обзорах.

History

Ежедневные ритмы в физиологии наблюдались давно, но их эндогенная, генетически обусловленная природа была продемонстрирована в конце двадцатого века. Идентификация супрахиазматического ядра как главных часов млекопитающих и последующее клонирование часовых генов выявили петлю обратной связи транскрипции-трансляции, предоставив молекулярный механизм для ежедневного регулирования времени секреции гормонов.

Key figures

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

Seminal works

• reppert-weaver-2002
• takahashi-2016

Frequently asked questions

Что такое главные часы организма?

Супрахиазматическое ядро, небольшая область гипоталамуса. Оно генерирует самоподдерживающийся примерно 24-часовой ритм, ежедневно сбрасывается светом и синхронизирует часы и гормональные ритмы по всему телу.

Почему уровень кортизола меняется в течение дня?

Циркадные часы управляют осью ГГН, так что секреция кортизола достигает пика примерно во время пробуждения и падает до минимума ночью, производя свой характерный суточный ритм.