Nhịp sinh học và chu kỳ hormone

Nhiều hormone không được tiết ra với tốc độ không đổi mà tăng và giảm theo chu kỳ khoảng 24 giờ do đồng hồ sinh học bên trong thiết lập. Một bộ điều hòa trung tâm ở vùng dưới đồi đồng bộ hóa các nhịp điệu này với chu kỳ ngày-đêm, để các hormone như cortisol, hormone tăng trưởng và melatonin đạt đỉnh vào những thời điểm đặc trưng.

Definition

Nhịp sinh học hormone là các chu kỳ tiết hormone khoảng 24 giờ được tạo ra bởi một đồng hồ phân tử bên trong và được đồng bộ hóa với môi trường bởi nhân trên chéo vùng dưới đồi.

Scope

Chủ đề này bao gồm cơ sở phân tử và giải phẫu của đồng hồ sinh học có vú, vai trò của nhân trên chéo (suprachiasmatic nucleus) như bộ điều hòa chính, cách đồng hồ sinh học áp đặt nhịp điệu hàng ngày lên sự tiết hormone, và sự phân biệt giữa chu kỳ hormone theo nhịp sinh học, theo nhịp đập và chu kỳ dài hơn. Đây là một chủ đề sinh lý học, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điều gì tạo ra nhịp sinh học ở cấp độ phân tử?
• Nhân trên chéo hoạt động như đồng hồ chính như thế nào?
• Những hormone nào thể hiện nhịp điệu hàng ngày nổi bật và chúng đạt đỉnh khi nào?
• Nhịp sinh học liên quan đến các chu kỳ hormone theo nhịp đập và dài hơn như thế nào?

Key concepts

• Nhân trên chéo (đồng hồ chính)
• Các gen đồng hồ và vòng lặp phản hồi phiên mã-dịch mã
• Đồng bộ hóa với ánh sáng
• Nhịp điệu ngày đêm của cortisol
• Melatonin và chu kỳ ngủ-thức
• Sự tiết hormone tăng trưởng vào ban đêm
• Sự tiết theo nhịp đập so với nhịp sinh học
• Chu kỳ siêu nhịp và hạ nhịp

Key theories

Vòng lặp phản hồi phiên mã-dịch mã

Đồng hồ sinh học tế bào được xây dựng từ một tập hợp các gen đồng hồ mà các sản phẩm protein của chúng ức chế quá trình phiên mã của chính chúng; sự chậm trễ trong vòng lặp phản hồi âm này tạo ra một dao động tự duy trì với chu kỳ khoảng 24 giờ.

Bộ điều hòa trung tâm đồng bộ hóa các nhịp điệu ngoại vi

Nhân trên chéo, được đồng bộ hóa với ánh sáng bởi võng mạc, điều phối các đồng hồ trong toàn bộ cơ thể và áp đặt thời gian hàng ngày lên đầu ra nội tiết thần kinh, điều chỉnh nhịp điệu hormone với chu kỳ ngày-đêm.

Mechanisms

Trong từng tế bào riêng lẻ, một tập hợp các gen đồng hồ cốt lõi tạo thành một vòng lặp phản hồi phiên mã-dịch mã: các protein kích hoạt thúc đẩy sự biểu hiện của các gen ức chế mà sản phẩm của chúng sau đó ức chế các chất kích hoạt, và sự chậm trễ tích hợp tạo ra một dao động tự duy trì khoảng 24 giờ. Nhân trên chéo của vùng dưới đồi chứa một mạng lưới các tế bào đồng hồ như vậy, được thiết lập lại mỗi ngày bởi tín hiệu ánh sáng từ võng mạc, và hoạt động như bộ điều hòa chính đồng bộ hóa các đồng hồ ngoại vi và đầu ra nội tiết thần kinh. Thông qua các con đường thần kinh và nội tiết, nhân trên chéo áp đặt thời gian hàng ngày lên các trục dưới đồi-tuyến yên, do đó cortisol đạt đỉnh gần thời điểm thức dậy, hormone tăng trưởng được giải phóng chủ yếu vào đầu giấc ngủ sâu, và melatonin tăng vào ban đêm. Các nhịp sinh học này được chồng lên sự tiết theo nhịp đập nhanh hơn và các chu kỳ dài hơn như chu kỳ kinh nguyệt.

Clinical relevance

Vì nồng độ hormone thay đổi một cách có thể dự đoán được trong ngày, thời điểm đo hormone là một phần của việc giải thích giá trị của nó, và sự gián đoạn thời gian theo nhịp sinh học được công nhận là có hậu quả sinh lý. Mục này mô tả thời gian tiết bình thường và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Mô hình đồng hồ phân tử và vai trò bộ điều hòa của nhân trên chéo được thiết lập trong các bài đánh giá được trích dẫn rộng rãi; việc phát hiện cơ chế phản hồi gen đồng hồ đã được công nhận bằng Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2017. Sự kết nối của đồng hồ sinh học với đầu ra nội tiết, đặc biệt là trục HPA, được tóm tắt trong các bài đánh giá chuyên biệt.

History

Các nhịp điệu hàng ngày trong sinh lý học đã được quan sát từ lâu, nhưng bản chất nội sinh, dựa trên di truyền của chúng đã được chứng minh vào cuối thế kỷ XX. Việc xác định nhân trên chéo là đồng hồ chính của động vật có vú và việc nhân bản các gen đồng hồ sau đó đã tiết lộ vòng lặp phản hồi phiên mã-dịch mã, cung cấp một cơ chế phân tử cho thời gian tiết hormone hàng ngày.

Key figures

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

Seminal works

• reppert-weaver-2002
• takahashi-2016

Frequently asked questions

Đồng hồ chính của cơ thể là gì?

Nhân trên chéo, một vùng nhỏ của vùng dưới đồi. Nó tạo ra một nhịp điệu tự duy trì khoảng 24 giờ, được thiết lập lại hàng ngày bởi ánh sáng, và đồng bộ hóa các đồng hồ và nhịp điệu hormone trong toàn bộ cơ thể.

Tại sao cortisol thay đổi trong ngày?

Đồng hồ sinh học điều khiển trục HPA để sự tiết cortisol tăng đến đỉnh điểm vào khoảng thời gian thức dậy và giảm xuống mức thấp nhất vào ban đêm, tạo ra nhịp điệu hàng ngày đặc trưng của nó.