Rytm dobowy stanowi jeden z najważniejszych mechanizmów regulujących cykle sen-czuwanie, a jego zaburzenia odgrywają kluczową rolę w patogenezie wielu zaburzeń snu1. Zegar biologiczny człowieka, zlokalizowany w jądrze nadskrzyżowaniowym (SCN), reguluje rytmy snu i czuwania w organizmie2.
Molekularny mechanizm zegara dobowego
Czynniki dobowe promują czuwanie w około 24-godzinnym zegarze biologicznym, podczas gdy czynniki homeostatyczne odpowiadają na skumulowane czuwanie popędem do snu1. W mózgu, wstępujący system aktywujący siatkowaty (ARAS) promuje czuwanie, a region przedwzrokowy brzuszno-boczny (VLPR) promuje sen1.
Podstawowym mechanizmem zaburzeń rytmu dobowego jest zakłócenie zegara molekularnego3. BMAL1 jest podstawowym czynnikiem inicjującym zegar molekularny, a jego ekspresja w rogówce myszy z zaburzonym rytmem dobowym znacząco spadła3. Mutacje w określonym białku (zwanym kinazą kazeinową 1) zmieniają podstawowe białko zegara (zwane PERIOD lub PER), co zmienia rytm zegara biologicznego4.
- BMAL1 – główny inicjator zegara molekularnego
- PERIOD (PER) – białko regulujące długość cyklu dobowego
- Kinaza kazeinowa 1 – modyfikuje funkcję białek zegara
- CLOCK – współdziała z BMAL1 w regulacji rytmu
Przyczyny zaburzeń rytmu dobowego
Odpowiedzialne przyczyny zaburzeń rytmu dobowego można podzielić na dwie główne grupy: (1) środowisko nie jest dobrze wyrównane z wewnętrznym rytmem dobowym (np. praca zmianowa, różnica czasu); oraz (2) te występujące, gdy system rytmu dobowego zostaje zmieniony w stosunku do środowiska zewnętrznego (np. zespół opóźnionej fazy snu, zespół niezwiązany z 24-godzinnym rytmem, zespół zaawansowanej fazy snu, nieregularny rytm sen-czuwanie)5.
Zewnętrzne zakłócenia wpływają na jakość snu, a rutyna jednostki może odgrywać rolę w rozwoju zaburzeń snu6. Poprzez nieregulowanie rytmu dobowego i utrzymywanie stałych negatywnych nawyków snu, mogą rozwinąć się zaburzenia snu takie jak bezsenność, narkolepsja i bezdech senny6.
Zaburzenia rytmu dobowego w chorobach neurodegeneracyjnych
Jednym z czynników, które mogłyby wyjaśnić zmianę w architekturze snu, jest zakłócenie rytmu dobowego, który reguluje sen7. Wykazano, że cykl sen-czuwanie wpływa na obciążenie beta-amyloidem, centralnym składnikiem znajdowanym w chorobie Alzheimera7.
Zmniejszenie ilości i jakości snu wolnofalowego NREM, wraz z zaburzeniami snu, zwiększy płytki AB7. Chociaż związek przyczynowy jest niejasny, rozwój choroby Alzheimera koreluje z wystąpieniem znaczących zaburzeń snu7. Zmiany w architekturze snu u pacjentów z chorobą Alzheimera występują podczas fazy przedklinicznej choroby7.
Mechanizmy na poziomie jądra nadskrzyżowaniowego
Dokładne mechanizmy leżące u podstaw stopnia zakłóceń snu związanych z rytmem dobowym po urazie mózgu pozostają słabo poznane, podobnie jak potencjalne skutki urazu na jądro nadskrzyżowaniowe8. Wstępne wyniki, wraz ze zmianami histopatologicznymi obserwowanymi w jądrze nadskrzyżowaniowym, doprowadziły do centralnej hipotezy, że zakłócenia oscylacyjne sieci w ośrodku rytmu dobowego prowadzą do zakłóconych stanów snu w czasie po urazie9.
Cele badawcze obejmują identyfikację stopnia dysfunkcji i patologii związanej z interneuronami w jądrze nadskrzyżowaniowym, które mogą prowadzić do rozwoju zaburzeń sen-czuwanie obserwowanych w czasie po urazie CCI9. Badanie zmian na poziomie obwodów w klinicznie istotnym modelu zwierzęcym, równolegle z wynikami neuropatologicznymi, zapewnia potężne translacyjne podejście do zrozumienia zakłóceń normalnego snu i rytmów dobowych podczas rozwoju epileptogenezy pourazowej9.
Dysregulacja genów zegara w specyficznych zaburzeniach
Dysregulacja ekspresji genów zegara dobowego u pacjentów z OSA jest związana z ciężkością objawów depresyjnych, sugerując, że zakłócenie dobowe może leżeć u podstaw objawów afektywnych w OSA10. Dysregulacja ekspresji genów zegara dobowego w OSA zyskała znaczną uwagę w ostatnich dyskusjach, szczególnie w odniesieniu do roli nocnej przerywanej hipoksji i potencjalnego wpływu zakłóconych rytmów dobowych w OSA10.
Wyniki sugerują, że dysregulacja ekspresji genów zegara dobowego i ogólne zakłócenie rytmiczności dobowej w OSA może być możliwym patomechanizmem leżącym u podstaw ścisłego połączenia między OSA a zaburzeniami afektywnymi11. Nocne zakłócenie ekspresji genów dobowych, obserwowane w badaniu, może być mediowane przez nocną przerywaną hipoksję11.
Zespół Angelmana i zaburzenia rytmu dobowego
Mechanizm zaburzeń snu w zespole Angelmana wynika z utraty funkcji imprinted genu UBE3A12. Niedobór UBE3A prowadzi do spadku poziomów inhibitora proteazy BMAL1 i odkładania się BMAL1, co skutkuje dysregulacją rytmów dobowych u pacjentów z zespołem Angelmana12.
Ponadto prowadzi to do osłabionej biochemicznej interakcji między mGluR5 a postsynaptycznym HOMER1A, co jest związane z deprywacją snu, powodując stres senny u pacjentów z zespołem Angelmana13. Z kolei zaburzenia snu będą dalej wpływać na neurorozwój pacjentów z zespołem Angelmana poprzez eksytotoksyczność synaptyczną i dysregulację szlaków metabolicznych, tym samym zaostrzając nieprawidłowości neurorozwojowe u pacjentów z zespołem Angelmana13.
Zaburzenia melatoniny i rytm dobowy
Dobowy rytm melatoniny jest zakłócony u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek w stadium końcowym i jest również związany ze stopniem dysfunkcji nerek u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek14. Kilka badań wykazało również zmniejszone wydzielanie melatoniny u pacjentów, z badaniem przypadek-kontrola wykazującym czterokrotny spadek poziomu melatoniny krążącej u osób z chorobą Parkinsona oraz zmniejszoną amplitudę rytmu melatoniny u osób z nadmierną sennością dzienną15.
Te zakłócenia dobowe są obecne we wczesnych stadiach choroby i są często związane ze spadkiem poznawczym i zaburzeniami psychiatrycznymi16. Dysfunkcja rdzenia przedłużonego, jąder szwu, mostu i zwojów podstawnych potencjalnie tworzy wspólny mechanizm leżący u podstaw zarówno patofizjologii motorycznej, jak i snu16.
Perspektywy terapeutyczne
Zrozumienie molekularnych mechanizmów zegara dobowego zapewnia ogromny potencjał do identyfikacji interwencji terapeutycznych w celu łagodzenia zakłóceń dobowych i ich długoterminowych konsekwencji, takich jak cukrzyca, otyłość i rak u pracowników zmianowych, którzy przechodzą częste zakłócenia dobowe i są bardziej narażeni na te choroby17.
Odkrycia badań jasno wykazały, że ukierunkowane mutacje w białku PER2 mogą zmieniać równowagę zegara biologicznego i mogą znacząco wydłużać okres dobowy w modelach przedklinicznych18. Zrozumienie genetycznej i biochemicznej regulacji dobowych cykli sen/czuwanie może pomóc w rozwoju nowych interwencji terapeutycznych dla leczenia osób z zaburzeniami snu18.

















