{Chronobiology} ..... เวลา คือ วารี (ของชีวิต) ..... สวัสดีค่ะ กระทู้นี้ดิฉันขอนำเสนอการทำงานของนาฬิกาชีวภาพในแง่วิทยาศาสตร์สุขภาพ และการนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ค่ะ ทำไมเราต้องนอนตอนกลางคืน และตื่นตอนกลางวัน? ทำไมคนบางคนนอนดึก แล้วตื่นเช้าได้? ทำไมเราต้องกินอาหาร 3 มื้อ? ทำไมเวลาในชีวิตของเราต้องกำหนดที่ 24 ชั่วโมง วงจรเช้า-มืด 1 รอบ? คำถามเหล่านี้อาจหาคำตอบได้จากการทำงานของนาฬิกาชีวภาพ Circadian rhythm หรือการเปลี่ยนแปลงใน 1 รอบวันของร่างกายของเราเกิดจาก ระบบนาฬิกาชีวภาพในร่างกายของเรา นาฬิกาชีวภาพ (Biological clock) ก็เหมือนกับระบบคอมพิวเตอร์ คือ มี 3 ส่วน.. ส่วนรับสัญญาณ (Input) รับสัญญาณจากสิ่งแวดล้อมภายนอก ศัพท์ที่ใช้ในเรื่องนาฬิกาชีวภาพเรียกสัญญาณจากสิ่งแวดล้อมที่มากำหนดนาฬิกาชีวภาพว่า Zietgebers (มาจากภาษาเยอรมัน แปลว่า Time Givers) มีหลายประเภท เช่น การกินอาหาร กิจกรรมทางสังคม Zietgeber หลักที่มีอิทธิพลอย่างมากคือ แสง และส่วนรับสัญญาณหลักอยู่ที่เรตินาในตาของเรา ส่วนประมวลผล (Central oscillator) ร่างกายของเรามีนาฬิกาชีวภาพหลักอยู่ในสมองส่วน Suprachiasmatic nucleus รับสัญญาณจากสิ่งแวดล้อมภายนอก --> ประมวลผ่านนาฬิกาในระดับโมเลกุล --> ส่ง output ไปคุมการทำงานของนาฬิกาชีวภาพส่วนอื่นๆในร่างกาย เช่น ไปปรับการทำงาน หรือปริมาณของสารสื่อประสาทบางประเภท หรือระดับฮอร์โมน ผลลัพธ์ที่ได้ (Output) แสดงออกมาในรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของร่างกายตามช่วงเวลา  ตารับแสง แล้วแปรเป็นสัญญาณประสาท ส่งไปที่สมองส่วน Suprachiasmatic nucleus รับสัญญาณ --> ประมวลผ่านนาฬิกาในระดับโมเลกุล --> ส่ง output ไปคุมการทำงานของนาฬิกาชีวภาพส่วนอื่นๆในร่างกาย  Clock gene เซลหลายประเภทในร่างกายของเรามี่นาฬิกาชีวภาพในระดับจิ๋วซ่อนอยู่ การประมวลเวลาในระดับโมเลกุลเกิดจากการทำงานของ Clock gene - การทำงานของ Clock gene เริ่มตั้งแต่ Clock และ BMAL-1 transcription factors ไปจับที่ E-box enhancer region ของ clock gene - เกิดการสร้างโปรตีนหลายประเภท หลักๆคือ โปรตีน Cryptochrome (CRY 1,2) และโปรตีน Period (PER 1, 2) - CRY จะย้อนกลับไปลดการทำงานของ Clock และ BMAL-1 แต่ PER 2 ไปเพิ่มการสร้าง BMAL-1 ทำให้การทำงานมากขึ้น ซึ่งแสงจะกระตุ้นการทำงานของ PER 2 ดังนั้น Clock gene จึงทำงานมากขึ้นเมื่อมีแสง - ผลผลิตที่ได้จาก clock gene ที่สำคัญ เช่น PER3, DBP (D-element binding protein) และ AVP (arginine vasopressin) ผลผลิตที่ได้จะไปเหนี่ยวนำนาฬิกาชีวภาพในอวัยวะหรือเนื้อเยื่ออื่น หรือทำให้เกิดการเปลี่ยนการทำงานของร่างกายตามช่วงวัน  รอบการทำงานของ Clock gene นี้จะอยู้ในช่วง 24 ชั่วโมงค่ะ โดยจะทำงานมากในช่วงกลางวัน จากกราฟแสดงให้เห็นว่าปริมาณ RNA และโปรตีนจาก clock gene ว่าเพิ่มขึ้นในตอนกลางวัน (เพราะแสงกระตุ้นการทำงานของ PER2--> BMAL-1 เพิ่ม)  Clock gene พบได้ทั้งใน Suprachiasmatic nucleus และในเนื้อเยื่ออื่นๆ เช่น ใน สมองส่วนอื่น ตับ ฯลฯ นอกจากแสงจะเป็นสัญญาณกำหนดการทำงานของนาฬิกาชีวภาพแล้ว ปัจจัยอื่น เช่น การกินอาหาร ก็กำหนดนาฬิกาชีวภาพของเราเช่นกัน โดยวงจรการควบคุมยังไม่ทราบแน่ชัดว่าใช้สมองส่วนใด (สันนิษฐานว่าจะใช้สมองส่วนอื่นที่ไม่ใช่ Suprachiasmatic nucleus หรือทำงานร่วมกัน) และถ้านาฬิกาแปรปรวนจะเกิดผลเสียใดต่อร่างกาย  จากการที่ขบวนการทางสรีรวิทยาเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละช่วงของวัน จึงสำคัญในแง่การนำมาเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาความผิดปรกติของร่างกาย วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับการทำงานของนาฬิกาชีวภาพ เรียกว่า Chronobiology ค่ะ จากรูปแสดงให้เห็นช่วงที่พบระดับของฮอร์โมน หรือค่าต่างๆในร่างกายสูงที่สุดแปรตามช่วงวันค่ะ  หากสารต่างๆในร่างกายแปรไปตามช่วงวัน โรคและความผิดปรกติในร่างกายก็แปรตามช่วงวันเช่นกัน จากภาพแสดงช่วงที่พบว่าอาจจะเกิดอาการของโรค หรือพบว่าโรคเกิดรุนแรงขึ้น โดยได้จากสถิติ  การนำความรู้เกี่ยวกับนาฬิกาชีวภาพมาใช้มีหลยด้าน อาจใช้ในแง่เภสัชวิทยา เราเรียกศาสตร์นี้ว่า Chronopharmacology และเรียกการบำบัดรักษาโดยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของร่างกายในแต่ละช่วงของวันว่า Chronotherapy Chronopharmacology มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงขบวนการทำงานของยาในแต่ละช่วงเวลาของวัน เพื่อหาช่วงเวลาที่เหมาะสมในการให้ยา ออกแบบยาให้มีช่วงเวลาทำงานที่เหมาะสมกับโรค ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพของยา และลดพิษที่อาจเกิดขึ้น  Chronopharmacokinetic นาฬิกาชีวภาพมีผลต่อขบวนการ บริหารยาทั้งเภสัชจลนศาสตร์ (Pharmacokinetic) และ เภสัชพลศาสตร์ (Pharmacodynamic) เภสัชจลนศาสตร์ (Pharmacokinetics) ว่าด้วยการศึกษาช่วงเวลาของสารประกอบ และส่วนที่สะลายตัวของมันอยู่ในร่างกายหรือระบบของสิ่งมีชีวิต ความรู้ด้านนี้จะศึกษาการดูดซึม และการคงอยู่ของยาในร่างกาย (การกระจายตัวของยา เมแทบอลิซึม และการกำจัดออกจากร่างกาย) เนื่องจากตับซึ่งเป็นอวัยวะที่สำคัญต่อขบวนการนี้ก็มีนาฬิกาชีวภาพเป็นของตัวเอง และดูเหมือนว่าจะทำงานเป็นอิสระจากนาฬิกาของ Suprachiasmatic nucleus ด้วย พบว่าเอ็นไซม์ที่สำคัญต่อขบวนการบริหารยามีการทำงานแปรตามนาฬิกาชีวภาพ เช่น cytochrome P-450 4a3 (Cyp4a3), putative N-acetyltransferase camello 4 (Clm4), glutathione S-transferases (GST), Carboxylesterase ยังไม่ทราบกลไกแน่ชัด แต่อาจมาจากการทำงานของ Dbp ผลผลิตของ clock gene ที่มีส่วนต่อการสร้างเอ็นไซม์บางอย่างจากตับ  Chronopharmacodynamic เภสัชพลศาสตร์ (Pharmacodynamics) คือ การศึกษาผลทางชีวเคมีและสรีรวิทยา ของยา กลไกการออกฤิทธฺ์ของยา และความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นและผลของยา เภสัชพลศาสตร์เป็นการศึกษาว่ายามีผลอะไรต่อร่างกายบ้าง Chronesthesy เป็นปรากฏการณ์ที่กลไกของนาฬิกาชีวภาพมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงกลไกทาง pharmacodynamics ของยาตามช่วงเวลา โดยไม่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของตัวยา ยกตัวอย่างเช่น IFN-alpha และ IFN-beta มีฤทธิ์ต้านไวรัสและกระตุ้น lymphocyte ในหนูในช่วงกลางวัน มากกว่ากลางคืน Chronotoxicity เป็นปรากฏการณ์ที่กลไกของนาฬิกาชีวภาพมีผลต่อความไวต่อการเกิดพิษของยา ยกตัวอย่างเช่น ยาต้านมะเร็ง Irinotecan hydrochloride (CPT-11) พบความเสี่ยงว่าจะการเกิดพิษในหนู ในช่วงเช้ามืด มากกว่าช่วงเย็น ตัวอย่างนาฬิกาชีวภาพที่พบในชีวิตประจำวัน ที่พบได้บ่อยและเห็นได้ชัด คือ การนอน เราทราบกันแล้วว่าแสงเป็นสัญญาณที่กำหนดนาฬิกาชีวภาพ กรณีทีี่เราเดินทางข้ามเขตของเวลา เช่น เดินทางจากไทยไปสหรัฐอเมริกา อาจเกิดความผิดปรกติของการนอน เรียกว่า Jet Lag การผันแปรของ Clock gene ในแต่ละคนก็มีส่วนกำหนดพฤติกรรมการนอนของแต่ละคนเช่นกัน เช่น มนุษย์นกฮูกบางคนจะสดชื่นในช่วงกลางคืน (แบบจขกท.) ง่วงซึมในช่วงกลางวัน หรือชอบทำงานกลางวัน แต่หลับในช่วงกลางคืน ความแตกต่างของมนุษย์ 2 พวกนี้ยังไม่ทราบกลไกแน่ชัด แต่สันนิษฐานว่า Clock gene ทำงานต่างกัน ทำให้ Suprachiasmatic nucleus มีจังหวะการทำงานต่างกัน เมื่อนาฬิกาหลักในแต่ละคนไม่เหมือนกัน พฤติกรรมการนอนของแต่ละคนจึงต่างกันด้วย  หาก Clock gene ทำงานผิดปรกติจะเกิดอะไรขึ้น เมื่อทำให้ clock gene ในสัตว์ทดลองผิดปรกติ พบความผิดปรกติมากมาย ที่น่าสนใจคือเซลมะเร็งก็พบว่าเกิดความผิดปรกติของ Clock gene เช่นกัน การศึกษาด้านนี้อาจะนำมาคิดค้นยาต้าน หรือป้องกันมะเร็งได้  รูปข้างบนย่อได้แค่นั้น เอาเป็นว่าทำให้เกิดได้หลายโรคแล้วกันค่ะ มนุษย์รับรู้เวลาได้อย่างไร? ยังไม่ทราบว่าสมองส่วนที่ทำหน้าที่นี้อยู่ที่ไหนค่ะ แต่คาดว่าสมองส่วน Cerebral cortex, Cerebellum และ ฺBasal ganglia อาจจะเกี่ยวข้อง พบความผิดปรกติของการรับรู้เวลาในผู้ป่วย Parkinson's disease และ Attention deficit disorder นอกจากนี้ วัยก็มีส่วนต่อ Perception ของเวลาเหมือนกันค่ะ จากคลิปเป็นการทดสอบว่าคนอายุมากมีการรับรู้เวลาต่างจากหนุ่มสาว ทดสอบโดยการประมาณเวลา คนแก่จะประมาณเวลาว่าเวลาคลาดเคลื่อน โดยประมาณเวลานานกว่าคนอายุน้อย ในช่วงเสี่ยงต่อการตาย การรับรู้เวลาของเราจะช้ากว่าปรกติเหมือนกัน คลิปนี้จากสารคดีของ BBC เป็นการทดลองรับรู้เวลาขณะที่อาสาสมัครกระโดดลงมาบนตาข่าย (เสี่ยงอันตราย) อีกการทดลองในคลิปเป็นผลของยาเสพย์ติดต่อการรับรู้เวลาในหนูค่ะ ผู้ที่ใช้ยาเสพย์ติดก็มีการรับรู้เวลาที่ต่างกับคนปรกติ พวกที่ใช้ยาเสพย์ติดประเภทกระตุ้นประสาท (Stimulant) เช่น ยาบ้า โคเคน การรับรู้เวลาของพวกนี้จะเร็วกว่าปรกติ ตรงข้ามกับพวกกดประสาท (Depressant) เช่น กัญชา การรับรู้จะช้ากว่าปรกติ ที่มา [ภาพ #5-8-9] Ohdo S. Chronopharmacology focused on biological clock. Drug Metab Pharmacokinet. 2007 Feb 25;22(1):3-14 McClung CA. Circadian rhythms, the mesolimbic dopaminergic circuit, and drug addiction. ScientificWorldJournal. 2007 Nov 2;7:194-202. [ภาพ #6] Pace-Schott EF, Hobson JA. The neurobiology of sleep: genetics, cellular physiology and subcortical networks. Nat Rev Neurosci. 2002 Aug;3(8):591-605 Vitaterna MH, Takahashi JS, Turek FW. Overview of circadian rhythms. Alcohol Res Health. 2001;25(2):85-93 [ภาพ #2 และ 14] Perreau-Lenz S, Zghoul T, Spanagel R. Clock genes running amok. Clock genes and their role in drug addiction and depression. EMBO Rep. 2007 Jul;8 Spec No:S20-3 [ภาพ #7] Gooley JJ, Schomer A, Saper CB. The dorsomedial hypothalamic nucleus is critical for the expression of food-entrainable circadian rhythms. Nat Neurosci. 2006 Mar;9(3):398-407. Epub 2006 Feb 19 [ภาพ #13] //www.aaas.org/news/releases/2009/0423sp_night_owl.shtml ข้อมูลของคลิปจากการทดลองนี้มาจาก //www.newscientist.com/article/mg15220571.700-why-time-flies-in-old-age.html //4mind4life.com/blog/2008/07/23/time-perception-how-the-brain-controls-time/ //www.newscientist.com/article/mg18925371.700-teach-your-brain-to-stretch-time.html //en.wikipedia.org/wiki/Sense_of_time |
บทความทั้งหมด
|
 |
|
ผู้ติดตามบล็อก : 3 คน [