Nobel y học 2017: Nhịp sinh học – cách thức cơ thể loài người tương tác với trái đất quay  


Giải Nobel y học 2017 đã được trao cho 3 nhà khoa học người Mỹ, Jeffrey Hall, Michael Rosbash và Michael Young nhằm tôn vinh những đóng góp của họ trong các nghiên cứu về nhịp sinh học (hay còn gọi là đồng hồ sinh học) của sinh vật.

Vào đầu những năm 1980, nhóm nhà khoa học này đã xác định được một đoạn gen ở ruồi giấm có liên quan đến quá trình tổng hợp một loại protein đặc biệt: luôn được tiết ra vào buổi tối và bị phân hủy vào ngày hôm sau [1]. Với khám phá này, 3 nhà khoa học này đã giúp loài người hiểu biết tường tận hơn về cơ chế hoạt động của đồng hồ sinh học bên trong mỗi cá thể đa bào dựa trên phản ứng của các tế bào theo chu kỳ ngày đêm của Trái đất xoay quanh mặt trời.

Đồng hồ sinh học hay nhịp sinh học (circadian/biological clock or rhythms) được định nghĩa là những phản ứng của cơ thể, bao gồm các quá trình sinh lý, sinh hóa và trao đổi chất (physiology and metabolism) diễn ra trong một chu kỳ có độ dài gần 24h [2] . Từ “circadian” là biến thể tiếng Anh của từ “circa diem”. Trong tiếng Latin, “circa” nghĩa là “gần bằng” còn “diem” nghĩa là ngày. Từ “circadian” nghĩa là “gần bằng một ngày”. Trên thực tế, đồng hồ sinh học của loài người trung bình kéo dài khoảng 24,2 giờ [3], lệch khoảng 12 phút so với vòng quay một ngày của trái đất.

Hình 1: Đồng hồ sinh học của con người (https://learn.pharmacy.unc.edu/insomnia/node/6)

Đồng hồ sinh học của con người theo chu kỳ sáng – tối được mô tả trong hình 1. Rất rõ ràng, các quá trình sinh hóa đặc hiệu có thể đạt cực đại hoặc diễn ra mãnh liệt vào một thời điểm nào đó trong ngày. 6:45 máu bắt đầu bơm mạnh khi cơ thể thức dậy hoạt động. 8:30 hệ tiêu hóa quay lại công việc của mình. 9:00 là lúc nồng độ cholesterol cao nhất. Đầu giờ chiều là khoảng thời gian thích hợp nhất trong ngày cho việc học tập và chúng ta nên chơi thể thao lúc 17:00 khi các cơ bắp hoạt động tốt nhất. 21:00 melatonin, - hormone gây buồn ngủ được sản sinh để đưa chúng ta vào giấc ngủ. Sau đó, cơ thể bắt đầu tắt dần các hoạt động và chỉ gọi chúng thức dậy vào sáng hôm sau.

Sau khi hiểu về đồng hồ sinh học, bạn có nghĩ xác suất xảy ra cơn đột quỵ là bằng nhau tại mọi thời điểm trong ngày không? Đương nhiên là không. Bởi quá trình bơm máu phụ thuộc rõ ràng vào đồng hồ sinh học. Và 40% cơn đột quỵ đã xảy ra vào buổi sáng, từ 6:00 sáng đến 12:00 trưa khi cơ thể bơm máu để kích hoạt các hoạt động thường nhật sau một giấc ngủ dài[4]. Điều này chứng minh rằng các loại thuốc chống đột quỵ nên có tác dụng vào buổi sáng hơn bất kỳ thời điểm nào khác trong ngày. Ý tưởng này sẽ quyết định thời điểm hợp lý mà bệnh nhân nên uống thuốc để cơ thể được an toàn vào sáng hôm sau.

Cơ thể luôn có xu hướng bảo vệ đồng hồ  sinh học của mình. Mọi hoạt động gây rối loạn đồng hồ sinh học sẽ dẫn tới các phản ứng sinh lý, sinh hóa bất thường, sau đó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu lên sức khỏe. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng việc phá nhịp sinh học có thể làm giảm sức đề kháng [5]; ảnh hưởng tới khả năng điều tiết insulin, làm tăng nguy cơ mắc bệnh đái tháo đường [6]; gây rối loạn các quá trình chuyển hóa, làm tăng nguy cơ béo phì [7]; làm tăng sinh khối u và tăng nguy cơ ung thư [8].

Các hoạt động góp phần gây rối loạn nhịp sinh học bao gồm thức khuya, ngủ không theo thời khóa biểu, ăn không đúng giờ, bỏ bữa hoặc ăn quá khuya. Nhiều nghiên cứu lâm sàng đã chỉ ra mối liên hệ chặt chẽ giữa việc phá vỡ nhịp sinh học và khả năng mắc ung thư ở người [9]–[12]. Cho nên, đảm bảo nhịp sinh học của cơ thể được ổn định là điều thiết yếu trong việc bảo vệ sức khỏe và tuổi thọ của sinh vật nói chung và con người nói riêng.

Nghiên cứu của các nhà khoa học đã mở ra một chân trời mới cho giới nghiên cứu y khoa. Nhờ nghiên cứu trên, các nhà khoa học đã đào sâu nghiên cứu về nhịp sinh học và giải được vô số câu hỏi hóc búa lên quan đến y khoa và sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu đã giúp loài linh trưởng tinh khôn tiến một bước dài trong quá trình tìm hiểu cách thức mà bản thân họ tương tác với Trái Đất và Mặt Trời.

Tác giả: TS. Minh Giang (PhD in Food Science and Nutrition, VJS CEO)

Tài liệu tham khảo:

[1]  Ewen Callaway& Heidi Ledford, “Medicine Nobel awarded for work on circadian clocks,” Nature, 2017. [Online]. Available: http://www.nature.com/news/medicine-nobel-awarded-for-work-on-circadian-clocks-1.22736.

[2]    M. L. Gumz, “Introduction to Circadian Rhythms and Mechanisms of Circadian Oscillations,” in Circadian Clocks: Role in Health and Disease, M. L. Gumz, Ed. Springer, 2016, pp. 1–55.

[3]  C. A. Czeisler, “Stability, Precision, and Near-24-Hour Period of the Human Circadian Pacemaker,” Science (80-. )., vol. 284, no. 5423, pp. 2177–2181, 1999.

[4]   K. Raj, R. Bhatia, K. Prasad, M. V. Padma Srivastava, S. Vishnubhatla, and M. B. Singh, “Seasonal differences and circadian variation in stroke occurrence and stroke subtypes,” J. Stroke Cerebrovasc. Dis., vol. 24, no. 1, pp. 10–16, 2015.

[5]  O. Castanon-cervantes et al., “Disregulation of Inflammatory Responses by Chronic Circadian Disruption,” J. Immunol., vol. 185, no. 10, pp. 5796–5805, 2011.

[6]    S. Q. Shi, T. S. Ansari, O. P. McGuinness, D. H. Wasserman, and C. H. Johnson, “Circadian disruption leads to insulin resistance and obesity,” Curr. Biol., vol. 23, no. 5, pp. 372–381, 2013.

[7]   O. Froy, “Metabolism and circadian rhythms - Implications for obesity,” Endocr. Rev., vol. 31, no. 1, pp. 1–24, 2010.

[8]   S. Sahar and P. Sassone-Corsi, “Metabolism and cancer: the circadian clock connection,” Nat. Rev. Cancer, vol. 9, no. 12, pp. 886–896, 2009.

[9]   L. G. Sigurdardottir et al., “Circadian Disruption, Sleep Loss, and Prostate Cancer Risk: A Systematic Review of Epidemiologic Studies,” Cancer Epidemiol. Biomarkers & Prev., vol. 21, no. 7, p. 1002 LP-1011, 2012.

[10]  R. G. Stevens, G. C. Brainard, D. E. Blask, S. W. Lockley, and M. E. Motta, “Breast cancer and circadian disruption from electric lighting in the modern world,” CA. Cancer J. Clin., vol. 64, no. 3, pp. 207–218, 2014.

[11]  W. C. Willett et al., “Rotating Night Shifts and Risk of Breast Cancer in Women Participating in the Nurses’ Health Study,” J. Natl. Cancer Inst., vol. 93, no. 20, pp. 1563–1568, 2001.

[12] S. Davis and D. K. Mirick, “Circadian disruption, shift work and the risk of cancer: A summary of the evidence and studies in Seattle,” Cancer Causes Control, vol. 17, no. 4, pp. 539–545, 2006.