Na rytm dobowy organizmu składa się szereg procesów, które pomagają regulować działanie poszczególnych układów i dostosowywać ich funkcjonowanie do pory dnia lub nocy. Wpływają m.in. na sen, porę przebudzenia, metabolizm czy procesy poznawcze. Jako przykład można podać wydzielanie hormonów stresu, które stopniowo wzrasta nad ranem, kiedy jeszcze śpimy, ale już przygotowuje nas na rozpoczęcie nowego dnia.

Serce także podlega takiemu rytmowi dobowemu. Od dawna wiadomo, że kiedy śpimy, nasze tętno znacznie spada, a rano i w ciągu dnia wzrasta. Do tej pory uważano, że tymi cyklicznymi zmianami sterują sygnały przekazywane z ośrodkowego układu nerwowego. Ale nowe odkrycie ujawnia, że serce posiada niezależny mechanizm regulujący jego aktywność zgodnie z cyklem dobowym.

Komórki serca same regulują przepływ jonów

Autorami nowego badania są naukowcy z Laboratorium Biologii Molekularnej MRC na Uniwersytecie Cambridge. Prowadząc badania na myszach, a właściwie na ich tkankach serca, odkryli istnienie nieznanego wcześniej systemu transportu jonów. System ten pozwala na znaczną zmianę stężenia jonów potasu (K), sodu (Na) i chloru (Cl) w komórkach serca w określonych porach dnia i nocy, w odpowiedzi na zmieniające się poziomy protein w organizmie.

Naukowcy twierdzą, że nowo odkryty mechanizm umożliwia komórkom serca unikanie tzw. stłoczenia makromolekularnego w cytozolu (płynie wewnątrzkomórkowym). O stłoczeniu makromolekularnym mówimy, gdy mamy do czynienia z dużym nagromadzeniem cząsteczek.

Co za tym idzie – transport jonów pomaga sercu utrzymać homeostazę  – czyli równowagę między płynami wewnątrz- i zewnątrzkomórkowymi – nawet jeśli jego aktywność zmienia się znacząco między dniem a nocą. Ten „homeostatyczny mechanizm kontroli” chroni serce przed wahaniami objętości komórek.

„Wzrost stężenia jonów wewnątrzkomórkowych następuje pod koniec fazy spoczynku (w przypadku ludzi – nocą) i pozwala sercu przyspieszyć jego rytm, przygotowując się na zwiększone obciążenie sercowo-naczyniowe narzucone przez codzienne czynności. W komórkach serca zmiana gradientów Na, K i Cl w całej błonie komórkowej jest wystarczająca, aby sygnalizować zmiany pory dnia, nawet gdy sygnały z układu nerwowego są zablokowane” – czytamy w badaniach.

Zegar dobowy głęboko zakorzeniony w organizmie

Wyniki badania sugerują, że rytm dobowy jest „zakodowany” w sercu, co pokazuje, jak głęboko zakorzeniony jest nasz zegar biologiczny. Choć odkrycia dokonano na komórkach myszy, to naukowcy uważają, że podobny mechanizm  zachodzi w sercach innych ssaków.

– Sposób, w jaki czynność serca zmienia się przez całą dobę, okazuje się bardziej złożony niż wcześniej sądzono. Nasze odkrycie otwiera ekscytującą możliwość skuteczniejszego leczenia chorób sercowo-naczyniowych, na przykład poprzez dostarczanie leków o odpowiedniej porze dnia – zauważa współautor badania, biolog molekularny John O'Neill.

W kolejnych badaniach naukowcy chcą sprawdzić, jak nowo odkryty „zegar komórkowy serca” może wpływać na zdrowie osób szczególnie podatnych na jego zaburzenia – np. pracowników zmianowych, którzy są bardzo aktywni w nocy, kiedy ich organizmy oczekują snu i odpoczynku.

– Uważamy, że kiedy zegar dobowy serca desynchronizuje się z zegarem mózgu, nasz układ sercowo-naczyniowy staje się mniej zdolny do radzenia sobie z codziennym stresem. To może sprawiać, że serce jest bardziej podatne na dysfunkcje – mówi O'Neill.

 

Źródło: Nature Communications.