Đồng hồ sinh học và chức năng

Đồng hồ sinh học (ĐHSH) có nhiệm vụ “theo dõi” thời gian và kiểm soát hoạt động của cơ thể trong chu kỳ của một ngày - đêm (khoảng 24 giờ), tương ứng với sự quay quanh trục của trái đất. Chúng có mặt ở hầu hết mọi cá thể sống: vi khuẩn, nấm, thực vật, ruồi giấm, động vật có vú và con người.(1) Trong thế giới hoang dã, ĐHSH giúp sinh vật dự đoán và thích nghi với sự thay đổi của môi trường sống như chu kỳ ngày – đêm của ánh sáng, nhiệt độ, ý thức các thời điểm ăn, ngủ thậm chí thời điểm những kẻ săn mồi hoạt động.

Mỗi chiếc ĐHSH có thể giữ nhịp điệu riêng của nó và thường xuyên “đồng bộ” với những thay đổi của môi trường ngoài. Điều này rất quan trọng vì ánh sáng và nhiệt độ biến động theo ngày và theo mùa, một sự thay đổi đột ngột các yếu tố đó sẽ gây ảnh hưởng không tốt đến cơ thể, đòi hỏi ĐHSH phải thích nghi và tự lập trình lại theo sự thay đổi đó.(2)

Cấu tạo của ĐHSH gồm 3 phần chính được biểu diễn trong hình 1: (1) Đầu vào (Input): cung cấp nguồn ánh sáng, nhiệt độ... tương ứng với từng thời điểm của chu kỳ ngày – đêm của môi trường ngoài; (2) Trung tâm điều khiển (the center pacemaker): dao động với chu kỳ khoảng 24 giờ, có nhiệm vụ theo dõi thời gian và kiểm soát đầu ra của ĐHSH; (3) Đầu ra (Output): điều hoà các chức năng như: hành vi, điều tiết hormone, giấc ngủ, thân nhiệt, sự trao đổi chất...của cơ thể.

Cấu tạo đồng hồ sinh học ở người: (1) Đầu vào (Input); (2) Trung tâm điều khiển, nằm ở nhân trên chéo (Suprachiasmatic nucleus,  SCN) ở não; (3) Đầu ra (Output). (3)

Sự tồn tại của ĐHSH trong mỗi cơ thể sinh vật đã được biết đến từ lâu, tuy nhiên cơ chế hoạt động của nó vẫn còn là một ẩn số. Do đó, có rất nhiều nghiên cứu tập trung nỗ lực làm sáng tỏ ẩn số này. Để hiểu rõ tầm quan trọng của ĐHSH với đời sống con người, chúng ta hãy tìm hiểu xem chuyện gì sẽ xảy ra nếu có sự mất “đồng bộ” giữa ĐHSH bên trong và môi trường bên ngoài?

Một ví dụ dễ hiểu nhất đó là hiện tượng lệch múi giờ (Jetlag). Khi chúng ta di chuyển đến vùng có múi giờ khác, cơ thể vẫn “ghi nhớ” múi giờ cũ, bao gồm thời gian thức – ngủ, ăn uống.... Cơ thể cần một vài ngày để thích ứng với sự thay đổi này và chúng ta cảm thấy mệt mỏi trong thời gian đó như là một hệ quả tất yếu.

Trong xã hội hiện đại ngày nay, sự rối loạn ĐHSH rất thường xuyên xảy ra: làm việc nhiều giờ liên tục, làm việc với đối tác nước ngoài vào các khung giờ ngoài hành chính, những chuyến công tác thất thường hoặc ngay cả “social jet lag” – hiện tượng do chúng ta ăn ngủ thất thường vào cuối tuần. Rối loạn ĐHSH trong thời gian ngắn gây ảnh hưởng đến khả năng tiếp thu và ghi nhớ, rối loạn chức năng miễn dịch...làm giảm chất lượng cuộc sống. Rối loạn ĐHSH lâu dài (mãn tính) gây ra các vấn đề về sức khoẻ, làm tăng nguy cơ mắc các bệnh lý như béo phì, đái tháo đường, ung thư, tim mạch, trầm cảm...(4–7)

Nghiên cứu chuyên sâu về ĐHSH là rất cần thiết nhằm hiểu rõ hậu quả của rối loạn NSH và cách chữa trị. Rất nhiều câu hỏi được đặt ra: ĐHSH “theo dõi” thời gian bằng cách nào? Làm thế nào chúng đồng bộ với môi trường và điều chỉnh ở những vùng múi giờ khác nhau? Tại sao có những người lại có giấc ngủ khác biệt so với người khác?