Faz tepki eğrisi - Phase response curve

Bir faz yanıt eğrisi ( PRC ) , alındığı fazın bir fonksiyonu olarak bir pertürbasyon tarafından indüklenen bir salınımın döngü periyodundaki geçici değişimi ( faz yanıtı ) gösterir . ÇHC'ler çeşitli alanlarda kullanılmaktadır; biyolojik salınım örnekleri, kalp atışı, sirkadiyen ritimler ve bazı nöronlarda gürültü yokken gözlenen düzenli, tekrarlayan ateşlemedir.

sirkadiyen ritimlerde

Işık ve melatonin uygulaması için faz yanıt eğrileri

İnsanlarda ve hayvanlarda, bir organizmanın iç sirkadiyen saatinin dış ortamdaki düzenli bir periyodiklikle (genellikle güneş günü tarafından yönetilen) faz ilişkisini yöneten düzenleyici bir sistem vardır . Çoğu organizmada, kararlı bir faz ilişkisi arzu edilir, ancak bazı durumlarda arzu edilen faz, özellikle mevsimsel çiftleşme alışkanlıklarına sahip memeliler arasında mevsime göre değişir.

Gelen sirkadiyen ritim araştırma, bir PRC bir arasındaki ilişkiyi göstermektedir kronobiyotik yönetiminin 'ın zamanında (iç sirkadiyen saat göreli) ve sirkadiyen faz üzerinde tedavinin etkisinin büyüklüğü. Spesifik olarak, bir PRC, geleneksel olarak, x ekseni boyunca deneğin endojen gününün zamanını ve y ekseni boyunca faz kaymasının miktarını (saat olarak) gösteren bir grafiktir . Her eğri, her 24 saatlik döngüde bir tepe ve bir çukura sahiptir. Göreceli sirkadiyen zaman, faz kayması büyüklüğüne karşı çizilir. Tedavi genellikle dar bir şekilde, retinaya ve cilde ışık maruziyetinin belirli bir yoğunluğu ve rengi ve süresi veya belirli bir melatonin dozu ve formülasyonu olarak belirlenir.

Bu eğrilere genellikle terapötik ortamda danışılır. Normal olarak, vücudun çeşitli fizyolojik ritimleri, genellikle bir ana biyolojik saate göre, bireysel bir organizma (insan veya hayvan) içinde senkronize edilecektir. Özellikle önemli olan uyku-uyanıklık döngüsüdür. Çeşitli uyku bozuklukları ve dışsal stresler ( jet lag gibi ) buna müdahale edebilir. Olan insanlar olmayan 24 saat uyku-uyanıklık bozukluğu sıklıkla tutarlı dahili saatini korumak için bir yetersizlik yaşamaktadır. Aşırı kronotipler genellikle tutarlı bir saat sürdürürler, ancak doğal saatlerinin sosyal çevrelerinin beklentileriyle uyumlu olmadığını görürler. PRC eğrileri, terapötik müdahale için bir başlangıç ​​noktası sağlar. Uyku zamanlamasını değiştirmek için kullanılan iki yaygın tedavi , gözlere yönelik ışık tedavisi ve genellikle ağızdan alınan melatonin hormonunun uygulanmasıdır . Her ikisi de günlük olarak kullanılabilir. Faz ayarlaması genellikle birbirini izleyen günlük uygulamalarla birikimlidir ve - en azından kısmen - farklı tedavilerin eşzamanlı uygulamalarıyla katkı maddesidir. Altta yatan rahatsızlığın doğası stabil ise, genellikle sürekli günlük müdahale gereklidir. Jet lag için, müdahale esas olarak doğal hizalamayı hızlandırmaya hizmet eder ve istenen hizalama elde edildiğinde durur.

Deneysel ortamdan alınan faz yanıt eğrilerinin genellikle test popülasyonunun kümeleri olduğuna, test popülasyonu içinde hafif veya önemli farklılıklar olabileceğine, uyku bozukluğu olan bireylerin sıklıkla atipik yanıt verdiğine ve kronobiyotik formülasyonunun spesifik olabileceğine dikkat edin. deneysel ortam ve genel olarak klinik uygulamada mevcut değildir (örneğin, melatonin için, bir sürekli salimli formülasyon diğerine kıyasla salma hızında farklılık gösterebilir); ayrıca, büyüklük doza bağımlı olmakla birlikte, tüm PRC grafikleri bir doz aralığını kapsamaz. Aşağıdaki tartışmalar, insanlarda ışık ve melatonin için ÇHC'lerle sınırlıdır.

Işık

Tipik bir İnsan Işığı ÇHC
X ekseninde gösterilen zaman belirsizdir: şafak – gün ortası – alacakaranlık – gece – şafak. Bu zamanlar gerçek gün doğumu vb. veya belirli saat zamanlarını ifade etmez. Her bireyin kendi sirkadiyen "saati" ve kronotipi vardır ve çizimdeki şafak, bir kişinin iyi dinlendiğinde ve düzenli olarak uyuduğunda kendiliğinden uyanma zamanını ifade eder. PRC, bir uyaranın, bu durumda göze gelen ışığın bir değişikliği, bir ilerlemeyi veya bir gecikmeyi ne zaman etkileyeceğini gösterir. Eğrinin en yüksek noktası, öznenin en düşük vücut ısısıyla çakışıyor.

Bir kişinin normal yatma saatinden yaklaşık iki saat önce başlayarak, gözlerin ışığa maruz kalması sirkadiyen fazı geciktirerek daha geç uyanma ve daha geç uykuya neden olur. Akşam ilerledikçe geciktirme etkisi daha da güçleniyor; ayrıca ışığın dalga boyuna ve aydınlığına ("parlaklığına") bağlıdır. İç mekan aydınlatması loşsa (< 3 Lux) efekt küçüktür.

Normal yatma saatinden yaklaşık beş saat sonra, vücut ısısı dip noktasına (uyku sırasında çekirdek vücut sıcaklığının en düşük noktası) denk gelecek şekilde, PRC zirve yapar ve etki, faz gecikmesinden faz ilerlemesine aniden değişir. Bu zirveden hemen sonra, ışığa maruz kalma en büyük faz ilerletici etkiye sahiptir ve erken uyanma ve uyku başlangıcına neden olur. Yine, aydınlanma sonuçları büyük ölçüde etkiler; ışık tedavisi 10.000 lükse kadar kullanırken iç mekan ışığı 500 lüksten az olabilir . Etki, kendiliğinden uyanma süresinden yaklaşık iki saat sonra, yaklaşık olarak sıfıra ulaştığında azalır.

Normal uyanma saatinden sonraki iki saat ile normal yatma saatinden önceki iki saat arasındaki süre boyunca, ışığa maruz kalmanın sirkadiyen faz üzerinde çok az etkisi vardır veya hiç etkisi yoktur (hafif etkiler genellikle birbirini iptal eder).

Işık için ÇHC'nin başka bir görüntüsü burada (Şekil 1) . Bu görüntünün içinde açıklayıcı metin

  • Gecikme bölgesi: akşam ışığı uykululuğu daha sonra değiştirir ve
  • Gelişmiş bölge: sabah ışığı uykululuğu daha erken değiştirir .

Tipik olarak belirli bir mesafede 10.000 lux üreten bir ışık kutusuyla yapılan ışık terapisi, akşamları bir kişinin uyku zamanlamasını ilerletmek için veya geciktirmek için kullanılabilir. Parlak ışığa maruz kalmak için uykuyu kaybetmek çoğu insan tarafından istenmeyen bir durum olarak kabul edildiğinden ve bir kişide en büyük etkinin (PRC zirvesi) tam olarak ne zaman ortaya çıkacağını tam olarak tahmin etmek çok zor olduğundan, tedavi genellikle yatmadan hemen önce günlük olarak uygulanır ( faz gecikmesini sağlamak için) veya spontan uyanmadan hemen sonra (faz ilerlemesini sağlamak için).

Işık terapisi, sirkadiyen ritimlerin ayarlanmasında kullanılmasına ek olarak, mevsimsel duygudurum bozukluğu (SAD) dahil olmak üzere çeşitli afektif bozuklukların tedavisinde kullanılmaktadır .

2002 yılında , David Berson liderliğindeki Brown Üniversitesi araştırmacıları , birçok araştırmacının artık faz tepki eğrisinin ışık sürüklenme etkisini kontrol ettiğine inandığı , insan gözündeki özel hücrelerin , ipRGC'lerin ( doğal olarak ışığa duyarlı retinal ganglion hücreleri ) keşfini duyurdu . İnsan gözünde, ipRGC'ler 460-480 nm (mavi) aralığında ışığa en büyük tepkiye sahiptir. Bir deneyde, 400 lüks mavi ışık, bir floresan kaynağından gelen 10.000 lüks beyaz ışıkla aynı etkileri üretti. Diğer spektral renklerin eklenmesinin mavi ışığı sirkadiyen fototransdüksiyon için daha az etkili hale getirdiği bir spektral karşıtlık teorisi, 2005'te bildirilen araştırmalarla desteklendi.

melatonin

Melatonin için faz yanıt eğrisi, ışık için faz yanıt eğrisi ile kabaca on iki saat faz dışıdır. Spontan uyanma zamanında, eksojen (harici olarak uygulanan) melatonin, hafif bir faz geciktirici etkiye sahiptir. Faz gecikmesi miktarı, etkinin güçlü faz gecikmesinden güçlü faz ilerlemesine aniden değiştiği, uyanma zamanından yaklaşık sekiz saat sonrasına kadar artar. Faz-ileri etkisi, gün geçtikçe yatma zamanı sıfıra ulaşana kadar azalır. Normal yatmadan uyanma saatine kadar, eksojen melatoninin sirkadiyen faz üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

İnsan vücudu , aydınlatmanın loş olması koşuluyla, yatmadan yaklaşık iki saat önce başlayarak kendi ( endojen ) melatonini üretir . Bu, loş ışık melatonin başlangıcı , DLMO olarak bilinir. Bu, PRC'nin faz-ileri bölümünü uyarır ve vücudun düzenli bir uyku-uyanıklık programında kalmasına yardımcı olur. Ayrıca vücudun uykuya hazırlanmasına yardımcı olur.

Herhangi bir zamanda melatoninin uygulanması hafif bir hipnotik (uyku uyandıran) etkiye sahip olabilir. Uyku fazı zamanlaması üzerinde beklenen etki, varsa, ÇHC tarafından tahmin edilir.

Katkı efektleri

2006 yılında yapılan bir çalışmada Victoria L. Revell ve ark. Her ikisi de ilgili PRC'lere göre faz ilerlemesine zamanlanmış sabah parlak ışığı ve öğleden sonra melatoninin bir kombinasyonunun, toplam 2 1 ⁄ 2 saate kadar tek başına parlak ışıktan daha büyük bir faz ilerleme kayması ürettiğini gösterdi . Tüm zamanlar yaklaşıktır ve kişiden kişiye değişir. Özellikle, bir bireyde bu eğrilerin tepe noktalarının ve sıfır geçişlerinin zamanlarını doğru bir şekilde belirlemenin uygun bir yolu yoktur. Etkinin aniden değişmesinin beklendiği zamana yakın bir zamanda ışık veya melatonin verilmesi, geçiş süresi tam olarak bilinmiyorsa, istenenin tersi bir etki yaratabilir.

Egzersiz yapmak

2019 yılında yapılan bir çalışmada Shawn D. Youngstedt ve ark. , insanlarda "Egzersizin sirkadiyen faz kayması etkilerini ortaya çıkardığını, ancak ek bilgiye ihtiyaç duyulduğunu gösterdi. [...] aMT6 (melatonin türevi) başlangıcı ve akşam 7:00'den itibaren büyük faz gecikmeleriyle akrofaz için önemli faz-tepki eğrileri oluşturuldu. 22:00 ve hem 7:00 hem de 13:00 ile 16:00 arasında büyük aşama ilerlemeleri"

Menşei

"Faz tepki eğrisi" teriminin ilk yayınlanmış kullanımı 1960 yılında Patricia DeCoursey tarafından yapılmıştır. Sürekli karanlıkta tutulan uçan sincaplarının "günlük" aktivite ritimleri , ışığa maruz kalma darbelerine yanıt verdi. Yanıt, ışığın verildiği günün saatine göre, yani hayvanların öznel "günü"ne göre değişiyordu. DeCoursey, faz kaymasının miktarı ve yönü (ilerleme veya gecikme) ile ilgili tüm verilerini tek bir eğri üzerinde çizdiğinde, PRC'yi yarattı. O zamandan beri biyolojik ritimlerin çalışmasında standart bir araç olmuştur.

nöronlarda

Daha fazla bilgi: Faz presesyonu

Faz tepki eğrisi analizi, düzenli ani artış gösteren nöronların içsel özelliklerini ve salınım davranışını anlamak için kullanılabilir . Nöronal PRC'ler, tamamen pozitif (PRC tip I) veya negatif parçalara sahip (PRC tip II) olarak sınıflandırılabilir. Önemli olarak, bir nöron tarafından sergilenen PRC tipi, giriş-çıkış fonksiyonunun (uyarılabilirlik) yanı sıra senkronizasyon davranışının göstergesidir: PRC tip II nöron ağları, aktivitelerini karşılıklı uyarıcı bağlantılar yoluyla senkronize edebilir, ancak PRC tip I'inkiler yapamaz.

Canlı, düzenli ani artış gösteren nöronlarda PRC'nin deneysel tahmini, geçici bir akım darbesi gibi küçük bir bozulmaya yanıt olarak ani artış aralığındaki değişikliklerin ölçülmesini içerir. Özellikle, bir nöronun PRC'si sabit değildir, ancak nöronun ateşleme frekansı veya nöromodülatör durumu değiştiğinde değişebilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma