חדשות

מחקר ישראלי: השעון הביולוגי משפיע על מנגנון ניצול חומרי המזון ברמת התא

"אם נדע לתכנן נכון את הזמנים הנכונים לפעילות הגוף, אולי נוכל לנצל את חומרי המזון השונים בדרך נכונה ובריאה יותר", אמרו החוקרים, ממכון ויצמן וממכון "מקס פלאנק" בגרמניה

שקיעה, שעון ביולוגי (צילום: אילוסטרציה)

לא רק כמות האוכל שאדם צורך, אלא השעות בהן הוא עושה זאת, משפיעים באופן ברור על השמנה; כך מצא מחקר שעסק בשליטת "השעון הביולוגי" (השעון הצירקדי) על תהליכי חילוף החומרים בגוף. המחקר בוצע במכון ויצמן וממצאיו פורסמו ב"רשומות האקדמיה למדעים של ארה"ב" (PNAS).

הסוגיה נבדקה במיטוכונדריה של התא. המחקר נעשה בראשות ד"ר גד אשר מהמחלקה למדעים ביו-מולקולריים במכון, ביחד עם ד"ר עדי נויפלד-כהן ובשיתוף ד"ר מריה רובלס ופרופ’ מתיאס מאן מ"מכון מקס פלנק" לביוכימיה בגרמניה.

במחקר הנוכחי נבחנו מנגנוני הבקרה שבאמצעותם משפיע השעון הביולוגי על חילוף החומרים בתא, ועל תפוקת האנרגיה שלו

החוקרים סבורים, כי בנוסף לפיתוח עתידי של תכניות דיאטה על בסיס ממצאי המחקר, ייהנו ממנו גם אוכלוסיות הסובלות ממחזור במזון וגם מצריכה עודפת שלו, שמביאה למצבי חולי שונים.

"הסביבה שבה אנו חיים בכדור-הארץ, שבו היממה היא בת 24 שעות, גרמה, באמצעות האבולוציה להתפתחות 'שעונים ביולוגיים'", הסביר ד"ר אשר, "שעונים אלה, המצויים בחיידקים, זבובים ובבני-אדם, מודדים זמן גם ללא גירוי חיצוני. הם ממלאים תפקיד מרכזי בבקרה על מקצבי השינה, אכילה, חילוף חומרים, ופעילויות -כולם במחזור של כ-24 שעות. במובן מסוים, זהו מעֵין יומן שאומר לגופנו מה צפוי, כדי שיוכל להתכונן לבאות ולפעול באופן מיטבי".

השעונים הביולוגיים מבקרים את רוב תהליכי חילוף החומרים בגוף. כמעט לכולם מחזוריות בת 24 שעות. כך המצב במישור הפיסיולוגי באורגניזם השלם והדבר מתבטא במחזוריות השינויים בלחץ הדם, רמות הסוכר ורמות ההורמונים, וכך גם במישור המולקולרי (פעילות האנזימים ומסלולי חילוף חומרים שיש להם שיא אחד ביממה).

משום כך, שיבוש בשעון הביולוגי גורם פגיעה במספר תהליכים ביולוגיים. אנשים שעובדים במשמרות המשבשות את השעון הצירקדי שלהם, לוקים בהשמנה, בסוכרת, ובתסמונת המטבולית.

במחקר הנוכחי נבחנו מנגנוני הבקרה שבאמצעותם משפיע השעון הביולוגי על חילוף החומרים בתא, ועל תפוקת האנרגיה שלו וצריכתה. "תחנת האנרגיה" של התא פועלת כידוע באברון תוך-תאי זעיר, המיטוכונדריון (וברבים, מיטוכונדריה). נבדק בעבודה זאת אם במשך היממה מצטברים במיטוכונדריה, במחזוריות, חלבונים מסוימים החיוניים לתפקודה, וכך משפיעים על תפוקת האנרגיה שלה", הסביר ד"ר אשר.

התגלה, שכ-40% מהחלבונים המיטוכונדריים, מבין מאות שזוהו וכומתו, מצטברים באופן צירקאדי מחזורי. החוקרים הסבירו, כי "במהלך היממה חל שיא אחד בכמוּתם, ותהליך זה מבוקר ברובו באמצעות השעון הצירקאדי. למרבה ההפתעה, רוב החלבונים הצירקאדיים במיטוכונדיה הצטברו בתוך ארבע שעות אחרי תחילת מחזור האור של היממה (הניסוי בוצע בעכברים הפעילים בלילה וישנים ביום).

"רבים מהחלבונים הצירקאדיים הללו הם למעשה אנזימים חיוניים הקובעים את קצב הפעילות של המיטוכונדריה. למשל, אנזים מרכזי קובע את קצב השימוש בסוכרים לייצור האנרגיה. הוא מצטבר בגוף בשעה 4:00, כך שסביר שבשעה זו תהיה יכולת ניצול הסוכרים במיטוכונדריה בשיאה".

צוות המדענים סיפק למיטוכונדריה סוכר, וגילה שאכן, בסביבות השעה 4:00 היה תהליך הנשימה וניצול הסוכר לייצור אנרגיה בשיאו, בהשוואה לרמתו בשאר שעות היום. לעומת זאת, החלבון שאחראי על קצב כניסת חומצות שומן למיטוכונדריה הצטבר בשעה 18:00, ובדיקת ניצול חומצת השומן הראתה שבאותה שעה אכן היה עיבוד השומן מיטבי.

בעכברים עם מוטציה גנטית הפוגעת בשעון הביולוגי שלהם לא היה הבדל בין כמות החלבונים הללו במהלך היממה, ובהתאמה, פעילות הפירוק של השומנים והסוכרים היתה קבועה לאורך כל היום.

ממצאים אלו, הדגיש ד"ר אשר, "מחזקים את התפיסה לפיה השעון הביולוגי מבקר את השינויים החלים בשיעור הייצור והפירוק של חומרים מסוימים בגוף, וכן הוא מבקר תהליכים במיטוכונדריה באמצעות השפעה ישירה עלייה, ובאמצעות השפעה עקיפה - על החומרים המגיעים אליה. למשל, באמצעות השפעה על שעות האכילה של האורגניזם.

"ממצאים אלה עשויים לסייע לנו ללמוד כיצד לשלוט במידת היעילות של ניצול חומרי מזון מסוימים, הן בעת מחסור בו והן כשקיים עודף שלו".

"בעבר", הוסיף ד"ר אשר, "הראינו שאם עכברים אוכלים רק בלילה - בשעות הפעילות שלהם ולא כשהם רוצים - הם יאכלו את אותה כמות קלוריות, אבל רמות השומנים בכבד שלהם יהיו אז נמוכות ב-50%. המסקנה: תוצאת ניצול חומרי המזון לשם חילוף החומרים להפקת אנרגיה של הגוף, תלויה לא רק במה שאוכלים, אלא גם בשעת האכילה. אם נדע לתכנן נכון את הזמנים הנכונים לפעילות הגוף, אולי נוכל לנצל את חומרי המזון השונים בדרך נכונה ובריאה יותר".

נושאים קשורים:  חדשות,  שעון ביולוגי,  "שעון צירקדי",  חילוף חומרים,  דיאטה,  מכון ויצמן,  מכון "מקס פלאנק"
תגובות
25.03.2016, 07:44

הרעיון של השפעה של העיתוי ביממה לגבי תהליכים פיסיולוגיים איננו חדש.
ברפואה הסינית העיתוי ביממה והעיתוי ע"פ העונות הוא בסיסי לצורך פעולות פיסיולוגיות כאכילה , פעילות , שינה ואחרות. כמו כן העיתוי של אילו גם חשוב למתי לתת טיפול, זהו התחום שאנו קוראים לו כרונותרפיה.
ישנה חשיבות בהכרות הידע המצטבר בתחומים שלא ידעו לבצע מחקרים בעבר, והיכולת שלנו היום , כמו בעבודה זו, להדגים ולמדוד זאת.
דר' דן ליבון, מומחה ברפואת משפחה ורפואה סינית.