Rytm dobowy pomaga kontrolować dzienny cykl snu oraz czuwania i jest powiązany z 24-godzinnym działaniem naszego zegara biologicznego. Większość żywych istot posiada taki zegar, który ulega wahaniom pod wpływem czynników zewnętrznych, takie jak światło i ciemność. Ponadto, nie bez znaczenia są też czynniki związane ze stylem życia takie jak sen, pory spożywania i skład posiłków. Wszystkie wpływają na utrzymanie równowagi rytmu dobowego oraz na nasz mikrobiom jelitowy. Skład mikrobioty jelitowej i metabolizm przewodu pokarmowego są związane ze snem i rytmem dobowym. Dlatego zaburzenia rytmu dobowego mogą mieć wpływ na wzrost ryzyka wielu chorób. Wśród nich wymienić można otyłość, zespół metaboliczny w tym cukrzycę typu I2 czy choroby nowotworowe.
Czym jest rytm okołodobowy? Obrót Ziemi wokół własnej osi powoduje cykle światła i ciemności, przy czym pełny cykl trwa 24 godziny. Rytmy okołodobowe to sygnały pochodzące z wnętrza organizmu, które synchronizują się z sygnałami zewnętrznymi i kontrolują funkcje niezbędne do przeżycia prawie wszystkich żywych organizmów. Okres rytmu dobowego u ludzi trwa zwykle nieco ponad 24 godziny (około 24,2 godziny). Jest on regulowany przez różne „wskaźniki czasu”, zwane zeitgeberami. Zegar centralny (główny), który u ludzi znajduje się w podwzgórzu, steruje wszystkimi zegarami obwodowymi w naszym organizmie. Tam odbierane są sygnały z komórek znajdujących się w siatkówce oka, a następnie sygnały te są synchronizowane ze „wskaźnikiem czasu”, jakim jest cykl światło/ciemność. Jednocześnie wysyła on sygnały do komórek obwodowych w całym ciele i powoduje w ten sposób przekazanie rytmu właściwym komórkom i tkankom. Zegar główny koordynuje uwalnianie neuroprzekaźników, takich jak serotonina, noradrenalina czy melatonina. Serotonina i noradrenalina wydzielane są w większych ilościach podczas czuwania. Z kolei stężenie melatoniny jest najwyższe w nocy.
Zegary obwodowe znajdują się w jądrze prawie każdej komórki ludzkiego organizmu np. w komórkach jelita czy wątroby. Hamowanie sygnałów z zegara centralnego powoduje utratę równowagi rytmów obwodowych. Zegary obwodowe reagują na wiele czynników, takie jak np. skład naszej diety czy czas przyjmowania pokarmu. Dobrym przykładem jest ograniczenie spożycia pokarmu w czasie snu, gdyż jest to silny czynnik pobudzający zegary obwodowe w wątrobie i jelitach.
Zakłócenie rytmu dobowego u ludzi może być konsekwencją wielu czynników związanych ze stylem życia. Szczególnie istotnie przyczynia się np. praca zmianowa, podróżowanie między strefami czasowymi, ekspozycja na światło, szczególnie światło niebieskie, w nocy poprzez użycie urządzeń elektronicznych emitujących takie światło. Ponadto, nietypowy lub późny czas posiłków, odmienny rozkład dnia w dni wolne od pracy w porównaniu z dniami pracy, skład diety np. spożywanie alkoholu czy dieta bogata w tłuszcze. Jednocześnie ważna jest także niska aktywność fizyczna czy ekspozycja na związki zaburzające funkcjonowanie układu hormonalnego. Wśród nich niektóre pestycydy czy substancje znajdujące się w filtrach przeciwsłonecznych.
Mikrobiom to grupa mikroorganizmów, które zasiedlają różne narządy (np. jelita, skórę, narządy moczowo-płciowe). Większość mikrobiomu kolonizuje jelita. Bakterie jelitowe wykazują dobowe wahania pod względem liczebności i funkcji. W ostatnim czasie pojawiły się pewne dowody naukowe na to, że komórki bakteryjne również mają swoje zegary. Do tej pory istnienie wewnętrznych zegarów dobowych rzadko wykazywano w innych organizmach niż organizmy żywe, za wyjątkiem niektórych fotosyntetycznych bakterii. Enterobacter aerogenes to bakteria jelitowa należąca do rodzaju Proteobacteria. U tej niepatogennej bakterii jelitowa stwierdzono 24-godzinne rytmy poza gospodarzem.
Jednocześnie komunikacja między organizmem gospodarza, a mikrobiomem jest dwukierunkowa. Niektóre zachowania kontrolowane przez gospodarza mogą potencjalnie wpływać na rytm metabolizmu w jelitach. Sen, dieta (skład pokarmu, czas spożywania posiłku), ekspozycja na światło i czynniki stymulujące jak kofeina, mogą mieć wpływ na metabolizm w jelitach. Mikroflora jelitowa także wpływa na rytmy okołodobowe. W konsekwencji ma to wpływ na metabolizm gospodarza. Manipulowanie mikrobiomem może być obiecującą strategią przywracania rytmu dobowego gospodarza i jego równowagi metabolicznej. Pokarmy roślinne są bogatym źródłem błonnika i polifenoli. Niestrawione resztki pokarmów roślinnych stanowią podstawę do wytworzenia korzystnych metabolitów, tj. krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych oraz bioaktywnych polifenoli. Oba te metabolity sprzyjają zachowaniu prawidłowych funkcji jelita grubego. Mogą także pomóc przywrócić równowagę rytmu dobowego. Przy diecie bogatej w błonnik można spodziewać się wzrostu liczby Ruminococcaceae i Lachnospiraceae, a następnie wytworzony zostanie maślan czyli jeden z nasyconych kwasów tłuszczowych. Proces ten zapewnia odpowiednie pokrycie zapotrzebowania komórek jelitowych na energię w ciągu dnia. W sytuacji zaburzonego rytmu dobowego nasze wewnętrzne zegary mogą nie nadążać za sprzecznymi informacjami, jakie otrzymują. Desynchronizacja rytmów dobowych zwiększa ryzyko przyrostu masy ciała i zespołu metabolicznego w tym cukrzycy typu 2. Co ciekawe, brak równowagi w naszej mikrobiocie jelitowej również wiąże się z otyłością i cukrzycą.
Pracownicy zmianowi częściej chorują na raka (piersi i prostaty), choroby układu krążenia, cukrzycę, otyłość czy choroby neurodegeneracyjne. To z kolei ma wpływ na wzrost ryzyka śmiertelności. Niektóre stresory dietetyczne nasilają zaburzenia mikrobiomu jelitowego spowodowane dysregulacją rytmu dobowego. Czynniki żywieniowe, które mogą mieć taki wpływ na pracę naszych jelit, to głównie alkohol czy tłuszcz. Dobrym przykładem jest badanie wykonane przez Parkar i wsp. (2019). Autorzy wykazali, że zmiany rytmu dobowego u myszy na diecie zawierającej alkohol zwiększyły ryzyko zapalenia jelit i polipowatości, co warunkuje prawdopodobnie niekorzystny stosunek bakterii Firmicutes do Bacteroidetes.
Inne ciekawe badanie na zwierzętach wykazało, że mikrobiota jelitowa wpływa na dobowy rytm reakcji na stres, regulując poziom kortykosteronu. Kortykosteron to glikokortykoidowy hormon sterydowy wydzielany przez korę nadnerczy, który ma zbliżone działanie do kortyzolu i warunkuje przemiany w gospodarce węglowodanowej. Zaburzenia mikrobioty prowadzą do zaburzeń rytmiczności w szlakach stresowych mózgu, co objawia się zwiększoną wrażliwością na stres w określonych porach dnia. Dla osób poddanych silnej sytuacji stresowej istotne może być wsparcie mikrobioty, co może pomóc w utrzymaniu bardziej stabilnej reakcji na stres w ciągu dnia i ewentualnie przeciwdziałać zaburzeniom węglowodanów, tj. ograniczać możliwość cukrzycy typu 2.
Kolejny element to niewystarczająca ilość snu, czas czy jakość jego trwania, które są związane ze zmianą metabolizmu. Obserwowane zmiany dotyczą m.in. większego przyrostu masy ciała, zaburzenia bilansu energetycznego, jak również spadku tolerancji glukozy i wrażliwości na insulinę. Coraz większe zainteresowanie budzi wpływ snu na mikrobiotę jelitową. Wykazano, że zaledwie dwie noce krótkiego czasu snu (w godzinach od 2:30-7:00) mają wpływ na spadek insulinowrażliwości w porównaniu z normalnym snem (w godzinach od 22:30–07:00). Osoby będące tzw. „nocnymi sowami” są bardziej narażone na pogorszenia zdrowia niż osoby, które funkcjonują zgodnie z cyklem światło/ciemność. „Nocne sowy” częściej spożywają posiłki tuż przed snem, co z kolei desynchronizuje rytmy w wątrobie/jelicie od głównego zegara. Fragmentacja snu ma wpływ na zmianę głównych typów drobnoustrojów w jelitach. Obserwowany jest wówczas spadek Actinobacteria o 50% i Bacteroidetes o 20%, a wzrost Firmicutes o 20%. Taki profil bakterii jelitowych jest charakterystyczny dla mikroflory jelitowej osób otyłych. Ponadto, krótki czas snu powoduje uwalnianie katecholamin i glikokortykoidów. Pośrednio prowadzi to do osłabienia ścisłych połączeń komórek nabłonka jelitowego. Integralność bariery jelitowej ma kluczowe znaczenie dla oddzielenia prozapalnej treści jelita od krążenia ogólnego. Dysbioza jelitowa i nadmierna przepuszczalność jelit mogą mieć wpływ na stan zapalny w błonie śluzowej jelit. Dodatkowo czynniki te mogą wpływać na funkcję odpornościową jelit. Zwiększona liczebność bakterii prozapalnych w jelicie, w połączeniu z dysfunkcją bariery jelitowej, może sprzyjać chorobom o podłożu zapalnym.
Intermittent Fasting (IF) definiuje się jako spożycie takiej ilości pokarmu, jaka jest pożądana przez daną osobę tylko w określonym przedziale czasu. W ten sposób organizm otrzymuje energię wtedy, gdy jej potrzebuje. Istnieje ochronny wpływ jedzenia w określonym „oknie czasowym” na masę ciała, stężenie lipidów i poziom glukozy we krwi.
W kontekście pobudzania rytmu mikrobiomu czas posiłków i „okno czasowe” na jedzenie są tak samo ważne, jak skład diety. Spożywanie posiłków w fazie czuwania oraz wydłużenie okresu postu tj. zmniejszenie częstotliwości posiłków może pozytywnie wpłynąć na mikrobiom jelitowy. Jednocześnie wiąże się to ze zmniejszeniem przepuszczalność jelit i poprawi ogólnoustrojowy stan zapalny. Dodatkowo długość całonocnego postu jest proporcjonalna do obecnego w kale propionianu, czyli jednego z krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. W badaniu na myszach zaobserwowano wzrost bakterii z rodzaju Firmicutes podczas jedzenia w fazie czuwania. Podczas fazy poszczenia stwierdzono wzrost bakterii z rodzaju Bacteroidetes. Analogiczną zależność zaobserwowano w odniesieniu do bakterii Verrucomicrobia. Ich największy wzrost obserwowany jest w fazie postu. Do bakterii Verrucomicrobia zaliczany jest gatunek Akkermansia muciniphila. Ten gatunek bakterii jest powiązany z poprawą poziomu glukozy we krwi i ze zmniejszeniem stanu zapalnego. Odkrycia w badaniach na zwierzętach sugerują, że interwencje obejmujące Intermittent Fasting mogą mieć wpływ na mikrobiotę jelitową u ludzi. Potrzebne są jednak dodatkowe badania na ten temat.
Rytmy okołodobowe kontrolują w naszym organizmie funkcje niezbędne do przeżycia. Zaburzenie rytmu dobowego u ludzi wynika z czynników związanych ze stylem życia. Najczęściej czynniki te obejmują pracę zmianową, nieprawidłową ilość oraz jakość snu, ekspozycję na światło niebieskie w nocy, nieprawidłowy czas i skład posiłków oraz niską aktywność fizyczna. Nasz styl życia ma także wpływ na skład naszego mikrobiomu jelitowego. Z kolei mikroflora jelitowa wpływa na rytmy okołodobowe. W konsekwencji ma to wpływ na nasz metabolizm i może stanowić dodatkowy element ochrony przed chorobami, takimi jak otyłość, cukrzyca.