חוקרים ממכון ויצמן למדע מצאו ראיות לקיומם של מחזורים הורמונליים עונתיים אצל בני אדם. האם יש מקבילה אנושית לשלכת או לשנת חורף?
הטבע סביבנו משתנה במחזוריות קבועה בהתאם לעונות השנה. אנו רואים את זה היטב בענפי העצים העומדים בשלכת בסתיו, או בפריחה ובלבלוב שבאביב. גם בעלי חיים רבים מפגינים מחזורים עונתיים, כמו נדידת הציפורים, תרדמת חורף או ייחום התלוי בעונה. אין בזה פלא, שהרי באזורים רבים מזג האוויר משתנה באופן ניכר מעונה לעונה, ואיתו משתנה מאוד סביבת המחיה של בעלי החיים והצמחים.
יש ראיות לכך שבמקרים רבים המחזורים הביולוגיים השנתיים אינם רק תגובה לתנאים החיצוניים, אלא הם משקפים תהליכים ביולוגיים פנימיים. בדומה לשעון הצירקדי, שמווסת מחזורים יומיים כמו ערות ושינה, לחלק מהיצורים יש גם שעון ביולוגי עונתי, שעון צירקנואלי, שמשלים מחזור כל שנה.
האם גם לבני האדם יש מחזורים פיזיולוגיים שנתיים? חוקרים במעבדתו של אורי אלון במכון ויצמן למדע החליטו לבדוק את השאלה באופן שיטתי. הם נעזרו לשם כך במאגר הנתונים הרפואי של קופת חולים כללית, המכיל מידע רפואי רב על מיליוני מבוטחים, ונתונים מתוכו נמסרו לחוקרים ללא פרטים מזהים.
החוקרים סרקו שורה של בדיקות הורמונים בדם ובשתן שנעשו לאורך השנה וחיפשו בהן מחזוריות. מהממצאים התברר שקיים דפוס מחזורי עונתי ברמותיהם של הורמונים רבים, ביניהם קורטיזול, הורמונים של בלוטת התריס כמו T3 ו-T4, והורמוני המין אסטרוגן וטסטוסטרון. מה שאִפשר את חשיפת המחזורים הללו היה גודלו העצום של מאגר המידע, שבזכות עושר המידע האצור בו חשף פרטים שעד כה הראיות להם היו מעטות.
אולם האם המחזורים האלה מעידים על קיומו של שעון פנימי? הדרך הישירה ביותר לענות על כך בניסוי היא להחזיק את הנסיינים במשך כמה שנים בתנאי סביבה קבועים, ללא שינויים באורך היממה, בטמפרטורה וכו', ולמדוד לאורך כל הניסוי את רמות ההורמונים שלהם. ניסויים כאלה מאתגר מאוד לבצע אפילו על חיות מעבדה, ואין שום דרך מעשית לעשות אותם על בני אדם. החוקרים בחרו אם כן בגישה אחרת – הם ניסו להתאים את הנתונים למודלים מתמטיים המביאים בחשבון את יחסי הגומלין שבין ההורמונים. המודל המתאים ביותר היה זה שהראה שיש לבני אדם שעון עונתי פנימי והסביר איך הוא פועל.
ציר ההיפותלמוס-יותרת המוח-יותרת הכליה הוא המסלול ההורמונלי הראשי האחראי לתגובה הגופנית למצבי לחץ פיזיולוגי. אילוסטרציה של האיברים וההורמונים במסלול זה | Shutterstock, Sakurra. עברית: מריה גורוחובסקי
כשהגודל כן קובע
כדי להבין איך המודל מסביר את המחזוריות השנתית, יש להבין תחילה כיצד פועלים המסלולים ההורמונליים שהוא בחן, ובראשם ציר ההיפותלמוס-יותרת המוח-יותרת הכליה. זהו המסלול ההורמונלי הראשי האחראי לתגובה הגופנית למצבי לחץ פיזיולוגי (דחק). המערכת הזאת מתחילה את פעולתה עם הפרשת הורמון בשם CRH מאזור במוח בשם היפותלמוס, שמפקח בין השאר על פעילות מערכת הבלוטות בגוף. ההורמון הזה מעודדת את בלוטת יותרת המוח (היפופיזה) להפריש הורמון שני, בשם ACTH. כשה-ACTH מגיע דרך מחזור הדם אל בלוטת יותרת הכליה (בלוטת האדרנל), הוא מגרה אותה להפריש קורטיזול. הקורטיזול אחראי בתורו לוויסות תפקודים פיזיולוגיים והתנהגותיים רבים המסייעים לגוף להתמודד עם מצבי דחק.
נוסף על תפקידם העיקרי, ההורמונים המעורבים בתהליך הזה גם מווסתים את גודל הבלוטות. ה-ACTH המופרש מיותרת המוח מעודד את גדילת בלוטת יותר הכלייה, ואילו הקורטיזול המופרש מיותרת הכלייה דווקא מעכב את גדילתה של בלוטת יותרת המוח. על סמך זה, המודל מנבא שייווצרו מקצבים באמצעות לולאת משוב שלילי: ה-ACTH מעודד את בלוטת יותרת הכליה לגדול ולכן להפריש יותר קורטיזול. בהשפעת הקורטיזול, בלוטת יותרת המוח מתכווצת בהדרגה ולכן מפיקה פחות ACTH. בעקבות זאת בלוטת יותרת הכליה מתכווצת מחדש, מפרישה פחות קורטיזול – וכך בלוטת יותרת המוח יכולה לגדול מחדש, להפריש ACTH שמעודד את גדילת יותרת הכליה, וחוזר חלילה.
החוקרים הראו על סמך סריקות MRI שהגודל הממוצע של בלוטת יותרת המוח משתנה במחזוריות שנתית. צילום MRI עם בלוטת יותרת המוח מודגשת בסגול | Scott Camazine, Science Source, Science Photo Library
גדול בקיץ, קטן בחורף
על פי המודל, הגדילה וההתכווצות של הבלוטות היא תהליך איטי שנמשך כמה חודשים, כך שמחזור שלם שלו נמשך בערך שנה. אם ההשערה הזאת נכונה, הרי שגודלה של בלוטת יותרת המוח אמור להשתנות לאורך השנה. ואכן החוקרים הראו על סמך ניתוח של סריקות MRI שהגודל הממוצע של בלוטת יותרת המוח משתנה במחזוריות שנתית – היא גדולה יותר בקיץ וקטנה בחורף.
בהתאם לכך, רמת הקורטיזול, שכאמור מסייע לגוף להתמודד עם מצבי דחק, מגיעה לשיאה בחורף – תקופה שבה הגוף עלול להידרש להתמודדות עם מצבים קיצוניים כמו קור עז. המודל גם מנבא שיהיה הפרש של כמה חודשים בין רמות ה-ACTH הגבוהות ביותר לבין רמות הקורטיזול הגבוהות ביותר, והנתונים אכן מאשרים את זה. המחקר גם שלל את המודל החלופי של המסלול ההורמונלי, שניבא שרמות שני ההורמונים יעלו וירדו באותם זמנים.
החוקרים משערים כי השעון של התנודות ההורמונליות הללו יכול להסתנכרן עם המחזוריות העונתית החיצונית, למשל בתגובה לשינויים במספר שעות האור ביממה. כך, אצל אדם שעבר מחצי הכדור הצפוני לחצי הכדור הדרומי, השעון יסתנכרן בהתאם לעונות המקומיות. באזורים גיאוגרפיים סמוכים לקטבים, כמו סקנדינביה, שבהם אורך היום משתנה באופן ניכר יותר בין הקיץ לחורף, אכן נמדדו מחזורים הורמונליים בעלי משרעת גדולה יותר לאורך השנה - כלומר רמה גבוהה יותר של קורטיזול בחורף, ונמוכה יותר בקיץ.
המחזורים ההורמונליים שהתגלו עשויים לעמוד בבסיסן של כמה תופעות עונתיות שנמדדו בעבר אצל בני אדם: קצב הגדילה של ילדים, איכות הזרע של גברים ואף אחוז הילודה משתנים כולם מעונה לעונה. החוקרים קובעים בהתאם לכך שנראה כי גם הביולוגיה של האדם מותאמת לחילופי העונות, גם אם השינויים בה מתונים למדי.
