DE BIOLOGISCHE KLOK
INLEIDING
Als je 's avonds gaat slapen, vindt een aantal belangrijke veranderingen plaats in je lichaam. Je bloeddruk daalt, evenals je lichaamstemperatuur. Je spieren verslappen en ook je hersenactiviteit neemt af. Deze veranderingen zijn al begonnen voordat je echt gaat slapen. Je merkt dat als je je slaperig gaat voelen - dit is het signaal van je lichaam dat het tijd is om naar bed te gaan. Om op tijd wakker te worden gebruiken de meeste mensen een wekker. Maar ook zonder wekker wordt je vanzelf wakker - als je lichaam bepaald heeft dat het tijd daarvoor is. Je lichaam beschikt over een mechanisme om op tijd te slapen en wakker te zijn. Dit wordt de biologische klok genoemd. In deze tekst wordt uitgelegd wat de biologische klok is en hoe hij werkt. Verder worden recente ontdekkingen over de genen van de biologische klok behandeld.
DE BIOLOGISCHE KLOK
Vrijwel alle organismen houden zich aan ritmes. Behalve slapen en wakker zijn of waken (een dagritme), komt bij mensen ook het maandritme van de menstruatiecyclus voor. Andere organismen kennen ook jaarritmes, waartoe (vogel)trek en winterslaap behoren. De biologische klok die het dag/nachtritme reguleert wordt de circadiane klok genoemd. Het woord circadiaan is afgeleid van de Latijnse woorden circa (ongeveer) en dies (dag).
Tijdens een experiment werd een groep mensen gevolgd om te kijken hoe hun biologische klok functioneert. Ze werden 'opgesloten' zonder horloges, klokken of wekkers in een gebouw zonder ramen, zodat ze niet konden 'weten' hoe laat het was. Ze konden slapen, eten of werken op de momenten dat ze daar zelf zin in hadden. Toen het experiment na tien dagen werd beëindigd, werden de proefpersonen midden in de nacht wakker. Het bleek dat ze iedere dag ongeveer een half uur eerder waren gaan slapen en ook een half uur eerder wakker werden. In de loop van het experiment was hun dag/nachtritme geleidelijk verschoven. (Zie figuur 1.)
Figuur 1 - Het slaapritme van een van de proefpersonen. De onderste balk geeft de werkelijke tijd weer. De volgende balken zijn telkens 24 uur. In grijs is weergegeven wanneer de proefpersoon sliep. De onderste pijl geeft de start van het experiment weer, de bovenste het einde.
Een paar dagen na het experiment volgden de proefpersonen weer hun normale dag/nachtritme. Maar enkele proefpersonen hadden een paar dagen last van slapeloosheid of oververmoeidheid. Deze klachten lijken erg veel op de mensen die een 'jetlag' hebben, nadat ze een verre vliegreis gemaakt hebben. Zowel voor de proefpersonen als 'jetlag' patiënten geldt dat hun biologische klok een andere tijd aangeeft dan de tijd van de omgeving. De klachten verdwijnen nadat de circadiane klok zich heeft aangepast aan de omgeving.
Uit andere experimenten (met dieren, planten en schimmels) is gebleken dat de afwisseling van licht en donker noodzakelijk is om de circadiane klok gelijk te laten lopen met de omgeving. Als je dus last hebt van een jetlag, kun je het beste ervoor zorgen dat je overdag voldoende (zon)licht krijgt.
Net zoals bij de menstruatie cyclus, wordt de dag/nachtcyclus gereguleerd door tenminste een hormoon. Gedurende de nacht geeft de epifyse (pijnappelklier) het hormoon melatonine af. Dit hormoon blijkt als een soort slaapmiddel te werken. Als je het overdag slikt, val je gemakkelijk in slaap. Melatonine zou ook tegen een jetlag werken.
Hoe weet de epifyse dat het tijd is om melatonine te produceren? Bij sommige dieren is de epifyse gevoelig voor licht, of wordt de epifyse aangestuurd door een ander deel van de hersenen dat lichtgevoelig is. Bij zoogdieren blijkt een groepje cellen boven de hypothalamus de epifyse aan te zetten tot de productie van melatonine. Deze cellen worden SCN genoemd. Als bij dieren de SCN verwijderd wordt, blijken zij geen dag/nachtritme meer te hebben, ongeacht of de omgeving dit wel heeft.
Via de ogen krijgt de SCN informatie over de tijd van de omgeving. De ogen vangen dus niet alleen licht op om te kunnen zien, maar ook om te weten te komen hoe laat het is. Deze twee taken verlopen echter strikt gescheiden. Om dit aan te tonen, heeft men de melatonine productie van blinden onderzocht. Bij een deel van hen bleek de melatonine productie niet volgens het dag/nachtritme te verlopen. Zij gaven aan last te hebben van slaapstoornissen. Deze klachten konden verholpen worden door melatonine te slikken voor het slapen. Bij andere blinden bleek de melatonine productie normaal te functioneren. Hoewel zij niet kunnen zien, zijn zij toch in staat de tijd van de omgeving waar te nemen.
Vragen