Mikä on sirkadiaaninen rytmi? Biologinen kello selitetty

Ymmärrä sirkadiaaninen rytmi ja biologinen kello: miten vuorokausirytmi, melatoniini ja valo säätelevät unta, terveyttä ja arkea.

Sirkadiaaninen rytmi on rytmi, joka toistuu noin 24 tunnin välein. Kasveilla ja eläimillä on nämä sisäänrakennetut syklit, joiden ansiosta ne kukkivat oikeaan aikaan, nukkuvat oikeaan aikaan jne. Sana "sirkadiaaninen" tulee latinankielisistä sanoista circa, "noin", ja diem tai dies, "päivä", joka tarkoittaa "noin päivässä". Biologisten aikarytmien, kuten vuorokausi-, vuorovesi-, viikko-, kausi- ja vuosirytmien, tutkimusta kutsutaan kronobiologiaksi.

Sirkadiaaninen rytmi on "sisäänrakennettu" niin, että ilman ympäristöstä tulevia aikasignaaleja se pysyy ajan tasalla noin 24 tunnin jaksoissa. Kun kasvit ja eläimet pidetään täydellisessä pimeydessä, ne jatkavat käyttäytymistään sisäänrakennetun jakson mukaan, joka on noin 24 tuntia. Rytmiin vaikuttavat ja ne asettuvat uudelleen myös aikasignaalit, kuten päivänvalo sekä päivän ja yön pituus. On tärkeää, että rytmi palautetaan säännöllisesti luonnollisen valo-/pimeyssyklin mukaiseksi. Aikuisilla kaikenikäisillä ihmisillä on vuorokausirytmi, joka on keskimäärin 24 tuntia ja 11 minuuttia.

Ihmisten ja muiden eläinten vuorokausirytmi, jota kutsutaan myös "biologiseksi kelloksi" tai "kehon kelloksi", säätelee monia kehon toimintoja, kuten ruokailua, nukkumista, kehon lämpötilaa ja hormonituotantoa.

Ihmisen ja muiden nisäkkäiden ensisijainen kehon kello sijaitsee suprachiasmaattisessa ytimessä (tai ytimissä) (SCN), joka on pari soluryhmää aivojen hypotalamuksessa. SCN:n tuhoutuminen johtaa säännöllisen uni-valverytmin täydelliseen puuttumiseen. SCN saa tietoa valosta silmien kautta ja ohjaa käpyrauhasta vapauttamaan yöllä melatoniinihormonia.

Joillakin ihmisillä on vuorokausirytminunihäiriöitä, jotka aiheuttavat sen, että he nukkuvat aivan liian aikaisin (pitkälle edenneen univaiheen oireyhtymä, ASPS), aivan liian myöhään (viivästyneen univaiheen oireyhtymä, DSPS) tai useina jaksoina päivän ja yön aikana (epäsäännöllinen uni-valverytmi). Pahin vuorokausirytmin unihäiriö näkevillä ihmisillä on ei-24-tuntinen uni-valverytmin häiriö (Non-24); heidän "vuorokausirytminsä" kestää 25 tuntia tai enemmän, joten he nukkuvat ja heräävät yhden tai useamman tunnin myöhemmin joka päivä. Myös sokeilla ihmisillä, jotka eivät näe lainkaan valoa, voi olla Non-24-oireyhtymä, mutta se on vähemmän vakava ja yleensä hoidettavissa.

Miten sirkadiaaninen kello toimii solu- ja geenitasolla?

Useimmissa eläinsoluissa on niin sanottu molekyylinen kello, joka perustuu geenien ja proteiinien vuorotteluun negatiivisissa ja positiivisissa palautesilmukoissa. Keskeisiä tekijöitä ovat mm. geenit ja proteiinit nimeltä CLOCK, BMAL1, PER ja CRY. Nämä muodostavat vuorokautisen syklin, jossa tietyt geenit aktivoituvat ja niiden tuottamat proteiinit kumoavat omaa ilmentymistään, jolloin sykli toistuu noin 24 tunnissa. SCN toimii tämän molekyylikellon järjestelijänä aivoissa ja synkronoi myös kehon “periferiakelloja” maksassa, lihaksissa, rasvakudoksessa ja muissa kudoksissa.

Valo, ipRGC-solut ja ajan asettuminen

Valo on voimakkain aika-ankkuri eli zeitgeber. Silmässä sijaitsevat erityiset fotoreseptorisolut, ns. intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGC), jotka sisältävät pigmenttiä melanopsiinia. Ne välittävät valotiedon SCN:lle suoraan ja auttavat kellon asettumisessa oikeaan aikaan. Tästä syystä aamun kirkas valo siirtää sisäistä kelloa ja auttaa heräämään, kun taas kirkas valo illalla voi viivästyttää nukahtamista.

Sairaudet, terveysvaikutukset ja elämänvaiheet

• Uni- ja vuorokausirytmihäiriöt: ASPS, DSPS, Non-24 ja epäsäännöllinen uni-valverytmi vaikuttavat unen ajoitukseen ja laadun lisäksi hyvinvointiin ja toimintakykyyn.
• Jet lag ja vuorotyö: nopea aikavyöhykkeiden vaihto tai jatkuva yötyö häiritsee kellon synkroniaa, aiheuttaa väsymystä, huomiokyvyn heikkenemistä ja lisää tervisoriskejä.
• Metabolinen ja kardiometabolinen riski: pitkäaikainen rytmin häiriö yhdistyy lihavuuteen, tyypin 2 diabetekseen, kohonneeseen verenpaineeseen ja sydänsairauksiin.
• Mielenterveys: masennus, kaamosmasennus ja bipolarisairaus liittyvät usein sirkadiaanisen rytmin häiriöihin.
• Ikääntyminen ja kehitys: iäkkäillä rytmin voimakkuus usein heikkenee ja unirytmi voi siirtyä aikaisemmaksi; nuorilla ja erityisesti murrosikäisillä on taipumus viivästyneeseen univaiheeseen.

Tutkimus- ja mittausmenetelmät

Sirkadiaanista rytmiä voidaan arvioida käytännössä mm. seuraavilla tavoilla:

• Unipäiväkirjat ja aktigrafia (ranteeseen kiinnitettävä liikeanturi)
• Dim-light melatonin onset (DLMO) – melatoniinin ilmentymisen ajan mittaus hämärässä
• Keho lämpötilan ja veren hormonitasojen seuraaminen laboratoriokokein

Hoito ja käytännön keinot rytmin tukemiseksi

Hoito ja konstit riippuvat ongelman tyypistä, mutta yleisiä keinoja ovat:

• Valohoito (kirkas aamunvalo tai suunnattu valohoito) auttaa aikatauluttamaan kellon.
• Melatoniini ajallisesti annettuna voi edistää unensaantia ja siirtää rytmiä; erityislääke tasimelteoni on käytössä mm. Non-24-oireyhtymässä (lääkärin ohjein).
• Vakaat unirutiinit: säännöllinen nukkumaanmeno- ja heräämisaika, iltatekniikat valon vähentämiseksi (erityisesti sinivalolta), kofeiinin välttäminen illalla.
• Ruokailun ja liikunnan ajoittaminen: aterioiden ja liikunnan ajoilla on vaikutusta periferiakelloihin; myöhäinen raskas ateria voi viivästyttää rytmiä.
• Chronotherapy ja kognitiivinen käyttäytymisterapia unen ongelmiin (CBT‑I) voivat olla osa ratkaisua vaikeissa tapauksissa.

Praktiset vinkit arkeen

• Altistu kirkkaalle, luonnonvalolle heti heräämisen jälkeen.
• Pidä säännöllinen unirytmi myös viikonloppuisin mahdollisuuksien mukaan.
• Vähennä näyttöjen sinivaloa 1–2 tuntia ennen nukkumaanmenoa tai käytä sinivalon suodatusta.
• Suosi kevyitä iltarutiineja (rauhoittava lukeminen, rentoutusharjoitukset) ja vältä raskasta liikuntaa myöhään illalla.
• Jos työ tai matkustus häiritsee rytmiä paljon, suunnittele valoaltistus, uniajat ja ateriat etukäteen ja hakeudu tarvittaessa lääketieteelliseen neuvontaan.

Yhteenvetona: sirkadiaaninen rytmi on kehon ja käyttäytymisen perusta, joka auttaa synkronoimaan sisäiset prosessit ulkoiseen ympäristöön. Hyvin toimiva vuorokausikello tukee unta, aineenvaihduntaa, mielialaa ja yleistä terveyttä — ja sitä voi vahvistaa sekä elintavoilla että lääketieteellisillä keinoilla, kun tarvitaan.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on vuorokausirytmi?

K: Mistä sana "vuorokausirytmi" tulee?

K: Mitä ovat biologiset aikarytmit?

K: Miten eläinten kellot toimivat?

Kysymys: Kuka sai Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 2017 löydöksistään vuorokausirytmiä säätelevistä molekyylimekanismeista?

K: Mitä vuorokausirytmi säätelee eläimissä?

K: Miten merieläimet koordinoivat munasolujen hedelmöittymistä ulkoisesti?

Hae kirjaimella