Onze levens worden geregeerd door de tijd; we gebruiken de tijd om ons te vertellen wat we moeten doen. Maar de wekker die ons 's morgens wakker maakt of het polshorloge dat zegt dat we te laat zijn voor het avondeten, zijn onnatuurlijke klokken. Onze biologie antwoordt op een meer en meer oude beat die waarschijnlijk al vroeg in de evolutie van al het leven begon aan te kruisen.

Ingesloten in de genen van ons, en bijna al het leven op aarde, zijn de instructies voor een biologische klok dat markeert de doorgang van ongeveer 24 uren. Biologische klokken of "circadiane klokken" helpen onze slaappatronen, alertheid, stemming, fysieke kracht, bloeddruk en nog veel meer te timen.

Onder normale omstandigheden ervaren we een 24-uur patroon van licht en donker, en onze circadiane klok gebruikt dit signaal om de biologische tijd af te stemmen op de dag en de nacht. De klok wordt vervolgens gebruikt om te anticiperen op de verschillende eisen van de 24-urendag en om de fysiologie en het gedrag aan te passen aan de veranderende omstandigheden. De lichaamstemperatuur daalt, de bloeddruk daalt, de cognitieve prestaties dalen en de vermoeidheid neemt toe in afwachting van het naar bed gaan. Terwijl het nog vóór zonsopgang is, wordt het metabolisme opgewaardeerd in afwachting van verhoogde activiteit wanneer we wakker worden.

Een circadiane klok stopt ook alles wat gebeurt op hetzelfde moment, waardoor biologische processen in de juiste volgorde plaatsvinden. Om cellen goed te laten werken, hebben ze op het juiste moment de juiste materialen op de juiste plaats nodig.

Duizenden genen moeten op volgorde en in harmonie worden in- en uitgeschakeld. Eiwitten, enzymen, vetten, koolhydraten, hormonen, nucleïnezuren en andere verbindingen moeten in een precies tijdvenster worden opgenomen, afgebroken, gemetaboliseerd en geproduceerd. Energie moet worden verkregen en vervolgens worden toegewezen aan groei, voortplanting, metabolisme, voortbeweging en cellulaire reparatie.

Al deze processen, en vele andere, nemen energie en moeten allemaal worden getimed op het juiste tijdstip van de dag. Zonder een klok zou onze biologie in chaos verkeren.

De baanbrekend onderzoek van Jeffrey Hall, Michael Rosbash en Michael Young - bekroond met de 2017 Nobelprijs voor de fysiologie of geneeskunde eerder deze week - op voorwaarde dat ons eerste duidelijke begrip van hoe een biologische klok tikt in een organisme; in dit geval een fruitvlieg.

Hoe de klok werkt

In het hart van de klok bevindt zich een "negatieve feedbacklus" die uit de volgende reeks gebeurtenissen bestaat. De klokgenen produceren berichten die worden vertaald in eiwitten. De eiwitten interageren vervolgens om complexen te vormen en verplaatsen zich van het cytoplasma van de cel naar de kern en remmen vervolgens hun eigen genen. Deze remmende klokproteïnecomplexen worden vervolgens afgebroken en de klokgenen zijn dan weer vrij om meer berichten en vers eiwit te maken - en de cyclus gaat dag na dag verder.

Deze negatieve feedbacklus genereert een bijna 24-uurritme van eiwitproductie en -degradatie dat de interne biologische dag stuurt.

Gebaseerd op de bevindingen van Hall, Rosbash en Young in de fruitvlieg, werden zeer vergelijkbare klokgenen ontdekt in muizen, mensen en veel andere dieren. Dus de biologische klokken die in ons "tikken" zijn in grote lijnen vergelijkbaar met de klokken die gevonden worden in insecten, wormen, vissen en vogels.

We weten nu dat de voorkeuren van de ochtend en avond van individuen die zichzelf beschrijven als "leeuweriken" of "uilen" ook verband lijken te houden met kleine veranderingen in sommige van deze klokgenen die onze circadiane ritmes versnellen of vertragen.

Niet storen

Een goed begrip van hoe klokken werken en de centrale rol die zij spelen in onze biologie heeft op veel gebieden tot vooruitgang geleid, niet in de laatste plaats een waardering dat wanneer circadiane ritmen worden verstoord onze algehele gezondheid en welzijn ernstig kunnen worden aangetast.

Ploegenarbeiders proberen overdag te slapen, maar de slaap is meestal korter en van mindere kwaliteit dan wanneer er 's nachts geslapen wordt, omdat het circadiane systeem, hoewel wanhopig moe, het lichaam instrueert dat het wakker moet zijn. Ze werken dan tijdens de nacht op een moment dat het circadiane systeem het lichaam heeft voorbereid op slaap en dat de alertheid en prestaties laag zijn. In feite werken ze wanneer ze slaperig zijn en slapen als ze dat niet zijn.

Kortstondige circadiane ritmeverstoring kan een grote negatieve impact op hebben geheugen, probleemoplossing, emotionele reacties en aandacht. En van jarenlange nachtploegenwerk is aangetoond dat het het risico verhoogt hartziekte, infectie, kanker, Type 2 diabetes en zwaarlijvigheid. Dus we negeren onze circadiane ritmes op eigen risico.

Circadiane ritmeverstoring is ook een kenmerk dat gedeeld wordt door enkele van de meest uitdagende ziekten van onze tijd. Lijders aan psychische aandoeningen zoals schizofrenie, bipolaire stoornis en Depressie; neurologische aandoeningen zoals Alzheimer, beroerte en multiple sclerose; ontwikkelingsstoornissen zoals autisme; en ernstige stoornissen van het oog (inclusief de ontwikkeling van cataracten) vertonen allemaal verstoringen van het circadiane ritme.

De toekomst van het circadiaanse ritmesonderzoek is om te begrijpen hoe deze verstoring tot stand komt en, gebaseerd op deze kennis, nieuwe medicijnen en behandelingen te ontwikkelen die ons zullen helpen de interne tijd in het gezondheidsspectrum te reguleren. We leven echt in spannende tijden.

Over de auteur

Russell Foster, hoogleraar Circadian Neuroscience, Universiteit van Oxford

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Related Books:

at InnerSelf Market en Amazon