Hoe onze biologische klok werkt

Het menselijke lichaam beschikt over een interne biologische klok, maar hoe werkt deze nou eigenlijk? Dit is een vraag waar chronobiologen zich mee bezighouden. Ze hebben door middel van experimenten uit weten te vinden waar ons biologisch ritme vandaan komt, hoe onze biologische klok werkt en dat onze biologische klok invloed heeft op vele verschillende fysiologische processen.

Wat is een interne klok?

Een interne klok kan men zien als een ingebouwde wekker ergens in ons lichaam. Het lichaam heeft daardoor een zekere mate van onafhankelijkheid van externe factoren zoals licht en temperatuur om de tijd van de dag te kunnen bepalen. Deze interne klok bevindt zich in mensen in de suprachiasmatisch nucleus (SCN), een kleine hersenkern die zich recht boven de kruising van onze oogzenuw bevindt. Deze interne klokt tikt ook door als we de hele dag in het donker of in het licht zouden zitten en zorgt dat we een ritme van circa 24 uur aanhouden ongeacht de externe factoren. Een bijeffect van deze internet klok is bijvoorbeeld de jetlag die we ondervinden als we met het vliegtuig reizen.

Hoe werkt de interne klok

De interne klokt werkt via een ingewikkeld systeem genaamd de transcriptional-translational feedback loop (TTL). De TTL is een serie stappen op moleculair niveau die elkaar opvolgen om uiteindelijk (na circa 24 uur) weer opnieuw te beginnen. Bij de meeste zoogdieren (inclusief de mens) werk het via 2 genen (Per en Cry) en 1 eiwitcomplex (BMAL1:CLOCK). De Per en Cry genen worden afgeschreven tijdens de nacht en de concentratie in het cytosol neemt geleidelijk toe. PER en CRY vormen een heterodimeer in het cytosol en worden vervolgens naar de celkern getransporteerd. Daar hechten ze aan het BMAL1:CLOCK complex en zorgen gezamenlijk dat de transcriptie van Per en Cry afneemt. Zodoende zal en minder inhibitie zijn waardoor er geleidelijk weer meer Per en Cry zal komen. Deze cyclus duurt circa 24 uur.

Bron: National Institute of General Medical Sciences, Wikimedia Commons (Publiek domein)

Interne cyclus versus externe cyclus

De cyclus duurt bij mensen iets langer dan 24 uur, gemiddeld namelijk 24 uur en een kwartier. Dit is aangetoond door mensen meerdere dagen in een ruimte met constant gedimd licht te houden en hun activiteitspatroon te meten. Normaal hebben mensen geen last van dit minieme verschil omdat de internet klok zich elke dag gelijk stelt met de externe wereld door op de zon te reageren en precies een kwartier te vertragen. Dit gebeurt doordat licht invloed uitoefent of de snelheid waarmee PER en CRY afgebroken worden. Dit is waarschijnlijk ook de reden dat de SCN, het interne klok centrum, direct om de kruising van onze oogzenuw ligt.

De invloed van licht

Sinds kort is er bekend dat er zich in het oog, naast de bekende "staafjes" en "kegeltjes", ook cellen bevinden die uitsluitend gevoelig zijn voor licht. Deze cellen staan in verbinding met de SCN en zorgen ervoor dat de interne klok bijgesteld wordt aan de externe omstandigheden. De SCN oefent vervolgens weer invloed uit over het gedrag en over de interne fysiologie en zorgt er zo voor dat deze factoren afgestemd worden op de omgeving.

Invloed op onze fysiologie

Veel fysieke processen hebben ook een dagelijkse cyclus. Dit heeft bijvoorbeeld consequenties voor het tijdstip van de inname van medicijnen maar bijvoorbeeld ook op de optimale tijd om iemand te opereren. Het gaat zelfs zo ver dat de sensatie van pijn op verschillende tijdstippen anders is waardoor we een afspraak bij de tandarts beter in de late middag zouden kunnen plannen! Als de interne biologische klok niet gelijk loopt met de externe klok ontstaat een situatie waar het lichaam zich tegen verzet. Dit kan leiden tot verschillende problemen zoals bijvoorbeeld depressie. Eén van de mogelijkheden is om dan gebruik te maken van chronotherapie om de biologische klok weer gelijk te laten lopen met de externe tijd.