Sisäinen kello

Aivojen hypotalamuksessa sijaitseva elimistön sisäiseksi tai biologiseksi keskuskelloksi kutsuttu hermosolujen joukko säätelee elimistön fysiologista vuorokausirytmiä eli sirkadiaanista rytmiä. Myös yksittäisten solujen sisäiset solukellot auttavat elimistön toimintojen tahdistumista vuorokauden ajan mukaan.

Fysiologiseen vuorokausirytmiin kuuluu muun muassa  unirytmi, jota keskuskello säätelee nukahtamista aiheuttavien melatoniinin, adenosiininja galaniinin sekä heräämistä edistävän oreksiinin tuotannon avulla. Keskuskello säätelee myös immuunijärjestelmän ja hormonierityksen vuorokautisia vaihteluita. Elimistön fysiologiset vuorokausirytmit säätelevät kehon lämpötilaa, liikkumiskykyyn vaihteluita sekä mielialaa ja aivotoimintaa. Sisäinen kello säätelee myös sydämen ja maksan toimintaa sekä solujen energiantuotantoa Biologinen keskuskello säätelee lisäksi testosteronin erityksen vuorokausirytmiä ja vireyttä sekä kordinaatiokyvyn, aivojen reaktioajan, keuhkojen ja lihasten toiminnan tehokkuuden, verenpaineen, ruumiinlämmön ja suoliston toiminnan ajallista vaihtelua. 

Ihmisen uni-valve-rytmiä säätelee 351 erilaista geeniä. Suurin osa elimistön normaaleista toiminnoista seuraa tietynlaista vuorokausirytmiä, joka on ympäristön tahdittama yksilöllinen biologinen ilmiö. Noin puolet yksilöllisestä vuorokausirytmistä selittyy perinnöllisillä tekijöillä ja noin puolet ympäristövaikutuksella. Uni-valve-rytmi kannattaa koettaa pitää suhteellisen lähellä omaa biologista optimia. Vuorokausirytmin ylläpitoa edesauttaa esimerkiksi ensimmäisten valveillaolotuntien aikana saatu kirkasvaloannos..

Aikuisilla vuorokausirytmi on aika pysyvä, ellei ihminen sairastu tai rytmi muutoin häiriinny. Ihmiset jaetaan tutkimuksissa aamu-, ilta- ja välityyppeihin. Yli 25-vuotiaiden suomalaisten yleisin vuorokausirytmityyppi on aamuvirkkuus. Iltavirkkuus ja välityyppisyys on tätä nuoremmilla yleisempää kuin aamuvirkkuus. Kun elimistö alkaa ikääntymisen myötä rappeutua, vuorokausirytmillä on taipumus häiriintyä siten, ettei se pysy enää optimissaan. Ikääntyneillä on siten enemmän haasteita pitää yllä säännöllisiä biologisia rytmejä ja hyvää uni-valve-tilaa.

Vuorokausirytmin näkee esimerkiksi kehon lämpötilasta, verenpaineesta, hormonaalisista toiminnoista sekä kullekin ominaisesta luontaisesta uni-valve-rytmistä. Tutkijat ovat havainneet, että jos ihminen joutuu nukkumaan väärään aikaan vuorokaudesta, lähes kaikkien niiden geenien toiminta, jotka ovat ajastuneet olemaan aktiivisia tiettyyn aikaan vuorokaudesta, häiriintyy. Kyseinen ilmiö selittää sen, miksi väärään aikaan valvominen tuntuu pahalta. Yksilön arkisen vuorokausirymin yhteensopimattomuus hänen biologisen kellonsa kanssa on myös merkittävä vaaratekijä terveydelle. Ihmisten kyky joustaa ihannevuorokausirytminsä suhteen vaihtelee siten, että tunninkin jousto on toisille vaikeaa. Jos ihminen herää jatkuvasti itselleen väärään aikaan, keho kärsii ja monet elimistön toiminnat voivat alkaa toimia epätahdissa. Tämä saattaa johtaa aineenvaihduntasairauksiin, sydän- ja verisuonitauteihin, mielenterveyden häiriöihin, uni-valve-rytmin häiriöihin, selkäsairauksiin ja immunologisiin sairauksiin.

Osa sisäistä kelloa säätelevistä geeneistä liittyy silmien verkkokalvojen toimintaan, minkä vuoksi epäillään, että niiden toiminta säätelee myös sitä, kuinka päivänvalo tahdistaa elimistön keskuskelloa.

Ihmisen vuorokausirytmi on yleensä sellainen, että luontaisen unijakson keskikohta ajoittuu kello neljään aamuyöllä. Noin puolella prosentilla väestöstä on mutaatio sisäistä kelloa säätävässä cry1-geenissä, jolloin unijakson keskikohta siirtyy kello seitsemäksi.

Aivojen keskuskelloksi kutsuttu suprakiasmaattinen tumake eli suprakiasmaattinen hermosolurykelmä tahdistaa elimistön rytmejä. Tieto valon ja pimeän muutoksesta välittyy ihmisellä näköhermoja pitkin suprakiasmaattiseen tumakkeeseen ja sieltä edelleen käpyrauhaseen. Valo tahdistaa suprakiasmaattisen tumakkeen sisäistä kelloa, pimeys saa puolestaan aikaan nukahtamisvalmiutta lisäävän melatoniinin erittymisen käpylisäkkeessä. Liian niukka dopamiinintuotanto saa sisäisen kellon jätättämään. 

Magnesiumin on havaittu olevan keskeisessä roolissa sisäisen kellon säätelijänä, sillä solujen magnesiumpitoisuus vaihtelee vuorokaudenajan mukaan. Magnesiumin määrä solussa vaikuttaa muun muassa siihen, miten tehokkaasti solu pystyy polttamaan saamaansa ravintoa energiaksi. 

Sisäinen kello jätättää miehillä luontaisesti keskimäärin yksitoista minuuttia vuorokaudessa ja naisilla viisi.

Keskuskelloa häiritseviä tekijöitä 

Veren korkea glukoosipitoisuus ylipainoisilla ihmisillä sotkee solukellojen elimistöä tahdistavaa toimintaa. Aivojen krooninen matala-asteinen tulehdus eli neuroinflammaatio saattaa aiheuttaa sisäisen kellon häiriöitä. Elimistön fysiologisten vuorokausirytmien häiriintyminen aiheuttaa lisäksi elimistön tulehdusten aktivoitumista.. 

Muita sisäisen kellon toimintaa häiritseviä tekijöitä ovat esimerkiksi aikavyöhykkeiden ylittävien lentojen aiheuttama aikaerorasitus, kesä- ja talviaikaan siirtymiset, vuorotyö, stressi, tupakointi, alkoholi ja kofeiinipitoiset juomat. sekä yhteiskunnassa vallitsevat aamuvirkkujen ehdoilla toimivat järjestelyt. Vuonna 2006 perustettu kansainvälinen B-society-järjestön tavoitteena on, että iltavirkkujen elämänlaatua ja tuottavuutta kohennettaisiin ottamalla heidän tarpeensa huomioon yhteiskunnallisella tasolla kuten kouluissa ja työpaikoilla.

Ylen ja työterveyslaitoksen vuoden 2019 kyselystä kävi ilmi, että vastaajien luontaisen biologisen rytmin poikkeaminen arjen pakotetusta rytmistä korreloi vahvan negatiivisesti unen laadun, vireystason, mielialan ja elämäntyytyväisyyden kanssa.

Oxfordin yliopiston tutkija Paul Kelley on väittänyt, että virastoaika on niin kaukana useiden alle 55-vuotiaiden ihmisten luontaisesta uni-valve-rytmistä, että työn laatu heikkenee ja ihmisen terveys vaarantuu erityisesti sydämen ja maksan osalta. Työntekoa ei pitäisi Kelleyn mukaan aloittaa ennen kello kymmentä ja sama pätee teini-ikäisten koulupäiviin. Kelley on myös huomauttanut, ettei ihmisen biologista uni-valve-rytmiä kyetä muuttamaan ja että riittämätön uni altistaa muun muassa immuunijärjestelmän häiriöille. Kelleyn johdolla suoritettu tutkimus on osoittanut, että oppilaiden arvosanat paranevat, kun koulun alkamisaikaa myöhennetään siten, että koulu alkaa vasta kello kymmeneltä..

Kasvien sisäinen kello
Myös kasveilla on sisäinen kello, sillä ne tietävät jo pari tuntia aikaisemmin, milloin aurinko nousee. Kasvit osaavat myös säädellä tärkkelysvarastojensa kulumista varaston kulloisenkin koon ja yön pituuden mukaan siten, että varastot eivät ehdy ennen aamua.

Katso myös 
 Nukkuminen (vuorokausirytmiä käsittelevä luku)
 viivästynyt unijakso
 siirtyvä unijakso 
 Kronobiologia
 Päiväeläin
 Yöeläin

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Suomalaisten vuorokausirytmi muuttunut – joustavuus lisääntyy hitaasti työpaikoilla Yle 16.8.2013.
 Tutkijat suosittelevat kouluaamuihin lisää unta  Helsingin Sanomat 8.8.2013.
 Vuorokausirytmi ja unen säätely  Terveyskirjasto 8.5.2008.
 Biologisen kellon fysiologia ja vuorokausirytmin häiriöiden yhteys sairauksiin Lääketieteellinen Aikakauskirja Duodecim 1999;115(5):565.
 Secrets of the Body Clock BBC dokumentti vuodelta 2013.
 The Secret Life of Your Body Clock BBC dokumentti vuodelta 2009.

Neurotiede
Uni