Ihmisten unta esiintyy sirkadiaanisella (circa = noin jadia = päivä) jaksoittaisuudella, ja sirkadiaanisista rytmeistä kiinnostuneet biologit ovat tutkineet useita kysymyksiä tästä päivittäisestä syklistä. Mitä tapahtuu esimerkiksi silloin, kun yksilöitä estetään aistimasta vihjeitä, joita heillä normaalisti on yöstä ja päivästä? Tähän kysymykseen on vastattu sijoittamalla vapaaehtoiset ympäristöön (joskus on käytetty luolia tai bunkkereita), jossa ei ole ulkoisia merkkejä ajasta (kuva 28.3). Viiden päivän sopeutumisjakson aikana, johon sisältyi sosiaalista kanssakäymistä, aterioita tavanomaisiin aikoihin ja ajallisia vihjeitä (radio, televisio), koehenkilöt heräsivät ja menivät nukkumaan tavanomaisiin aikoihin ja säilyttivät 24 tunnin uni-valverytmin. Näiden vihjeiden poistamisen jälkeen koehenkilöt heräsivät kuitenkin joka päivä myöhemmin, ja unen ja valveen jakso pidentyi vähitellen noin 28 tuntiin tavanomaisen 24 tunnin sijasta. Kun vapaaehtoiset palautettiin normaaliin ympäristöön, 24 tunnin sykli palautui nopeasti. Ihmisillä (ja monilla muilla eläimillä, ks. laatikko B) on siis sisäinen ”kello”, joka jatkaa toimintaansa ilman ulkoista tietoa vuorokaudenajasta; näissä olosuhteissa kellon sanotaan olevan ”vapaasti kulkeva”.
Kuva 28.3
Vapaaehtoisen heräämisen (siniset viivat) ja nukkumisen (punaiset viivat) rytmi eristyskammiossa, jossa on ja jossa ei ole vihjeitä vuorokausirytmistä.Numerot kuvaavat kunkin jakson täydellisen heräämis-/nukkumisjakson keskiarvoa ± keskihajontaa (lisää…)
laatikko B
Biologisten kellojen molekyylimekanismit.
Ympärivuorokautiset kellot ovat oletettavasti kehittyneet pitämään yllä sopivia uni- ja valveaikoja huolimatta päivänvalon ja pimeyden vaihtelevasta määrästä eri vuodenaikoina ja eri paikoissa maapallolla. Fysiologisten prosessien synkronoimiseksi päivän ja yön syklin kanssa (jota kutsutaan valojännitteeksi) biologisen kellon on havaittava valon määrän väheneminen yön lähestyessä. Reseptorit, jotka aistivat nämä valonmuutokset, sijaitsevat, mikä ei ole yllättävää, verkkokalvon ulommassa ydinkerroksessa, vaikka silmän poistaminen poistaisi valojännityksen. Tunnistimet eivät kuitenkaan ole sauvoja tai käpyjä. Pikemminkin nämä huonosti tunnetut solut sijaitsevat kädellisten ja hiirten verkkokalvojen ganglion- ja amakriinisolukerroksissa, ja ne projisoituvat hypotalamuksen suprachiasmaattiseen ytimeen (SCN), joka on yleisesti ottaen homeostaattisten toimintojen sirkadiaarisen ohjauksen paikka (kuva 28.4A). Nämä erikoiset verkkokalvon valoreseptorit sisältävät uudenlaista valopigmenttiä, jota kutsutaan melanopsiiniksi. Ehkä vakuuttavin todisteSCN:n roolista eräänlaisena biologisena pääkellona on se, että sen poistaminen koe-eläimiltä poistaa niiden unen ja heräämisen vuorokausirytmin. SCN ohjaa myös muita toimintoja, jotka ovat synkronoituja uni-valverytmin kanssa, kuten ruumiinlämpöä (ks. kuva 28.3), hormonien eritystä, virtsaneritystä ja verenpaineen muutoksia. Sirkadiaanisen kontrollin solumekanismit on esitetty tiivistetysti laatikossa B.
Kuva 28.4
Sirkadiaanisen rytmin anatominen perusta. (A) Hypotalamus,josta näkyy suprachiasmaattisen ytimen (SCN) sijainti, joka nisäkkäillä on ensisijainen ”biologinen kello”. Nimi ”suprachiasmaattinen” tulee (lisää…)
Suprachiasmaattisen ytimen aktivoituminen saa aikaan vasteita neuroneissa, joiden aksonit laskeutuvat selkäytimen lateraalisarven preganglionisiin sympaattisiin neuroneihin (kuva 28.4B). Nämä solut puolestaan muokkaavat ylemmän kaularangan hermosoluja, joiden postganglioniset aksonit projisoituvat käpyrauhaseen (käpy tarkoittaa käpytynnyrin muotoista), joka sijaitsee keskiviivalla lähellä dorsaalista talamusta. Käpyrauhanen syntetisoi tryptofaanista unta edistävää neurohormonia melatoniinia (N-asetyyli-5-metoksitryptamiini) ja erittää sitä verenkiertoon auttaakseen säätelemään aivorungon virtapiirejä, jotka lopulta säätelevät uni-valve-sykliä (ks. s. 615 ja sitä seuraavat sivut). Odotetusti melatoniinisynteesi lisääntyy valon vähentyessä ja saavuttaa maksimitasonsa kello 2.00 ja 4.00 välillä. Iäkkäillä käpyrauhanen kalkkeutuu ja melatoniinia tuotetaan vähemmän, mikä selittää ehkä sen, miksi iäkkäät ihmiset nukkuvat vähemmän tunteja ja kärsivät useammin unettomuudesta.