Bookshelf

Människans sömn inträffar med cirkadisk (circa = ungefär, ochdia = dag) periodicitet, och biologer som är intresserade av cirkadiska rytmer har undersökt ett antal frågor om denna dagliga cykel. Vad händer till exempel när individer hindras från att känna av de signaler de normalt har om natt och dag? Denna fråga har besvarats genom att placera frivilliga personer i en miljö (grottor eller bunkrar har ibland använts) utan externa signaler om tid (figur 28.3). Under en fem dagars acklimatiseringsperiod med social interaktion, måltider vid normala tider och tidsmässiga signaler (radio, TV), vaknade och somnade försökspersonerna vid de vanliga tiderna och bibehöll en dygnsrytm av sömn och vakenhet. Efter att ha tagit bort dessa signaler vaknade dock försökspersonerna senare varje dag, och cykeln för sömn och vakenhet förlängdes gradvis till cirka 28 timmar i stället för de normala 24 timmarna. När försökspersonerna återvände till en normal miljö återställdes 24-timmarscykeln snabbt. Människor (och många andra djur, se ruta B) har alltså en inre ”klocka” som fortsätter att fungera i avsaknad av yttre information om tid på dygnet. Rytm för uppvaknande (blå linjer) och sömn (röda linjer) hos en frivillig person i en isoleringskammare med och utan information om dag-natt-cykeln.

Box B

Molekylära mekanismer för biologiska klockor.

Det kan antas att de cirkadiska klockorna har utvecklats för att upprätthålla lämpliga perioder av sömn och vakenhet trots den varierande mängden dagsljus och mörker under olika årstider och på olika platser på planeten. För att synkronisera fysiologiska processer med dag-natt-cykeln (så kallad fotoenträngning) måste den biologiska klockan registrera minskningar av ljusnivåerna när natten närmar sig. Receptorerna som känner av dessa ljusförändringar finns, föga förvånande, i näthinnans yttre nukleära skikt, men om man tar bort ögat upphör fotoenträngning. Detektorerna är dock inte stavar eller kottar. Dessa dåligt förstådda celler ligger i stället i ganglion- och amakrincellskikten i näthinnan hos primater och muriner och projicerar till den suprachiasmatiska kärnan (SCN) i hypothalamus, där den cirkadiska styrningen av homeostatiska funktioner i allmänhet sker (figur 28.4A). Dessa märkliga retinala fotoreceptorer innehåller ett nytt fotopigment som kallas melanopsin. Det kanske mest övertygande beviset för SCN:s roll som ett slags biologisk huvudklocka är att om den avlägsnas hos försöksdjur upphävs deras cirkadiska rytm för sömn och uppvaknande. SCN styr också andra funktioner som är synkroniserade med sömn- och vakencykeln, bland annat kroppstemperaturen (se figur 28.3), hormonutsöndring, urinproduktion och förändringar i blodtrycket. De cellulära mekanismerna för cirkadisk kontroll sammanfattas i ruta B.

Figur 28.4

Anatomiska underlag för cirkadiska rytmer. (A) Hypothalamus, som visar var suprachiasmatiska kärnan (SCN), som hos däggdjur är den primära ”biologiska klockan”, är placerad. Namnet ”suprachiasmatisk” kommer från (mer…)

Aktivering av den suprachiasmatiska kärnan framkallar reaktioner i neuroner vars axoner går ner till de preganglionära sympatiska neuronerna i ryggmärgens sidohorn (figur 28.4B). Dessa celler modulerar i sin tur neuronerna i de övre cervikala ganglierna vars postganglionära axoner projicerar sig till tallkottkörteln (tallkott betyder formad som en tallkott) i mittlinjen nära thedorsala thalamus. Tallkottkörteln syntetiserar det sömnfrämjande neurohormonet melatonin (N-acetyl-5-metoxitryptamin) från tryptofan och utsöndrar det i blodomloppet för att hjälpa till att modulera de kretsar i hjärnstammen som i slutändan styr sömn- och vakencykeln (se s. 615 ff.). Som väntat ökar melatoninsyntesen när ljuset minskar och når sin maximala nivå mellan kl. 02.00 och 04.00. Hos äldre personer förkalkas tallkottkörteln och mindre melatonin produceras, vilket kanske förklarar varför äldre människor sover färre timmar och oftare lider av sömnlöshet.