Vuorokausirytmi: aamuvirkut ja yökyöpelit

Illan virkku, aamun torkku, se tapa talon hävittää” valistaa vanha suomalainen kansanviisaus.

 

Kaikilla tunnetuilla eliöillä on vuorokausirytmi eli niiden aktiivisuus ja monet elintoiminnot vaihtelevat vuorokauden ajan mukaan. Vuorokausirytmi ei synny itsestään, vaan keskushermoston soluryhmän suprakiasmaattisen tumakkeen (SCN) tuottamana. Tätä soluryhmää kutsutaan myös sisäiseksi kelloksemme, tai keskuskelloksi. Vuorokausirytmin jakso ei kuitenkaan ole tasan 24 tuntia, eli aurinkovuorokautemme mittainen, vaan lajista riippuen joko lyhempi tai pidempi (mm. ihmisellä pidempi). Rytmi tahdistetaan joka päivä valon avulla 24 tuntiin.

 

Vuorkausirytmin keksimisen historiaa

Vuorokausirytmiin kiinnitettiin ensimmäiseksi huomio kasveissa: mimosan lehtien liikehdintä herätti tutkijan uteliaisuuden (Kuva 1).

 

Mimosan (Mimosa pudica) lehtien liikettä ohjaa kasvin sisäinen kello

Kuva 1. Mimosan (Mimosa pudica) lehtien liikettä ohjaa kasvin sisäinen kello

 

Keskeinen kysymys alan tutkimuksessa on alusta asti ollut: onko meillä jokin sisäinen kello, vai johtuvatko elintoimintojemme rytmit yksinkertaisesti siitä, että reagoimme pimeän ja valon vaihteluun? Kun kysymys oli muotoiltu, oli helppo keksiä koe, jolla asia selvitettiin. Mimosatutkija vei kasvin sänkynsä alle pimeään, ja huomasi, että lehdet jatkoivat liikettään myös jatkuvassa pimeydessä. Liikettä ei siis ohjannut valaistus, vaan kasvin oma sisäinen mekanismi. Kun vapaaehtoisia koehenkilöitä vietiin vanhoihin pimeisiin kaivoksiin, jossa he eivät voineet päätellä vuorokauden aikaa, heidän uni-valverytminsä säilyi. Mutta ei aivan muuttumattomana. Joka ”ilta” he menivät nukkumaan hieman myöhemmin kuin tavallisena nukkumaanmenoaikanaan normaalioloissa ja heräsivät vastaavasti hieman myöhemmin.

 

Suprakiasmaattisen tumakkeen (SCN) sijainti aivoissa

Suprakiasmaattinen tumake sijaitsee nisäkkäillä optiseksi kiasmaksi kutsutun näköhermojen risteyksen yläpuolella (siitä nimitys suprakiasmaattinen) (ks. kuva 2). Tumakkeen solujen määrä verrattuna kaikkien aivosolujen määrään on vähäinen, mutta niiden poistolla on dramaattisia vaikutuksia eliön toimintaan, kuten jäljempänä ilmenee.

 

2.Suprakiasmaattisen tumakkeen sijainti aivoissa (alleviivattu punaisella)

Kuva 2. Suprakiasmaattisen tumakkeen (Suprachiasmatic nucleus) sijainti aivoissa

 

Yhteydet

Tumakkeeseen tulee silmän verkkokalvolta hermoyhteys (retinohypotalaaminen rata), joka tuo tiedon valaistuksesta. Tumakkeesta lähtevistä yhteyksistä suurin osa suuntautuu kohti hypotalamusta, joka on aineenvaihdunnan, hormonitoiminnan ja monien muiden tärkeiden toimintojen (esim. lämmönsäätely) ohjauskeskus aivoissa. Yhteyksiä on myös muihin aivojen osiin. Näiden yhteyksien kautta keskuskello ajastaa kehon muut kellot ja sitä kautta elintoimintomme

 

Vuorokausirytmin synty

Vuorokausirytmi syntyy periaatteessa varsin yksinkertaisella mekanismilla. Perimässämme on niin sanottuja kellogeenejä, joista vain neljää tarvitaan perusrytmin tuottamiseen. Näiden neljän geenin nimet ovat BMAL1, CLOCK, PER1/PER2 ja CRY1/CRY2. Näistä BMAL1 ja CLOCK geenien tuottamat proteiinit lyöttäytyvät yhteen suprakiasmaattisen tumakkeen solun tumassa ja sitoutuvat PER1/PER2 ja CRY1/CRY2 geenien säätelyalueisiin, jolloin geenit rupeavat tuottamaan omia proteiinejaan. Proteiinit kulkeutuvat tumasta solulimaan, ja täällä ne puolestaan lyöttäytyvät yhteen proteiinikompleksiksi, joka hakeutuu takaisin tumaan, ja siellä asettuu estämään BMAL1 ja CLOCK geenien toimintaa. Tämän pikku piirin pyörintä on perusta vuorokausirytmin synnylle. Syklin kesto määräytyy etupäässä valkuaisaineiden määrän vähenemisnopeuden, puoliintumisajan, mukaan, mutta kuten arvata saattaa, peliin liittyy useita muitakin pelureita, jotka vaikuttavat ydingeenien toimintaan ja niiden tuotteiden liikkumiseen ja puoliintumisaikaan. Tärkeitä kellon säätelygeenejä ovat mm. ROR, REV-erb sekä CK1e/d. Tästä aiheesta on erittäin monia hyviä katsausartikkeleita (ks. lisälukemisto lopussa).

 

Keskuskellon tuottaman rytmin perusta. Punaiset nuolet kuvaavat estovaikutusta ja vihreät vaikutuksen voimistumista, stimulaatiota. BMAL1 ja CLOCK yhdistyvät, sitoutuvat PER ja CRY geenien promoottorialueeseen ja edistävät näiden geenien toimintaa tumassa. Geenit tuottavat PER ja CRY valkuaisaineita, jotka siirtyvät tumasta solulimaan ja muodostavat yhdistelmän, joka palaa tumaan estämään BMAL1 ja CLOCK geenejä. Muita säätelijöitä ovat mm. REV-ERBalfa ja kaseiinikinaasi CK1d/e. CK1d/e= kaseiinikinaasi 1 delta/epsilon.

Kuva 3. Keskuskellon tuottaman rytmin perusta. Punaiset nuolet kuvaavat estovaikutusta (inhibitiota) ja vihreät vaikutuksen voimistumista, stimulaatiota. Kellogeenien tuottamat BMAL1 ja CLOCK proteiinit yhdistyvät, sitoutuvat PER ja CRY geenien promoottorialueeseen ja edistävät näiden geenien toimintaa tumassa. Geenit tuottavat PER ja CRY valkuaisaineita, jotka siirtyvät tumasta solulimaan ja muodostavat yhdistelmän, joka palaa tumaan estämään BMAL1 ja CLOCK geenejä. Muita säätelijöitä ovat mm. REV-ERBalfa ja kaseiinikinaasi CK1d/e.
(CK1d/e= kaseiinikinaasi 1 delta/epsilon)

 

Rytmisiä toimintoja

Miltei kaikissa elintoiminnoissa on vaihtelua vuorokauden ajan mukaan. Keskeinen rytmi on uni-valve (tai lepo-aktiivisuus) rytmi. Klassisia vuorokausirytmejä ovat kehon lämpötilarytmi, stressihormoni kortisolin eritysrytmi sekä pimeähormoni melatoniinin eritysrytmi. Niitä on tutkimuksessa käytetty ilmaisemaan sisäisen kellon vaihetta. Tähän tarkoitukseen melatoniinirytmi soveltuu parhaiten.

 

Keskuskellon (SCN:n) poiston vaikutuksia

SCN:n poisto johtaa vuorokausirytmin häviämiseen. Rytmisesti toistuvat valveen ja unen jaksot pirstoutuvat ja eliö nukkuu ja valvoo tasaisesti eri vuorokauden aikoina.

Eniten on tutkittu jyrsijöitä, joiden liikeaktiivisuutta on helppo seurata juoksupyörän avulla. Jyrsijät ovat useimmiten yöaktiivisia, eli ne liikkuvat pimeällä. Yön koittaessa hamsteri nousee juoksupyörälle ja juoksee koko yön lukuunottamatta ruokailutaukoja. Päivällä se nukkuu. Mutta jos sen suprakiasmaattinen tumake poistetaan, eläin juoksee ja nukkuu lyhyissä jaksoissa tasaisin välein vuorokauden ympäri, eli sen vuorokausirytmi on kokonaan kadonnut (katso Kuva 4a).

 

Kun keskuskello (SCN) on poistetttu vuorokausirytmi häviää ja unijaksot (siniset palkit) sijoittuvat satunnaisesti ympäri vuorokauden kellon ajasta riippumattta

Kuva 4a. Kun keskuskello (SCN) on poistetttu vuorokausirytmi häviää ja unijaksot (siniset palkit) sijoittuvat satunnaisesti ympäri vuorokauden kellon ajasta riippumattta

 

Free running vuorkausirytmi

Olosuhteissa, jossa sisäinen kello toteuttaa omaa rytmiään, ja joka siis ihmisellä on hieman pidempi kuin 24 tuntia, kutsutaan englanniksi free running rytmiksi. Kun alussa mainitut koehenkilöt oleilivat hylätyssä kaivoksessa, heidän keskuskellonsa toimi ilman ulkoista ohjausta. Jos henkilön sisäisen kellon perusrytmi oli vaikka 24 tuntia 20 min, joka ilta hän meni 20 min myöhemmin nukkumaan kuin edellisenä iltana, ja heräsi 20 min myöhemmin. Kolmen päivän kuluttua eroa aurinko-aikaan oli kokonainen tunti, kuuden päivän kuluttua 2 tuntia jne. Kuukauden kuluttua eroa oli jo 10 tuntia, eli rytmi oli melkein kääntynyt päälaelleen. (Katso Kuva 4b, jossa kuvitteellinen esimerkki free running vuorokausirytmin siirtymisestä). Tällaisen sisäisen rytmin mukaan eläminen kävisi aika työlääksi, ja niinpä rytmi tahdistuukin joka päivä aurinkovuorokauden 24 tunniksi.

 

Kun ulkoinen tahdistava valomerkki häviää vuorokausirytmi siirtyy ns. free running -tilaan, jossa se vähitellen alkaa myöhästyä. Kuvassa rytmi on siirtynyt 2 tuntia myöhäisemmäksi jokaista vuorokautta kohden.

Kuva 4b. Kun ulkoinen tahdistava valomerkki häviää vuorokausirytmi siirtyy ns. free running -tilaan, jossa se vähitellen alkaa myöhästyä. Kuvassa rytmi on siirtynyt 2 tuntia myöhäisemmäksi jokaista vuorokautta kohden.

 

 

Valo ja vuorokausirytmi

Valon avulla tahdistamme sisäisen kellon ajan aurinkovuorokauteen. Valo saavuttaa suprakiasmaattisen tumakkeen omaa hermorataa, retikulohypotalaamista rataa pitkin. Rata kulkee näköaivohermon vieressä, mutta erillisenä, ja päättyy SCN:ään. Tämä rata ei kuljeta tietoa verkkokalvon tappi- tai sauvasoluilta (jotka välittävät normaalin näköaistimuksen ja vievät sen näköaivokuorelle). Valolle reagoivat verkkokalvon erikoistuneet gangliosolut, melanopsiinisolut, jotka ovat herkkiä reagoimaan siniselle valolle (eli lyhyille aallonpituuksille). Tieto valosta/pimeästä säätelee keskuskellon rytmiä ja sitä kautta lähes kaikkia elintoimintojamme.

 

Vuorokausirytmin tahdistaminen valolla

Voimme myös siirtää kelloa joko eteen tai taaksepäin valon avulla. Tämän mekanismin tunteminen auttaa meitä sopeutumaan myös poikkeuksellisiin olosuhteisiin kuten kaamosaikaan tai nopeuttamaan aikaerorasituksesta eli jet lagistä toipumista.

Tahdistuksella on muutamia keskeisiä periaatteita: 1) kelloa voidaan siirtää joko eteen tai taaksepäin riippuen ajankohdasta, jolloin altistumme valolle 2) mitä enemmän valoa käytetään, sitä enemmän ja nopeammin rytmiä voidaan siirtää – ei kuitenkaan yli maksimirajan 3) valo vaikuttaa keskuskellon rytmiin vain tiettyinä aikoina vuorokaudesta: joko aamulla tai illalla, mutta ei keskipäivällä tai yöllä. Jälkimmäinen periaate voidaan ilmaista graafisesti faasivastekäyränä (ks. oheinen kuva 5), joka kertoo mihin aikaan valolla on vaikutusta ja kuinka paljon rytmiä voidaan maksimissaan siirtää. Ihmisellä kello voi siirtyä noin tunnin vuorokaudessa, mutta käytännössä siirtymä jää usein vähäisemmäksi. Tässä on myös suuria yksilöllisiä vaihteluita.

 

Kuva 5. Kuva esittää miten kirkkaalle valolle altistumisen ajankohta vaikuttaa vuorokausirytmin siirtymiseen. Siirryttäessä pystyakselilla ylös (+) rytmi aikaistuu ja alas (-) rytmi myöhästyy. Vaaka-akselilla oleva kellonaika kertoo milloin valolle on altistuttu. Kustakin kellonaikakohdasta voi vetämällä pystyviivan ylös katsoa, missä kohtaa se leikkaa faasikäyrän ja näin nähdä kuinka paljon ja mihin suuntaan rytmi siirtyy. Esimerkiksi katkoviivan kohdalla annettu valo myöhentää rytmiä noin puoli tuntia.

Kuva 5. Kuva esittää miten kirkkaalle valolle altistumisen ajankohta vaikuttaa vuorokausirytmin siirtymiseen. Siirryttäessä pystyakselilla ylös (+) rytmi aikaistuu ja alas (-) rytmi myöhästyy. Vaaka-akselilla oleva kellonaika kertoo milloin valolle on altistuttu. Kustakin kellonaikakohdasta voi vetämällä pystyviivan ylös katsoa, missä kohtaa se leikkaa faasikäyrän ja näin nähdä kuinka paljon ja mihin suuntaan rytmi siirtyy. Esimerkiksi katkoviivan osoittamaan aikaan annettu valo myöhentää rytmiä noin puoli tuntia.

 

Vuorokausirytmin siirto

Vuorokausirytmiä voidaan siirtää kirkasvalolampun avulla ja/tai melatoniinilla. Kirkasvalolamppua käytetään myös masennuksen torjuntaan, mutta tällöin ensisijaisena tarkoituksena ei ole siirtää vuorokausirytmiä. Rytmiä siirrettäessä oleellista on valon annon ajoitus: aamulla annettu valo aikaistaa rytmiä, eli nukkumaanmeno aikaistuu (ja vastaavasti herääminen seuraavana aamuna) kun taas illalla annettu valo myöhäistää sitä: nukkumaan mennään myöhemmin ja aamulla herätään myöhemmin.

Vuorokausirytmin siirto voi tapahtua myös tahattomasti: kun illalla katsotaan valoa säteileviä laitteita (tietokoneen ja kännykän näytöt, TV ruutu), viesti valosta kulkee keskuskelloon ja siirtää vuorokausirytmiä. Laitteiden sinivoittoinen valo edesauttaa rytmin siirtymistä. Nukkumaanmeno siirtyy myöhäisemmäksi ja aamulla väsyttää….

 

Onko vuorokausirytmi vain keskuskellossa?

Kellogeenit sijaitsevat jokaisessa solussamme, ja ne voivat tuottaa vuorokausirytmejä. Esimerkiksi maksalla ja ruoansulatuselimistöllä on omat rytminsä. Niitä säätelevät myös monet muutkin tekijät kuin valo. Siksi ne eivät välttämättä ole saman kestoisia tai samanaikaisia keskuskellon rytmin kanssa. Normaalioloissa keskuskello koordinoi eri kehon osien rytmit yhdeksi toimivaksi kokonaisuudeksi. Kellojen rytmit voivat kuitenkin kytkeytyä irti toisistaan – tällöin elintoimintomme eivät toimi yhdessä vaan epätahdissa, desynkronissa. On spekuloitu, että tällainen desynkronitila olisi terveysongelma.

 

Miksi meillä on vuorokausirytmi?

Vuorokausirytmin tarkoituksena on mahdollistaa tulevien tapahtumien ennakointi, vastakohtana sille, että vain reagoisimme jo tapahtuneeseen. Arvellaan, että vuorokausirytmi on syntynyt samoihin aikoihin kuin varhaiset eliöntapaiset alkoivat kehittyä merissä, jolloin maapallolla oli valoisana aikana huomattavasti enemmän UV-säteilyä kuin nykyään. Perintöaines, DNA, olisi siinä vaurioitunut, joten näiden otusten oli painuttava syvemmälle veteen säteilyä piiloon päivän ajaksi.

Merkityksen ymmärtää helposti jos kuvittelee olevansa vuorovesivyöhykkeessä elävä ötökkä, joka saa ravintonsa meriveden mukana, mutta kuivuu auringon paahteessa. Ötökän on tiedettävä etukäteen milloin on turvallista nousta mudan suojasta ruokailemaan ja milloin on kaivauduttava takaisin. Jos vesi katoaa alta ja aurinko pääsee yllättämään, ötökkä kuolee. Keskuskellon ylläpitämä vuorokausirytmi pitää huolen siitä, että se tietää milloin on aika kaivautua mutaan ja milloin tulla esille ruokailemaan.

 

Tarvitseeko ihminen sisäistä kelloa?

Mitä yksinkertaisempi laji, sitä riippuvaisempi se on sisäisen kellon ohjauksesta. Tämä ei kuitenkaan merkitse sitä, että ihminen olisi vapaa sisäisen kellon säätelystä. Voimme säädellä ympäristöämme muillakin tavoilla, ja ohittaa kellon säätelyn. Mutta maksamme siitä hinnan esimerkiksi päiväväsymyksenä ja suorituskyvyn heikkenemisenä. Jos on lentänyt useiden aikavyöhykkeiden ylitse ja kokenut jet lagin, tietää omakohtaisesti miltä tuntuu kun sisäinen kellomme ja ympäristö joutuvat sotajalalle. Vuorotyöläisille ongelma on jatkuva, samoin henkilöille, joiden geneettinen kello käy runsaasti eri aikaa kuin aurinkokello (ks. kronotyyppi jäljempänä).

 

Onko kaikilla samanlainen vuorokausirytmi?

Ihmiset voidaan vuorokausirytmin mukaan jakaa aamuvirkkuihin ja iltavirkkuihin sekä niihin, jotka ovat siltä väliltä. Tätä kutsutaan henkilön luontaiseksi vuorokausirytmiksi eli kronotyypiksi. Luontaisen vuorokausirytmin perustan määräävät geenit, mutta lopputulokseen vaikuttavat myös muut tekijät – suhde on ns. fifty/fifty, eli geenien osuus on puolet ja loppu johtuu muista tekijöistä. Varsinaisia kronotyyppigeenejä ei kuitenkaan ole vielä pystytty tunnistamaan. Aamuvirkkujen ja yökyöpeleiden olemassaolo on ollut yleisessä tiedossa vaikka kuinka kauan, mutta vasta geenianalyysit ovat paljastaneet, että kyseessä on aidosti biologinen ominaisuus eikä vain esimerkiksi huonotapaisuus tai laiskuus, joista erityisesti iltavirkkuja on syytetty.

Aamuvirkku herää aikaisin, viimeistään kuudelta aamulla ja on heti herättyään täydessä iskussa. Illalla sen sijaan hän väsähtää viimeistään kymmeneltä. Iltavirkku taas ei tahdo päästä sängystä ylös millään ennen yhdeksää aamulla, mutta illalla virtaa riittää kahteen, kolmeen. On tärkeää ymmärtää, että tämä johtuu sisäisen kellon toiminnasta: aamuvirkun kello säätää elintoiminnot (esim. kehonlämmön, vireyden ja aineenvaihdunnan) niin, että aamulla kehonlämpö lähtee nousuun aikaisin, vireystila on korkea juuri aamulla, heti herätessä on nälkä ja aamiainen maistuu. Iltavirkun kello käy toista aikaa: korkea vireystila estää nukahtamisen aikaisin illalla, aamulla taas väsyttää, ja jos pakosta joutuu nousemaan aikaisin, aamiainen ei maistu, sillä aineenvaihdunta vielä uinailee.

 

Vuorokausirytmin kypsyminen

Kohdussa sikiön rytmi seuraa äidin rytmiä, ainakin osittain melatoniinin välittämänä. Syntyessään lapsella on siis äidin vuorokausirytmi, joka muutaman kuukauden kuluessa alkaa kypsyä omaksi vuorokausirytmiksi, mukaan lukien oma melatoniinieritys. Lapsena useimmat ovat aamuvirkkuja (eivät kaikki!). Murrosiän kynnyksellä, monien muiden muutosten ohella, vuorokausirytmin säätely alkaa kypsyä kohti aikuisuutta. Seuraa merkillinen ilmiö: esiteineistä tulee joksikin aikaa iltavirkkuja (ei kaikista!). Toisin sanoen, he eivät pysty nukahtamaan illalla ajoissa saadakseen riittävästi unta ennen pakollista kouluun heräämistä aamulla. Ongelma on liiankin tuttu lapsiperheissä ja kouluissa: väsyneitä teinejä on melkein mahdotonta saada aamulla ylös sängystä ja oppitunneilla he torkkuvat pulpeteissaan puoleen päivään, kunnes alkavat iltapäivällä heräillä. Muutamassa vuodessa tämä kuitenkin menee ohi, teinit aikuistuvat ja alkavat toteuttaa geeniensä ohjeistamaa vuorokausirytmiä, jolloin osa pysyy iltavirkkuina ja osa palaa lapsuuden aamuvirkkuuteen. Seniorikansalaisilla taas alkaa aamuvirkkuus yleistyä. Tämä saattaa ainakin osittain selittyä sillä, että iltavirkut kuolevat nuorempina ja jäljelle jäävät ovatkin sitten aamuvirkkuja.

 

Vuorokausirytmi ja uni

Vuorokausirytmi määrää milloin on hyvä aika nukkua. Vuorokausirytmi valmistaa elimistöä uneen: erityisen tärkeä on kehonlämmön aleneminen, joka tukee unen tuloa. Myös monien hormonien eritys vähenee, aineenvaihdunta hiljenee ja autonomisen hermoston toiminta siirtyy levon puolelle. Kun keskuskellon ohjaama rytmi pitää elintoiminnot tiukasti hyppysissään, elintoiminnot muodostavat tarkoituksenmukaisen kokonaisuuden, jossa kaikki tarpeellinen tapahtuu omalla ajallaan eikä sotke lepovuorossa olevia toimintoja. Tämä luo myös perustan uneen vaipumiselle ja siinä pysymiselle. Vuorokausirytmi ei ole ainoa unta säätelevä tekijä, mutta se on ehkä tärkein, ja määrää tarkoituksenmukaisen unen ajoituksen.

 

Vuorokausirytmin häiriöt

Tavallisin vuorokausirytmiä häiritsevä tekijä on myöhään valvominen. Tätä ei kuitenkaan luokitella sairaudeksi. Äärimmäinen iltavirkku kronotyyppi voidaan määritellä viivästyneestä unirytmistä kärsiväksi henkilöksi. Myös jet lag voidaan luokitella kronobiologiseksi häiriöksi, joka kyllä terveellä henkilöllä korjaantuu ajan kanssa itsestään. Vuorotyöläiset voivat kärsiä vuorotyöstä aiheutuvasta unihäiriöstä. Kaikissa tapauksissa ennalta ehkäisy olisi keino, jolla häiriö voidaan välttää kokonaan. Mutta koska elämme olosuhteissa, joissa suuri osa ihmisistä joutuu matkustamaan tai tekemään vuorotyötä, ja melkoinen osa katsoo, että pitkään valvominen on ainoa keino suoriutua arjesta, häiriöistä kärsitään. Kaikkien kronobiologisten häiriöiden hoito perustuu siihen, että pyritään palauttamaan vuorokausirytmi normaaliksi. Tällöin ensisijaisina keinoina ovat valon ja/tai melatoniinin oikea-aikainen annostelu sopivalla annoksella.

 

Vuorokausirytmi ja terveys

Väestötutkimuksissa on selvinnyt, että iltavirkun kronotyypin omaavat käyttävät enemmän alkoholia, kahvia ja tupakkaa ja heillä on enemmän masennusta kuin aamutyypeillä. Mitä äärimmäisempi kronotyyppi, sitä suurempia olivat edellä mainitut vaikutukset. Myös todennäköisyys sairastua mitä erilaisimpiin tauteihin oli suurempi (mm. verenpainetauti, vanhuuden sokeritauti, astma ja monet mielenterveyshäiriöt). Iltavirkut myös kuolevat nuorempina kuin aamuvirkut. Ei tiedetä miksi näin on, mutta eräs selitys liittyy kronotyypin ja yhteiskunnan yhteentörmäykseen: iltavirkut valvovat myöhään, mutta aamulla heidän on noustava töihin kuten muidenkin, jolloin uni jää liian lyhyeksi. Tilaa voisi kuvailla sosiaaliseksi jet lagiksi, ja jatkuessaan läpi elämän se on kuluttavaa.

Voimme myös yrittää käyttää hyväksi tietojamme vuorokausirytmistä. Useiden lääkeaineiden aineenvaihdunta vaihtelee vuorokauden ajan mukaan, jolloin lääkkeen anto on järkevää ajoittaa niin, että sen pitoisuus elimistössä ja teho saadaan maksimoitua.

 

Miten pysyä vuorokausirytmissä?

Voi hyvällä syyllä sanoa, että ihminen on rytmieläin, jonka keho rakastaa rutiineja, jotka toistuvat keskuskellon tahdistamina päivästä toiseen samaan aikaan.

Vuorokausirytmin säilyttämisen käytännön selkäranka on uni-valverytmin säilyttäminen: joka aamu samaan aikaan ylös, joka ilta samaan aikaan nukkumaan, mukaan lukien viikonloput. Tylsää, mutta tehokasta.

Miten alkaa uusi, rytmikäs elämä? Aluksi voi päättää ettei kajoa mihinkään näyttöjä sisältävään elektroniikkaan kymmenen jälkeen illalla. Aamulla herätyskello soimaan, ja kirkasvalolamppu päälle. Vuorokausirytmin siirtoon riittää usein, että lamppu on päällä vaikka aamiaispöydässä, sitä ei tarvitse erikseen tuijotella (kuten varsinaisessa valohoidossa). Muutaman päivän kuluessa rytmi pikkuhiljaa siirtyy, unisuus alkaa tuntua aikaisemmin ja nukahtaminen onnistuu kohta kymmenen jälkeen. Ja mikä parhainta: aamulla herääminen ei enää tunnu lainkaan raskaalta – herätyskello saattaa käydä tarpeettomaksi.

Kun yritämme lisätä vaihtelua ja toimimme kelloamme vastaan, keho ja mieli rasittuvat, mikä näkyy väsymyksenä, mielialan muutoksina, aineenvaihdunnan häiriöinä ja pitkään jatkuessaan myös lisääntyneenä sairastavuuden todennäköisyytenä.

Toki haluamme olla villejä ja vapaita, mutta koetetaan kuitenkin pysytellä keskuskellomme aikataulussa.

 

Tarja Stenberg

 

Lisälukemistoa englanninkielellä:

 

Kellogeenit ja vuorokausirytmin synty SCN:ssä

Rosenwasser AM, Turek FW; Sleep Med Clin. Neurobiology of Circadian Rhythm Regulation 2015 Dec;10(4):403-12. doi: 10.1016/j.jsmc.2015.08.003.

Partch CL, Green CB, Takahashi JS; Molecular architecture of the mammalian circadian clock. Trends Cell Biol. 2014 Feb;24(2):90-9. doi: 10.1016/j.tcb.2013.07.002.

 

Vuorokausirytmin tahdistus ja siirto siirto valolla

Duffy JF1, Wright KP Jr, Entrainment of the human circadian system by light. J Biol Rhythms. 2005 Aug;20(4):326-38

 

Kronotyyppi

Rosenberg J1, Maximov II, Reske M, Grinberg F, Shah NJ, ”Early to bed, early to rise”: diffusion tensor imaging identifies chronotype-specificity. Neuroimage. 2014 Jan 1;84:428-34. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.07.086. Epub 2013 Aug 31.

 

Vuorokausirytmit ja terveys

Okawa M1, Uchiyama M; Circadian rhythm sleep disorders: characteristics and entrainment pathology in delayed sleep phase and non-24-h sleep-wake syndrome. Sleep Med Rev. 2007 Dec;11(6):485-96. Epub 2007 Oct 25.

Merikanto, I., E. Kronholm, M. Peltonen, T. Laatikainen, T. Lahti and T. Partonen (2012). ”The relation of chronotype to sleep complaints in the general Finnish population.” Chronobiol Int 29(3): 311-317.

Merikanto, I., E. Kronholm, M. Peltonen, T. Laatikainen, E. Vartiainen and T. Partonen (2015). ”Circadian preference links to depression in general adult population.” Journal Of Affective Disorders 188: 143-148.

Merikanto, I., T. Lahti, E. Kronholm, M. Peltonen, T. Laatikainen, E. Vartiainen, V. Salomaa and T. Partonen (2013). ”Evening types are prone to depression.” Chronobiology International 30(5): 719-725.

McEnany G1, Lee KA Owls, larks and the significance of morningness/eveningness rhythm propensity in psychiatric-mental health nursing. Issues Ment Health Nurs. 2000 Mar;21(2):203-16.

Alibhai FJ1, Tsimakouridze EV, Reitz CJ, Pyle WG, Martino TA, Consequences of Circadian and Sleep Disturbances for the Cardiovascular System. Can J Cardiol. 2015 Jul;31(7):860-72. doi: 10.1016/j.cjca.2015.01.015.

Merikanto, I., T. Lahti, H. Puolijoki, M. Vanhala, M. Peltonen, T. Laatikainen, E. Vartiainen, V. Salomaa, E. Kronholm and T. Partonen (2013). ”Associations of chronotype and sleep with cardiovascular diseases and type 2 diabetes.” Chronobiology International 30(4): 470-477.

LeGates TA1, Fernandez DC2, Hattar S3, Light as a central modulator of circadian rhythms, sleep and affect. Nat Rev Neurosci. 2014 Jul;15(7):443-54. doi: 10.1038/nrn3743.

Mainokset

Voisiko ”kuuhulluudessa” olla sittenkin jotain perää?

”Kuuhulluudella” tarkoitetaan myyttisiä näkemyksiä sitä, että täysikuu aiheuttaa joissakin ihmisissä voimakkaita mielialan muutoksia. Mielenterveyden häiriöiden osalta asia on todettu myytiksi lukuisia kertoja. Arkisempi versio samasta asiasta – kuun vaikutuksesta ihmiseen – on joidenkin henkilöiden vahva kokemus siitä, että unettomuus pahenee täydenkuun aikana. Myös tätä ovat tutkijat pitäneet myyttinä. Itsekin olen vuosien myötä usein joutunut toteamaan, että tieteellistä näyttöä asiasta ei ole. Toissa vuonna ilmestyi kuitenkin tutkimus, joka kyseenalaisti käsitystäni. Tutkimus herätti kriittistä tieteellistä keskustelua ja viime vuonna ilmestyi uusi tutkimus, joka tuotti samansuuntaista näyttöä. Aiheesta puhuminen yleisesti ymmärrettävällä tavalla valaisee myös hyvin tieteestä tiedottamiseen liittyviä vaikeuksia. Koetan siksi hieman avata asiaa.

Biologinen tausta: Mitä tiedämme kuun vaikutuksista eläviin olentoihin?

Esimerkiksi vuonna 2006 julkaistiin tutkimus, jossa 31 henkilön 6 viikkoa pitämien unipäiväkirjojen avulla havaittiin, että tutkittavat nukkuivat ilmoituksensa mukaan keskimäärin 19 minuuttia vähemmän täyden kuun aikaan verrattuna uuden kuun aikaan. Vuonna 2008 julkaistun tutkimuksen mukaan pitkittynyt epileptinen kohtaus puhkesi useimmin 3-4 päivää uuden kuun jälkeen. Eräässä toisessa tutkimuksessa todettiin, että naisilla toispuoliset epileptiset kohtaukset noudattivat etupäässä kuun kiertoon liittyvää (sirkkalunaarista) rytmiä. Näissä ja muissa tämän kaltaisissa tutkimuksissa jää kuitenkin epäselväksi olisiko kyseessä toistaiseksi ihmisellä tuntemattoman geneettisesti ohjautuvan ”lunaarisen kellon” vaikutuksesta biologisen keskuskellon normaaliin toimintaan vai selittäisivätkö muut tekijät tulokset. Muita mahdollisia selittäviä tekijöitä voivat olla esimerkiksi yöllisen valon määrä, tutkittavien tietoisuus kuun vaiheesta tai naisten kuukautisrytmi. Olennaista on kysyä, onko meillä evolutiivisesti kehittynyt sisäsyntyinen biologinen ”kuukello” kuten meillä on evolutiivisesti kehittynyt sisäsyntyinen biologinen ”vuorokausikello”, joka ohjaa vuorokausirytmejämme ns. ”sirkkadiaanisia” rytmejä. Vaikka biologisen kellon evolutiivisen kehityksen takana on ollut planeettamme kiertoliike akselinsa ympäri, emme enää reagoi planeetan kiertoliikkeeseen sinänsä vaan toimimme tätä kiertoa noudattavan kellokoneistomme ohjaamina. Jos meillä on aito ”kuukello”, niin toimimme sen mukaan, emmekä sen mukaan, sattuuko esimerkiksi olemaan pilvetön yö, jolloin täyden kuun valo on kirkas ja näkyvä. Tiedämme, että tällainen kuukello on useilla erityisesti matalissa rantavesissä elävillä merieläimillä.

Näiden kellojen kehitys on alun perin liittynyt siihen, miten vuorovedet aiheutuvat kuun ja auringon vetovoimakentän kohdistumisesta pyörivän maan vesimassoihin. Täydenkuun ja uudenkuun aikaan aurinko, maa ja kuu ovat samalla suoralla. Tällöin kuun ja auringon synnyttämät vuorovesihuiput osuvat samaan aikaan ja syntyy tavanomaista voimakkaampi vuorovesi eli tulvavuoksi ja -luode. Näin syntyy kaikkiaan kolme kuunkiertoon liittyvää rytmiä: normaali vuorovesirytmi (syklin pituus 12,4 tuntia), semilunaarinen rytmi (syklin pituus 14,8 päivää) ja lunaarinen rytmi (syklin pituus 29,5 päivää). Merieliön kuukello sitten rytmittää eliön elämää näiden rytmien mukaan. Otetaan esimerkiksi vaikka eräs merisääskilaji (Clunio marinus). Sääsken toukan täytyy olla veden alla pysyäkseen hengissä, mutta aikuinen sääski voi munia vain pinnalle, joka ei ole veden alla. Siksi aikuisen sääsken elämä on vain muutaman tunnin mittainen. Niiden kuoriutuminen ajoittuu tarkalleen hetkeen, jolloin laskuvesi on kaikkein matalimmillaan (tulvaluode). Kuoriutuneet sääsket parittelevat nopeasti, munivat ja kuolevat saman tien. Vesi alkaa nousta ja munat pääsevät kehittymään veden alla. Äskettäinen tutkimus vuodelta 2011 osoitti, että tämä lunaarinen rytmi on sääskellä geneettisesti ohjattu sopeutuma lunaarista rytmiä noudattaviin vuorovesivaihtelun maksimikohtiin. Tyypillisesti nämä rytmit liittyvät merieläinten lisääntymiseen kuten parvikutuhetken ajoittumiseen. Monilla merieläimillä sukurauhasten koko vaihteleekin rytmisesti kuun kierron mukaan.

Onko ihmisellä ”kuukello”?

Tutkijat ovat varsin yksimielisiä siitä, että suora kuun vetovoima ei riitä selittämään mahdollista sirkkalunaarista rytmiä ihmisen toiminnassa tai fysiologissa tapahtumissa. Se ei riitä aiheuttamaan edes vuorovesi-ilmiötä kuin suurissa vesimassoissa eli merissä. Kun puhutaan järvistä, ei vuorovesi-ilmiötä enää käytännössä ole. Ihmisen massa on olematon jo järviinkin verrattuna. Voisiko ihmisellä sitten olla geneettisesti ohjautuvia sisäsyntyisiä lunaarisia ja/tai semilunaarisia rytmejä? Toissa vuonna Sveitsiläisen kronobiologian eli biologisia vuorokausirytmejä tutkivan instituutin tutkijaryhmä vietti rentoa iltaa drinkillä ryhmän vetäjän Christian Cajohen:in kanssa paikallisessa baarissa. He sattuivat huomaamaan, että oli täysikuu. Tästä keskustelu kääntyi ”kuuhulluuteen”. Joku keksi, että heillä oli useita vuosia vanha aikaisempi tutkimusaineisto, joka käsitti 17 vapaaehtoisen terveen 20-31 vuotiaan unirekisteröinnit 3,5 vuorokauden ajalta laboratoriossa. Tutkimuksessa oli kontrolloitu valaistuksen määrä, naisten kuukautiskierron vaihe eivätkä tutkittavat taatusti tienneet, että kuun vaiheen vaikutusta tutkittaisiin sillä tutkimuksen tarkoitus oli ollut kokonaan muu. Mitäpä jos aineisto analysoitaisiin jälkikäteen uudestaan laskemalla jokaisen tutkimusyön etäisyys lähimmästä täydenkuun vaiheesta ja ryhmiteltäisiin tulokset sen mukaan kolmeen kuun vaihetta kuvaavaan ryhmään. Jos näiden ryhmien mittausten keskiarvoissa olisi eroja, niiden voitaisiin tulkita tukevan ”kuukellon” olemassaoloa. He tekivät näin ja tulokset tukivat sisäsyntyisen sirkkalunaarisen rytmin olemassaoloa.

Analyysit osoittivat, että koehenkilöiden nukahtamisnopeus oli keskimäärin hitaampi täydenkuun ryhmässä kuin muissa ryhmissä. Samalla tavalla unen koettu laatu oli huonompi, unen pituus lyhyempi, REM unen käynnistyminen kesti kauemmin, syvän unen aikaisten hitaiden EEG aaltojen (delta aaltojen) määrä vähäisempi ja melatoniini hormonin eritys vähäisempi täyden kuun ryhmässä kuin muissa kuun kierron vaiheissa. Alla kuva, jossa esitetään miten tutkittavien nukahtamisnopeus riippui kuun kierron vaiheesta. Mitä korkeammalla piste on sitä hitaampi nukahtamisnopeus. (Klikkaamalla saat kuvan suuremmaksi).

Kuvassa on eri värisin pystypalkein osoitettu kuun kierron mukaiset kolme ryhmää, joita vastaava kuun kierron vaihe on osoitetttu ylhäällä vaakapalkissa. Pisteet tarkoittavat yksittäisen koehenkilän nukahtamisnopeutta (asteikko vasemmalla). Käyrä kertoo matemaattisen riippuvuuden havaintopisteiden ja ajan (kuuun kierron) välillä.

Kuvassa on eri värisin pystypalkein osoitettu kuun kierron mukaiset kolme ryhmää, joita vastaava kuun kierron vaihe on osoitettu ylhäällä vaakapalkissa. Pisteet tarkoittavat yksittäisen koehenkilön nukahtamisnopeutta (asteikko vasemmalla). Käyrä kertoo matemaattisen riippuvuuden havaintopisteiden ja ajan (kuun kierron) välillä.

Tutkimuksen julkaisemisen jälkeen sitä alettiin luonnollisesti kritisoida. Tämä on tieteen vahva puoli, mitä on joskus vaikea selittää maallikoille. Vaikka tutkimus on julkaistu tieteen pelisääntöjä noudattavassa lehdessä, se ei tarkoita sitä, että se olisi välttämättä oikeassa. Tutkijat on koulutettu kriittisyyteen ja siksi kaikki uusi ja varsinkin yllättävä käydään tarkkaan läpi ennen kuin siihen uskotaan. Kriitikot, muuten myös sveitsiläisiä, kävivät samalla tavalla läpi kolme muuta paljon suurempaa aiempaa tutkimusaineistoa, joissa oli satoja koehenkilöitä. Periaatteessa mitä suurempi määrä ihmisiä tutkitaan, sitä herkemmin löydetään pienetkin vaikutukset. Näin ollen ”kuukellon” vaikutusten olisi pitänyt näkyä suurissa aineistoissa vielä selvemmin kuin julkaistussa Cajochen:in verrattain pienessä tutkimuksessa. Suuremmista analyyseistä ei kuitenkaan löytynyt mitään! Lisäksi kriitikot kykenivät jäljittämään useita aiemmin julkaisemattomia tutkimuksia, joissa ei myöskään oltu löydetty näyttöä ”kuukellon” olemassaolosta ihmisellä. Tutkimukset olivat ilmeisesti jääneet julkaisematta, koska tieteelliset lehdet eivät olleet pitäneet niitä riittävän kiinnostavina nollatulosten takia. Tämä on yksi tiedeyhteisön ongelmista. Koska tieteessä kilpaillaan suuren yleisön ja varsinkin rahoittajien huomiosta, jää paljon ”epäkiinnostavaa” tutkimusta julkaisematta, mikä voi tuottaa ns. ”julkaisuharhan”. Julkaisuharhan takia luullaan helposti, että jokin asia on osoitettu, koska ristiriitaisia tutkimustuloksia ei ole julkaistu eli niistä ei yksinkertaisesti tiedetä. Syntyy virheellinen vaikutelma yksimielisyydestä. Oliko asia sitten loppuun käsitelty? Ei ollut. Cajochen:in ryhmä puolustautui kritiikkiä vastaan.

Puolustuksen keskeinen väittämä oli, että tutkittavien lukumäärä ei automaattisesti paranna tutkimusaineiston laatua. Tässä tapauksessa tämä johtuu siitä, että unen laatuun ja sen EEG rekisteröinnin tuloksiin vaikuttavat useat tekijät. Tällaisia ovat esim. tutkimusta edeltäneen valveen määrä, henkilön vuorokausirytmin vaihe ja ulkoisen valaistusrytmin vaihe jne. Kaikki nämä tekijät tulee tarkasti kontrolloida. Esimerkiksi valon määrän on oltava sama kaikkien tutkittavien kohdalla ja samalla on huomioitava heidän luontainen kronobiologinen tyyppinsä (yksilölliset erot sisäsyntyisessä vuorokausirytmissä), joka tekee toisista iltavirkkuja ja toisista aamuvirkkuja. Jos näin ei tehdä, niin tutkittavien määrän lisääminen ainoastaan lisää ”kohinaa”, mikä peittää etsityn signaalin alleen. Jälkikäteen analysoiduissa suurissa aineistoissa näin ei luonnollisestikaan oltu tehty. Cajochen:in ryhmä pitää tätä todennäköisenä metodisena syynä siihen, että ihmisen ”kuukellon” verrattain heikkoja vaikutuksia ei ole havaittu aiemmissa tutkimuksissa.

Viime vuonna ilmestyi ruotsalainen tutkimus (vetäjänä Michael Smith), jossa samantapaisessa jälkikäteisanalyysissa todettiin 47 terveen tutkittavan osalta unen pituuden lyhentyneen keskimäärin 25 minuuttia ja aivokuoren reaktioherkkyyden suhteessa ulkoisiin ärsykkeisiin (melu ja junan aiheuttama ratakiskojen värinä) lisääntyneen täyden kuun aikana verrattuna muihin kuun kierron vaiheisiin. Cajochenin ryhmästä poiketen he kuitenkin totesivat REM unen käynnistymisen viivästyneen uuden kuun aikana eikä täyden kuun aikana. Olennaista Smithin tutkimuksessa oli kuitenkin se, että siinä havaittiin ihmisten eroavan toisistaan siinä kuinka selvästi ”kuukellon” vaikutus näkyi. Epäsensitiiviset eli epäherkät henkilöt eivät juuri ilmentäneet näitä vaikutuksia mutta sensitiivisillä henkilöillä ne näkyivät selvästi. Yksilölliset erot ”kuukellon” herkkyydessä selittäisivät myös osaltaan sitä, että ilmiötä on ollut vaikea havaita aiemmissa tutkimuksissa. Myös sukupuolen todettiin vaikuttavan unessa havaittavien muutosten voimaan. Eräät ilmiöt olivat selvästi voimakkaampia miehillä kuin naisilla. Näin tämä tutkimus osaltaan tuotti lisänäyttöä ”kuukellon” mahdollisesta olemassaolosta ihmisillä.

Mutta miksi ihmisillä olisi ”kuukello”? Mikä olisi se valintaa aiheuttanut tekijä, joka olisi sen evolutiivisen kehityksen takana? Merieläimillä se on vuorovesi, kuten yllä kuvattiin. Mutta entä maaeläimillä? Tästä ei ole tietoa, mutta ruotsalainen ryhmä esitti kiinnostavan arvauksen. Tiedämme, että monet öisin saalistavat pedot vilkastuvat huomattavasti täyden kuun aikaan, koska valoa on silloin enemmän. Sisäsyntyinen kuukello on voinut kehittyä sopeumana tähän lisääntyneeseen saalistukseen. Varsinkin herkät yksilöt esi-isiemme joukossa ovat nukkuneet kevyemmin ja vähemmin sekä heidän aivojensa reaktiivisuus ulkoisiin ärsykkeisiin on kasvanut täyden kuun aikana. Näin he ovat kyenneet varoittamaan ryhmän muita jäseniä uhkaavasta vaarasta, mikä selittäisi sen, että ”kuukellosta” on ollut evolutiivista hyötyä ja siksi ominaisuus olisi kehittynyt ja säilynyt myös meidän lajillamme.

Lopuksi

Lopuksi on todettava, että lopullista totuutta ihmisen mahdollisesta sisäsyntyisestä ”kuukellosta” emme vielä tiedä. Tiedeyhteisöltä menee vielä oletettavasti aikaa ennen kuin näyttöä puolesta tai vastaan kertyy riittävästi, jotta kysymys riidattomasti ratkeaa. Siihen asti meidän on elettävä epävarmuudessa. Tämä onkin ehkä yksi tärkeimmistä tieteen opetuksista myös suurelle yleisölle. On opittava hyväksymään tosiasiat silloin kun näyttö on riittävän vahvaa mutta vasta sitten. Sitä ennen on opittava sietämään epävarmuutta ja niitä, jotka ajattelevat ”kuuhulluudesta” eritavoin kuin itse. Hienoa siinä on kuitenkin se, että juuri epävarmuus kiehtoo ja saa meidät pohtimaan asiaa mahdollisimman monipuolisesti. Omalta osaltani joudun siksi toteamaan, että en enää voi sanoa ”kuuuhulluuden” olevan kokonaan vailla tieteellistä näyttöä. Joudun korjamaan kantani ja toteamaan, että ehkä ihmisilläkin on kuukello ja sen ohjaamia rytmejä, mutta meillä ei ole vielä riittävää näyttöä, jotta voisimme sanoa asiaa varmaksi.

Alkuperäinen Christian Cajochenin tutkimusjulkaisu kuuluu Current Biology -lehden vapaasti luettavissa olevaan arkistoon, joten sen pdf tiedoston voit ladata tämän linkin alta

Erkki Kronholm