Det finns en periodicitet hos många av kroppens celler. Men den övergripande biologiska klockan anses höra hemma i SCN (suprachiasmatiska kärnor) belägna i hypothalamus cirka tre centimeter bakom ögonen. SCN består av endast cirka 10 000 neuroner. Förstörs dessa nervceller av exempelvis
en tumör kollapsar vår naturliga dygnsrytm.
Hos bananflugor har man funnit en biologisk klockrytm hos många olika celler runt om i kroppen, varav en del reagerar direkt på ljus. Hos högre ryggradsdjur finns klockfunktionen i ögonen, tallkottkörteln och SCN, med SCN som den ?högste chefen?.
Betydelsen av SCN framstår än tydligare när man på försöksdjur som fått sitt ursprungliga SCN förstört och därefter tappat sin dygnsrytm transplanterat nya SCN-celler varpå dygnsrytmen återvänt för djuren.
Även om SCN styr har man funnit att olika andra celler från en rad kan uppvisa periodiska cykler. Till och med 25 år gamla cellkulturer kan fås att sätta igång egna klockrytmer.
Det faktum att man kan påverka människors dygnsrytm genom att belysa knävecken ger ytterligare näring till en rad frågor om funktionen hos vår inre klocka och hur den regleras. Om det finns ett flertal olika biologiska klockor måste de exempelvis kommunicera med varandra.
Gener sätter klockan
Både hos bananflugor och däggdjur har man hittat gener som är inkopplade på regleringen av den biologiska dygnsklockan. Det finns stora likheter i hur den biologiska klockan fungerar hos bananflugor, möss och människor. Nedanstående beskrivning är en kombination av forskning på dessa organismer.
Två centrala gener är per (för period) och tim (för timeless). Dessas mRNA uttrycker proteinerna Per respektive Tim. Bildningen av dessa proteiner stimuleras av två andra proteiner i kombination, Clock och Bmal.
Hos däggdjur är generna för Clock och Bmal påslagna kontinuerligt, medan genen för Per har sin högsta aktivitet mitt på dagen.
Per och Tim är båda instabila molekyler och bryts lätt ner. Men efterhand ökar dock mängden av Per och Tim och när de blivit tillräckligt höga kan de båda molekylerna förenas till en så kallad heterodimer.
Per-molekylen har ett specifikt bindningsställe till vilket Tim kan bindas. Dimeren har en avsevärt större motståndskraft mot nedbrytning än Per och Tim var för sig. Heterodimeren Per+Tim ackumuleras därför relativt snabbt i cellens cytoplasma.
In i cellkärnan
Per+Tim har förmåga att tränga in i cellkärnan. En annan förmåga den har är att den stänger av generna per och tim, varför produktionen av mRNA samt nytt Per och Tim upphör.
Så småningom bryts dimeren ner, och generna per och tim kan återuppta sin produktion av mRNA. Då har ett dygn förlupit och en ny cykel kan ta sin början.
Nyligen identifierades en annan gen med betydelse för klockrytmen hos bananflugan, double-time. Denna kodar för ett enzym som antas svara för fosforyleringen av proteinet Per. Mutationer i denna gen ökar hastigheten i klockan eftersom utebliven fosforylering medför att Per-halten i cytoplasma ökar snabbare, vilket i sin tur påskyndar bildningen av dimeren och dennas inträde i cellkärnan. Därmed inhiberas per tidigare och en klockcykel går därmed snabbare än 24 timmar.
Förekomsten av flera oberoende reglerande faktorer i den biologiska klockmekanismen innebär också att det kan finnas ytterligare terapeutiska möjligheter i framtiden.
Viktigt ställa klockan
Den biologiska klockan är stabil. Även enstaka celler kan utanför kroppen fås att demonstrera en stabil cyklisk rytm i flera veckor. Men rytmen är inte exakt 24 timmar som dygnet.
Hos människor har man uppmätt den underliggande rytmen (som vi följer om vi isoleras från dagsljus och andra tecken på var på dygnet vi befinner oss) till ungefär 24 timmar och 20 minuter.
Det innebär att den underliggande klockrytmen inte passar med vår livsföring som bygger på dygnets 24 timmar. Vi måste alltså dagligen ställa om den inre klockan för att fungera socialt.
Hos bananflugor fungerar det genom att ljus destabiliserar dimeren Per+Tim genom att bryta ner Tim. Hos möss och människor har man funnit en direkt neural väg från ögats näthinna till de suprachiasmatiska kärnorna.
Via denna stimulerar ljus bildningen av Per. Oregelbundenhet i ljustillförseln kan antingen öka eller minska klockhastigheten.
Under normala omständigheter försäkrar detta att de små dagliga justeringar som sker vid gryning och skymning är tillräckliga.
Som tillägg kan man anta att våra vanor kan justera den biologiska klockan oberoende av ljuset. Nyligen har det visats att regelbunden fysisk aktivitet som sker vid samma tid kan förändra den cirkadiska rytmen.
Möjlighet till kronoterapier
Men trots att man kartlagt nervbanor som transporterar dessa icke-ljuseffekter känner man inte till hur dessa påverkar molekylerna som styr den biologiska klockan.
Dessa fynd kan få klinisk betydelse för vår förståelse av tillstånd som kan rubba den biologiska klockan: jetlag, skiftarbete och vissa former av depression. Eftersom vi normalt inte kan justera vår inre klocka med mer än 1?2 timmar per dygn är det förståeligt att det kan ta flera dagar att återhämta sig efter skiftarbete.
Forskningsfynden om möjligheten att justera den inre klockan utan ljus öppnar möjligheter för särskilda kronoterapier, där melatonin är ett välkänt exempel.
Medan syntetiska tillskott av detta hormon är vida accepterat i exempelvis USA finns en skeptisk inställning hos Läkemedelsverket.
Där accepteras endast användning för att motverka jetlag samt vid en sällsynt form av blindhet där patienterna saknar förmåga till justering av dygnsrytmen via näthinnan.
Endokrin almanacka
För många djur har den biologiska klockan också en betydelse i det årslånga perspektivet. Fåglar som flyttar, eller djur som går i ide, måste i god tid förbereda sig, lägga på hullet etc.
När natten blir längre på dagens bekostnad ändras karaktären på utsöndringen av melatonin från tallkottkörteln, den förlängs. Det omvända gäller när vinter går mot vår och längre dagar. På så sätt skapas en ?endokrin almanacka? som djuren kan använda.
Att denna almanacka är nödvändig för många djur är uppenbart, men har den en betydelse även för människor? Förekomsten av vinterdepression, och den goda erfarenheten av ljusterapi, är ett uttryck för detta.
Dessutom tycks förhållandet ljus/mörker ha betydelse för vår sömns sammansättning och kvalitet.
Människor som isolerades med konstgjort långa dagar hade en tydligt avgränsad nattlig sömnperiod, ett tydligt definierat minimum av kroppstemperaturen och en kort melatoninsignal.
När natten gjordes längre förlängdes melatoninsignalen och sömnen föreföll att delas upp i två delar, en i början och en i slutet av natten med ett avbrott av en slags sömnlös dvala däremellan. Försökspersonernas subjektiva beskrivningar av sömnlösheten var att medvetandet svängde fram och tillbaka mellan drömfylld sömn och mer vaken medvetenhet.
Ljus och näringstillgång påverkar även vår reproduktion. På våra breddgrader föds flest barn i mars-april, när tillgången till näring i naturen är på uppgång. På breddgrader utan tydlig årstidsvariation ser födelsemönstret annorlunda ut.