Forfattere
Vidste du, at dine celler kan fortælle, hvad klokken er? Hver eneste celle i din krop har sit helt eget ur. Disse ure er ulig alle andre. Der er ingen tandhjul eller gear. Tiden indstilles af jordens rotation, så vores kroppe er perfekt afstemt med nat og dag. Selv om du måske ikke engang er klar over deres eksistens, styrer disse ure mange aspekter af dit liv. Fra hvornår du spiser og sover til din evne til at koncentrere dig eller løbe hurtigt – urene styrer det hele. Hvordan fungerer disse ure, og hvordan fortæller de tiden? Hvad sker der med vores ure, hvis vi ser tv sent om aftenen eller flyver til den anden side af jorden? Denne artikel undersøger disse spørgsmål og forklarer de videnskabelige opdagelser, der har hjulpet os med at forstå svarene.
Vores celler lærte at se tiden, før vi gjorde. Hver eneste celle i vores krop har sit helt eget ur. I modsætning til de ure, vi er vant til, har urene i vores celler ingen tandhjul eller gear: de er biologiske. Vores biologiske ure holder næsten perfekt tid med 24 timers cyklus af lys og mørke på jorden. Vi kalder denne regelmæssige daglige cyklus for cirkadiske rytme. Ordet circadian kommer af det latinske circa og dies, som betyder “omkring dagen”. Døgnrytmen tilpasser vores søvn-vågen-cyklus til lys-mørke-cyklussen, så vi føler os vågne om dagen og søvnige om natten. Den gør tarmen klar til at fordøje maden i løbet af dagen, men hjælper os med ikke at føle os sultne, når vi sover om natten. Det bestemmer, hvornår vi er mest opmærksomme (midt på formiddagen), hvornår vi er mest koordinerede (tidligt på eftermiddagen), og hvornår vi har mest muskelstyrke (sent på eftermiddagen). Kropstemperaturen og blodtrykket stiger og falder også i løbet af dagen. Selv vores immunsystem fungerer efter en 24-timers plan, der styres af døgnrytmen.
Døgnrytmer er ikke unikke for mennesker: Næsten alle organismer på jorden har et biologisk ur. Planternes ure får deres blade til at åbne sig om dagen og lukke sig om natten. Urene hos nataktive dyr fremmer aktivitet om natten og søvn om dagen. Ved at følge ændringer i dagslysets længde kan planter og dyr følge både en årlig og en daglig rytme. Fra blomster, der blomstrer om foråret, til monarksommerfugle, der migrerer før vinteren, er biologiske ure ansvarlige. Bortset fra i de mørkeste huler og dybeste oceaner, hvor sollyset aldrig når frem, er alt liv på vores planet synkroniseret med jordens rotation.
Vores biologiske ure ligner ikke noget ur, vi kan aflæse. Tandhjulene i urene er proteiner. Urproteiner produceres og nedbrydes i en cyklus, der varer 24 timer (se boks 1 for en detaljeret forklaring). Denne cyklus tikker af sted i hver eneste celle i kroppen, hvilket betyder, at hver celle har sit eget ur. Men hvordan holder alle disse separate små ure trit med hinanden? De koordineres af et centralt ur i hjernen, som kaldes den suprachiasmatiske kerne (forkortet SCN). SCN synkroniserer alle vores cellulære ure med jordens rotation. Hvordan udfører den denne vanskelige opgave? Ved hjælp af sollys! (Figur 1).
I 1971 fandt Seymour Benzer og Ronald Konopka en mærkelig bananflue, som havde en ændret døgnrytme. Forskerne opdagede, at denne flue havde en mutation i et gen, som de kaldte period [1]. Dette var det første bevis på, at vores ure styres af vores gener. På denne dag blev det første “ur-gen” opdaget. Så hvordan får menstruation vores ure til at tikke? Forskere fandt ud af, at menstruation fremstiller et protein kaldet PER produceres og destrueres i en kontinuerlig 24-timers cyklus (figur 2). I løbet af natten giver period instruktioner til PER om at blive lavet. Efterhånden som PER opbygges i cellens cytoplasma det forbinder sig med et andet protein, TIM. Når PER forbindes med TIM, kan det komme ind i cellekernen – hvor period-genet bor. Her fortæller PER period, at det skal stoppe med at lave mere PER. I løbet af dagen ødelægges PER langsomt. Når natten nærmer sig, er mængden af PER i cellen så lav, at hele cyklussen begynder forfra, og der laves en ny portion PER. Opdagelsen af denne cyklus var så monumental, at Nobelprisen i 2017 gik til de forskere, der gjorde den: Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash og Michael W. Young [2].
Sollyset registreres af særlige lysdetekterende celler, kaldet ipRGC’er, bagerst i øjet. ipRGC’erne sender signaler til SCN i hjernen. Disse signaler behandles for at koordinere urene i alle kroppens celler, så de er synkroniseret med lys-mørke-cyklussen.
Niveauet af PER-protein følger en 24-timers cyklus, hvor det stiger om natten og falder i løbet af dagen. (1) PER-proteinet produceres fra period-genet om natten. (2) I cytoplasmaet parrer PER-proteinet sig med TIM-proteinet, så det kan komme ind i kernen. (3) Når det er inde i kernen, hæmmer PER sin egen produktion. Når niveauet af PER falder under en vis mængde, øges produktionen af PER igen. Hele cyklussen tager 24 timer.
Ligesom et gammelt ur skal biologiske ure justeres til den korrekte tid hver dag. Lys registreres af celler på bagsiden af vores øjne, som kaldes fotoreceptorer. De fleste fotoreceptorer registrerer lys, så vi kan se verden omkring os. Men i 2002 opdagede man en ny type fotoreceptorer, som sender signaler direkte til SCN [3]. Disse særlige fotoreceptorer kaldes intrinsiske fotosensitive retinale ganglionceller eller ipRGC’er. Hvis ipRGC’erne fungerer, kan selv blinde mennesker holde deres rytme på linje med sollyset [4].
Ved hjælp af sollys kan SCN tilpasse døgnrytmen til gradvise ændringer i dagslyset, efterhånden som vi bevæger os gennem årstiderne. Men pludselige ændringer i lys-mørke-cyklussen kan få os til at føle os helt ude af balance. Du har måske selv oplevet det: Det kaldes jetlag. Siden opfindelsen af flyet har mennesker kunnet krydse tidszoner i løbet af få timer. Et fly kan dumpe os i skarpt dagslys, når vores biologiske ur er ved at forberede os på at sove. Det kan få os til at føle os døsige, svimle og endda utilpasse. Symptomerne på jetlag kan vare i flere dage, fordi det tager SCN tid at tilpasse sig den nye tidszone. Nu hvor du ved, at SCN bruger lys til at tilpasse sig tidspunktet på dagen, vil du ikke blive overrasket over at høre om den bedste kur – tilbring noget tid i solen!
I over fire milliarder år var solen den eneste kilde til lys på planeten Jorden. For kun 150 år siden opfandt Thomas Edison lyspæren. Siden da har vores planet været oversvømmet af lys. Vi tager vores adgang til lys for givet – det er så let som at trykke på en kontakt. Men bør vi være mere forsigtige med at trykke på kontakten? Forskning tyder på, at kunstigt lys forstyrrer vores døgnrytme.
Kunstigt lys betyder, at vi kan forlænge aktiviteterne i dagtimerne til om natten. Det skaber en 24-timers kultur med restauranter og butikker, der er åbne hele natten. Vi kan udføre næsten alle aktiviteter, fra læsning til bilkørsel, på alle tider af døgnet. Der er fordele ved dette. For eksempel er adgang til sundhedspleje på alle tidspunkter en livreddende realitet. Men hvad med de læger og sygeplejersker, der arbejder om natten? Folk, der arbejder om natten, skal skifte deres søvn- og vågenhedscyklus frem og tilbage og går ofte i dagevis uden at se noget naturligt sollys. Det kan få deres biologiske ure til at gå i stå, og så går alle de ting, der er afhængige af deres ure, også i stå, inklusive søvnen. De mulige sundhedsmæssige konsekvenser af dette er anført i boks 2. Vi bør gøre alt, hvad vi kan, for at holde vores døgnrytme i gang.
God søvn og en regelmæssig døgnrytme er afgørende for, at vores krop og sind fungerer godt. Hvad er vigtigst – søvnen eller døgnrytmen? Det er et svært spørgsmål at svare på, for det er svært at forstyrre den ene uden at forstyrre den anden. Hvis du forvirrer din døgnrytme (f.eks. med jetlag), vil du som regel også miste noget søvn. Hvis du holder dig vågen om natten (f.eks. på grund af skærmbrug om natten), kan det forstyrre din døgnrytme. Korte forstyrrelser kan give øjeblikkelige problemer, som normalt kan afhjælpes med en god nats søvn. Kronisk søvnmangel eller døgnrytmeforvirring kan føre til langvarige problemer for krop og sind.
– Problemer med at koncentrere sig
– Øget stress
– Følelsesmæssig lidelse
– Føler sig utilpas
– Hukommelsesproblemer og indlæringsvanskeligheder
– Dårlig fysisk præstation og koordination
– Humørsvingninger og psykologiske problemer
– Problemer med hjerte og blodtryk
– Fedme og diabetes
– Nedsat immunrespons
– Øget risiko for kræft
– Forværring af eksisterende medicinske tilstande
Der er kommet en ny fjende til vores døgnrytme: LED-skærme. Telefoner, computere og fjernsyn har LED-skærme, som udsender en enorm mængde blåt lys. Blå er den lysfarve, som ipRGC’erne er bedst til at registrere. Når dette blå lys kommer fra solen, er det en god ting – vores hjerner får signalet fra ipRGC’erne: “Det er dag, hold dig vågen.” SCN reagerer ved at hæmme produktionen af et hormon, der gør os søvnige, kaldet melatonin. Når solen går ned, er der ikke længere noget naturligt blåt lys, og så produceres der melatonin, og vi bliver søvnige (figur 3).
Melatonin er et hormon, der får os til at føle os søvnige. (A) Solskin stopper dannelsen af nyt melatonin (på billedet er vandhanen slukket). Men melatonin bliver altid nedbrudt (på billedet, dryppende afløb). Så i dagtimerne er niveauet af melatonin i kroppen lavt, og vi føler os ikke søvnige. (B) Mørket sætter gang i produktionen af melatonin (på billedet er hanen tændt). Så niveauet af m elatonin stiger, og vi bliver søvnige, når det er sengetid. (C) Brug af LED-skærme efter mørkets frembrud forstyrrer denne rytme ved at stoppe melatoninproduktionen, ligesom solen gør det. Det forhindrer os i at føle os søvnige, selv om vores kroppe er klar til at gå i seng.
Forestil dig nu, hvad der sker, hvis du tænder for en LED-skærm efter mørkets frembrud. Blåt lys vil blive registreret af dine ipRGC’er, som ikke kan se, at det blå lys ikke kommer fra solen. Så din hjerne får det samme signal: “Det er dag, hold dig vågen.” SCN fortæller kroppen, at den skal producere mindre melatonin, og niveauet af melatonin falder [5]. Med så lidt melatonin i kroppen kan det være meget svært at falde i søvn, selv ved sengetid. For at undgå at forvirre vores døgnrytme bør vi forsøge ikke at bruge elektroniske apparater efter mørkets frembrud; det kan endda være bedst at lægge dem i et andet rum om natten. Det kan virke drastisk, men bare én nat med manglende søvn og forvirret døgnrytme kan have alvorlige konsekvenser for krop og sind (boks 2).
Uden at vi kan se eller aflæse dem, holder bittesmå ure i vores kroppe trit med jordens rotation. Disse ure styrer adfærden hos næsten alle organismer på planeten og sikrer, at vi alle gør de rigtige ting på det rigtige tidspunkt af dagen. Tandhjulene i disse ure er gener og proteiner, der cykler i en 24-timers rytme i hver celle. Alle disse cellulære ure koordineres af et centralt ur i hjernen. Sollyset bruges til at holde den indre rytme synkroniseret med verden omkring os. Normalt foregår hele denne proces så gnidningsløst, at vi ikke engang er opmærksomme på vores biologiske ure. Men når vores ure er ude af sync, mærker vi effekten. Vores moderne verden med 24-timers lys, LED-skærme og flyrejser kan forvirre vores biologiske ure. Vi bør gøre, hvad vi kan, for at hjælpe vores ure med at holde tiden.
KFA og JJH researchede og skrev artiklen sammen.
Biologisk ur: En molekylær mekanisme, der holder styr på tiden i en organismes celler og giver anledning til døgnrytmer.
Døgnrytme: Enhver proces i en organisme, der falder ind i en 24-timers rytme eller cyklus.
Periode: Urgenet, der koder for PER-proteinet.
PER: Et protein, der er involveret i indstillingen af den cirkadiske rytme: dets niveauer svinger i en regelmæssig 24-timers cyklus.
Cytoplasma: Den geléagtige substans, der giver cellerne deres form.
SCN: Suprachiasmatisk kerne, som er den del af hjernen, der styrer og synkroniserer hele kroppens døgnrytme.
ipRGC: Intrinsisk fotosensitiv retinal ganglioncelle, som er en særlig celle bagerst i øjet, der registrerer lys og sender denne information direkte til SCN.
[1] Konopka, R. J., og Benzer, S. 1971. Urmutanter af Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 68:2112-6. doi: 10.1073/pnas.68.9.2112
[2] Nobelprisen. Nobelprisen i fysiologi og medicin 2017 – pressemeddelelse. Tilgængelig online på: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html (besøgt 14. juli 2018).
[3] Berson, D. M. 2003. Mærkeligt syn: ganglionceller som døgnrytmefotoreceptorer. Trends Neurosci. 26:314-20. doi: 10.1016/S0166-2236(03)00130-9
[4] Czeisler, C. A., Shanahan, T. L., Klerman, E. B., Martens, H., Brotman, D. J., Emens, J. S., et al. 1995. Undertrykkelse af melatoninudskillelse hos nogle blinde patienter ved udsættelse for stærkt lys. N. Engl. J. Med. 332:6-11. doi: 10.1056/NEJM199501053320102
[5] Pilorz, V., Tam, S. K. E., Hughes, S., Pothecary, C. A., Jagannath, A., Hankins, M. W., et al. 2016. Melanopsin regulerer både søvnfremmende og ophidselsesfremmende reaktioner på lys. PLoS Biol. 14:e1002482. doi: 10.1371/journal.pbio.1002482
Når du læser disse ord, er hundredvis af millioner af nerveceller elektrisk og kemisk aktive i din hjerne. Denne aktivitet gør det muligt for dig at genkende ord, fornemme verden, lære, nyde og skabe nye ting og være nysgerrig på verden omkring dig. Faktisk er vores hjerner – Homo sapiens‘ – de mest fascinerende fysiske substanser, der nogensinde er opstået på jorden for ca. 200.000 år siden. Hjernen er så nysgerrig og ambitiøs, at den stræber efter at forstå sig selv og helbrede sine skrøbelige elementer, når den bliver syg. Men på trods af de seneste vigtige fremskridt inden for hjerneforskningen ved vi stadig ikke, hvordan vi skal lægge brikkerne i hjernens puslespil. Det er på grund af dette, at der for nylig er startet flere store hjerneforskningsprojekter rundt om i verden. Vi deltager i et af dem – Human Brain Project (HBP) [1]. Hovedformålet er systematisk at katalogisere alt, hvad vi ved om hjernen, at udvikle geniale eksperimentelle og teoretiske metoder til at undersøge hjernen og at sammensætte alt, hvad vi har lært, til en computermodel af hjernen. Alt dette er muligt, da vores hjerne selv har designet kraftfulde computere, internettet og sofistikerede matematik- og softwareværktøjer, som snart vil være kraftfulde nok til at modellere noget så komplekst som den menneskelige hjerne i computeren. Dette projekt vil give en ny og dybere forståelse af vores hjerne, hjælpe os med at udvikle bedre kure mod dens sygdomme og i sidste ende også lære os, hvordan vi kan bygge smartere, lærende computere. Det vigtige er, at vores hjerne kun har brug for et par måltider om dagen (og måske lidt ekstra slik) for at klare det hele – det er meget mere energieffektivt end selv en simpel computer. Lad os så fortælle dig historien om HBP.
…
Vidste du, at læger kigger på tusindvis af menneskers hjerner hver dag? På hospitaler over hele landet kigger vi ind i patienternes hjerner for at se, om noget er gået galt, så vi kan forstå, hvordan vi kan hjælpe med at behandle den enkelte patients tilstand. Hjerneafbildningsteknologi spiller en vigtig rolle i at hjælpe læger med at diagnosticere og behandle tilstande som hjerneskader . Bag kulisserne er der særlige kameraer, som giver os mulighed for at se dybt ind i patienternes hjerner hver dag.
…
Hjernen har fascineret os i umindelige tider. Nogle af de første seriøse diskussioner om den menneskelige hjerne startede i det gamle Egypten, hvor kongen af Alexandria tillod dissektioner af forbrydere i levende live for at studere menneskets anatomi [1]. De, der udførte dissektionerne, åbnede kranieknoglen og så hjernen i levende live. Da de skar gennem hjernen, opdagede de store rum inde i den. Disse rum var forbundet med hinanden som kamre i et hus. De var også fyldt med en unik, krystalklar væske, som vi nu kender som cerebrospinalvæske eller hjernevæske. De var så begejstrede for dette fund! De troede, at menneskelige sjæl befinder sig i disse væskefyldte kamre. De forsøgte at forstå, hvordan væsken bevæger sig på tværs af disse kamre, fordi de troede, at det kunne forklare, hvordan det menneskelige sind fungerer.
…
Vidste du, at den mad, du spiser, påvirker dit helbred? Vigtigst af alt kan det, du spiser, have en negativ effekt på det mest komplekse organ i din krop: din hjerne! Utroligt nok påvirker den mad, du spiser, neuronerne, som er de vigtigste celler i hjernen. I hjernen forårsager en usund kost, der er rig på fedt og sukker, betændelse i neuroner og hæmmer dannelsen af nye neuroner. Det kan påvirke den måde, hjernen fungerer på, og bidrage til hjernesygdomme som depression. På den anden side er en kost, der indeholder sunde næringsstoffer som f.eks. omega-3-fedtsyrer, gavnlig for hjernens sundhed. En sådan kost forbedrer dannelsen af neuroner og fører til forbedret tænkning, opmærksomhed og hukommelse. Alt i alt gør en sund kost hjernen glad, så vi bør alle være opmærksomme på, hvad vi spiser.
…Få inspiration og viden om praksis og cases, evidens og forskning, kurser, netværksmøder og vores Læringsplatform – alt sammen til at styrke din faglige udvikling.
Du kan til enhver tid trække dit samtykke tilbage ved at afmelde dig nyhedsmailen.
Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.
Med venlig hilsen
MiLife
