Sisäinen kello ja elinikä

Kehomme toiminnot ovat tarkkaan ajastettuja. Tietyt toiminnot tapahtuvat samaan vuorokauden aikaan säädellen muun muassa aineenvaihduntaa ja hormonien eritystä. Ikääntyessä nämä rytmit muuttuvat. Miten kehon sisäinen vuorokausirytmi vaikuttaa elinikään?

Kehon sisäisellä vuorokausirytmillä (engl. circandian rhythm) tarkoitetaan niitä kehon sisäisiä prosesseja, jotka säätelevät uni-valverytmiä ja jotka toistuvat noin 24 tunnin välein. Tällä kehon sisäisen kellon toiminnalla on yhteys vanhenemiseen ja kuoleman riskiin. Valon määrällä ja ruokailujen ajoittamisella voi olla suuri rooli sisäisen vuorokausirytmin säätelyssä.

Kehon sisäinen aika asetetaan ympäristön merkkien perusteella

Kehon sisäinen vuorokausirytmi on rakentunut todennäköisesti auttamaan eliötä sopeutumaan ja valmistautumaan säännöllisesti toistuviin muutoksiin ympäristössä. Lajista riippuen valoisa aika voidaan hyödyntää esimerkiksi lepoon ja pimeä aika ruuan hankkimiseen ja syömiseen, tai päinvastoin. Tietyn rytmin noudattaminen on osoittautunut tärkeäksi paitsi ulkoisten tekijöiden, myös kehon sisäisten toimintojen kannalta.

Vaikka kehon sisäinen vuorokausirytmi on synnynnäinen ominaisuus, kehon sisäiset rytmit sopeutuvat muutoksiin ympäristössä. Ehkä tutuin esimerkki tästä on sopeutuminen aikaeroon lennettäessä usean aikavyöhykkeen yli. Keho korjaakin sisäistä kelloaan erilaisten ympäristön merkkien, kuten valoisuuden ja lämpötilan mukaan. Jos ulkoisia vuorikaudenvaihtelun merkkejä ei ole saatavilla (Suomessa kaamos, yötön yö), kehon rytmi on hieman 24 tuntia lyhyempi tai pidempi. Valoisuuden säännöllinen vaihtelu puolestaan auttaa kehoa ylläpitämään 24 tunnin rytmiä tarkemmin.

Ihmisen sisäistä kelloa ohjaavat aivot

Kehon sisäistä vuorokausirytmiä ohjaavat useat molekyylimekanismit, joiden selvittämisestä (joskin banaanikärpäsillä) myönnettiin Nobelin palkinto vuonna 2017. Nisäkkäillä kehon vuorokausirytmin keskus sijaitsee aivojen hypotalamuksessa. Verkkokalvolta välittyy tietoa valoisuudesta, joka asettaa hypotalamuksessa olevat vastaanottajasolut tiettyyn aikaan. Hypotalamuksen solut puolestaan säätelevät elimistön muiden elinten toimintoja erittämiensä molekyylien ja hermoyhteyksien kautta.

Vastaavia kelloja löytyy hypotalamuksen lisäksi muistakin kehon osista, kuten sydämestä, maksasta ja rasvakudoksesta. Eri kudoksissa kelloa ylläpitävät solun tuottamat molekyylit, joiden määrä vaihtelee vuorokaudenajan mukaan. Eri kudokset voivatkin seurata osaltaan hypotalamuksen ohjeita ja osaltaan omaa kelloaan. Kehon sisäisen kellon aikaa mitataan tyypillisesti käpyrauhasen erittämän melatoniinin, stressihormoni kortisolin ja kehon lämpötilan avulla.

Kun kellot ovat eri ajassa – vuorotyön riskit

Säännöllistä unirytmiä häiritsevät tekijät ovat suuri haaste elimistön sisäisen kellon toiminnalle. Jos sisäinen kello ja ulkoiset ympäristön merkit ovat ristiriidassa, voi se johtaa epäjärjestykseen kehon sisäisissä järjestelmissä. Tämä voi näkyä esimerkiksi unettomuutena ja epätyypillisinä hormonimäärinä vuorokaudenaikaan nähden. Sisäisen kellon toiminnan häiriintymisen ajatellaan olevan yksi syy vuorotyöläisten suuremman syöpäriskin ja lyhemmän eliniän takana.

Vanheneminen muuttaa sisäistä kelloa

Vanheneminen saa aikaan muutoksia sisäisessä kellossa. Ihmisillä vanhenemiseen liittyy melatoniinin erittymisen aikaistuminen ja muutokset kehonlämpötilan rytmissä. Tyypillisesti nämä muutokset ilmenevät univaikeuksina ja heräämisenä varhain aamulla.

Vanhenemiseen liittyvien muutosten syitä ei vielä täysin tunneta, mutta ne vaikuttavat liittyvän sisäisen kellon solujen toiminnan muutoksiin, eivätkä solujen koon tai lukumäärän muutoksiin. Erot voivat osaltaan johtua aivojen heikommasta vasteesta valon määrälle. Eläinkokeissa on havaittu, että kehon vuorokausirytmi saadaan palautettua nuoren tasolle siirtämällä iäkkääseen eläimeen alkion hypotalamuksen soluja.

Sisäisen kellon toiminnan häiriöt lyhentävät elinikää

Sisäisen kellon toiminnan tärkeyden on havainnut varmasti jokainen, joka on joskus joutunut painimaan unettomuuden kanssa. Sisäisen kellon tärkeys kehon toiminnoille ja eliniälle on puolestaan todennettu eläinkokeissa, joissa sisäisen kellon toimintaa on häiritty. Jo yhden kelloproteiinin poistaminen kehosta estää sisäisen kellon optimaalisen toiminnan lisäten vanhenemiseen liittyvien sairauksien riskiä ja lyhentäen elinikää. Kun sisäinen kello ei syystä tai toisesta vastaa ympäristön asettamaa aikaa, kasvaa alttius ylipainolle, syöville ja ennenaikaiselle kuolemalle.

Oman sisäisen kellon toimintaa voi tukea säännöllisillä vuorokausirytmeillä ja kiinnittämällä huomiota vuorokaudenaikaan nähden sopivaan valon määrään.

Lähteet:

• Panda, S., J.B. Hogenesch & S.A. Kay. (2002). Circadian rhythms from flies to human. Nature 417, 329-335.
• Li, H. & E. Satinoff. (1998). Fetal tissue containing the suprachiasmatic nucleus restores multiple circadian rhythms in old rats. The American Journal of Physiology 275, R1735-44.
• Madeira, M.D., N. Sousa, R.M. Santer, M.M. Paula-Barbosa & H.J. Gundersen. (1995). Age and sex do not affect the volume, cell numbers, or cell size of the suprachiasmatic nucleus of the rat: an unbiased stereological study. The Journal of Comparative Neurology 361, 585-601.
• Yoon, I.Y., D.F. Kripke, J.A. Elliott, S.D. Youngstedt, K.M. Rex & R.L. Hauger. (2003). Age-related changes of circadian rhythms and sleep-wake cycles. Journal of the American Geriatrics Society 51, 1085-1091.
• Davis, S. & D.K. Mirick. (2006). Circadian disruption, shift work and the risk of cancer: a summary of the evidence and studies in Seattle.Cancer Causes & Control : CCC 17, 539-545.
• Liu, C., D.R. Weaver, S.H. Strogatz & S.M. Reppert. (1997). Cellular construction of a circadian clock: period determination in the suprachiasmatic nuclei. Cell 91, 855-860.
• Jung-Hynes, B., R.J. Reiter & N. Ahmad. (2010). Sirtuins, melatonin and circadian rhythms: building a bridge between aging and cancer. Journal of Pineal Research 48, 9-19.
• Benloucif, S., M.J. Guico, K.J. Reid, L.F. Wolfe, M. L’hermite-Baleriaux & P.C. Zee. (2005). Stability of melatonin and temperature as circadian phase markers and their relation to sleep times in humans. Journal of Biological Rhythms 20, 178-188.
• Gibson, E.M., W.P. Williams & L.J. Kriegsfeld. (2009). Aging in the circadian system: considerations for health, disease prevention and longevity. Experimental Gerontology 44, 51-56.
• Froy, O. (2011). Circadian rhythms, aging, and life span in mammals. Physiology (Bethesda, Md.) 26, 225-235.
• Dubrovsky, Y.V., W.E. Samsa & R.V. Kondratov. (2010). Deficiency of circadian protein CLOCK reduces lifespan and increases age-related cataract development in mice.Aging 2, 936-944.
• https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2017/advanced-information/