Hoe werkt de biologische klok?
Ontdek waar in het lichaam de biologische klok zich bevindt, hoe het precies werkt, en waarom dit interne uurwerk zo belangrijk is.
Wat is de biologische klok?
Auteurs: Laura Kervezee & Mara Cotterink (LUMC)
De biologische klok is een ingebouwd uurwerk dat de dag- en nachtritmes in ons lichaam aanstuurt. De biologische klok zorgt er bijvoorbeeld voor dat we ’s nachts slapen en overdag wakker zijn, maar regelt ook de 24-uursritmes in hormoonspiegels, bloeddruk, en het afweersysteem. Dit interne tijdmechanisme speelt een cruciale rol in het dagelijks functioneren van zowel mensen, dieren als planten. In dit artikel leer je hoe de biologische klok werkt, waar in het lichaam deze klok zich bevindt, en hoe deze ons gedrag en onze gezondheid beïnvloedt.
Dag- en nachtritmes in de natuur
Overdag is het licht en warmt de aarde op, ‘s nachts is het donker en koelt het af. Bijna alle organismen hebben hun leefwijze en fysiologie aangepast aan deze voorspelbare licht-donkercyclus. Bepaalde diersoorten zijn bijvoorbeeld vooral ’s nachts actief, zodat ze minder zichtbaar zijn voor roofdieren. Andere diersoorten kunnen met behulp van de stand van de zon navigeren naar hun nest of naar voedsel. Veel organismen hebben de zon niet eens nodig om te weten hoe laat het ongeveer is: ze hebben een intern klokmechanisme ontwikkeld dat gelijk loopt met de 24-uurscyclus op aarde.
De biologische klok in jouw lichaam
Mensen hebben ook zo’n biologische klok: veel lichaamsprocessen vertonen een ritme van 24 uur, zoals lichaamstemperatuur, hormoonspiegels, orgaanfunctie en hartslag. Een ander voorbeeld is slaap-waakgedrag: de meeste mensen slapen ‘s nachts en zijn overdag wakker. Ook mensen hebben hier de zon niet per se nodig: zelfs als ze een aantal weken in een bunker worden opgesloten en geen informatie krijgen over het tijdstip van de dag, vertoont hun slaapwaakgedrag nog steeds een ritme van ongeveer 24 uur.
Een biologisch ritme met een periode van ongeveer 24 uur dat blijft voortbestaan zonder invloeden van buitenaf wordt een circadiaan ritme genoemd.
Waar zit die klok dan?
Diep in de hersenen, net boven de kruising van de oogzenuw, zit de suprachiasmatische nucleus (SCN). Dit is het onderdeel van de hypothalamus waarin de biologische klok zich bevindt. De SCN bestaat uit een paar duizend zenuwcellen die overdag actiever zijn dan ‘s nachts. Hiermee geven ze een ritmisch signaal af aan de rest van het lichaam. Op die manier coördineert de SCN de circadiane ritmes in het lichaam.
Wat laat de biologische klok tikken?
Het mechanisme achter de biologische klok is gebaseerd op negatieve terugkoppeling. In de SCN zorgen zogenaamde klokgenen en hun eiwitten voor een ritme van ongeveer 24 uur. Deze klokgenen, zoals Per2 en Cry, produceren eiwitten die hun eigen productie remmen door transcriptiefactoren te blokkeren die normaal de expressie van deze genen activeren. Als de hoeveelheid eiwitten daalt, wordt de remming opgeheven en begint de cyclus opnieuw. Dit proces houdt de interne klok zonder externe signalen in stand, hoewel het ritme iets langer dan 24 uur duurt.
De klok gelijkzetten
Hoewel het ritme van de SCN dus onafhankelijk van licht kan functioneren, loopt het niet perfect synchroon met de 24-uurscyclus van de natuur: in de meeste mensen is de omlooptijd van de biologische klok is iets langer dan 24 uur. Om de biologische klok af te stemmen met de omgeving, wordt de SCN dagelijks bijgesteld aan de hand van lichtsignalen. Wanneer licht het netvlies van het oog bereikt, wordt dit waargenomen door lichtgevoelige retinale ganglioncellen die het fotopigment melanopsine bevatten, vooral gevoelig voor blauw licht. Deze cellen sturen signalen naar de SCN, die op basis van deze informatie de interne klok gelijk zet met de omgevingslichtcyclus. Naast licht beïnvloeden ook temperatuurverschillen en de beschikbaarheid van voedsel het ritme van de SCN.
Melatonine: een wijzer van de klok
De SCN stuurt ritmische signalen naar andere hersengebieden, waaronder de pijnappelklier, die het hormoon melatonine produceert. Melatonine helpt het lichaam om zich voor te bereiden op de nacht. Overdag is de melatonineproductie laag, maar dit stijgt in de avonduren, met een piek ’s nachts. Melatonine kan gezien worden als een wijzer van de biologische klok: het vertelt het lichaam dat de nacht begint en dat het tijd is om te gaan slapen. Blootstelling aan licht, vooral in de avond, kan de melatonineproductie onderdrukken, waardoor het inslapen wordt vertraagd.
Een samenspel van interne ritmes
De biologische klok zorgt voor een complex samenspel van 24-uursritmes die door het hele lichaam aanwezig zijn. Ritmische signalen in cellen, tussen cellen en tussen organen werken samen zodat het lichaam optimaal is aangepast aan het 24-uursritme op aarde. De biologische klok speelt een fundamentele rol in ons leven en dat van andere organismen. Het begrip van hoe deze klok werkt, biedt inzicht in onze gezondheid, slaap, energie en het dagelijks functioneren.