De biologische klok is een intern mechanisme dat ervoor zorgt dat lichamelijke processen met een bepaald ritme plaatsvinden. Gedrag en lichamelijke processen die een vaststaand ritme hebben zijn onder andere lichaamstemperatuur, hormoonspiegels, orgaanfunctie, hartslag en slaap-waakgedrag. Het slaap-waakritme heeft een ritme van ongeveer 24 uur: een circadiaan ritme.

Als de biologische klok verstoord raakt, door te weinig, te veel of op de verkeerde momenten te slapen, kan dat leiden tot concentratieproblemen, vermoeidheid of emotionele labiliteit. Mensen bij wie het slaap-waakritme op regelmatige basis verstoord is, bijvoorbeeld bij het werken in wisseldiensten, hebben meer kans op overgewicht, hart- en vaatziekten en diabetes.

In de hersenen boven de plek waar de oogzenuwen elkaar kruisen (het optisch chiasma) bevindt zich de suprachiasmatische nucleus (SCN). Dit gebiedje krijgt informatie over het moment van de dag en nacht doordat er signalen binnenkomen over de lichtintensiteit. De SCN reageert op de hoeveelheid daglicht in de omgeving en kan hierdoor het slaap-waakritme goed laten verlopen, onder andere door de aanmaak van melatonine.

Licht-donker cyclus

Zelfs wanneer mensen een aantal weken doorbrengen in een bunker en geen informatie krijgen over het tijdstip van de dag, blijft hun slaap-waakgedrag in een ritme van ongeveer 24 uur. Het ritme van de SCN blijft dus bestaan zonder blootstelling aan licht- of temperatuurschommelingen. Toch loopt het ritme niet helemaal gelijk aan de licht-donkercyclus: het is iets langer dan 24 uur. Dat bleek uit het bunkeronderzoek. Het slaap-waakritme van de proefpersonen schoof elke dag een stukje op. Ze gingen steeds iets later slapen en werden steeds iets later wakker. Zeitgebers zijn stimuli die in staat zijn de biologische klok te resetten. De belangrijkste zeitgeber voor slaap-waakgedrag is licht. Licht valt niet alleen op de staafjes en kegeltjes op netvlies, maar ook op de retinale ganglioncellen. Dit type zenuwcellen bevatten het fotopigment melanopsine, dat vooral gevoelig is voor blauw licht. De lichtgevoelige retinale ganglioncellen sturen lichtinformatie door naar de SCN. De SCN gebruikt deze informatie vervolgens om de ritmes van alle cellen in het lichaam gelijk te zetten aan de licht-donkercyclus.

Melatonine productie

De zenuwcellen in de SCN geven signalen af naar andere hersengebieden, onder andere de pijnappelklier. Melatonine wordt in de pijnappelklier geproduceerd uit serotonine en dit hormoon beïnvloedt het slaap-waakritme. Bij daglicht (zonlicht of kunstlicht) maakt de pijnappelklier bijna geen melatonine aan. De melatonine productie start tussen half acht en half tien ’s avonds en bereikt haar hoogtepunt tussen twaalf en vier uur ’s nachts. In de ochtend daalt de concentratie melatonine weer naar de basiswaarde.

Bronnen
bioklok.org
Neuroscience: Exploring the brain, Bear M.F.