Søvnen er koblet til hjernens

"indre ur".

 

af

Professor Morten Møller

Panum Instituttet

Københavns Universitet

 

Bragt i Hjerneforum nr. 1. Marts årg.4 2001.

Alle levende organismers kemiske og fysiologiske processer udviser døgnrytmer. Vi kender alle organismens vekslen mellem en vågentilstand om dagen og søvnen om natten. Ligeledes dannes og udskilles de fleste hormoner til blodet med en karakteristisk døgnrytme. Også legemstemperaturen og kroppens stofskifte udviser en døgnrytme. Selv en sådan ting som menneskets følsomhed overfor bedøvelsesmidler og evnen til indlæring udviser de samme rytmer. Døgn rytmer benævnes circadiane rytmer (lat.,circa=omkring, dies=dag). Foruden døgnrytmer, der har en frekvens på ca. 24 timer, findes der rytmer med en hurtigere frekvens, ultradiane rytmer, e.g. impulsudsendelsen i hjertet, og rytmer med en langsommere frekvens, infradiane rytmer, e.g. måneds og årsrytnier. Circadiane rytmer findes både hos vertebrater (dyr med en rygsøjle) og invertebrater (leddyr). Selv planter udviser sådanne rytmer. Det var således franske botanikere, der første gang beskrev, at visse planters blade folder sig ud, selv om planterne holdes i konstant mørke. Denne udfoldningen af bladene sker i tidsrummet svarende til den "subjektive dag ' " dvs. på det tidspunkt det er lyst udenfor det mørkelagte drivhus.

Hos pattedyr har det vist sig, at alle til dato kendte døgnrytmer styres af hjernens "indre ur", en samling af nervecellelegemer, kaldet nucleus suprachiasmaticus (Fig. 1), der ligger i den del af mellernhjernen, som kaldes hypothalamus, lige over synsbanens krydsning (Fig. 1). Fra denne kerne sendes impulser gennem nervebaner til andre områder at centralnervesystemet, hvorigennem døgnrytmerne i lavere liggende områder genereres. Ødelæggelse af denne kerne vil resultere i at de fleste døgnrytmer forsvinder.

Gennem afledning af elektriske signaler fra den suprachiasmatiske kerne har man vist, at "uret" ligger i de enkelte nerveceller i denne kerne. "Uret" udviser i de fleste pattedyr en egenrytme, der er lidt længere (24,5 timer) end det astronomiske døgn. Imidlertid holdes uret "i skak" af lyset, der rammer øjets nethinde (retina), idet der findes nervebaner i synsnerven, der hammer aktiviteten i det indre ur, og derved regulerer uret ind (på engelsk "entrainer") til det astronomiske døgn. Opholder man sig i konstant mørke, vil urets egenrytme forskyde de biologiske circadiane rytmer med en halv time pr. døgn. Hos blinde personer kan man se, at døgnrytmen er ude af fase med det normale astronomiske døgn. Imidlertid har flertallet af blinde en normal døgnrytme, idet "uret" påvirkes fra andre områder af hjernen en nethinden.

Man har spekuleret meget over, hvilken molekylære mekanismer, der kan ligge til grund for "uret". Molekylærbiologien har på dette felt bragt os fremad, idet man allerede for tyve år siden hos bananfluen, Drosophilia, isolerede et gen, som man kalde period (per), der skulle være tilstede, for at bananfluen skulle udvise normal circadian aktivitet. 11978 isolerede man ligeledes fra slimsvampen, Neurospora crassa, et andet gen kaldet frequeney (frq), og dette fulgtes i 1994 af kloningen af et nyt gen hos bananfluen kaldet timeless (tim). Ovenstående gener kaldes "klokkegener", idet de koder for proteiner (æggehvidestoffer), hvis koncentration i cytoplasmaet udviser en oscillerende adfærd.

Et større gennembrud kom i 1998, da den amerikanske forsker, Joseph Takhashi og medarbejdere ved Northwestem University i Illinois demonstrerede tilstedeværelsen af et klokkegen hos pattedyr. Denne gruppe startede med at "screene" døgnrytmeaktiviteten hos en række mus med kemisk inducerede genændringer (mutationer). Man fandt en mutant, hvis circadiane rytme var 25 timer i stedet for de normale 24,5 timer, hvis det muterede gen fandtes i en kopi i cellen (heterozygot), medens at mutanten helt mistede sin rytme, hvis genet fandtes i to kopier (homozygot). Genet blev lokaliseret til et bestemt område på kromosom nr.5. Det har også overrasket, at den molekylære struktur af alle isolerede klokkegener (fra slimsvampen til pattedyr) er meget ens.

Et af de vigtigste områder, som den suprachiasmatiske kerne regulerer er koglekirtlen, som er en lille kirtel, der sidder på hjernestammens overside. Denne kirtel danner et hormon, som kaldes melatonin og dannelsen og frigørelsen af dette

hormon styres af den suprachiasmatiske kerne på en måde således at melatoninproduktionen er høj om natten og lav om dagen. Imidlertid influerer lyset også på melatoninproduktionen idet lysimpulser fra øjet hæmmer melatoninproduktionen ved at ændre aktiviteten i hjernens indre ur.

Melatoninproduktionen er derved blevet en faktor (parameter), der fortæller hjernen, hvor mange timers lys man får om dagen.

Hos dyr, hvis forplantning er årstidsafhængig, bruges melatonin (meget melatonin om vinteren, lidt om sommeren) til at regulere reproduktionen. Via binding til hypofysen og hæmning af de overordnede kønshormoner, hæmmer melatonin dannelsen af sædceller hos dyrene. Denne virkning har melatonin ikke hos mennesket.

Som det ofte ses i biologiske systemer, er der en "feed-back"-virkning gennem melatonin på den suprachiasmatiske kerne. Således er melatonin i stand til at faseforskydde hjernens "indre ur". Dette kan udnyttes til at bekæmpe "jet-lag", som er de stress-symptomer man får, hvis man transporteres hurtig over mange tidszoner og derfor skal adaptere det indre ur til et nyt astronomisk døgn.

Den suprachiasmatiske kerne er ikke det center, der får folk til at falde i søvn, og melatonin er ikke et sovemiddel. Imidlertid har man svært ved at falde i søvn, hvis ens døgnrytme er ude af takt med den geografiske dag/nat. Melatonin er derfor et godt middel for de personer, hvis søvnbesvær skyldes en forskudt døgnrytme. Man har her et billigt søvnmiddel, og efter alle erfaringer at dømme uden nogen kendte bivirkninger. Desværre er melatonin endnu ikke tilgængeligt i Danmark.