Illustratie: Ulrika Nilsson Carlsson
Onze lichaamsklokken verschillen - Genen en hormonen?
"De weinige onderzoeken die zijn uitgevoerd, tonen aan dat latere starttijden voor scholen de alertheid en de mentale vaardigheden van leerlingen tijdens hun ochtendlessen verbeteren. Ironisch genoeg presteren jongvolwassenen beter naarmate de dag vordert, terwijl de prestaties van hun oudere leraren in dezelfde periode achteruitgaan! Onze lichaamsklokken zijn niet allemaal hetzelfde.
Als je 's ochtends alert bent en vroeg naar bed gaat, ben je een 'ochtendmens', maar als je een hekel hebt aan ochtenden en de hele nacht door wilt blijven gaan, ben je een 'avondmens'.
Deze termen worden gebruikt om een daadwerkelijk bestaand fenomeen te beschrijven van de voorkeur voor dag of nacht - de tijden waarop je het liefst slaapt of het beste werkt. De voorkeur voor dag of nacht wordt deels bepaald door onze klokgenen. Interessant onderzoek in de afgelopen jaren heeft aangetoond dat kleine veranderingen in deze genen zijn gekoppeld aan de snelle klokken (korter dan 24 uur) van ochtendmensen of langzamere klokken (langer dan 24 uur) van avondmensen. Maar het zijn niet alleen onze genen die onze voorkeur voor dag of nacht reguleren. De slaaptiming verandert aanzienlijk naarmate we ouder worden.
In de puberteit veranderen de tijden waarop we naar bed gaan en opstaan: we gaan meestal steeds later slapen en worden steeds later wakker. Deze neiging om later op te staan gaat door tot ongeveer 19,5 jaar bij de vrouw en 21 jaar bij de man. Op dit punt is er een omkering en een en gaan we weer eerder slapen en worden we weer eerder wakker. Op de leeftijd van 55 tot 60 jaar staan we net zo vroeg op als we deden toen we 10 waren.
Uit deze en verwante resultaten blijkt dat jongvolwassenen echt moeite hebben om 's ochtends op te staan. Tieners vertonen zowel vertraagde slaap als hoge niveaus van slaapgebrek, omdat ze laat naar bed gaan, maar nog steeds 's morgens vroeg op moeten staan om naar school te gaan. Deze echte biologische effecten worden grotendeels genegeerd als je bijvoorbeeld kijkt naar de tijdsstructuur die tieners op school krijgen opgelegd.
De weinige onderzoeken die zijn uitgevoerd, tonen aan dat latere starttijden voor scholen de alertheid en de mentale vaardigheden van leerlingen tijdens hun ochtendlessen verbeteren. Ironisch genoeg presteren jongvolwassenen beter naarmate de dag vordert, terwijl de prestaties van hun oudere leraren in dezelfde periode achteruitgaan! De mechanismen voor deze verandering in de voorkeur voor dag en nacht zijn nog steeds onduidelijk, maar er wordt aangenomen dat de verandering verband houdt met de opmerkelijke veranderingen in onze steroïde hormonen (bijvoorbeeld testosteron, oestrogeen, progesteron) en hun snelle stijging tijdens de puberteit en de daaropvolgende langzamere achteruitgang.
Lichtklokken en alertheid
Een klok is geen klok tenzij deze kan worden ingesteld op de lokale tijd - en de moleculaire klokken binnen de scn worden gewoonlijk aangepast aan (ingesteld door) de dagelijkse blootstelling aan licht rond zonsopgang en zonsondergang die wordt gedetecteerd door de ogen.
Als de klok niet wordt blootgesteld aan een stabiele cyclus van licht en donker, ontstaan er zwervende of 'vrije' circadiaanse ritmes of verstoorde cycli.
Loskoppeling van de zonnedag is gewoon geworden in geïndustrialiseerde samenlevingen en het speciale geval van arbeiders in ploegendiensten zal hieronder worden besproken. In veel gevallende bereiken de krachtige signalen van zonsopgang en zonsondergang ons niet meer. Op intensivecareafdelingen voor kinderen en volwassenen wordt bijvoorbeeld vaak gebruikgemaakt van gedempt en constant licht. Het is te verwachten dat in een dergelijke omgeving circadiaanse ritmes afwijkingen gaan vertonen en gedesynchroniseerd raken. Het resultaat, zoals hieronder wordt besproken in de subparagraaf 'Verstoring van de klok', is een verzwakte gezondheidsstatus van de patiënt. Licht doet meer dan alleen de timing van circadiaanse ritmes regelen - licht heeft ook een direct effect op alertheid en prestaties.
Beeldvorming van de hersenen na blootstelling aan licht vertoont verhoogde activiteit in veel van de hersengebieden die betrokken zijn bij alertheid, cognitie en geheugen (thalamus, hippocampus, hersenstam) en stemming (amygdala). Verder is aangetoond dat een toename in de hoeveelheid licht de concentratie en het vermogen om cognitieve taken uit te voeren verbetert en slaperigheid vermindert. Hieruit volgt dat onvoldoende blootstelling aan licht in een gebouw niet alleen de slaap en de circadiaanse timing verstoren, maar ook de mate van alertheid en de prestaties.
We zullen hieronder op dit onderwerp terugkomen.
Ons inzicht in hoe licht de circadiaanse ritmes en alertheid reguleert, is de afgelopen jaren dramatisch toegenomen met de ontdekking van een geheel nieuw fotoreceptorsysteem in het oog.Deze pas ontdekte fotoreceptor bevindt zich niet in het deel van het oog dat de staven (nachtzicht) en kegels (dagzicht) bevat die worden gebruikt om een beeld van de wereld te genereren, maar in de ganglioncellen die de oogzenuw vormen. De meeste ganglioncellen vormen een functionele verbinding tussen het oog en de hersenen, maar een klein aantal gespecialiseerde ganglioncellen (1 tot 3%) is direct lichtgevoelig en richt zich op die delen van de hersenen die betrokken zijn bij de regulatie van circadiaanse ritmes, slaap, alertheid, geheugen en gemoedstoestand.
Deze lichtgevoelige retinale ganglioncellen (prgc's) bevatten een lichtgevoelig pigment genaamd Opn4, dat het meest gevoelig is in het blauwe deel van het spectrum met een piekgevoeligheid bij 480 nm - zeer vergelijkbaar met het 'blauw' van een heldere blauwe lucht. Dit lichtdetectiesysteem is geëvolueerd om anatomisch en functioneel onafhankelijk van het visuele systeem te zijn, en evolueerde waarschijnlijk vóór het zicht als de belangrijkste manier om licht te detecteren voor het instellen van dagelijkse ritmes. Opmerkelijk is dat de prgc's nog steeds licht kunnen detecteren om de circadiaanse klok te verschuiven of de alertheid te beïnvloeden, zelfs bij dieren of mensen waarbij de staven en kegels die voor het zicht worden gebruikt, volledig zijn vernietigd en die ook anderszins volledig visueel blind zijn. Dit heeft belangrijke implicaties voor oogartsen die zich grotendeels niet bewust zijn van dit nieuwe fotoreceptorsysteem en de impact ervan op de fysiologie van de mens.
Met het oog op de kleurgevoeligheid van Opn4 kunnen we voorspellen dat blauw licht de meest effectieve golflengte (kleur) heeft voor het verschuiven van circadiaanse ritmes en het waarschuwen van de prikkelsystemen. In alle tot nu toe uitgevoerde onderzoeken is dit het geval gebleken. Blootstelling aan blauw licht 's nachts werkt het effectiefst voor het verschuiven van de timing van de circadiaanse klok, het verminderen van de slaperigheid, het verbeteren van reactietijden en het activeren van gebieden van de hersenen die bemiddelen tussen alertheid en slaap.
Naast het spectrum, werken ook de lichtaspecten timing, duur, patroon en geschiedenis samen om de circadiaanse ritmes en alertheid te beïnvloeden. Met name lichttiming is erg belangrijk. Licht kan het circadiaanse systeem versnellen (eerder naar bed gaan) of vertragen (later naar bed gaan), afhankelijk van de timing van de blootstelling. Als iemand wordt blootgesteld aan zonlicht, zorgt licht rond de schemering voor een vertraging van de klok, terwijl de blootstelling aan licht rond zonsopgang de klok versnelt. Dit vertragende en versnellend effect van licht zorgt dat de scn afgestemd blijft op de zonnedag.
Dergelijke differentiële effecten van licht worden van vitaal belang bij pogingen te begrijpen wat de impact is van jetlags, het werken in ploegendiensten (zie hieronder) of gebouwontwerpen op de slaap-waaktiming. De prgc's zijn niet zo gevoelig voor licht als de staven en kegels, waardoor een korte blootstelling aan licht dat gemakkelijk door het visuele systeem wordt gedetecteerd, niet door de prgc's wordt herkend. Gedempt licht kan echter wel een effect hebben als iemand daar gedurende lange perioden aan is blootgesteld. Zo kan het relatief zwakke licht van bedlampjes en computerschermen (minder dan 100 lux) gedurende meerdere uren meetbare effecten hebben op de klok- en prikkelsystemen en zou het slaapstoornissen kunnen verergeren.
Gezamenlijk bieden deze aspecten van licht - spectrale samenstelling, blootstellingstijd en helderheid - brede klinische en beroepsgerichte toepassingsmogelijkheden en niet alleen voor de behandeling van slaapstoornissen en vermoeidheid, maar ook voor de architectuur van ziekenhuizen, scholen, kantoren, winkelruimtes en woonhuizen.