Aikabiologit tarjoavat yhden selityksen suomalaisten kansantaudeille: sisäinen kello on kovilla sekä luonnonolojen että kiireisen elämärytmin takia.

Onpa kyseessä päivän vaihtuminen yöksi tai siirtyminen talvesta kesään, elimistö sopeutuu sisäisten kellojensa avulla. Ne säätävät muun muassa nukkumista, valvomista ja ruumiinlämpöä. Kellojen rytmejä seuraavat myös sokerien ja rasvojen reaktiot elimistössä sekä solujen energiankäyttö ja jakautuminen uusiksi soluiksi.

Sisäisten kellojen toimintaan on kytköksissä noin kymmenen prosenttia geeneistämme. Vuorokausirytmi säätää geenien aktiivisuutta esimerkiksi aineenvaihdunnalle tärkeissä kudoksissa, kuten lihaksissa, sisäelimiä ympäröivässä rasvassa ja suolen limakalvossa. Näin elimistö varautuu vuoroin lepoon ja liikkumiseen.

Sisäinen kello ajastaa itseään auringonnousun ja -laskun perusteella, mutta nykyinen kiireinen elämäntapa, kaupungistuminen ja vuorotyön yleistyminen katkovat ihmisten kosketusta näihin luonnon aikamerkkeihin. Siksi sisäisen kellon rytmihäiriöt ovat todennäköisesti yleistymässä. Nykytiedon perusteella nämä häiriöt voivat altistaa muun muassa aikuisiän sokeritaudille sekä eräille syöpäsairauksille ja mielenterveyden häiriöille.

Keskuskello ajastaa laitakellot

Elimistön eri kudosten kellot tahdistavat itsensä aikamerkistä, jonka aivojen keskuskello välittää. Käytännössä aikamerkki syntyy, kun keskuskellon solut erittävät aivoihin joukon lyhyitä aminohappoketjuja eli peptidejä. Ne saavat aivolisäkkeen ja käpyrauhasen lähettämään hormoneita verenkiertoon. Lisäksi ne vaikuttavat hypotalamuksessa elimistön lämpötilansäätöön.

Keskuskello on hermosolujen tiivistymä, joka sijaitsee aivoissa hypotalamuksen etuosassa, näköhermoristin yläpuolella. Sinne johtaa silmän verkkokalvolta suora, näköhermoista eriytynyt hermorata. Tätä kautta keskuskello saa ulkomaailmasta omat aikamerkkinsä: tiedot valoisan ja pimeän vuorokautisesta vaihtelusta.

Valon vaikutus on osoitettu soluviljelykokein. Jos aivojen keskuskellon yksittäisiä soluja pidetään viljelymaljoilla tasaisessa valaistuksessa, solut omaksuvat yksilöllisiä rytmejä, joiden jaksot ovat 20-33 tunnin pituisia.

Vuorokautinen valonvaihtelu yhtenäistää solujen toimintaa niin, että kunkin jakso asettuu 23:n ja 28 tunnin välille.
Jakson pituuden määrää se, miten kauan soluilta kuluu erityisten kelloproteiinien rakentamiseen ja hajottamiseen. Sisäinen kello siis "tikittää" kelloproteiinien ja niitä tuottavien kellogeenien toimintanopeuden mukaan.

Syöminen ja liikunta ajastavat osaltaan

Kelloihin vaikuttaa

- valon ja pimeän vuorottelu
- syömisen ja paaston vuorottelu
- levon ja aktiivisuuden vuorottelu.

Kellot tahdittavat

- unisuuden ja virkeyden rytmiä
- ruumiinlämmön vuorokausivaihtelua
- nälän tunteen ilmaantumista totuttuina syömisaikoina
- rasva- ja sokeriaineenvaihduntaa
- solujen energiankäyttöä
- solujen jakautumista
- lukuisten geenien toimintaa.

Keskuskello kertoo muulle elimistölle, onko päivä vai yö. Tämän tiedon lisäksi muut kellot eli laitakellot seuraavat aineenvaihdunnan tapahtumia ja ennakoivat tulevia aterioita.

Monille laitakelloille syöminen tai paastoaminen on jopa tärkeämpi aikamerkki kuin keskuskellon käskyt. Näitä laitakellojen tahteja välittävät ruokahalun säätelyyn ja ateriointiin tarvittavat hormonit ja entsyymit sekä ravintoaineet ja aineenvaihduntatuotteet.

Keskuskello saa puolestaan elimistön aktiivisuudesta palautetta, kun ruumiinlämpö liikunnan ja levon vaihtelun myötä muuttuu. Esimerkiksi iltayöstä nukuttu syvä perusuni hidastaa keskuskelloa, aamuöinen vilkeuni puolestaan nopeuttaa. Jos joutuu pikkutunneilla heräämään ja lähtemään matkaan, kannattaa vaikkapa voimistellen nostaa ruumiinlämpöään, sillä se saa keskuskellon valmistamaan elimistöä päivävauhtiin.

Valon puute ja liiallisuus rasittavat

Jos luonnon aikamerkit puuttuvat tai elimistö lukee niitä epätäsmällisesti, sisäisen kellon toiminta kärsii.
Osittain vaikeudet johtuvat geeneistä. Se, miten herkästi valo herättää elimistössä reaktioita, lienee periytyvä ominaisuus.

Omalta osaltaan vaikeuksia tuottaa meidän leveysasteittemme vaihteleva valorytmi. Jos ihmisen sisäinen kello jää ilman ulkoista aikamerkkiä, sillä on taipumus jätättää keskimäärin 11 minuuttia vuorokaudessa. Talvi korostaa tätä taipumusta, koska aamuvalo on niukkaa ja vuorokauden valoisa aika lyhyt. Kello joutuu helposti epätahtiin.

Sitten tulevat kevään valoisat illat, ja nyt valoa riittää, mutta sen ajoitus pyrkii hidastamaan keskuskellon käyntiä ja viivästämään vuorokausirytmien vaiheita. Samalla lisääntyvä auringonpaiste kuitenkin voimistaa fyysistä aktiivisuutta jopa rasittavuuteen asti. Kevään "polttolasin" alla olo voi käydä tuskaisaksi.

Vaaleaöinen kesä ei puolestaan anna kunnon aikamerkkejä, ja siksi vuorokausirytmit alkavat juosta vapaina. Kesä on kaaoksen aikaa.

Kelloa voi säätää valohoidolla

Kirkkaalla valolla hoidetaan nykyisin masennustiloja, etenkin kaamosmasennusta. Sen vaivaamilla sisäinen kello välillä jätättää, välillä vuorostaan edistää. Alttius riippuu siitä, millaiset versiot yksilöllä on tietyistä kolmesta kellogeenistä. Kaamoksen masentamat ovat valonnälkäisiä, ja kirkasvalohoito antaa heidän sisäiselle kellolleen tahdistavan aikamerkin.

Sisäinen kello voi myös pysähtyä, jolloin ruumiinlämmön vaihtelu lakkaa lähes täysin. Tällainen tilanne saadaan aikaan esimerkiksi ulkomaailmasta eristetyssä aikabiologisessa kammiossa.

Kello pysähtyy, jos ihminen altistetaan voimakkaalle keinovalolle silloin, kun elimistö on valon vaikutukselle herkimmillään. Tämä sudenhetki, jolloin ruumiinlämpö ja vireys ovat alhaisimmillaan, on aamulla kello viiden tienoilla.

Pysäytyksen jälkeen elimistö pyrkii pian palauttamaan elintärkeän sisäisen ajanmittauksen ja vuorokausirytmien alkuperäisen vaihtelulaajuuden. On siis toimittava nopeasti, jos tätä paussia halutaan hyödyntää.

Vuorokausirytmien vaiheen voi pysäytyksen jälkeen siirtää uuteen kellonaikaan, joka poikkeaa jopa 12 tunnilla lähtöajasta eteenpäin tai taaksepäin.

Yksittäinen kolmen tunnin valoannos siirtää sisäisen kellon vaihetta enimmillään kaksi tuntia. Ison aikahypyn voi toteuttaa vasta kahden tai kolmen valoaltistuksen avulla. Kun oikein ajoitettu valoaltistus toistetaan kolme kertaa, saadaan aikaan 4-7 tunnin vaihesiirto.

Siirtosuunnan voi valita. Aamuinen valoannos siirtää sisäistä kelloa taaksepäin, illalla otettu eteenpäin.
Lisäämällä valon voimaa ja toistojen määrää sisäisen kellon viisareita voi kääntää mihin tahansa aikaan. Valon siniset aallonpituudet ovat tässä tehokkaimmat.

Kellogeenit välttämättömiä terveydelle

Sisäisten kellojen säätelemien lukuisten geenien joukosta erottuu suppeampi kellogeenien ryhmä, joka tuottaa varsinaisia ajanmittaukseen osallistuvia proteiineja. Kellojen täsmällinen toiminta vaatii näiden kelloproteiinien yhdessäoloa - laatuaikaa proteiiniperheen kesken.

Ihmiseltä tunnetaan kellogeenejä liki 20. Esimerkiksi Bmal1-geeni on niin keskeinen, että jos se poistetaan perimästä, elimistön vuorokausirytmi häviää. Tämän geenin toimintahäiriö näkyy kaksisuuntaisen mielialahäiriön maanisessa vaiheessa, jossa vuorokausirytmin jakso lyhenee. Hoitona annetaan litiumia, joka tehostaa Bmal1-geenin toimintaa.

Kelloproteiineilla on myös muita kuin ajanmittaukseen liittyviä tehtäviä. Erityisen kiinnostavaa terveyden kannalta on se, että sisäinen kello vaikuttaa solujen elinkiertoon ja aineenvaihduntareaktioihin.

Eräitä kellogeenejä tarvitaan esimerkiksi vasta-aineita tuottavien solujen tai rasvasolujen syntymiseen. Jotkin kelloproteiinit vaikuttavat elimistön rasva- tai sokeriaineenvaihduntaan. Esimerkiksi Per1- ja Per2-kellogeenejä tarvitaan solunjakautumisen säätelyyn ja dna:n vaurioiden korjaukseen. Hiiristä, joilta on poistettu Bmal1-geeni, tulee hedelmättömiä ja nivelvaivaisia, ja niiden elimistön puolustusjärjestelmä jää heikoksi.

Kellon häiriöt lisäävät kansantauteja

Sisäisen kellon rytmihäiriöt selittänevät osaltaan, miksi elintasoa heijastavat kansansairaudet yleistyvät. Näitä ovat esimerkiksi aikuisiän sokeritauti, verenpainetauti ja sepelvaltimotauti.

Suora yhteys löytyy ainakin kolesteroliaineenvaihdunnasta. Kellogeenien Bmal1 ja Clock tuottamat proteiinit säätelevät yhdessä muun muassa sen geenin toimintaa, joka synnyttää kolesterolin esiastetta. Nykyisin käytetyimmät lääkkeet pahan LDL-kolesterolin niukentamiseksi ovat statiinit, jotka estävät esiastetta muuttumasta kolesteroliksi. Tulevaisuudessa kolesterolipitoisuutta saatetaan oppia pienentämään vaikuttamalla sisäiseen kelloon.

Sisäisen kellon säätämä vuorokausirytmi vaikuttaa myös esimerkiksi suonensisäisten hyytymien syntyyn. Aamut ovat sikäli ikäviä, että silloin sydäninfarktin riski on suurimmillaan ja samaan aikaan hyytymien liuotushoidon teho heikoimmillaan. Myös syöpien solunsalpaajahoidon vaikutus - niin teho kuin haittakin - on erilainen vuorokauden eri aikoina.

Lisäksi sisäisen kellon rytmihäiriöt saattavat altistaa veri- tai imukudossyövälle sekä rinta- tai eturauhassyövälle. Näihin vaikuttavat nimittäin elimistön hormonit, ja eräiden kellogeenien toiminta soluissa säätyy samojen tumakalvon reseptorien kautta, joihin hormonit sitoutuvat. Osa tumareseptoreista on itsekin kelloproteiineja.

Tulevaisuudessa kellohoidot yleistyvät

Aikabiologinen tutkimus etenee nyt huimaa vauhtia, ja kuva sisäisen kellon merkityksestä terveydelle alkaa kirkastua. Tämän takia syöpäsairauksien sekä aineenvaihdunnan ja umpierityksen häiriöiden hoitomenetelmät tulevat muuttumaan. Sisäisen kellon säätökeinot yleistyvät myös masennuksen ja kaksisuuntaisen mielialahäiriön hoidossa.

Tulevaisuudessa luultavasti hyödynnetään myös sitä tietoa, että elimistön eri kellojen sopusointu on tärkeää yksilön pitkäikäisyydelle. Esimerkiksi jos hamstereilla on suuria kellohäiriöitä, niiden elinikä lyhenee. Vastaavasti jos vanhoille eläimille tehdään sisäisten kellojen toimintaa vahvistava keskuskellon kudossiirto, niiden elinikä pitenee.

Ehkä myös ihmisille tehdään tulevaisuudessa keskuskellosiirteitä samaan tapaan kuin nykyisin kokeillaan Parkinsonin taudin tai nuoruusiän sokeritaudin hoitamista siirretyillä soluilla.

Timo Partonen on akatemiatutkija ja tutkii terveyden aikabiologiaa Kansanterveyslaitoksessa.

 

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

Talven jäljiltä väritön maisema herää eloon, kun iloista vihreää pilkistelee esiin joka puolelta.

Tätä kasvun ihmettä on aina odotettu hartaasti, ja monille ensimmäisille kevään merkeille on annettu oma erityinen nimityksensä, joka ei viittaa mihinkään tiettyyn kasvilajiin vaan nimenomaan siihen, että kysymys on uuden kasvun alusta.

Kasvin, lehden tai kukan aihetta merkitsevä silmu on johdos ikivanhaan perintösanastoon kuuluvasta silmä-sanasta. Myös kantasanaa silmä tai tämän johdosta silmikko on aiemmin käytetty silmun merkityksessä.

Norkko on ilmeisesti samaa juurta kuin karjalan vuotamista tai tippumista merkitsevä verbi ńorkkuo. Myös suomen valumista tarkoittava norua kuulunee samaan yhteyteen. Rennosti roikkuvat norkot näyttävät valuvan oksilta alas.

Lehtipuun norkkoa tai silmua merkitsevällä urpa-sanalla on laajalti vastineita itämerensuomalaisissa sukukielissä, eikä sille tunneta mitään uskottavaa lainaselitystä. Näin ollen sen täytyy katsoa kuuluvan vanhaan perintösanastoon.

Nykysuomalaisille tutumpi urpu on urpa-sanan johdos, ja samaa juurta on myös urpuja syövän linnun nimitys urpiainen.

Urpa-sanan tapaan myös vesa on kantasuomalaista perua, koskapa sana tunnetaan kaikissa lähisukukielissä.

Taimi-sanaa on joskus arveltu balttilaiseksi lainaksi, mutta todennäköisempää on, että se on kielen omista aineksista muodostettu johdos. Samaa juurta ovat myös taipua- ja taittaa-verbit.

Itu on johdos itää-verbistä, joka on ikivanha indoeurooppalainen laina. Oras puolestaan on johdos piikkiä tai piikkimäistä työkalua merkitsevästä indoiranilaisesta lainasanasta ora. Verso on myös selitetty hyvin vanhaksi indoiranilaiseksi lainaksi.

On mahdollista, että maanviljelytaitojen oppiminen indoeurooppalaisilta naapureilta on innoittanut lainaamaan myös viljakasvien alkuihin viittaavia sanoja.

Kevään kukkiva airut on leskenlehti. Vertauskuvallinen nimi johtuu siitä, että kasvi kukkii suojattomana ilman lehdistöä, joka nousee esiin vasta kukkimisen jälkeen. Vaatimattomasta ulkonäöstä huolimatta leskenlehden ilmestyminen on pantu visusti merkille, ja sille on kansankielessä kymmeniä eri nimityksiä. Yksi tunnetuimmista on yskäruoho, joka kertoo, että vanha kansa on valmistanut kasvista rohtoja etenkin hengitysteiden tauteihin.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2018

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

Tieteessä 5/2018

 

PÄÄKIRJOITUS

Päätön paremmuus järjestys 

Suosituissa lukiovertailuissa ei ole kovin paljon järkeä.

 

PÄÄUUTISET

Etevä laskee sormin

Menetelmä toimii paremmin kuin päässälasku.

Kuitu vaalii verensokeria

Runsaskuituinen dieetti korjasi diabeetikoiden glukoosiarvot.

Vapaus vie vakiouralle

Tasa-arvon maissa tytöt karttavat teknisiä ja tieteellisiä aloja.

Ihminen pihistelee unta

Muut kädelliset vetävät sikeitä jopa 15 tuntia vuorokaudessa.

 

ARTIKKELIT

Liiku viisaasti

Monen into lopahtaa vaativiin harjoitusohjelmiin.
Treeni maistuu, kun tuntee muutaman faktan.

Koira syntyi pohjoisessa

Ihminen ja susi tutustuivat jääkauden haaskalla.
Vanhin näyttö elämäntoveruudesta tulee Belgiasta.

Taivaallamme kulkevat sään jättiläiset

Keskileveyksien matalat ovat ilmojen titaaneja.
Ne selittävät, miksi Suomessa on niin epävakaista.

Aivot näkevät harhoja

Kalliotaiteen oudot kuvajaiset tuotti muuntunut
tietoisuus. Se syntyy meidänkin aivoissamme.

Metso kukkoilee koko kevään

Tiluksilla rehvastelu alkaa jo helmikuussa.
Sodaksi taistelu naaraista yltyy vapun tienoilla.

Rooma kaatui rahapulaan

Supervallan tuhoon on tarjottu satoja syitä.
Tapahtumat etenivät luultua raadollisemmin.

 

TIEDE VASTAA

Miksi ensimmäinen lettu epäonnistuu?

Miten gorilla saa lihakset kasvisruoalla?

Miksi pikaliima ei tartu tuubinsa sisäseiniin?

Kuinka kaukana on etäisin galaksi?

Onko hyönteisillä reviirejä?

Mistä juontuvat sanat minä ja itse?

 

KIRJAT

Rikos ei houkuta niin kuin ennen

Länsimaat löysivät uudelleen itsehillinnän.

 

KUVA-ARVOITUS

Siinähän on ihan selvästi...

Klassikkopalsta kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia
lehden Facebook-sivustolle.

 

OMAT SANAT

Tässä on itua

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.