Cirkadisk rytm, den cykliska 24-timmarsperioden för mänsklig biologisk aktivitet.
Inom den cirkadiska (24-timmars) cykeln sover en person vanligtvis cirka 8 timmar och är vaken 16 timmar. Under de vakna timmarna är de mentala och fysiska funktionerna mest aktiva och vävnadscelltillväxten ökar. Under sömnen försvinner de frivilliga muskelaktiviteterna nästan helt och det sker en minskning av ämnesomsättning, andning, hjärtfrekvens, kroppstemperatur och blodtryck. Aktiviteten i matsmältningssystemet ökar under viloperioden, men aktiviteten i urinvägarna minskar. Hormoner som utsöndras av kroppen, t.ex. det stimulerande ämnet adrenalin (adrenalin), frisätts i maximala mängder ungefär två timmar före uppvaknandet så att kroppen är förberedd för aktivitet.
Contunico © ZDF Enterprises GmbH, MainzSe alla videor till denna artikel
Den cirkadiska cykeln styrs av en region i hjärnan som kallas hypotalamus, som är huvudcentret för att integrera rytmisk information och fastställa sömnmönster. En del av hypotalamus som kallas suprachiasmatiska kärnan (SCN) tar emot signaler om ljus och mörker från ögats näthinna. Vid aktivering av ljus skickar särskilda fotoreceptorceller i näthinnan signaler till SCN via neuroner i retinohypothalamiska banan. Signalerna överförs vidare till tallkottkörteln, en liten kägelformad struktur som är fäst vid den bakre änden (bakom hypotalamus) av den tredje hjärnkammaren och som ansvarar för produktionen av ett hormon som kallas melatonin. Cykliska fluktuationer av melatonin är viktiga för att upprätthålla en normal dygnsrytm. När näthinnan upptäcker ljus hämmas melatoninproduktionen och vakenhet inträder. Ljusets våglängd (färg) och intensitet är viktiga faktorer som påverkar i vilken utsträckning melatoninproduktionen hämmas. När det däremot är mörkt ökar melatoninproduktionen och kroppen börjar förbereda sig för sömn. Sömnframkallande reaktioner, såsom sänkning av kroppstemperatur och blodtryck, genereras när melatonin binder till receptorer i SCN.
Contunico © ZDF Enterprises GmbH, MainzSe alla videor till denna artikel
Den naturliga tidssignalen för det cirkadiska mönstret är övergången från mörker till ljus. Där dagsljusmönster inte är konsekventa, som i yttre rymden, upprättas reglerade cykler för att simulera 24-timmarsdagen. Om man försöker bryta den cirkadiska rytmen genom att ignorera sömnen under ett antal dagar börjar psykologiska störningar uppstå. Människokroppen kan lära sig att fungera i cykler som sträcker sig mellan 18 och 28 timmar, men varje avvikelse större eller mindre än så leder vanligtvis till att kroppen återgår till en 24-timmarscykel. Även i helt upplysta områden som den subpolära skymningszonen har kroppen regelbundna cykler av sömn och vakenhet när den första anpassningen väl har gjorts.
Contunico © ZDF Enterprises GmbH, MainzSe alla videor till den här artikeln
Varje drastisk förändring i den cirkadiska cykeln kräver en viss tid för återanpassning. Varje individ reagerar på dessa förändringar på olika sätt. Resor över ett antal tidszoner åtföljs vanligen av stress i den cirkadiska rytmen, som ibland kallas ”jetlag”. Till exempel skapar en flygresa mellan Tokyo och New York City en tidsskillnad på 10 timmar; det tar vanligtvis flera dagar för kroppen att anpassa sig till det nya dag-natt-mönstret. Alltför frekventa förändringar av det cirkadiska mönstret, t.ex. flera flygningar över havet per månad, kan leda till mental och fysisk trötthet. Anpassning före eller efter en flygning kan uppnås genom att gradvis ändra sitt sömnmönster för att simulera de sömnmönster som kommer att vara nödvändiga i den nya miljön. Rymdresor är ännu mer extrema. Astronauterna möter för första gången snabba förändringar i dag-natt-cykeln när de befinner sig i jordens omloppsbana. Efter detta blir tomrummet ett konstant mörker utan någon observerbar skillnad mellan dag och natt.
Den cirkadiska cykeln kan förändra effekten av vissa läkemedel. Till exempel tycks tidpunkten för administrering av hormonella läkemedel så att den överensstämmer med deras naturliga cirkadiska produktionsmönster innebära mindre stress för kroppen och ge effektivare medicinska resultat.