miniatyr|300px|Faktorer som påverkar människans dygnsrytm. Dygnsrytmer eller cirkadianska rytmer (från latinets circa dies, "ungefär en dag") är de processer hos levande organismer, som är inbyggda och regelbundet cykliska med en period av ungefär ett dygn. Sådana rytmer finns hos ett mycket stort antal organismer, från enkla organismer som cyanobakterierWilliams SB (2007): A circadian timing mechanism in the cyanobacteria; Adv Microb Physiol 52:229-96, till svamparLombardi LM, Brody S (2005): Circadian rhythms in Neurospora crassa: clock gene homologues in fungi; Fungal Genet Biol 42(11):887-92, växterBarak S, Tobin EM, Andronis C, Sugano S, Green RM (2000): All in good time: the Arabidopsis circadian clock; Trends Plant Sci 5, 517–522 och djur. Dessa inre biologiska klockor styr ett antal andra processer, som ämnesomsättningen, födointaget och växlingar mellan vila och aktivitet.
Centrala egenskaper hos dygnsrytmer är att de har en periodlängd på cirka ett dygn och att de kan anpassa sig efter intryck från omgivningen, så kallade zeitgebers, men även fortgå om organismen befinner sig i en miljö utan dem, genom att organismen själv fortsätter att generera signalerna autonomt, så kallad free-running.
Människor uppvisar individuella skillnader i dygnsrytm och kan delas in i kronotyperna morgonmänniskor (A-människor – kvällströtta, morgonpigga), natt-/kvällsmänniskor (B-människor, "nattugglor" – som är piggast på kvällen och föredrar att gå till sängs sent) respektive varken eller.Nordlund et al, Dygnsrytm och skolarbete 2004 Indelningen baseras på hur hormonnivå, kroppstemperatur, kognitiva förmågor, hunger och sömnighet varierar under dygnet. En förekommande förklaring är att vissa personer har en inre klocka med periodicitet som är längre än 24 timmar och därför tenderar att förskjuta dygnsrytmen.varför är vissa A-människor och andra B-människor , Illustrerad vetenskap nr 1, 2003
Störd dygnsrytm Störd dygnsrytm är en diagnos som ingår i sömnstörningar enligt standarden DSM-IV och kan leda till sömnbrist. Problem med dygnsrytmen kan förorsakas av en diagnostiserbar sjukdom, och även påverkas av livsstil, exempelvis nattligt datoranvändande, bristande sömnvanor, skiftarbete, jetlag, kaffe, rökning, alkohol och narkotika. Förskjuten dygnsrytm kan förorsakas av brist på ljus dagtid, exempelvis vintertid i områden långt från ekvatorn eller till följd av blindhet. Problem med dygnsrytmen kan förorsakas av insomni (sömnlöshet), vilket i sin tur kan bero på stress (exempelvis arbete strax innan man går till sängs) och depression, liksom på schizofreni, och kan förvärra bipolär sjukdom. Exempel på behandlingar som förekommer är motion, bokläsande, ljusterapi, KBT, melatonin och sömnmedel. Kombinerad ljus- och vakenhetsterapi kallas kronoterapi, och används i antidepressivt syfte.
Grundläggande egenskaper hos cirkadianska rytmer Även om mekanismerna för kroppens urverk varierar mellan olika organismer så har den vissa egenskaper som är gemensamma hos många olika arter. Hos djur, växter och svampar avläser (transkriberar) celler en eller flera "daggener" och producerar proteiner enligt instruktionen. Dessa proteiner får cellen att öka mängden av andra proteiner, som i sin tur hämmar bildningen eller aktiviteten hos de förstnämnda proteinerna. Cellens koncentration av de olika proteinerna kommer att pendla fram och tillbaka. Den exakta periodlängden kan variera något beroende på art, men ligger vanligen mellan 22 och 25 timmar. Då de olika klockproteinerna påverkar andra processer i cellen kommer deras pendling att skapa en dygnsrytm.
Eftersom det är en inre process som fortgår av sig själv behöver organismen inga signaler från omgivningen för att följa sin egen rytm. Klockproteinerna kan dock (indirekt) påverkas av externa stimuli, så kallade zeitgebers (tyska för tidgivare). Den process genom vilken externa stimuli ställer om dygnsrytmen kallas för entrainment (synkronisering).
Vilka externa stimuli som kan fungera som zeitgebers är olika för olika arter, men den viktigaste och kanske mest kända för de flesta arter är ljus.Cermakian N, Sassone-Corsi P (2002): Environmental stimulus perception and control of circadian clocks; Curr Opin Neurobiol 12(4):359-365 Andra zeitgebers är till exempel temperaturförändringarRensing L, Luoff P (2002): Temperature effect on entrainment, phase shifting, and amplitude of circadian clocks and its molecular bases; Chronobiol Int 19(5):807-864 och sociala stimuli (jämför väckarklocka). En annan intressant egenskap hos de så kallade inre klockorna hos olika organismer, som man inte fullt förstår, är att de inte påverkas av pH eller djurets kroppstemperatur (förändringar i omgivningstemperaturen kan hos vissa arter signalera till organismen när det blir morgon respektive kväll, men trots att så gott som alla kända kemiska reaktioner går snabbare vid ökande temperatur bibehåller dygnsrytmen sin rytmicitet oberoende av organismens egen temperatur och pH).Paranjpe DA, Sharma VK (2005): Evolution of temporal order in living organisms; J Circ Rhythms 3(1):7
Periodlängd (τ), fas (Φ) och fasrespons miniatyr|Sambandet mellan förändring i den inre klockans fas och fasen då organismen exponeras för en zeitgeber. Siffrorna är klockslag. Gula pilar indikerar att organismen exponeras för en zeitgeber som associeras med dag, som ljus, medan blå pilar indikerar att organismen exponeras för en zeitgeber som associeras med natt, som mörker. Bilden visar fyra möjliga exempel på zeitgeberexponering, vart och ett under tre på varandra följande dygn. Uppe till vänster: mörker på morgonen, då organismen förväntar sig att det är dag, kommer att leda till en fasförsening (klockan vrids tillbaka). Uppe till höger: mörker på kvällen, innan organismen förväntar sig natt, kommer att leda till en fasframskjutning (klockan vrids framåt). Nere till vänster: ljus på morgonen, innan organismen förväntar sig det, kommer att leda till en fasframskjutning. Nere till höger: ljus på kvällen, efter det att organismen förväntar sig natt, kommer att leda till en fasförsening. En cirkadiansk rytm kännetecknas av att den har en bestämd periodlängd, det vill säga att varje upprepning tar en viss tid. Periodlängden betecknas ofta med den grekiska bokstaven tau (τ), och är för de flesta organismer ungefär 24 timmar. Om en organism hålls i konstanta förhållanden, det vill säga med en konstant ljusmängd och temperatur dygnet runt, kommer djuret att följa ett dygn vars längd beror på dess inre klockas egen periodlängd. Med tiden kan således organismens inre klocka successivt avvika allt mer från den verkliga tidens förlopp.
Eftersom den biologiska klockan skapas genom att gener turas om att undertrycka varandra så ligger det nära till hands att försöka avla fram organismer som har en inre klocka med längre eller kortare periodlängd. Man kan även manipulera τ hos en organism med läkemedel eller hormoner som påverkar klockproteinerna, eller genom att manipulera miljön organismen befinner sig i.Mistlberger RE, Rusak B (2005): Circadian Rhythms in Mammals: Formal Properties and Environmental Influences; i Kryger, Roth, Dement (red): Principles and Practise of Sleep Medicine, 4th ed, Saunders, Philadelphia 2005, sid 321-334 Organismens ålder påverkar också periodlängden hos den inre klockan. Hos vissa organismer, exempelvis människor, förkortas τ med ökande ålderDuffy JF, Czeisler CA (2002): Age-related change in the relationship between circadian period, circadian phase, and diurnal preference in humans; Neurosci Lett 318(3):117-120Pittendrigh C, Daan S (1974): Circadian oscillations in rodents: A systematic increase in their frequency with age; Science 186:548-550 medan τ hos andra organismer, till exempel möss, istället förlängs med ökande ålder.Valentinuzzi VS, Scarbrough K, Takahashi JS, Turek FW (1997): Effects of aging on the circadian rhythm of wheel-running activity in C57BL/6 mice; Am J Physiol 273:R1957-R1964 Det är också möjligt att förändra τ genom att i laboratoriemiljö utsätta organismer för artificiella dygn som är kortare eller längre än 24 timmar. Kackerlackor som exponeras för 22-timmarsdygn utvecklar kortare periodlängd än kackerlackor som exponeras för 26-timmarsdygn, och dessa effekter kan kvarstå under lång tid efter att experimentet är avslutat.Page TL, Mans C, Griffeth G (2001): History dependence of circadian pacemaker period in the cockroach; J Insect Physiol 47(9):1085-1093Effects of light on circadian pacemaker development. I. The freerunning period; J Comp Physiol [A] 165(1):41-49 Den tidpunkt på den inre klockan då organismen förväntar sig att en viss vald händelse (exempelvis att solen går upp eller ner) ska äga rum kallas för en fas, och brukar betecknas med den grekiska symbolen phi (Φ). Eftersom pendlingen mellan de olika klockproteinerna inte går på exakt 24 timmar, och tidpunkten för solens upp- och nergång beror på olika faktorer som kan variera under året, måste den inre klockan kunna ställa om sig som reaktion på yttre signaler. Dessa yttre zeitgebers kan förskjuta pendlingens fas (det vill säga vilket "klockslag" organismens inre klocka står på) antingen framåt eller bakåt. Om zeitgebern får den inre klockan att ställas fram eller vridas tillbaka , beror på under vilken fas organismen exponeras för zeitgebern (se figur). miniatyr|vänster|Exempel på hur tre fasresponskurvor för starkt ljus, svagt ljus och melatonin kan se ut för en tänkt organism. Bilden visar hur kraftig dygnsrytmförskjutning olika zeitgebers kommer att ge beroende på när under det subjektiva dygnet organismen exponeras för dem. Samtliga kurvor är så kallade typ 1-fasresponskurvor (se texten). Sambandet mellan den fas då en organism exponeras för en zeitgeber och hur fasen påverkas kan också uttryckas grafiskt som en så kallad fas-respons-kurva (PRC, phase response curve). Hur kraftigt en zeitgeber påverkar dygnsrytmen beror alltså dels på vid vilken fas i sin dygnsrytm organismen utsätts för zeitgebern, och dels dess intensitet. Ju intensivare en zeitgebersignal är, desto mer kommer klockproteinerna och därigenom dygnsrytmen att påverkas av den. Starkt ljus har alltså förmågan att ändra den inre klockan mer än svagt ljus.Boivin DB, Duffy JF, Kronauer RE, Czeisler CA (1996): Dose-response relationships for resetting of human circadian clock by light; Nature 379(6565):540-542 Under en stor del av den subjektiva dagen (det vill säga den tid som den inre klockan tror är dag), kommer ljus inte att leda till någon fasförskjutning alls. Det symboliseras i fasresponskurvan av att linjen ligger nära 0-strecket. Även om någon tydlig fasförskjutning inte sker verkar ljus mitt på dagen ändå ha en viss betydelse för dygnsrytmen. Ljus på den subjektiva kvällen och förnatten kommer att vrida tillbaka den inre klockan, medan ljus på den subjektiva efternatten kommer att vrida den framåt.Hut RA, van Oort BE, Daan S (1999): Natural entrainment without dawn and dusk: The case of the European ground squirrel (Spermophilus citellus); J Biol Rhythms 14:290-299
Stark och svag fasförskjutning: Typ 0- respektive typ 1-respons