Kenmerken

In zijn boek over ″biologische ritmen tot chronobiologie″resumeert REINBERG (1974) hun belangrijkste aspecten als volgt:

De ritmische activiteit, d. w. z. de cyclische afwisseling tussen fases van hyperactiviteit en fases van hypoactiviteit is een typische eigen- schap van de menselijke, plantaardige en dierlijke materie. Ieder bio- logisch ritme kan vergeleken worden met een sinusoïde functie en wordt gedefinieerd door vier parameters:

1) De tijdsspanne of het tijdsinterval verstrijkend tussen twee identieke situaties (bij voorbeeld 2 maxima of 2 minima).

2) De acrofase, d. w. z. de piek van de variatie die wordt gedefinieerd op de tijdsschaal ten opzichte van een willekeurig richtpunt zoals b. v. middernacht (24 uur).

3) De amplitude die overeenstemt met de helft van de totale veran- derlijkheid van de bestudeerde activiteit.

4) De mesor of gemiddelde waarde van een parameter die over een periode van 24 uur wordt gemeten, ook nog aangepast niveau van het ritme genoemd.

De methode van de cosinor (Halberg) benut de methode van het klein- ste kwadraat om de sinusoïde te vinden die het dichtst de experimen- tele verandering benadert.

De duur van de tijdsspanne (T) van het beschouwde ritme maakt het mogelijk het ritme te kwalificeren hetzij als zijnde van

- hoge frequentie (T a 5 uur): variaties van het elektrocardiogram, van het elektro-encefalogram en van de enzymatische ontwikke- lingen;

- middelmatige frequentie (5 uur a T a 2,5 dag) waartoe de zoge- naamde circadiaanse ritmen behoren. Het woord circadiaans is af- geleid van het Latijnse″circa″dat ongeveer betekent en″dies″dat dag betekent. Deze circadiaanse ritmen omvatten dus een periode gaande van 20 tot 28 uur. Zij komen het meest frequent voor. Reinberg (1974) beschrijft er meer dan 65 die van belang zijn voor- het menselijk organisme zoals:

Figuur 2. Kenmerken van een biologisch ritme (Halberg, 1980).

acrofase

amplitude

mesor (gemiddelde waarde van het ritme)

cosinor experimentele metingen (ten opzichte van een referentiefase) Rust activiteit Tijd: 24 u eenheden

- de temperatuur - de polsslag - de bloeddruk

- de hersenen (elektro-encefalogrammen)

- het ademhalingsstelsel (vitale longcapaciteit, zuurstofverbruik) - het endocrien stelsel (bijnieractiviteit)

- het bloed - de urine

Hierbij komen nog tal van psycho-fysiologische functies zoals: - pijngevoeligheid

- kleuronderscheidingsvermogen

- snelheid en nauwkeurigheid van bewegen

- het geheugen maar ook bepaalde processen van informatieverwer- king (MAURY en QUEINNEC, 1992; FOLKARD-MONK, 1980). Een gekende illustratie hiervan is het optreden van een hartinfarct en van hersenaandoeningen bij voorkeur op het ogenblik waarop de ag- gregatie van de bloedplaatjes het hoogst is, namelijk tussen 6 en 11 u. Louter statistisch bekeken, komt de berekening volgens een 24-uur- periode slechts neer op een gemiddelde dat schommelt tussen de be- trouwbaarheidsgrenzen. Het hoeft dus niet per se om een periode van precies 24 uur te gaan.

- De lage frequentie (T s 2,5 dag) zoals bij voorbeeld de menstruatie- cyclus bij de vrouw (T bedraagt dan ongeveer 28 dagen) of de jaar- schommeling van de fysische capaciteit, van de orale temperatuur, van het seksueel gedrag of van de bloeddruk (T = ongeveer een jaar). Het seizoenoverwicht van de infectieziekten is wel gekend.

Onafhankelijk van hun periode bezitten deze biologische ritmen ge- lijkaardige basiskenmerken.

Men stelt vast dat de meeste biologische variabelen hun acrofase over- dag hebben.

Figuur 3. Circadiaans aspect van de menselijke tijdsstructuur.

Prestatie voor: hoofdrekenen motorische coo¨rdinatie ingewikkelde taken korte-termijngeheugen

ACTH (adrenocorticotroop hormoon) groeihormoon

lactogeen hormoon (prolactine) calcium

frequentie van de hartslag arterie¨le bloeddruk hartprestatie bronchiaal kaliber vitale capaciteit glycogene synthese insuline cortisol aldosteron catecholaminen lichaamstemperatuur spierkracht aanwezigheid van O2 in het bloed sportprestatie DAG NACHT 7 u. 23 u. 7 u.

Figuur 4. Acrofase van de jaarritmen. J F M A M J J A S O N D MAANDEN Fysieke tekenen ORALE TEMPERATUUR ORALE TEMPERATUUR ORALE TEMPERATUUR

SYSTOLISCHE ARTERIE¨ LE BLOEDDRUK SYSTOLISCHE ARTERIE¨ LE BLOEDDRUK LICHAAMSGEWICHT BAARDGROEI MENARCHE (EERSTE MENSTRUATIE) Gedrag EETGEWOONTEN SUIKERS VETTEN CALORIEE¨ N SEKSUEEL GEDRAG SEKSUEEL GEDRAG Bloed

WITTE BLOEDLICHAAMPJES (LEUKOCYTEN) PROTEı¨NEN IGA IGG IGM CHOLESTEROL Urine KALIUM CHLOOR CALCIUM MAGNESIUM CREATININE URINEZUUR 17-OHCS (17-HYDROXYCORTICOSTEROı¨DEN) ALDOSTERON 17-KS (17-KETOSTEROı¨DEN TESTOSTERON GLUCURON EPINEFRINE, E EPINEFRINE, E NOREPINEFRINE, NE NOREPINEPHRINE, NE (NE+E)NE VMA PARAMANDELZUUR Plasma GH (GROEIHORMOON)

TSH (THYREOTROPINE OF THYREOTROOP HORMOON) FSH (FOLLIKEL STIMULEREND HORMOON) LH (LUTEı¨NISEREND HORMOON) ACTH (ADRENOCORTICOTROOP HORMOON)

BMSH (BASAAL METABOLISME STIMULEREND HORMOON) LACTOGEEN HORMOON (PROLACTINE)

LACTOGEEN HORMOON (PROLACTINE) SCHILDKLIERHORMOON (THYROXINE) CORTISOL RENINE-ACTIVITEIT TESTOSTERON GEPROVOCEERDE HYPERGLYCAEMIE: GLUCOSE HOOGTE VAN DE PIEK INSULINE HOOGTE VAN DE PIEK

A A A A A A B A C D E F G G G G H I J J J J J K H A A A A A H H L B M A M B H H H H N N O H M M M M M P P

De jaaracrofases worden gegeven met hun betrouwbaarheids- grens voor een veiligheid van 95 %. De fasereferentie is 21 december.

De studie van een jaarritme kan alleen maar nauwkeurig zijn, wan- neer wordt rekening gehouden met de (eventuele) circadiaanse schom- melingen van de beschouwde variabele. De voorgestelde resultaten stellen de jaarvariaties van de gemiddelden van 25 u. voor, waarbij de metingen en de doseringen om de 4 uur van de beschouwde dagen ver- richt worden. Het is belangrijk de geografische plaats van de metingen aan te geven, zoals blijkt uit de verschillende resultaten m. b. t. de ora- le temperatuur en de systolische arteriële bloeddruk (REINBERG 1971).

A) GENETISCHE AFHANKELIJKHEID

Dit is dus een element van onze erfelijkheidsstructuur. Dit kenmerk wordt geïllustreerd op grond van de waarnemingen bij (een- en twee- eiige) tweelingen, d. w. z. bij ″identieke″en″niet-identieke″tweelin- gen of bij orgaantransplantaties. Zo vindt men dezelfde organisatori- sche tijdsstructuur bij identieke tweelingen die sedert hun geboorte in een verschillend milieu werden grootgebracht, wat niet het geval is bij niet-identieke tweelingen.

B) AUTONOMIE

De circadiaanse ritmen zijn niet eenvoudigweg het gevolg van de af- wisseling tussen licht en duisternis tijdens een periode van 24 uur. Proef- nemingen bij constante omgevingsfactoren en zonder richttijd, zoals uitgevoerd in het laboratorium door ASCHOFF en WEVER (1962) en door SIFFRE (1963) gedurende twee maanden in een ondergrondse grot, hebben aangetoond dat de circadiaanse ritmen blijven bestaan. Bovendien trad er een stabilisering op van de tijdsduur die lichtjes af- week van de 24-uur-cyclus, en kwam men uit op ongeveer 25 uur. Deze periode verschilt eveneens van de getijdencyclus van de zee, die 24,8 uur bedraagt. Een voorbeeld van het waak-slaap-ritme en van het ritme van de lichaamstemperatuur in vrije loop wordt gegeven in figuur 5.

De waakperiode wordt in volle lijnen en de slaapperiode in openge- werkte lijnen aangegeven. De driehoeken geven het uur van de cyclus- maxima en -minima van de lichaamstemperatuur. Er kan in de loop van de dagen een progressieve verschuiving worden opgetekend van het uur van ontwaken, van slapengaan alsook van de minimum en maxi- mumtemperatuur. Aldus wordt volgens WEVER (1979 p. 30) een cy- clus van 25 u. 3 min bereikt.

Het menselijk organisme, zoals ieder levend organisme, bezit dus ei- gen ritmen van endogene aard. Iedere biofysiologische functie gehoor- zaamt niet aan een klok (oscillator) die losstaat van andere klokken. Een model met (ten minste) twee oscillatoren geïnspireerd op de toestan- den van interne desynchronisatie die werden geobserveerd bij een proef van tijdelijke afzondering (waarbij het temperatuurritme zich on- derscheidt van dit van het uitgescheiden natrium) trekt thans het meest onze aandacht. Dit is inzonderheid het geval bij het model van KRONAUER (1982), dat een beroep doet op twee oscillatoren X en Y die respectievelijk verantwoordelijk zijn voor de circadiaanse ritmiek van de lichaamstemperatuur en van de waak-slaap-cyclus.

De krachtigere X-oscillator (verhouding 4/1) beïnvloedt onder meer de lichaamstemperatuur, de voor de paradoxale slaap verantwoorde-

Figuur 5. Waak-slaap-ritme en ritme van de lichaamstemperatuur in vrije loop bij een persoon in volledige afzondering.

lijke mechanismen, het plasmagehalte van cortisol, het urinevolume en het urine-uitscheidingsgehalte van kalium, en zou minder gevoelig zijn voor de synchronisatoren, waarvan later sprake.

De oscillator Y brengt de waak-slaap-cyclus op gang en inzonder- heid de trage diepe slaap, de afscheiding van het groeihormoon soma- totropine en de circadiaanse schommelingen van de huidtemperatuur alsook van het urine-uitscheidingsgehalte van natrium. Deze twee os- cillatoren zijn onderling gekoppeld in normale levensomstandighe- den en verlenen aan de mens een echte″tijdsstructuur″, waarvan niet zonder gevaar kan worden afgeweken.

Figuur 6. Illustratie van de theorie van de multioscillator. Model met twee oscillatoren (X en Y).

De oscillator X zou minder gevoelig zijn voor de synchronisatoren en zou op Y een koppelingskracht uitoefenen die vier keer groter is dan het omgekeerde. Iedere oscillator zou het ritme van verschillende functies besturen:

T° = lichaamstemperatuur, W-S = afwisseling tussen waak-slaap, REM = remslaap, die door snelle oogbewegingen gekenmerkt wordt, SWS = kortegolfslaap, STH = groeihormoon (volgens Kronauer et al. 1982).

synchronisatoren

T° W-S

R E M S W S

cortisol STH

Zoals blijkt uit figuur 7, heeft men bij de zoogdieren de neurofysio- logische en endocriene basissen van de ritmen kunnen formuleren. Dit schema zou eveneens gelden voor mensen.

Afgezien van de betrokkenheid van drie zenuwstructuren (de supra- chismakern, de kern van de mediaanlijn en de pijnappelklier) ziet het ernaar uit dat de melatonine (het hormoon van de pijnappelklier) een belangrijke rol speelt. De nachtelijke afscheiding wordt geremd door intens licht. Louter theoretisch meent men aldus te kunnen inspelen op de werking van de oscillatoren om de recyclage van de ritmen te versnellen na een tijdsfasenverschuiving zoals b. v. bij een transmeri- dionale verplaatsing.

De ritmeveranderingen van een aantal omgevings- of milieufacto- ren kunnen de bioritmen beïnvloeden en hun kenmerkende parame- ters wijzigen. Deze factoren werden door A. SCHOFF″Zeitgeber″of tijdaanwijzers genoemd, PITTENDRIGH heeft het over ″entraining- agent″en HALBERG over″synchroniser″, die op een paar nuances na, synoniemen zijn. Het gaat hier over synchronisatoren die voldoende sterk zijn opdat de wijziging ervan een opeenvolgende verandering van de circadiaanse ritmen zou kunnen teweegbrengen. Dit gebeurt wel- iswaar binnen bepaalde grenzen en met een omvang die varieert vol- gens de soort, het ritme en het individu. Hiertoe behoren de afwisse- ling tussen licht en duisternis, een verschijnsel dat CANDOLLE in 1832

oscillatoren? netvlies

licht RHT-vezels suprachiasmakern_{van de} hypothalamus kern van de mediaannaadlijn pijnappel- klier gezichts- banen serotoninergetische neuronen melatonine

Figuur 7. Schematische voorstelling van de zenuwstructuren die betrokken zijn bij de regeling van de circadiaanse ritmen (geïnspireerd op RUSAK et al., 1989 en QUEINNEC, 1992).

reeds ter sprake bracht, omdat het voor de planten een doorslaggeven- de synchronisator is. Dit blijkt ook in de dierenwereld te kloppen. Lan- ge tijd heeft men geloofd dat dit fenomeen niet gold voor de mens. Het is dan ook pas in de jongste jaren dat de feiten overtuigend bewezen dat het ook van toepassing is op de mens. Er werd ook nog rekening gehouden met andere factoren zoals de al even belangrijke sociale syn- chronisatoren (maatschappelijk en familiaal leven, arbeidsritme, la- waaihinder, .... ), de temperatuurschommelingen en de seizoenwisse- lingen. Al kunnen de synchronisatoren de ritmen in feite niet creëren, toch zijn ze in staat in bepaalde omstandigheden de kenmerken ervan te wijzigen, maar voor eenzelfde variabele hangt dit af van de beschouw- de soort. Voor eenzelfde variabele kan de aanpassing verschillen van geval tot geval, en voor eenzelfde individu kan zij verschillen van va- riabele tot variabele, waardoor de tijdsorganisatie van het organisme vernietigd en pathogeen kan worden (REINBERG 1979).