サーカディアンリズム（Circadian Rhythm）

サーカディアンリズム（Circadian Rhythm）とは、睡眠と覚醒、体温、ホルモンの分泌などが約24時間の周期でくり返す、体の内側でつくられるリズムのことです。日本語では概日リズムといい、そのリズムを刻むしくみを体内時計（生物時計）と呼びます。

サーカディアンリズムのまとめ図。約24時間でくり返す体内のリズムで、中心は視交叉上核、最強の同調因子は光、夜にメラトニンが増えること、人の本来の周期は24時間より少し長いことを示す — ひと目でわかるサーカディアンリズム

簡単な説明

目覚まし時計がなくても、毎朝だいたい同じ時刻に目が覚める日があります。夜になると自然に眠くなり、海外旅行のあとは昼間なのに眠くてたまらない。こうした体の調子の波は、体の中にある「時計」がつくり出しています。

この時計は外の明るさがわからない部屋でも動き続けますが、周期はぴったり24時間ではありません。たとえるなら毎日少しずつ遅れる腕時計で、毎朝、時報で針を合わせ直す必要があります。その時報の役目をする主役が朝の光です。

由来

circadian は、ラテン語の circa（およそ）と dies（日）を組み合わせた語で、「およそ1日」という意味です。「ちょうど」ではなく「約」24時間である点が大事です。

年	主なできごと
1959年	Franz Halbergが circadian という語を導入
1962年	Jürgen AschoffとRütger Weverが、時刻の手がかりのない条件での人のリズムを報告
1971年	Ronald KonopkaとSeymour Benzerが、ショウジョウバエでリズムが変わる突然変異を報告し、その遺伝子を period と名づける
1984年	Jeffrey C. Hall・Michael Rosbashと、Michael W. Youngが period 遺伝子を単離
2017年	3人が「概日リズムを制御する分子メカニズムの発見」でノーベル生理学・医学賞を受賞

具体的な説明

中枢時計は視交叉上核

哺乳類の体内時計の中心（中枢時計、ペースメーカー）は、視床下部にある視交叉上核（suprachiasmatic nucleus：SCN）です。名前のとおり、左右の視神経が交わる視交叉のすぐ上にあります。網膜からの光の情報は、網膜視床下部路を通って視交叉上核に届きます。

光を時計に伝えるのは、ものを見るための桿体・錐体だけではありません。Berson ら（2002）は、視交叉上核に信号を送る網膜の神経節細胞の一部が、それ自体で光に反応することを示しました（内因性光感受性網膜神経節細胞：ipRGC）。

時計遺伝子とフィードバックループ

HallとRosbashは、period 遺伝子からつくられるPERタンパク質が夜に細胞内にたまり、昼に分解されることを明らかにしました。たまったPERは核に入って自分の遺伝子のはたらきを抑えます。PERが減ると抑えが外れ、またPERがつくられます。この負のフィードバックループが約24時間でひと回りするのです。1994年にはYoungが2つめの時計遺伝子 timeless を見つけ、TIMがPERと結びつくと、2つがいっしょに核に入れることを示しました。

自由継続と同調因子

時刻の手がかりがない環境では、リズムはその時計本来の周期で進み続けます。これを自由継続（フリーラン、free-running）といい、そのときの周期を自由継続周期と呼びます。人の自由継続周期は24時間より少し長いため、放っておくと毎日少しずつ後ろにずれていきます。

このずれを外の24時間に合わせることを同調（entrainment）、合わせる手がかりを同調因子（Zeitgeber、ツァイトゲーバー）といいます。ドイツ語で「時を与えるもの」という意味で、Aschoffが用いた語です。最も強い同調因子は光で、食事や社会的な活動なども手がかりになります。

メラトニンと松果体

体内時計の時刻を体に伝える代表的なホルモンがメラトニンです。間脳の松果体から分泌され、その量は夜に高く、昼に低いリズムを示します。メラトニンはセロトニンから合成されます（セロトニン→N-アセチルセロトニン→メラトニン）。

視交叉上核の信号は、室傍核、脊髄、上頸神経節を順に通る交感神経の経路で松果体に届きます（自律神経系のはたらきの一つです）。また、夜でも明るい光を浴びるとメラトニンの分泌は抑えられます（Lewy et al., 1980）。

メラトニンの分泌が昼に少なく夜に多くなる1日のリズムを示したイメージ図 — メラトニンの1日のリズム（イメージ図。実際の測定データではありません）

周期の長さによるリズムの区別

生体リズムは、周期の長さで次の3つに呼び分けます。

名前	周期	例
ウルトラディアンリズム（ultradian）	1日より短い	睡眠中のノンレム睡眠とレム睡眠のくり返し（1周期の中央値は約96分）
サーカディアンリズム（circadian）	約1日	睡眠・覚醒、体温、メラトニン
インフラディアンリズム（infradian）	1日より長い	月経周期

時差ぼけと交替勤務

時差ぼけ（jet lag）は、体内時計と現地の時刻がずれた状態です。米国疾病予防管理センター（CDC）によると、適応の速さの平均は西向きの移動で1日あたり約1.5時間、東向きで約1時間です。人の自由継続周期は24時間より少し長いので、時計を遅らせる（西向き）ほうが、早める（東向き）よりやさしいのです。

夜勤を含む交替勤務では、体内時計と生活時刻のずれが長く続きます。国際がん研究機関（IARC）は2019年の評価（モノグラフ第124巻）で、夜勤を「おそらく発がん性がある」（グループ2A）に分類しました。この分類はリスクの大きさを示すものではありません。

実験や観察の方法と結論

研究	方法	結論
Aschoff & Wever（1962）	時刻の手がかり（同調因子）を取り除いた条件で生活してもらい、リズムを調べる	手がかりがなくてもリズムは続き、周期は24時間からずれる（自由継続）＝リズムは体の内側でつくられる
Moore & Eichler（1972）、Stephan & Zucker（1972）	ラットの視交叉上核（を含む視床下部）を壊す	副腎皮質ホルモンや、飲水・活動のリズムが消える＝視交叉上核が中枢時計
Ralph et al.（1990）	視交叉上核を壊したハムスターに、周期の短い突然変異体と野生型の間で、視交叉上核を含む組織を移植	リズムが戻り、その周期は提供した側（ドナー）の周期になる＝周期を決めるのは視交叉上核の細胞
Czeisler et al.（1999）	照明を厳密に管理し、メラトニン・深部体温・コルチゾールのリズムから周期を推定（若年者と高齢者）	本来の周期は平均24.18時間で、年齢による差はない。それまでの「約25時間」という値は、実験中の光の影響を受けていた

例文

「休日に昼まで寝ていると、月曜の朝がつらくなります。朝の光を浴びる時刻が遅れ、サーカディアンリズムが後ろにずれたためと考えられます。」

「ヨーロッパから日本へ帰ってきたあと、なかなか夜に眠れないのは、東向きの移動で体内時計を早めなければならないからです。」

疑問

Q: 人の体内時計は「25時間」だと聞いたことがありますが、本当ですか？

A: 初期の隔離実験では約25時間とされましたが、照明の影響を取り除いたCzeislerら（1999）の研究では平均24.18時間でした。「24時間より少しだけ長い」と覚えるのが正確です。

Q: 体内時計があるなら、なぜ光で合わせ直す必要があるのですか？

A: 周期がぴったり24時間ではないので、そのままだと少しずつずれていくからです。光などの同調因子で毎日合わせ直すことで、外の時刻と体のリズムがそろいます。

Q: メラトニンは「睡眠ホルモン」なのですか？

A: 夜に多く分泌され、眠りの時間帯と重なるのでそう呼ばれることがあります。ただ、より正確には、体内時計がいま「夜」だと体に知らせる時刻の信号としての役割が重要です。

理解度を確認する問題

問題1. 哺乳類のサーカディアンリズムの中枢時計（ペースメーカー）とされる部位として、最も適切なものはどれか。

A. 松果体
B. 視交叉上核
C. 外側膝状体
D. 室傍核

正解：B 視床下部の視交叉上核が中枢時計です。Aの松果体はメラトニンを分泌する場所で、視交叉上核の指令を受ける側です。Dの室傍核は、視交叉上核の信号を松果体へ伝える経路の中継点で、時計そのものではありません。Cは視覚情報を視覚野へ中継する部位です。

問題2. 時刻の手がかりをすべて取り除いた環境で生活すると、人の睡眠・覚醒のリズムは24時間からずれた周期で続く。この現象と、リズムを外界に合わせる手がかりの組み合わせとして、最も適切なものはどれか。

A. 自由継続 ― 同調因子
B. 自由継続 ― 時計遺伝子
C. 同調 ― 同調因子
D. 馴化 ― 同調因子

正解：A 手がかりがない条件で本来の周期のまま続くことを自由継続（フリーラン）、外界に合わせる手がかりを同調因子（Zeitgeber）といいます。Bの時計遺伝子は細胞内のしくみで、外からの手がかりではありません。Cの同調は、リズムを外界に合わせることで、問題の現象とは逆です。Dの馴化は、くり返す刺激への反応が弱まる「慣れ」の用語です。

問題3. 生体リズムに関する記述として、最も適切なものはどれか。

A. メラトニンは昼間に多く分泌され、夜間の明るい光によって分泌が増える
B. 人の体内時計の本来の周期は24時間より短いため、西向きの移動よりも東向きの移動のほうが適応しやすい
C. 2017年のノーベル生理学・医学賞は、ショウジョウバエを用いて概日リズムを制御する分子メカニズムを明らかにした研究に贈られた
D. 睡眠中にノンレム睡眠とレム睡眠が1時間半ほどでくり返す周期は、インフラディアンリズムの代表例である

正解：C Hall、Rosbash、Youngの受賞です。Aは誤りで、メラトニンは夜に多く、明るい光で抑えられます。Bは誤りで、本来の周期は24時間より少し長いため、時計を遅らせる西向きのほうが適応しやすくなります。Dは誤りで、1日より短い周期なのでウルトラディアンリズムです。インフラディアンリズムは、月経周期のように1日より長いものをいいます。