Skowronki na Urana, sowy na Saturna, czyli jakie skutki ma nieprzestrzeganie zegara biologicznego

Jest rok 2210. Świat nigdy nie podniósł się po wielkim kryzysie ekonomicznym sprzed dwóch wieków. Dbałość o środowisko i naturę zeszła na drugi plan. Klęska ekologiczna na gigantyczną skalę doprowadziła do wyjałowienia globu: pola uprawne prawie już nie istnieją, oceany są całkowicie przełowione i zanieczyszczone, powierzchnia nadająca się do zamieszkania przez ludzi skurczyła się dziesięciokrotnie w porównaniu ze stanem z 2000 r. W siedzibie World Agency for Space Settlements (mieszczącej się na szczycie Mont Blanc) trwa zebranie ekspertów. Radzą nad sposobem ewakuacji ludzkości na inne planety Układu Słonecznego. Chronobiolożka (czyli specjalistka od zegarów biologicznych) przestrzega, że poważnym błędem byłoby nieuwzględnienie w tych planach różnej długości dnia na każdej z docelowych planet. Podkreśla, że ludzki zegar jest dość wybredny, a rozregulowany może powodować ogromne kłopoty ze zdrowiem.

Aby ten problem zminimalizować, badaczka proponuje, by przyszli osadnicy zostali podzieleni na grupy o podobnym chronotypie (tak się określa preferowany przez konkretnego człowieka wzorzec snu) i wysłani na określone planety. Na pytanie, jak postępować w sytuacji, gdy członkowie rodziny lub partnerzy mają inne chronotypy, odpowiada, że od blisko 200 lat ludzie dobierają się w pary według podobnego chronotypu. Rodziny są więc podobne pod względem tej cechy. Dla większości przesiedleńców najlepszym miejscem byłby Mars. Tam wszyscy będą zdrowsi, gdyż marsjański dzień słoneczny jest najbardziej zbliżony do ziemskiego. Natomiast typy skrajne – skowronki i sowy – mogłyby zamieszkać na Uranie i Neptunie oraz Merkurym i Saturnie. To wizja przyszłego świata, którą przedstawia w książce „Internal Time. Chronotypes, social jet lag, and why you are so tired” prof. Till Roenneberg, niemiecki badacz zegarów biologicznych.

Wśród znajomych i rodziny pewnie znajdziemy co najmniej jeden związek skrajnie porannego skowronka z nocnym markiem. Gdyby więc takie osoby miały wziąć udział w ewakuacji w 2210 r., z pewnością zostałyby rozdzielone i trafiłyby na różne planety. Niewykluczone, że niektórzy byliby bardzo zadowoleni z takiego pretekstu do zakończenia związku. Życie pod jednym dachem z kimś o skrajnie innym chronotypie nie należy do łatwych. Różnice widać szczególnie w weekendy, kiedy nie trzeba zrywać się do pracy. Gdy skowronek gotów jest przenosić góry, sowa ledwie zaczyna się rozkręcać. Gdy sowa tryska energią, skowronek marzy o przyłożeniu głowy do poduszki. Nic dziwnego, że takie pary częściej się kłócą, trudniej jest im się zrozumieć i rozwiązywać problemy, dowodzą wyniki pracy wykonanej w Department of Human Development and Family Science na Auburn University w Stanach Zjednoczonych.

Pogodzić sowy i skowronki

Czy jest tak, jak twierdziła fikcyjna badaczka biologicznych zegarów, że pary dobierają się pod kątem chronotypu? „W rzeczywistości nie przyglądano się temu zbyt wnikliwie, a te nieliczne prace naukowe, które na ten temat powstały, dały rozbieżne wyniki”, mówi dr Łukasz Pawelec, antropolog z Katedry Antropologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Generalnie mężczyźni różnią się od kobiet pod względem pory, którą najchętniej przesypiają. Panowie znacznie częściej mają późny chronotyp, sypiają krócej, później chodzą spać i później wstają niż panie. Z kolei ich partnerki zwykle życzą sobie, aby się do nich dostosowywali. Może wychodząc naprzeciw przyszłym problemom (w skrajnych przypadkach różnica między partnerami może wynieść nawet 10– 12 godz.), warto podawać swój chronotyp w aplikacji randkowej. Dzięki temu rośnie szansa na stworzenie trwałego związku z kimś o podobnym dobowym rytmie i uniknięcie skutków niedopasowania, np. samotnych śniadań czy wieczorów.

Pod względem „wewnętrznego czasu” różnimy się tak, jak różnimy się wzrostem, rozmiarem buta, kolorem oczu czy osobowością. Podczas życia chronotyp nam się zmienia. Jako małe dzieci jesteśmy skowronkami, wręcz ekstremalnie rannymi ptaszkami ku udręce notorycznie niewysypiających się rodziców. Z upływem czasu powoli z tego stanu wyrastamy, stając się w mniejszym lub większym stopniu sowami.

Z kolei po osiągnięciu dojrzałości ewoluujemy w stronę znów nieco wcześniejszego, już dorosłego indywidualnego rytmu, który będzie zarządzał naszą fizjologią, zachowaniami, możliwościami intelektualnymi. Najpóźniejszy chronotyp mamy jako nastolatki (w tym okresie środek cyklu snu może wypadać nawet o 4:30) – u kobiet jego maksimum stwierdzane jest w wieku 19 lat, u mężczyzn – 21 lat. Naukowcy podkreślają, że jeśli zajęcia w szkole czy na uczelni zaczynają się o 8:00 rano, czyli nadal w trakcie biologicznej nocy uczniów i studentów, nie należy się dziwić ich gorszym możliwościom. Sprawdzono w praktyce, że opóźnienie rozpoczęcia lekcji w szkołach nie tylko pozwala uczniom wysypiać się na co dzień, ale przede wszystkim daje lepsze wyniki w nauce.

Dlaczego wśród mężczyzn częściej zdarzają się osoby aktywne do późnych godzin nocnych i właściwie skąd się wzięły tak duże różnice między skowronkami i sowami?

„Powstanie skrajnych chronotypów wiąże się z początkami ewolucji człowieka, gdy żył w grupach zbieracko-łowieckich. Dzięki różnym rytmom aktywności także w nocy ktoś zawsze mógł strzec bezpieczeństwa bliskich. Jak wskazują badania zwyczajów tanzańskiego ludu Hadza, jednego z ostatnich plemion zbieraczy-łowców na świecie, czas, gdy wszyscy członkowie grupy śpią, wynosi jedynie 18 min na dobę. Przez resztę zawsze co najmniej jedna osoba czuwa. Mężczyźni o późniejszym chronotypie mogli być też lepszymi nocnymi łowcami. Z kolei skrajnie poranne chronotypy były faworyzowane w czasach tzw. rewolucji neolitycznej, kiedy koczownik i zbieracz stał się rolnikiem, pobudował osady i zaczął hodować zwierzęta. Osobom aktywnym o brzasku łatwiej było uprawiać ziemię rano, w chłodniejszej porze dnia, niż w późniejszych godzinach. Całe spektrum tej cechy – chronotypy skrajnie poranne, poranne, pośrednie, wieczorne i skrajnie wieczorne – jest więc ewolucyjnie uzasadnione. W ciągu doby odpowiednio dzielono się rolami i obowiązkami, a wszyscy spotykali się w środku dnia. Ocenia się, że 60–70% populacji świata to osoby pośrednie, czyli takie, które nie są ani skrajnie poranne, ani skrajnie wieczorne”, tłumaczy dr Pawelec.

Światło i geny

Rytmiczność, z jaką funkcjonuje ludzki organizm, to oczywiście efekt przystosowania do zmieniających się okresów światła i ciemności. W biologiczny zegar wyposażona jest każda komórka w naszym ciele, łącznie ze skórą. „Efektem działania genów zegarowych są białka, które gromadzą się w komórkach” – wyjaśnia dr Agnieszka Witek, antropolog z Katedry Fizjologii i Patofizjologii Wrocławskiego Uniwersytetu Medycznego. „Im jest ich więcej, tym ostatecznie słabsza staje się ekspresja tych genów. Zatem przy rosnącej ilości kumulujących się białek geny są wyłączone, ale stale trwa także rozkład tych substancji i w pewnym momencie ich poziom spada na tyle, że geny zegarowe się włączają, a produkcja białek znów rusza. Każdy człowiek ma nieco inne tempo wytwarzania i rozkładania tych substancji. Osoba z dłuższym czasem rozkładania się białek zegarowych będzie trochę bardziej wieczorna, a ta z szybszym będzie miała krótszy rytm i będzie bardziej poranna. Światło (szczególnie poranne) przyspiesza produkcję białek zegarowych, więc wystawiając się na nie, skracamy rytm okołodobowy i zaczynamy wstawać wcześniej. Liczy się głównie ilość światła niebieskiego, bo to ono w części mózgu zwanej jądrem nadskrzyżowaniowym, czyli centrum regulowania cyklu, dostosowuje tempo, w jakim komórki będą rozkładały produkty białek i jak szybko będą je gromadziły. Gdy ich poziom wzrasta, stajemy się senni. Jądro nadskrzyżowaniowe pod wpływem sygnału o braku światła zleca szyszynce wydzielanie melatoniny, melatonina zaś wraz z krwią dociera do wszystkich narządów i informuje białka zegarowe w mięśniach, wątrobie, sercu, że nadszedł czas na spowolnienie metabolizmu i regenerację”.

Nasz wewnętrzny zegar chodzi w rytmie okołodobowym, który trwa blisko 25 godz., dlatego wymaga stałego regulowania i dostrajania do świata zewnętrznego. Od zawsze nakręcany był przez światło, tyle że obecnie to, jak funkcjonujemy, zależy też od zegara społecznego, czyli godzin spędzanych w szkole czy pracy. Ten zdominował nasze życie dopiero po upowszechnieniu się zegarów mechanicznych, dyktujących nam, kiedy dokądś iść, jeść obiad czy oglądać wieczorne wiadomości. Imponuje precyzja, z jaką nasz wewnętrzny zegar zarządza funkcjonowaniem ciała, bo kontroluje niemal wszystko – od aktywności fal mózgowych, cykli snu i czuwania, temperatury ciała, wydzielania hormonów, ciśnienia krwi, regeneracji komórek i metabolizmu po koncentrację, pamięć, czas reakcji i wiele innych aspektów naszej psychiki. Tyle że jako gatunek zmieniliśmy swoje środowisko, przenosząc się do miast i spędzając większość czasu w zamkniętych pomieszczeniach, ze światłem o intensywności nieprzekraczającej kilkuset luksów, podczas gdy pod gołym niebem wynosi ona 10–150 tys. luksów. Ponadto barwa światła elektrycznego różni się od barwy światła naturalnego, które się zmienia w ciągu dnia.

„Zanim wynaleziono elektryczność, rytm snu był inny, człowiek spał na raty” – mówi dr Pawelec. „Zasypiał, gdy zaczynało się robić ciemno, ale budził się w środku nocy i podejmował różne aktywności. Na ten okres przebudzenia w modlitewnikach były nawet specjalne modlitwy. Po czym ludzie znowu zasypiali i budzili się razem ze wschodem słońca. Industrializacja sprawiła, że ludzie są wystawieni na mniejszą ilość światła słonecznego w ciągu dnia, przebywając głównie w pomieszczeniach, i mniejszą ciemność w nocy, gdyż korzystają ze sztucznego światła. Nic więc dziwnego, że odkąd zmodyfikowaliśmy rytm światła i ciemności, zaczęliśmy też spać inaczej”. Produkcja melatoniny jest opóźniona, bo sztuczne światło ją blokuje, a skutkiem jest oczywiście permanentne niewyspanie. Konsekwencje życia wbrew naturze nie kończą się na gorszym samopoczuciu. Po dłuższym okresie zaczynają się problemy z pamięcią, wydłuża się czas reakcji, wzrasta ryzyko choroby wrzodowej, chorób kardiologicznych i metabolicznych, szczególnie cukrzycy, także ryzyko otyłości. Naukowcy twierdzą, że współcześnie pogłębiły się różnice między chronotypami.

Epidemia budzików

Odgórne wyznaczanie godzin na naukę i pracę zawodową działa trochę na szkodę osób o późniejszym chronotypie. Cierpią z powodu rozmijania się czasu wewnętrznego i zewnętrznego społecznego, bo śpią za krótko. Rozbieżność ta została nazwana społecznym jet lagiem, co wiąże się i z gorszym zdrowiem, i deficytami w wydajności. To tak, jakby żyć w niewłaściwej strefie czasowej, tyle że w przeciwieństwie do krótkotrwałego jet lagu, spowodowanego daleką podróżą, ten społeczny jest stanem chronicznym.

Ciekawe, że im większa aglomeracja, tym więcej wśród jej mieszkańców sów. Naukowcy tłumaczą to przede wszystkim zanieczyszczeniem światłem. Latarnie uliczne, silnie oświetlone w nocy budynki i reklamy sprawiają, że uwalnianie hormonu snu – melatoniny – się opóźnia, co przestawia zegar biologiczny na późniejszy tryb. Poza tym w dużych miastach koncentrują się firmy i przemysł, wymagające często pracy do późna. Ważny jest też styl życia. Mieszczuchy spędzają więcej czasu w zamkniętych pomieszczeniach, a to właśnie jasne poranne światło słoneczne nakręca zegar biologiczny. Bez tego resetu fazy snu przesuwają się w czasie. I w końcu metropolie przyciągają młodszych ludzi, a ci – z naturalnie późniejszym chronotypem – są lepiej przystosowani do tętniącego nocnym życiem miasta. Ta wielka rzesza osób żyje z budzikiem przy łóżku. Wymuszona alarmem pobudka oznacza po prostu, że gdyby nie było budzika, sen zakończyłby się później.

Wyniki badania przeprowadzonego wśród ponad 11 tys. osób z 40 krajów dowodzą, że w dni robocze z budzika korzysta 89% osób w wieku od 18 do 22 lat, 86% w wieku od 23 do 29 lat i 80% w czwartej i piątej dekadzie życia. Skalę społecznego jet lagu widać też w różnicy przespanych godzin w dni robocze i w weekendy. Jedno z badań przeprowadzone wśród mieszkańców Europy Środkowo-Wschodniej wykazało, że w dni, kiedy pracujemy, 21% z nas śpi 7–7,5 godz., 41% śpi krócej, a 38% dłużej. W weekendy 15,5% badanych śpi 7,5–8 godz., a 50% dłużej. Tylko ci, którzy śpią – niezmuszeni okolicznościami – zwykle między 23:00 a 6:00, przesypiają tyle samo czasu we wszystkie dni tygodnia.

Biwakowanie lekiem?

Wielkie znaczenie ma przebywanie na świeżym powietrzu. Im więcej czasu spędzamy na dworze, tym wcześniej wstajemy. Osoby przebywające na wolnym powietrzu mniej niż 10 godz. w tygodniu kładą się spać później. Z jednego z badań wynika, że każda dodatkowa godzina na zewnątrz może przesuwać nas w dobowym rytmie o 30 min. I jest to wyłącznie efekt działania światła, a nie wzmożonej aktywności fizycznej. Ciekawe badanie przeprowadził prof. Kenneth Wright, kierujący Sleep and Chronobiology Laboratory w University of Colorado Boulder. Osobom biorącym w nim udział wystarczył jeden tydzień spędzony w warunkach naturalnego światła (biwakowali w Górach Skalistych), by lepiej zestroić wewnętrzny zegar z czasem wschodu i zachodu słońca. Przy czym dotyczyło to wszystkich uczestników, niezależnie od tego, czy byli rannymi ptaszkami, czy nocnymi markami w swoim normalnym życiu. Podczas całego eksperymentu badane osoby nosiły na nadgarstku rejestratory monitorujące natężenie światła oraz porę snu. Pod koniec tygodnia sprawdzano także poziom melatoniny. Następnie te same parametry mierzono w tygodniu spędzanym na kempingu. Latarki, telefony komórkowe i inne urządzenia elektroniczne były zabronione. Jedynymi źródłami światła miało być słońce w ciągu dnia i ognisko wieczorem.

Okazało się, że na biwaku noc biologiczna uczestników rozpoczynała się mniej więcej o 2 godz. wcześniej, ale ich sen trwał tyle samo. Zatem relatywnie krótki czas wystawienia na światło o wielokrotnie wyższym natężeniu wystarczył, by wewnętrzny zegar był lepiej dostrojony do pory wschodu i zachodu słońca. Ta zmiana wystąpiła u wszystkich, niezależnie od ich chronotypu. Jak podsumował prof. Wright, wyniki tego badania dowodzą, na ile geny decydują o skłonności do późnego i wczesnego chronotypu, gdy brakuje silnego sygnału, który pobudzałby nasz zegar biologiczny do synchronizacji z dniem słonecznym. Temu dryfowi w kierunku późniejszego zasypiania skutecznie przeciwdziała ekspozycja na większe ilości światła słonecznego niezależnie od pory roku, co się okazało, gdy po pewnym czasie eksperyment powtórzono w zimie.

Poranna senność, wypadki (nie tylko drogowe), obniżona produktywność, nadużywanie substancji psychoaktywnych, zaburzenia nastroju – lista negatywnych skutków wstawania z budzikiem jest długa. Prof. Wright twierdzi, że nawet weekendowy wypad pod namiot może szybko przestawić zegar biologiczny. Nie każdy chce i może biwakować. Osoby takie powinny wiedzieć, że dobre dla dostrajania wewnętrznego chronometru jest też korzystanie tylko ze słabych żarówek w nocy, zrezygnowanie z oglądania telewizji do późnych godzin, ograniczenie czasu spędzanego przed ekranem laptopa lub innego urządzenia elektronicznego. Pomocne mogłyby być także i inne działania, np. zaangażowanie architektów, by zaczęli stosować rozwiązania pozwalające na lepsze oświetlenie budynków światłem słonecznym.

ChronoCity

W Niemczech powstał pomysł, by wiedzę na temat biologicznego rytmu człowieka zastosować w praktyce. I pewnie nie przypadkiem wybór padł na Bad Kissingen, będące uzdrowiskiem od XVI w. Jak mówił Michael Wieden, jeden z realizatorów tego projektu: „Nie chodziło o to, by każdy mógł żyć całkowicie swobodnie, zgodnie z własnym rytmem. Projekt ChronoCity miał doprowadzić do stworzenia bardziej inteligentnego systemu. Osoba stale żyjąca wbrew swojemu wewnętrznemu zegarowi często czuje większe wyczerpanie, drażliwość, jest podatna na błędy i z czasem biologicznie niestabilna. Konsekwencje dotykają nie tylko jednostki, ale także rodziny, firmy, systemy opieki zdrowotnej, a ostatecznie całe społeczeństwo… Brakuje struktur społecznych, które nie będą trwale ignorować rzeczywistości biologicznej. Nie postrzegam chronobiologii jako niszowego przedmiotu dla ekspertów od snu, ale raczej jako możliwy kolejny krok ewolucyjny dla współczesnych społeczeństw”.

Przygotowania do realizacji projektu ChronoCity rozpoczęły się w 2013 r. Jednym z jego etapów miało być umieszczenie chronotypów wszystkich ludzi z Bad Kissingen w internetowej bazie danych. W przyszłości ułatwiłoby to określanie i dostosowywanie funkcjonowania miasta do potrzeb jego mieszkańców. Na pierwszy ogień miały pójść godziny rozpoczynania zajęć w szkole. Gdyby się nie udało tego zmienić, sugerowano przesunięcie testów i egzaminów na popołudnie i zorganizowanie aktywności fizycznej na świeżym powietrzu rano, aby zapewnić uczniom większą ilość światła naturalnego. Tyle że dla maluchów pora pierwszych szkolnych lekcji powinna pozostać bez zmian, dla starszych dzieci lekcje mogłyby zaczynać się nieco później, dla nastolatków – najpóźniej. Jak to połączyć z harmonogramem rodziców wyjeżdżających do pracy o stałej porze i odwożących do szkoły dzieci w różnym wieku? Za trudne okazało się nawet wprowadzenie zmian w rozkładzie jazdy autobusów szkolnych. Chciano też zmienić oświetlenie na oddziale położniczym, by zapobiegać poporodowej depresji u kobiet. Przygotowania trwały ponad rok, ale tuż przed wdrożeniem tego rozwiązania nowy zarząd szpitala niemal z dnia na dzień zamknął oddział położniczy. Bad Kissingen nie stało się miastem, w którym życie toczy się wokół snu. Zawiniły zbyt mały budżet, zbyt krótki czas na wdrożenie pomysłów, ale i preferencje lokalnych polityków.