Człowiek od zawsze starał się uniezależnić od Słońca, poszukując nowych źródeł światła, by wydłużyć czas swojej aktywności. Cel został osiągnięty, a współczesny świat funkcjonuje przez 24 godziny na dobę w ciągu 7 dni tygodnia. To między innymi efekt rewolucji przemysłowej w XIX wieku, a szczególnie odkrycia lampy żarowej przez Thomasa A. Edisona w 1879 roku.
Od tamtego czasu pojawiło się wiele innych źródeł światła, a żarówka Edisona, emitująca duże ilości energii cieplnej, jest teraz zastąpiona głównie oświetleniem LED (ang. light-emitting diode), opartym na półprzewodnikowych diodach elektroluminescencyjnych. Wynalezione stosunkowo niedawno energooszczędne diody LED emitują różne kolory światła. Odznaczają się długą żywotnością i wszechstronnym zastosowaniem. W 2014 roku za odkrycie niebieskiej diody LED japońscy naukowcy Isamu Akasaki i Hiroshi Amano oraz Shuji Nakamura z USA otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki.
Negatywne skutki sztucznego światła w nocy
Dynamiczna urbanizacja i powszechne wykorzystanie sztucznych źródeł oświetlenia wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń spowodował, że w XXI wieku musimy konfrontować się ze zjawiskiem tzw. zanieczyszczenia światłem (z ang. light pollution). Coraz więcej badań wskazuje bowiem, że nadmierna ilość sztucznego światła w nocy (z ang. artificial light at night, ALAN), która zakłóca naturalną ciemność nieba, może mieć negatywne konsekwencje dla różnych ekosystemów oraz dla człowieka. Wiadomo już, że narażenie na sztuczne światło, szczególnie w nieodpowiedniej porze, czyli w nocy, prowadzi do zaburzenia rytmu okołodobowego, a w rezultacie do zaburzenia snu, nastroju, cukrzycy typu 2, otyłości, nowotworów itd.
Czym jest zegar biologiczny?
Organizm człowieka, podobnie jak większości żywych organizmów, funkcjonuje w sposób rytmiczny. Posiada bowiem wewnętrzny zegar, oparty na cyklu wschodów i zachodów Słońca, ściśle związanych z 24-godzinnym obrotem Ziemi dookoła własnej osi. Ten biologiczny zegar, nazywany rytmem okołodobowym, zorganizowany jest w sposób niezwykle skomplikowany. Działa on w każdej tkance, w każdej komórce organizmu, a kierowany jest przez główny zegar zlokalizowany w części mózgu zwanej podwzgórzem. Niedawno udowodniono, że rytm okołodobowy posiada też podłoże genetyczne. Odkrycie działania tzw. genów zegarowych u gryzoni przez Amerykanów Jeffreya C. Halla, Michaela Rosbasha i Michaela W. Younga zostało nagrodzone w 2017 roku Nagrodą Nobla z medycyny i fizjologii.
Światło niebieskie
Następujące po sobie fazy aktywności i snu u ludzi są konsekwencją synchronizacji organizmu człowieka z porami emisji światła słonecznego. Wskazuje się, że mechanizm negatywnego działania ALAN dotyczy zahamowania syntezy melatoniny oraz prowadzi do zaburzenia działania genów zegarowych.
Za szczególnie szkodliwe dla człowieka uważa się światło niebieskie HEV (z ang. high-energy visible light), emitowane przez zewnętrzne i wewnętrzne oświetlenie LED oraz telewizory, smartfony, tablety, laptopy czy komputery. Z drugiej strony, nie należy obawiać się oświetlenia białego czy niebieskiego emitowanego przez LED, jeśli korzystamy z niego w dzień, bo wtedy pomaga nam ono w pracy, nauce, dobrej koncentracji i oraz w osiąganiu pozytywnego nastroju. Problemem podnoszonym przez lekarzy i naukowców jest wspomniane wcześniej ALAN, czyli ekspozycja na sztuczne światło w porze nocnej.
Jednocześnie światło o określonym natężeniu (mierzonym w luksach) oraz długości widma stosowane jest powszechnie w fototerapii, np. w leczeniu depresji sezonowej, schorzeń skórnych, czy w celu obniżenia stężenia bilirubiny u noworodków z żółtaczką urodzeniową.
Za mało i za dużo Słońca
Korzystne działanie światła naturalnego powoduje, że człowiek jako “dziecko słońca”, powinien mieć z nim częsty kontakt. Niewystarczająca ekspozycja na promieniowanie UVB w świetle słonecznym powoduje niedobór witaminy D3 i związane z nim negatywne konsekwencje zdrowotne. Powszechnie obserwuje się je u mieszkańców zamieszkałych na wyższych szerokościach geograficznych (również w Polsce). Niewystarczająca dawka promieni słonecznych może doprowadzić do rozwoju depresji sezonowej w miesiącach, gdy występuje krótka ekspozycja na słońce. Z drugiej strony, lekarze i naukowcy ostrzegają, że nadmiar promieniowania słonecznego latem, szczególnie w dniach z wysokim indeksem promieniowania UV i przebywanie na słońcu w godzinach 11.00-15.00, może prowadzić do rozwoju nowotworów skóry.
Badania naukowe dotyczące zegara biologicznego
Współczesny człowiek, niezależnie od wieku, chronotypu, czyli preferencji do wczesnej czy później aktywności w ciągu doby, wykonywanego zawodu (np. praca zmianowa, praca ciągła 24/7, praca biurowa, praca zdalna), powinien zwrócić uwagę na zdrowy kontakt ze światłem. Jesteśmy bowiem świadkami globalnego narażenia na jego działanie, którego długofalowych konsekwencji na razie nie jesteśmy w stanie przewidzieć. Próbują to robić naukowcy w bardzo szerokim zakresie zajmujący się zjawiskiem narażenia na światło, genami zegarowymi, melatoniną, chronobiologią, chronomedycyną itd. Kluczowe znaczenie mają tu badania służące znalezieniu klinicznego zastosowania zegara biologicznego w leczeniu chorób cywilizacyjnych. Wiemy bowiem, że rytm okołodobowy w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne, głównie światło, koordynuje wiele procesów fizjologicznych, komórkowych i biochemicznych.
Prof. Edyta Reszka
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska UŁ
edyta.reszka@biol.uni.lodz.pl
Prof. Edyta Reszka prowadzi badania mające na celu wykorzystanie jednego z genów zegarowych jako celu terapeutycznego w leczeniu raka pęcherza moczowego. Badania farmakologicznej modulacji genów zegarowych mogą bowiem stanowić nową i obiecującą strategię przeciwnowotworową. Jej badania są finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu OPUS 2020/37/B/NZ5/01684.
Redakcja: Biuro Prasowe UŁ