Život řízený světlem: Jak přesně fungují naše biologické hodiny?

V roce 1979 odoperovali oregonští vědci z mozku několika myší „centrální nervové hodiny“. V tělech hlodavců následně zavládl chaos, neboť se narušily desítky hormonálních cyklů, které ovládají každodenní střídání aktivace a útlumu. Tzv. cirkadiánní rytmy – tedy rytmy „trvající přibližně den“ – zajišťují správné načasování různých dějů v těle a souhru činností orgánů. V závislosti na nich kolísá tělesná teplota, krevní tlak, bdělost, pozornost, trávení, spotřeba energie nebo činnost imunitní soustavy. 

Rakovina nespí

Porovnáním vnitřního času a vnějších podmínek navíc cirkadiánní rytmy určují chování během roku: U některých amerických motýlů řídí podzimní přesídlení do teplejšího Mexika, jelenům ohlašují období říje a polární veverky připravují na zimu. Dobře viditelným důsledkem poruchy denního tělesného koloběhu u myší bylo narušení cyklu spánku a bdění. Ve skutečnosti se však vychýlila rovnováha celého organismu, což vedlo k mnohem zásadnějším následkům. 

V roce 2002 skupina onkologů původní oregonskou studii rozšířila: Operovala necelou stovku myší, přičemž některým zničila „nervové hodiny“, jiným vpravila na různá místa v těle zhoubný nádor a u několika jedinců provedla obojí. Myši s narušenými cirkadiánními rytmy přitom podléhaly rakovině dřív a jejich nádory rostly dvakrát až třikrát rychleji.

Nastaveni na slunce

Podobné účinky má narušení tělesných cyklů také u člověka, kde vědci studují spojitost mezi biologickými hodinami a rakovinou prsu. Zároveň se však cirkadiánní rytmy podílejí třeba i na obezitě. Po celou dobu evoluce se „seřizovaly“ podle slunečního svitu – v závislosti na denní době se liší potřeba jídla i zacházení s energií v těle. Zavedení elektřiny ovšem naše rytmy zmátlo a zhoršená regulace tělesných činností dost možná souvisí s vyšším výskytem obezity a některých typů rakoviny ve vyspělých zemích.

Lidské „nervové hodiny“ tvoří asi dvacet tisíc neuronů shromážděných uprostřed hlavy v úrovni očí. Nazývají se suprachiasmatické jádro, neboť jsou umístěny nad „chiasmem“ – místem, kde se kříží zrakové nervy vedoucí z očí do týla. Právě tudy proudí do „nervových hodin“ informace o množství a barvě světla, které dopadá na sítnici.

Hormon tmy

Denní rytmus řídí hlavně „studené“ světlo, které vnímáme jako modré a jež v mozku potlačuje tvorbu „spánkového hormonu“ melatoninu. S „teplým“ světlem zapadajícího slunce přestane suprachiasmatické jádro vysílat pokyny, jež tvorbě melatoninu brání. Hladina hormonu v mozku začne stoupat a organismus přejde k přípravě na spánek. Okolo třetí hodiny ranní dosahuje úroveň melatoninu maxima a v našem těle je ho i desetkrát víc než ve dne – načež jeho míra opět pomalu klesá. 

Tento rytmus je přirozeně narušen u slepců, jejichž sítnice vnímá světlo jen omezeně nebo vůbec. Stejně jako u lidí však funguje i u nočních savců – což dokazuje, že melatonin není ani tak hormonem spánku, jako spíš hormonem tmy: Sám o sobě na snění nepůsobí, pouze tělu dává najevo, že nastala noc.

Svítání ze simulátoru

Právě produkce melatoninu může být narušována – nebo naopak podporována – umělým osvětlením. Zatímco plamen svíčky či petrolejové lampy vydává „neškodné“ teplé světlo, bílé zářivky a hlavně displeje počítačů nebo telefonů vysílají množství světla o vlnové délce, na kterou jsme citliví. Pokud nám tato zařízení svítí do očí večer, mozek si to vykládá jako signál, že je zatím jasný den, takže by měl spánek odložit. Ráno naopak chápe jejich světlo tak, že už nastalo téměř poledne a příště bude lepší vstát dřív.

TIP: Mýtus osmi hodin: Jak dlouhá je optimální délka spánku?

Jedná se o zásadní poznatek pro spánkovou hygienu, a nejen pro ni. Pomocí „simulátorů svítání“ nebo speciálních lamp můžeme světlem na organismus působit cíleně. Výzkumy potvrdily, že správně dávkované záření ráno či večer pomáhá při některých poruchách spánku, při aklimatizaci na jiné časové pásmo nebo v boji se zimní depresí, při níž je organismus utlumen právě kvůli nedostatku světla.

Oddálená únava

Bez pravidelné synchronizace s vnějším světlem běží čas v suprachiasmatickém jádru o něco pomaleji: Výzkumy v temných komorách a ve vesmíru ukázaly, že bez venkovních vodítek si průměrný člověk „protáhne“ den zhruba na 25 hodin, jelikož ho ke spánku přirozeně nenabádá jen tma a související melatonin: Kromě cirkadiánního rytmu je pro usínání klíčová ještě únava.

TIP: Nová studie ukazuje, jak pití kávy ovlivňuje spánkový režim

Z krve se do nervových buněk dostávají molekuly ATP (adenosintrifosfátu) a následně se rozkládají na jednodušší látky. Při jejich štěpení vzniká energie – a také adenosin, s nímž souvisí působení kofeinu nebo stimulačních drog: Pokud si dáte kávu, kofein zablokuje receptory, které v mozku detekují přítomnost adenosinu, takže neurony únavu nevnímají. Některé imunitní látky naopak působení adenosinu podporují, proto se člověk například cítí unavený při chřipce. Za bdělého stavu se uvedený hormon v mozku střádá – a společně s jeho hladinou roste i biologická potřeba spánku.

Ideální rytmus bdění 

V ideálním případě překročí večer v jistou chvíli úroveň melatoninu a adenosinu kritickou hranici a člověk snadno usne. Během spánku pak i druhé zmíněné látky ubývá, takže se ráno cítíme opět svěží.

Proces vstávání je však o něco složitější: Večerní útlum totiž přichází postupně v průběhu celého dne, kdežto ráno organismus potřebuje až do probuzení pokojně spát – a následně být téměř ihned úplně čilý. Zatímco melatonin a adenosin tedy udržují tělo v klidu, s koncem noci nastupuje „stresový hormon“ kortizol, který upravuje napětí organismu. Jeho hladina k ránu prudce stoupá až k maximu okolo osmé hodiny. Po probuzení kortizol potlačí „zbytkové“ hodnoty druhých dvou hormonů a my vstáváme připraveni pro nový den.

Spánková trojice

Melatonin, adenosin a kortizol tak ve správně fungujícím organismu zajišťují efektivní střídání pozornosti v bdělém stavu a útlumu při spánku. V praxi je ovšem příslušný mechanismus složitější, neboť na hladiny hormonů působí široká škála dalších vlivů: třeba práce na směny či stres, který vede ke zvýšenému vyplavování kortizolu a dokáže spánku bránit.

V dlouhodobém horizontu může být výsledkem špatná synchronizace popisovaných rytmů, při níž melatonin a adenosin působí spíš proti sobě než spolu. Hrozí tak dlouhodobá nespavost, která trvá, dokud se rytmy znovu neustálí.