Rytm dobowy – czas odmierzany wewnętrznym zegarem biologicznym
W świecie przyrody aktywność organizmów nie jest kategorycznie przypisana jednej porze dnia. Człowiek szczyt dobowej witalności przejawia w godzinach porannych, lecz istnieją przecież zwierzęta prowadzące nocny tryb życia. Ludzie są jednak jedynymi istotami, które dobrowolnie zmieniają swój naturalny, dzienny czas aktywności na wymuszone funkcjonowanie w nocy, co ma miejsce np. podczas nocnych zmian w pracy. Taki schemat koliduje z naszymi rytmami biologicznymi. W następstwie u pracowników zmianowych dochodzi do modyfikacji w trybie snu i nawykach żywieniowych, które mogą mieć poważne reperkusje zdrowotne.
SPIS TREŚCI:
1. Rytm biologiczny – czym jest?
2. Zegar biologiczny – gdzie się znajduje i jak działa?
3. Rytm dobowy – skutki zaburzenia
4. Melatonina – synchronizator zegara biologicznego
5. Melatonina a insulinooporność
6. Zaburzony rytm dobowy a regeneracja organizmu
7. Zaburzony rytm dobowy a dieta i sytość
8. Zaburzony rytm dobowy a ryzyko nowotworu
9. Praca zmianowa – jak zniwelować jej negatywne skutki?
10. Podsumowanie
Określ swój cel treningowy, a my pomożemy Ci go osiągnąć.
1. Rytm biologiczny – czym jest?
Większość procesów w organizmach żywych podlega cyklicznej zmienności zwanej rytmami biologicznymi. Rytmy biologiczne człowieka są ściśle związane ze środowiskiem zewnętrznym, tj. z ruchem Ziemi dookoła własnej osi, obrotem Ziemi wokół Słońca oraz ruchem Księżyca w relacji do Ziemi (A. Adamczak-Ratajczak 2014). Wydawać by się mogło, że nasza ingerencja w prawa natury jest wręcz skazana na porażkę, jednak nie jesteśmy w pełni zależni od otaczającego nas świata. Wyróżnia się co prawda rytmy egzogenne, które regulowane są przez czynniki zewnętrzne, takie jak temperatura i światło, ale sami również nadajemy sobie własne rytmy. Powstają one we wnętrzu organizmu i związane są z pracującym w nas zegarem biologicznym.
2. Zegar biologiczny – gdzie się znajduje i jak działa?
Wewnętrzny zegar biologiczny, który jest nadrzędnym i najsilniejszym endogennym synchronizatorem wszystkich rytmów biologicznych człowieka, znajduje się w mózgu – dokładniej w jądrze nadskrzyżowaniowym (nucleus suprachiasmaticus, SCN) (A. Adamczak-Ratajczak 2014). To tutaj koordynowane są wszelkie sygnały odpowiadające za fizjologiczną rutynę dnia. Struktury te wytwarzają samoutrzymujący się rytm, którego cykl w stałych warunkach środowiskowych trwa ok. 24 godziny (Z.J. Nowak, B.J. Zawilska 2002). Najważniejszym odbieranym przez szyszynkę środowiskowym sygnałem synchronizującym aktywność tego zegara jest światło, ale na jego pracę wpływają również inni „dawcy czasu” – temperatura otoczenia, interakcje socjalne czy regularne przyjmowanie pokarmów i leków.
Co ciekawe, rytmy te utrzymują się co najmniej kilka dni bez systematycznych (np. świetlnych) sygnałów środowiskowych (Z.J. Nowak, B.J. Zawilska 2002). Mimo braku regularnych zewnętrznych sygnałów świadczących o upływie czasu zegar biologiczny dalej go odmierza w zwyczajowym tempie na podstawie wyuczonych w przeszłości informacji. Jeżeli jednak przewlekle brakuje sygnałów synchronizujących pracę zegara, z czasem ulega on rozregulowaniu. Podstawowe rytmy okołodobowe – temperatury ciała, snu i czuwania oraz stężenia hormonów – zaczynają się „rozjeżdżać”, prowadząc do wydłużenia cyklu powyżej 24 godzin. Zjawisko to nazywane jest dryfowaniem rytmów okołodobowych i jest standardową przypadłością osób niewidomych, które całkowicie utraciły zdolność odbioru światła, ale też załogi łodzi podwodnych oraz pracowników stacji polarnych i orbitalnych. Problem może dotykać również pracowników, którzy stale są narażeni na pracę w nocy.
3. Rytm dobowy – skutki zaburzenia
Odpowiednio „nastawiony” zegar biologiczny jest niezbędny dla codziennego dobrego samopoczucia, gdyż jest głównym wewnętrznym nadawcą i koordynatorem rytmów biologicznych człowieka. Tym stałym rytmom podlegają sen i aktywność, szybkość pracy serca, ciśnienie tętnicze, zmiany temperatury ciała oraz stężenie hormonów, m.in. kortyzolu, hormonu wzrostu, prolaktyny i melatoniny (Z.J. Nowak, B.J. Zawilska 2002). Jeżeli z jakichś przyczyn dochodzi do rozstrojenia rytmu świetlnego dzień–noc, kaskadowo zostają zaburzone również inne rytmy, np. cyklicznej syntezy i wydzielania hormonów.
4. Melatonina – synchronizator zegara biologicznego
Rytmika aktywności człowieka – modyfikowana wspomnianymi czynnikami – ma służyć utrzymaniu organizmu w stanie najwyższej sprawności i zapewnić odpowiednią jakość życia. Zdrowy organizm wykazuje największą aktywność, gdy posiada najdogodniejsze okoliczności do rozwoju. Przy niesprzyjających warunkach, których nie można zmienić, jego potencjał zostaje ograniczony (D. Pracka, T. Pracki 2002).
Kierując się cyklem światło–ciemność, mózg koordynuje dobowe rytmy wielu hormonów i genów, a także innych procesów fizjologicznych. Jednym z synchronizatorów zegara biologicznego jest melatonina wykazująca bardzo charakterystyczny rytm dobowy, ściśle zależny od warunków oświetlenia. Podczas ciemności wzmaga się synteza tego hormonu i jego prekursora – serotoniny (D. Pracka, T. Pracki 2002). Krótkotrwała ekspozycja na światło w nocy prowadzi do szybkiego i drastycznego zmniejszenia, a nawet zahamowania produkcji melatoniny. Natomiast dłuższa ekspozycja na światło powoduje przesunięcie faz okołodobowego rytmu tego hormonu (Z.J. Nowak, B.J. Zawilska 2002). U osób pracujących w nocy dochodzi zatem do zmniejszonej produkcji melatoniny, co ma niekorzystny wpływ na ich zdrowie.
5. Melatonina a insulinooporność
Melatonina została uznana za kluczowy czynnik syntezy, wydzielania i działania insuliny. Zaobserwowano, że wrażliwość na insulinę istotnie zmniejsza się po ograniczeniu snu, a stan zapalny wzrasta (R. Leproult, U. Holmbäck, E. Van Cauter 2014). Działanie melatoniny reguluje również ekspresję transportera glukozy typu 4 (GLUT 4) lub wyzwala fosforylację receptora insuliny, dlatego deficyt stężenia tego hormonu może wpływać na powstanie insulinooporności (J. Cipolla-Neto i wsp. 2014).
6. Zaburzony rytm dobowy a regeneracja organizmu
Powiązanie melatoniny z metabolizmem glukozy może po części tłumaczyć, dlaczego ryzyko rozwoju zespołu metabolicznego u pracowników zmianowych jest 4-krotnie wyższe niż u pracowników dziennych (M. La Sala i wsp. 2007; A. Lowden i wsp. 2010). W tej zależności rolę odgrywa również słaba adaptacja fizjologiczna do ograniczonego snu – prowadząca do przewlekłej senności i jedzenia w nieregularnych porach – oraz niższa jakość diety (F.A.J.L. Scheer i wsp. 2009).
Choć teoretycznie 8 godzin snu w nocy powinno równać się 8 godzinom snu w ciągu dnia, to w rzeczywistości regeneracja po nocnej zmianie często nie jest nawet zbliżona do tej optymalnej. Większość osób podejmujących pracę zmianową zazwyczaj ma tylko 5–6 godzin wypoczynku (C. Sargent i wsp. 2016). Jest to ważna kwestia, ponieważ istnieją dane sugerujące, że zmniejszony stosunek godzin snu do godzin czuwania wpływa negatywnie na funkcje fizjologiczne i behawioralne. Przewlekła deprywacja snu może zwiększać ryzyko chorób układu krążenia i choroby Alzheimera (E. Tobaldini i wsp. 2017; Y.S. Ju, B.P. Lucey, D.M. Holtzman 2014). Uważa się, że może to wynikać ze zmniejszenia aktywacji w korze przedczołowej (PFC), która upośledza funkcje poznawcze związane m.in. z uczeniem się i zapamiętywaniem (A.J. Krause i wsp. 2017).
7. Zaburzony rytm dobowy a dieta i sytość
W codziennej diecie osoby przemęczone nocnym trybem życia chętniej sięgają po gotowe rozwiązania, które nie wymagają długiej obróbki przed spożyciem, a taka żywność często nie niesie ze sobą zbyt dużej wartości odżywczej. U osób pracujących na nocnych zmianach rzeczywiście zauważa się niższe spożycie warzyw i owoców oraz większe niż zalecane spożycie tłuszczu (G. Heath i wsp. 2016). Dodatkowo zmiany w harmonogramie snu i budzenia mogą prowadzić do zwiększonego wahania fizjologicznie aktywnej krążącej wolnej leptyny – hormonu sytości. Może to wpływać na przyjmowanie pokarmu oraz bilans energetyczny, a tym samym wiązać się z nadwagą i otyłością oraz nieprawidłowościami w krążeniu sercowo-naczyniowym (S.A. Shea i wsp. 2005).
8. Zaburzony rytm dobowy a ryzyko nowotworu
Zaburzenie rytmów okołodobowych osłabia zdrowie fizyczne i psychiczne, a także społeczne funkcjonowanie jednostek (K. Cho i wsp. 2000). Co jeszcze bardziej niepokojące, obecna klasyfikacja Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem (IARC) zwraca uwagę na poważne niebezpieczeństwo pracy na nocnej zmianie. Zakwalifikowano ją w grupie 2A jako prawdopodobnie rakotwórczą dla ludzi – podobnie jak akrylamid czy środek ochrony roślin DDT (V.N. Anisimov i wsp. 2020).
9. Praca zmianowa – jak zniwelować jej negatywne skutki?
Praca zmianowa w obecnych czasach jest niezbędna do zachowania odpowiedniego tempa produkcji i usług – nie tylko tych komercyjnych, ale przede wszystkim ratujących życie i dbających o nasze bezpieczeństwo. Nie jest więc możliwe jej zupełne wyeliminowanie z rynku pracy, warto zatem znać sposoby wspierające organizm w tym wyzwaniu. Zaleca się, by wyznaczyć indywidualną regularność posiłków i zadbać o ich wysoką wartość odżywczą. Kluczowa będzie również dbałość o jakość snu i drzemki w środku dnia, które mogą zminimalizować przemęczenie wynikające z pracy zmianowej. Za dobre samopoczucie będzie odpowiadać również aktywność fizyczna, jednak nigdy nie należy przekładać jej nad regenerację. Natomiast po stronie przełożonych powinno leżeć odpowiednie zaprojektowanie grafików zmianowych, które pozwoli uniknąć długotrwałego narażenia na nocną pracę.
10. Podsumowanie
Właściwie zachowane proporcje w rytmie sen–czuwanie realnie rzutują na jakość życia. Sztuczne, przewlekłe skracanie okresu snu i nieregularny tryb życia bezapelacyjnie rozstrajają wewnętrzny precyzyjny zegar biologiczny. Jeśli zatem dotyczy nas nocny schemat pracy, szczególnie ważna będzie należyta troska o solidny wypoczynek i ogólną kondycję organizmu.
Bibliografia
Adamczak-Ratajczak A., Rytmy okołodobowe melatoniny i kortyzolu w wybranych chorobach neurologicznych. Rozprawa doktorska, Poznań 2014.
Anisimov V.N. et al., Night shift work. IARC Monographs on the Identification of Carcinogenic Hazards to Humans. Volume 124, Lyon 2020.
Cho K. et al., Chronic Jet Lag Produces Cognitive Deficits, „The Journal of Neuroscience” 2000, 20(6), epub.
Cipolla-Neto J. et al., Melatonin, energy metabolism, and obesity: a review, „Journal of Pineal Research” 2014, 56(4), 371–381.
Gawlik O., Nowak J.Z., Zaburzenia rytmów biologicznych w depresji – poszukiwanie nowych strategii terapeutycznych, „Postępy Psychiatrii i Neurologii” 2006, 15(3), 155–178.
Heath G. et al., Sleep Duration and Chronic Fatigue Are Differently Associated with the Dietary Profile of Shift Workers, „Nutrients” 2016, 8(12), epub.
Ju Y.S., Lucey B.P., Holtzman D.M., Sleep and Alzheimer disease pathology – a bidirectional relationship, „Nature Revievs Neurology” 2014, 10(2), 115–119.
Krause A.J. et al., The sleep-deprived human brain, „Nature Reviews Neuroscience” 2017, 18(7), 404–418.
La Sala M. et al., Metabolic syndrome and work: identification of populations at risk, „Giornale Italiano di Medicina del Lavoro ed Ergonomia” 2007, 29(3 Suppl), 445–447.
Leproult R., Holmbäck U., Van Cauter E., Circadian Misalignment Augments Markers of Insulin Resistance and Inflammation, Independently of Sleep Loss, „Diabetes” 2014, 63(6), 1860–1869.
Lowden A. et al., Eating and shift work – effects on habits, metabolism and performance, „Scandinavian Journal of Work Environment & Health” 2010, 36(2), 150–162.
Nowak Z.J., Zawilska B.J., Rytmika okołodobowa i zegar biologiczny, „Sen” 2002, 2(4), 127–136.
Pracka D., Pracki T., Chronobiologia rytmu sen-czuwanie, „Sen” 2002, 2(Supl. A), 7–12.
Sargent Ch. et al., Daily Rhythms of Hunger and Satiety in Healthy Men during One Week of Sleep Restriction and Circadian Misalignment, „International Journal of Environmental Research and Public Health” 2016, 13(2), epub.
Scheer F.A.J.L. et al., Adverse metabolic and cardiovascular consequences of circadian misalignment, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” 2009, 106(11), 4453–4458.
Shea S.A. et al., Independent Circadian and Sleep/Wake Regulation of Adipokines and Glucose in Humans, „The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism” 2005, 90(5), 2537–2544.
Tobaldini E. et al., Sleep, sleep deprivation, autonomic nervous system and cardiovascular diseases, „Neuroscience & Biobehavioral Reviews” 2017, 74(B), 321–329.